纳米小神医

纳米小神医

美国著名的科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫1965年曾经写过一本科幻小说，名字叫《奇妙的航程》。小说中幻想一些科学家把一艘由人操控的潜艇微缩后，让潜艇进入人体进行了一段奇妙的旅行。今天，我们还是没能发明微缩术，可是制造出微小的机器进入人体已经成为科学家研究的目标。

科学家设想这样制造出来的纳米机器人可以在病人的血流中前进，追捕患病细胞，穿透其细胞膜并释放精确定量的药物，随时清除人体中的一切有害物质，激活细胞能量，使人不仅仅保持健康，而且延长寿命。这种机器人还能够从动脉壁上清除脂肪等沉积物。这不仅会提高动脉壁的弹性，还会使通过动脉的血液流动状况得到改善。血栓会在人体的要害部位阻塞血流，导致重要脏器的损伤。纳米机器人可以在这些血块未堵塞血管、尚处在流动中时，把它们打成小碎片，使其对机体的损伤大大降低。纳米机器人还可用来清除创伤和烧伤。它们的大小使它们在清除切割伤等伤口附近的垃圾和异物时变得很有用，在烧伤时也是这样。它们可以从事比常规技术更复杂的工作，造成的损伤却非常的小。纳米机器人可以用来清除人体内的其他微生物。它们很适宜清除一些微小的寄生虫、修复关节、加强骨组织、去除疤痕组织等，看来它真的是神通广大。此外，这种微小的机器人还可以时刻不停地监测我们身体里的各种信息，就好像我们身边始终跟着一个医生气样。

艾滋病是目前医学上的难题，可在未来的某一天，医学科学家把它交给了一种纳米机器人，让这些纳米机器人进入人体的细胞里面，发起全方位的攻击，彻底清除这万恶的病毒，挽救人的生命。人们把它称为“神医”。原因挺简单，医生并没给病人动手术、开药方，而是把这种机器人注入到病人的血液中。这个微型机器人不断在病人的血液中游走，及时地捕捉病毒。结果病人很快痊愈，称纳米机器人为“神医”真是当之无愧。

试想不久的将来一位高级工程师患了脑血栓。医生采用了一种独特的治疗方法:他把一根极其纤细的微型导管先插入病人大腿，然后将其慢慢引向脑血管。微型导管上的诊断激光束如同一位高明而又细心的大夫沿着脑血管仔细地搜索检查。忽然间，诊断激光束发现了在前进的道路上有脑血管瘤等堵塞物，此时微型导管上的气囊立刻自动膨胀起来，迅速将导管固定住，让治疗激光束立刻对堵塞物进行“轰击”清除。治疗效果自然是令人满意的，这也是目前普通药物无法企及的。

以上所描述的情景已不再是什么幻想，而是纳米技术在医学领域中即将成为现实的事情。目前，医学专家正对微型机器人在医疗领域的应用全力攻关。20世纪。90年代初，当用硅制作的微型马达出现时，各国的医学专家就考虑到它的各种应用。前些年，直径约0.2毫米的微型静电马达乃至直径更小的超微型静电马达就已研制成功，使得用纳米机器人来治疗各种疾病的技术日臻成熟。美国贝尔实验室研制成功的一种微型气轮机，是一种带有旋转叶片的电机。它的体积非常小，看上去只是一个小黑点，只有借助显微镜才能看清它。但由于超微电机实在太小，以至于滞留于其气轮叶片间的物质分子也重到足以引起强大的阻力，从而减缓电机的转速。即使用一个注射器针头轻轻一吹，它也能以每分钟24000转的速度快速旋转起来。

纳米技术与生物仿生学及医学的融合交叉，已取得了一些辉煌的成果，如分子马达的发明，用DNA的密码原理开始研制智能纳米机器人。

纳米技术与生物学的结合将对21世纪的人类生活产生不可估量的影响。想二想近10年来信息技术的迅速发展，生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物。信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网如同幻梦般地改变人类的生活方式，就不难想像纳米技术与生物学的结合将怎样改变现代医学和农业的面貌。我们的生活方式正因纳米技术向生物学的渗透而面临着巨大的变革。

“纳米技术有着不可限量的潜力，它甚至会超过计算机或基因技术，成为2l世纪的决定性技术。”这是某位著名分析家所说的话。此话的确道出了新世纪科学发展的一个重要趋势。

仿生学是根据生物学原理而进行的，它是生物物理学的一个重要分支。物理学家总是模仿生物的行为制造各种灵巧的机器。飞机是模仿鸟类飞行的产物，照相机是眼睛的仿制品，智能机器人更是当前科学家热衷发展的技术。

当纳米技术朝仿生学渗透时，其基本内容就是研制微型机器人，制造一些仅由数千个原子组成的机器人，使它们可以在细胞水平的微小空间内开展工作。

微型机器人的设计是基于分子水平的生物学原理。事实上，细胞本身就是一个活生生的纳米机器，细胞中的每一个酶分子也就是一个个活生生的纳米机器人。

蛋白分子构象的变化使酶分子中不同结构域的动作就像微型机器人在移动和重新安排有关分子中的原子排列顺序。细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器:核糖体是按照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器;加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜囊泡运送到确定的部位发挥功能;完成了功能使命的蛋白质还会被贴上标签，送去水解成氨基酸以备再用。细胞的生命过程就是一批又一批的功能相关的蛋白质组群不断替换、更新行使功能的过程，这些生命过程所需的一切能量来自太阳。植物叶子中的叶绿体是把太阳能转化成化学能从而制造粮食的加工厂;线粒体是把能量物质中储存的太阳能释放出来从而制造能量ATP(直接为生命提供能量的分子)的车间;我们每人每天都要消耗相当多的ATP分子，来维持生命活动和繁忙的工作。细铲，8中发生的所有这一切都是按照DNA分子中的基因密码序列的指令井然有序地进行的。

瑞典已经开始制造微型医用机器人。据报道，这种机器人由多层聚合物和黄金制成，外表类似人的手臂，其肘部和腕部很灵活，有2～4个手指、实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段。科学家希望这种微型医用机器人能在血液、尿液和细胞介质中工作，捕捉和移动单个细胞，成为微二型手术器械。

纳米拒技术与仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人。可以预料，直接利用太阳能制造食物的机器很可能将在21世纪出现;利用纳米技术可以制造在血管中游走的机器人，以便专门清除血管壁上沉积物，减少心血管疾病的发病率;利用纳米技术还可以制造能进入组织间隙专门清除癌细胞的机器人，所有这些都已不再天立夜谭。

在小型化方面，科学家不仅造出了像微生物那样大的精巧装置，而且还使这些装置能够运动。

美国国家航空航天局资助的研究人员最近启动了一个项目，目的是;把这个纳米机器人真的变为现实。如果项目成功，这艘由科学家开发的“船”——称为“纳米微粒”或“纳米胶囊”——就能使另一个科幻故事成真:载人火星探测以及其他的长期太差生活。

当研究人员的主要注意力都集中在太空应用时，纳米微粒也拥有了在医学(特别是治疗癌症)等领域的潜在价值。把治疗肿瘤的药物直接导人癌细胞的迫切需要已经在医学领域掀起了对纳米微粒的广泛兴趣，因为这能避免化疗的副作用。这些纳米微粒的作用是引入了一种新的治疗方法——实际上是进入一个个单独的细胞……并将其修复，如果细胞的损害过于严重，就干脆杀死这些细胞。

他们研制的项目将集中在与癌症有关的问题上——尤其在飞往月球或火星的旅途中，飞船脱离了围绕地球的由巨大磁场构成的保护伞，宇航员在太空中会受到高剂量辐射，这可能引发癌症。

甚至在宇宙飞船上使用的防辐射的先进材料也不能将宇航员与太空中的高能辐射完全隔离开来;这些高能宇宙射线像极细小的子弹一样能穿透宇航员的身体，处于其飞行轨迹上的分子会被击碎。一旦细胞内DNA因辐射而损坏，细胞就不能正常地行使功能，有时会癌变。这是一个重要的问题，如果人类要在太空中生活，我们就必须知道如何更好地使他们免受辐射之害。

因为独立地防护也许并不能解决问题，利·学家必须找到某种使宇航员自身能抵抗辐射危害的方法。纳米微粒是第一流的解决方案。这些运药小船的长度仅有几百纳米，比细菌小得多，甚至比可见光的波长还要短。用一只皮下注射针头进行的简单注射能把成千乃至上百万的这种小船注入人体血流中。一旦进入血流，纳米微粒能比人体内的普通细胞信号系统更有效地找到被辐射损坏的细胞。

数以万亿计的人体细胞靠外层膜上的复杂分子进行相互识别和通信。这些分子就像化学“旗帜”一样与其他细胞通信，在控制血流中的分子(如荷尔蒙)能否通过时，它们又起着化学闸门的作用。

细胞被辐射损坏时，它们会在特定种类的蛋白质上产生一个标记，这标记会体现在细胞的外表面上。细胞就这样告诉其他细胞说:“嗨，我受伤了。”通过向纳米微粒的外表面植入可以识别细胞标记的分子，科学家能够为纳米微粒“制定任务”使其找出那些受辐射损害的细胞。

如果辐射造成的损伤很严重，纳米微粒会进入受损细胞并释放一种酶使细胞“自动破坏DNA序列”。或者，它们能释放DNA修复酶以尝试修理细胞，使其恢复正常功能。

如果这种纳米微粒研究成功，那么人类在太空中就不怕各种射线的辐射了，其时，移民太空将成为可能。