發布日期：2022-05-18 點擊率：46
你還記得電影《我，機器人》（I， Robot）里的場景嗎？蘇珊·卡爾文博士給智能機器人桑尼注射了納米粒子，以消除他的人工智能。注射液中那些銀色的小東西怎么可能毀掉機器人的全部智能呢？這個過程看起來很簡單，但也引發了許多關于納米材料的問題。納米機器人學（nanorobotics）是關于建造納米（10^-9米）級別機器或機器人的新興學科，屬于納米技術的范疇。
納米級究竟是什么概念呢？我們肉眼可見的數量級是毫米級，如果想要看見納米機器人，就需要用顯微鏡放大一百萬倍。
什么是納米機器人？
納米機器人是一種在納米或分子級別下可以被操控的機器，屬于分子仿生學范疇。其“納米”有兩層含義——一方面是物理尺寸上達到納米級的機器人，另一方面是用于執行納米操作的機器人。
關于納米機器人的研究目前還停留在第一階段，即單純的生物和機械結合體，它更多指向在醫學方面進行健康檢查和疾病治療的納米機器人。在研究人員設想的第二階段，納米機器人可以直接由原子或分子裝配成具有某種特定功能的裝置，并完成復雜的納米級任務。在第三階段，納米機器人則是人工智能與納米器械的結合。
如何制造納米機器人？
制造納米機器人，目前有物理和化學兩種方法。物理方法是指制造納米級精度的芯片所用到的光刻技術；而化學方法就是用化學物質合成分子零件。
制造出機器后，下一步就是讓納米機器人“跑”起來。在微觀世界中，摩擦力、布朗運動等外因會對納米機器人造成“降維打擊”，因此驅動環節的實現十分困難。
但正所謂辦法總比困難多，研究人員也分別給出了各自領域的解決方法——物理上可以由磁場、電場作用產生動力；化學上可以依靠化學反應產生的能量來驅動前行；而從生物的角度，DNA納米機器人的驅動依靠兩條DNA結合鏈，當一條鏈和生物體內的DNA單鏈結合時，另一條鏈就是自由的，分子運動會讓自由的結合鏈隨機與另一根生物體內的DNA單鏈配對，這就相當于人類的雙腳行走，從而實現空間的移動。
癌細胞是如何形成的？
細胞會對不同的生長信號做出反應，并受到身體的系統控制。正常的細胞生長需要遺傳信號的完美平衡，使其完成增殖并在后期凋亡。然而，癌細胞似乎對這些細胞信號視而不見，反而以不受控制的方式增殖。這些細胞開始抵抗控制分化和快速分裂的細胞信號，并入侵其他健康組織。它們還會暫時建立新生血管來為自己提供給養，并促進增殖。
納米機器人或許將成為治療癌癥的新方法，但前提是，科學家需要大量研究來證明它們在人體中的安全性。
癌癥可以是良性的，也可以是惡性的。良性腫瘤細胞是“順從型”細胞，它們通常停留在正常組織的邊界內。相比之下，惡性腫瘤細胞有能力打破組織邊界，入侵其他鄰近的健康組織，對身體造成嚴重破壞。
問題在于，正常細胞是如何突然“失控”的呢？不幸的是，這個問題沒有一個簡單的答案。形成癌癥細胞的原因之一是DNA結構的改變，這會導致細胞間信號的丟失，最終引起細胞分裂失控。
納米技術在殺死癌細胞中的作用
納米醫學是利用納米級設備對各種疾病進行診斷、預防和治療的科學，其出現改變了現代醫學的面貌。這些微小的納米粒子有能力改變身體的動態，并產生最小的副作用。
美國亞利桑那州立大學利用小鼠腫瘤模型進行了一項研究，精確地展示了納米機器人如何殺死癌細胞。這些納米機器人是由DNA納米結構（DNA進行了折疊以達到90nm的尺度）和凝血酶組成的。
這些納米機器人的目標是一種叫做核仁素（nucleolin）的蛋白質，這種蛋白質只存在于癌細胞表面。納米機器人附著于癌細胞后，釋放凝血酶進入細胞，從而切斷癌細胞的血液供應，摧毀腫瘤。納米機器人工作速度快，數量多，完全包圍了腫瘤。實驗取得了成功，小鼠體內的腫瘤大幅縮小，而健康細胞不受影響。
納米機器人能用于人類癌癥治療嗎？
納米機器人或許將成為替代化療和其他癌癥療法的新方法。化療已被廣泛用于殺死癌細胞，但會產生非常嚴重的副作用。化療會殺死所有快速分裂的細胞，比如癌細胞，同時也會殺死其他健康細胞。這是在接受化療的患者出現脫發的主要原因之一，因為毛囊的生長速度很快。
納米技術具有令人矚目的特性，在癌癥治療中也會讓我們大開眼界。納米機器人還可以設置多個結合位點，與許多細胞結合并釋放藥物。
然而，并不是所有發光的東西都是金子……納米技術在人體中的應用也有其不利的一面，因為就本質而言，納米技術仍是外來的。科學家需要進一步研究的最重要問題之一，就是納米顆粒的毒副作用，及其對人體的影響。納米顆粒可能會跨越生物屏障，如血腦屏障、小腸或鼻腔表皮，所有這些都可能導致炎癥反應，甚至更嚴重的副作用。
文章來源： 人民網，制造自動化前沿
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