聽說把這個機器人放進血管，就可以餓死腫瘤

　　來源：科學大院

　　提到機器人，大家腦海中浮現出的第一印象可能都是那些長得似人非人，有著鋼筋鐵骨的呆萌機器。

　　但與大家的直觀感受有所不同，其實「機器人」這一概念的定義非常寬泛，凡是能自主執行任務，用來協助人類工作的人造裝置，都能算做是機器人。所以廣義上說，生產線上的裝配機，食堂里切刀削麵的奧特曼，乃至家裡常見的滾筒洗衣機，都屬於機器人的範疇。

　　而有一類特殊的新概念「機器人」，既沒有鋼鐵身軀，也沒有電子元件，這種讓人感覺摸不著頭腦的「機器人」，就是納米機器人了。

　　什麼是納米機器人？

　　通俗來講，所有能夠在納米（也包括幾微米）尺度上完成任務的東西，都能算作納米元件，其中當然也包括細胞內合成蛋白的核糖體，溶解細胞廢物的溶酶體，在細胞間傳輸信號的外泌體等等。

　　但如果說他們是機器人，還差了一個至關重要的因素，那就是人工製造。與這些天然納米原件相似，納米機器人也是在納米尺度上執行化學或生化任務，構成這些納米機器人的，一般也不是電子元件，而往往是一些有機分子（也有可能帶有金屬等無機部件）。驅動它們運行的，一般也不是宏觀機器人常用的電能，而是天然納米原件中常見的生物化學反應。而納米機器人和天然納米原件的主要區別，就是納米機器人執行的不是老天爺在幾百幾千萬年前制定的任務，而是設計他們的科學家開的腦洞。

　　納米「領航員」機器人

　　近日，上海交通大學和中科院上海應用物理研究所的科學家們就開發出了一種很有趣的納米「領航員」機器人（發表在nature material，自然。材料上）。它們使用DNA「摺紙」（dna origami）製作了一種納米尺度的方形二維結構，然後在上面的特定路線留下髮夾狀的DNA分子路標。之後再加入能「激活」這些路邊的啟動子（只需要一個喲）和用於促使反應持續的「燃料」分子，單分子鏈式反應就能沿著設計者留下的分子路標向前推進。

這個納米領航員機器人的工作方式很像大家常見的多米諾骨牌

　　看著很暈是不是？下面我用人話來翻譯一下。大家想像一下，二維的DNA摺紙就像一塊地板。在地板上，有一排用DNA分子做成的多米諾骨牌，在沒有啟動分子的情況下，這些骨牌都是穩定得立著的，但當你向骨牌的一端扔下一塊啟動分子的時候，這些骨牌就會依次朝著另一端倒下，從而使倒下的骨牌形成一條明顯的通向另一端的路徑。

　　但與能同時觸發多條分叉路徑的多米諾骨牌不同，在這個納米領航員的骨牌遊戲里，如果留下的DNA路標被做成了有多條分叉的迷宮，單分子「領航員」就只會隨機沿著其中的一條路徑向前延伸（也有可能走到死路）。不過，這樣的一張納米摺紙比大家用來玩骨牌的地板要小得多，也就是說可以在不大的面積里同時放下許多這樣的DNA納米摺紙。哪怕單個單元里，「分子領航員」找到正確路徑的概率不大，只要有足夠多的納米摺紙，總有一些運氣比較好的分子領航員會找到走出迷宮的最佳路徑。

被大量領航員納米機器人暴力破解的迷宮路徑

　　簡而言之，在這個納米骨牌系統里，每一片DAN納米摺紙和它上面的分子領航員，都可以被看成一個計算單元。由於一片摺紙只有納米尺寸，可以在微米尺度的面積內放下許多個計算單元，擁有可觀的計算能力。這種特性可以被用來用枚舉法「暴力破解」納米迷宮，也有希望被用來製造納米級別的分子感測結構。從這種意義上說，這個系統被稱為納米「機器人」，或者說分子計算機，也算當之無愧了。

　　納米機器人：精確打擊實體腫瘤

　　基於有機分子的「納米機器人」，遠不止有暴力破解納米迷宮這一種聽起來不太貼近生活的功能。前一段時間，我們曾經報道過，亞利桑那州立大學和中國納米科學中心的科研人員，開發出了一種同樣是基於DNA摺紙技術，且可以精確打擊實體腫瘤的「納米機器人」，該文章發表在今年二月的nature biotechnology （自然，生物技術）。簡而言之，這個納米機器人在被注射入體內之後，可以利用外表攜帶的腫瘤特異性配體（aptamer），識別腫瘤富集的局部環境，並在找到這種特殊的靶點環境之後由筒狀展開成片狀，露出內部攜帶的能殺傷實體腫瘤的藥物 （在他們的設計中是凝血酶）。其工作機理非常類似於現代戰爭中常用，能尋找攻擊目標並在到達目標後才起爆的精確制導巡航導彈。

抗腫瘤納米機器人，兩邊的綠色dna配體用來識別腫瘤細胞，中間攜帶的紫色物體是抗實體瘤所用的凝血酶 上圖為巡航狀態，下圖為攻擊狀態

　　除了上文中介紹到的兩種納米機器人之外，還有很多種用於精確給葯等功能的納米機器人，其中的一些聽起來非常科幻，已經超出了作者的了解範圍，在此就不班門弄斧了。

　　值得注意的是，而包括本文詳細介紹的兩種技術在內的幾乎所有納米機器人，都不需要電能驅動，它們的工作過程，高度依賴於它們自己的特殊物理性質和高度特異的化學反應。這就導致了它們的設計和製造過程不僅非常複雜，而且成本高昂。

　　我相信，如何讓這些高端大氣上檔次的新概念納米機器人，逐步走入尋常百姓的生活，將會是很多科學家在未來一段時間內努力的目標。讓我們拭目以待吧！

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