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阅读提示：阅读本文大约需要 7分钟。 导读： 6.常笑健康温馨提示 也许有一天，我们的血管里会住一些比细胞还小的纳米机器人，有的负责巡逻，发现病毒就释放药物；有的负责治疗，去除血管内的血块寄生虫。听起来像看科幻电影一样，但有一天，这将变为现实...... 纳米技术的起源 纳米技术的概念最早是诺贝尔奖得主、理论物理学家Richard Feynman在1959年的一篇名为《在物质底层有大量空间》的演讲中提出的。Feynman设想有一天，人类可以制造出一种分子大小的微型机器，以分子甚至单个的原子作为部件在非常细小的空间构建物质，大量信息可以在微小空间中编码，这意味着人类可以在最底层的空间制造任何东西。 直到1986年K. Eric Drexler出版了一本书名为《创造引擎：纳米技术的到来》，这才真的把这个想法开始落地。Drexler提出了纳米机器能自我复制的想法：机器可以建造其他机器！  “纳米级别”有多小？
纳米机器人是一种能够在原子水平上精确地建造和操纵物体的机器。想象一下一个机器人可以像一个小孩子玩乐高砖一样拆开、拾取和放置原子，把这些原子能像拼积木一样构建任何东西。 这一切听起来就像科幻小说一样触不可及，但这一切就在眼前。小说的世界是文字构建出的，而科技的世界是各个学科理论日积月累发展伴随工业制造水平的逐步提升而共同成就的。 这是怎么做到的？ 考虑到未来纳米机器人的主要工作环境在人体内，情况复杂，纳米机器人的制造需要借助于超大规模集成电路（VLSI）以及纳米科技上的最先进技术，在纳米机器人内部的微小结构中实现包含数据上传输接收、传感器以及能源供给等多种功能的集成电路。集成后的纳米电子电路可以实现数字与模拟信号的读取与处理，并实现与其他机器人及外界控制装置的通讯。  下面来简单介绍几个核心部件： VLSI及纳米电子电路 纳米机器人的核心之一无疑是其内部的纳米级电路。近年来，随着纳米电子领域的进步，相关的电路工作和数据传输的能耗下降了60%，使得一直以来困扰纳米电子器件得到了一定程度的缓解，从而为纳米电路的大规模应用铺平了道路。 2 化学传感器 对用于疾病检测领域的纳米机器人来说，实现对人体内部某些特定结构的生物大分子的检测是十分重要的。这可以帮助医生在疾病的早期阶段就确诊疾病，从而有针对性地制定治疗方案，显著提升疾病的治愈率。而用于生物大分子探测的纳米化学传感器可以有效实现这一功能。 3 温度传感器 在病人的体内组织发生病变时，病变部位的温度会发生显著的变化，因此，基于纳米电路的温度传感器在人体内部环境的温度检测中有着潜在的应用。配备了温度传感器的纳米机器人可以为识别确定患病部位，并为药物的精准运输提供指引。 4 驱动器 根据应用场合的不同，纳米机器人的驱动器大致可以分为以下几种：电磁式、压电式、 静电式和热电式。而随着生物技术的发展，基于仿生学原理的鞭毛状驱动器和 ATP驱动的生物分子马达也被认为有着一定的应用价值。近年来分子级别驱动器（“分子马达”）的研究领域有了突破性的进展，在这一领域作出突出贡献的三位科学家也因此获得了2016年度的诺贝尔化学奖。 5 供能装置 对于一个在人体内部执行复杂任务的医用纳米机器人来说为实现在人体内部长时间高效率的运转，就需要一个清洁可控并能连续运行的能源供给装置。由于纳米机器人内部的空间有限，且纳米机器人的运行环境较为特殊，因此需要外界电源通过无线供电手段进行小功率连续供电。 6 数据传输 在深入人体的纳米机器人上植入微型传感器可以感知病人的环境的细微变化，为制定更加有效的治疗方案提供保证。但有一个问题也随之而来，那就是如何与人体内部的纳米机器人建立通讯，得到体内传感器所接收到的信 。如果需要将纳米机器人移出体外进行读取， 不仅会造成不必要的拖延，贻误治疗时机，同时还需要在机器人上安装数据存储装置，压缩其内部本就有限的空间。因此，在机器人上安装数据传输装置，实现随时随地的数据读取和接收，就成了自然而然的选择。  纳米机器人在医学领域的应用 以色列科学家目前正在研制一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，在锁定病灶后自动释放所携带的药物。这种技术的原理是：在编程过程中将某种特定疾病定义为“是”状态。“巡逻”过程中，机器人可执行一系列计算，检查所在位置处信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指标。如果某种特定疾病的所有指标都满足，机器人这时会做出应该释放药物的判断。如果检测到的指标并不充分，它最后会位于“否”的状态。 科学家对这种机器人进行了不断的改进，并取得了突破性的进展，它现在可以从多种渠道来检测疾病指标，例如mRNA、微核糖核酸(miRNA)、蛋白质以及多种小分子。 医用纳米机器人目前还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。 许多工程师、科学家和医生都认为，医用纳米机器人有着无限的潜力——而其中最有可能的包括：治疗动脉粥样硬化、抗癌、去除血块、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精以及激活细胞能量，使人不仅保持健康，而且延长寿命。 科学家的目标是：在未来创造大量这种纳米机器人，让它们自动且不间断地在身体内巡逻，寻找各种疾病信号。由于可以从多种渠道直接探测疾病指标，所以诊断更为精确。  图中描述的是纳米机器人正在寻找入侵的病毒  图中描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物 常笑健康温馨提示 纳米机器人的潜在危害 前景虽然美好，但纳米机器人目前还存在一些缺陷。 纳米机器人技术应用的过程中，由于纳米材料的微小尺度所限，在当前实验条件下，我们无法想对宏观物质那样，对纳米材料的各方面性能进行测试，因此纳米颗粒材料的安全性还需进一步验证。 此外，由于对所使用的纳米材料缺乏全面的了解，在纳米机器人制造过程中所使用的一些纳米材料可能会存在着潜在的毒性，危害人们的身体健康，这些问题已经受到科学家们的特别关注。 尽管如此，我们依然应当对纳米机器人的未来抱有信心，在不久的将来，科学家将探索、克服上述问题，让纳米技术更多为人类健康服务。 真是太惊人了，我要再去看几部科幻电影，看看将来还会发生什么...... 更 多 精 彩 请猛戳右边二维码 公众号ID 常笑健康 |
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