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科学家研制纳米机器人,未来或可用于各类场景

作者:金永进 VIEW: 发布时间:2021-11-20 14:59:27

日前,美国宾夕法尼亚州立大学科学家研制出一种新型的纳米机器人。这种机器人可控制参与细胞运动和癌症转移的特定蛋白质的功能,为构建用于癌症和其他疾病的复杂设备铺平了道路。科学界认为,它将来不仅可用于医学领域而且可用于其他领域。

医用纳米机器人艺术图(图片源自网络)

纳米是长度单位,1纳米只有1米的十亿分之一。1纳米中只能排三四个原子,比单个细菌、红血球和病毒的长度还要小得多。如果我们做成一个直径只有1纳米的小球,将其放在一个乒乓球上,从比例上看,就相当于把1个乒乓球放在地球上。

纳米技术的概念最早是由美国物理学家、诺贝尔奖得主理查德•费曼教授提出的。他于1959年12月发表了名为“底部充足的空间”的演讲,创造性地提出了“整本的百科全书写在针头上”的设想,成为了后来纳米技术最早的科学预测。有了纳米技术,我们就能够从分子水平上认识世界,改善人类的整个生命系统。

纳米技术自发明以来,已经在医学的多个方面得到应用。目前,科学家通过精心设计,已成功将微纳米机器人应用于生物探测、智能载药、药物释放、血栓清除、祛除寄生虫、杀死肿瘤细胞、激活细胞能量、实现光热治疗等多个方面。

纳米机器人(也称“细胞机器人”或“DNA机器人”)的研制属于分子仿生学范畴,它根据分子水平的生物学原理设计制造,并在纳米空间控制、操作。纳米机器人将在各个领域发挥巨大作用,尤其在医学领域中,它可以精准杀灭病毒、疏通血管、清除动脉内的脂肪沉积、清洁伤口等。

前不久,中国科学院国家纳米科学中心的科学家研制出一种新型的纳米机器人;他们在细胞和活体水平分别进行了验证,结果显示这种机器人能够在血液中运行,发现肿瘤,并且递送一种导致血液凝结的蛋白,从而导致癌细胞死亡。这对于很多癌症都有良好的潜在治疗作用。

以色列科学家最近研制出一种微型纳米机器人,它可以在人体内“巡逻”,锁定病灶后可以自动释放所携带的药物。当你感冒时,医生不用给你打针开药,而是将纳米机器人植入你的体内。这种机器人可以在人体内探测感冒病毒的源头,并直接在患处释放药物并杀灭病毒。

关于纳米机器人的研制目前还停留在第一阶段,即单纯的生物和机械结合体,它更多是指向在医学领域进行疾病治疗的纳米机器人。在第二阶段,纳米机器人可以直接由原子或分子装配成具有某种特定功能的装置,并完成复杂的纳米级任务。在第三阶段,纳米机器人则是人工智能与纳米器械的结合。

值得一提的是,为实现纳米机器人的各种潜在应用,纳米机器人目前至少要突破两个关键性的技术——纳米操控和智能化。其中纳米操控是指在微米或者纳米尺度上,对一个微小的物体进行精密的操控;而智能化则是纳米机器人实际应用中的重要一环,旨在利用经人工智能强化的自动化系统,实现在复杂环境中进行探索和决策。

纳米机器人除了在医学应用外,在其他领域也有着潜在的应用场景。因此有关专家指出,用不了多久,个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国科学家、未来学家周海中教授在1990年发表的经典论文《论机器人》中甚至指出,到21世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

文/金永进(作者单位:美国布朗大学工程学院)

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