纳米机器人

纳米机器人维护人体健康

来源：中国计量测控网 日期：2010-6-18 点击：3107 所属分类：机器人

纳米蜘蛛利用DNA分子进行复制

曾经有一部美国科幻片名为《惊异大奇航》。这部影片中，科学家把变小的人和飞船注射进人体，让这些缩小的参观者直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。如果真的有小人能够进入我们的身体，倒是可以帮助我们看病。最近，美国科学家就研制出一种可以进入人体的纳米机器人，有望用于维护人体健康。

发明这些纳米机器人的科学家是美国哥伦比亚大学生物工程学研究人员米兰·斯托诺维克等人，组成机器人的原料是DNA分子，它们的外形很像蜘蛛，因此又称为“纳米蜘蛛”微型机器人。它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止。虽然以前研制出的DNA分子机器人也具有行走功能，但不会超过3步，而新的机器人却能行走50步。科学家希望不断改进纳米蜘蛛，以提高它们的行进距离，让它们最好能够在人体内自由穿梭。

纳米蜘蛛的体长只有4纳米，需要高倍电子显微镜才能看见，因为10万个这样的纳米蜘蛛排成一串也比人类头发直径还小。正因为纳米蜘蛛如此微小，它可以穿越人体任何组织和器官，包括最细小的毛细血管和神经末梢，而不会导致这些细小管道的阻塞。纳米蜘蛛可以在人体内的“大街小巷”内随意穿梭，及时发现人体内出现的异常情况，因此堪称人体内的“微型警察”。

“纳米蜘蛛”机器人有望成为治疗多种疾病的重要工具，比如，它们可以区分健康细胞和癌细胞，及时发现癌细胞后发出警报。成千上万只纳米蜘蛛就源源不断地向癌细胞聚集，一起合力杀死癌细胞。它们还可以成为清理人体血管的“管道工”，人体血管其实也像城市的下水道一样，时间长了就会出现垃圾，如果不及时清理就会发生各种心血管疾病，纳米蜘蛛发现这些垃圾后，能合力把这些垃圾击碎并运到人体的肠道内。纳米机器人甚至可以用于外科手术，切割或缝合所需做手术的部位，由于它们可以直接利用人体活性物质到手术部位，手术之后可以达到没有疤痕的效果。

纳米机器人实质是分子机器人，是分子仿生学中的一个重要内容。纳米机器人根据分子水平的生物学原理为设计原型，是一种可在微小的纳米空间内进行操作的“功能分子器件”。事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米机器人，细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在 DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组。目前，基因工程家已经开始利用这些活生生的“纳米工具”来维护人体健康，例如用细菌细胞来生产医用激素。

美国加州理工学院神经科学研究人员埃瑞克·温弗利说：“传统的机器人制造是一个机械体，能够识别所处环境，做出相应的判断，并遵循设计程序做某些事情。”而相比之下，分子机器人更具优势，它们不仅具备着传统机器人的功能，并且将体积缩小至纳米等级，在相应的环境中可以自动组合。也就是说，纳米蜘蛛其实还是一种可以自我复制的机器人，它们可以利用人体内的DNA分子进行自我复制，根据任务的需要来确定所需复制的数量，而不会出现纳米蜘蛛在人体内泛滥成灾的情况，不用担心纳米蜘蛛会把人体拆光。

目前，科学家们已经研发出这种机器人的“生产线”，希望未来能大量生产。研究人员希望纳米蜘蛛首先用于医疗事业，有力地维护人体健康。纳米蜘蛛早期的应用可能包括：帮

助运送药物到人体的患病部位，帮助人类识别并杀死癌细胞以达到治疗癌症的目的，甚至还能帮人们完成外科手术、清理血管垃圾等等。

物理学家总是模拟生物学原理制作各种灵巧的机器，这就是仿生学。仿生学是生物物理学的一个分支学科，它按照生物学原理提出设计原型，制造用于特殊目的的“功能器件”。

“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。目前涉及的内容可归纳为以下三个方面： 1、在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。

2、在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。

3、纳米机器人的研制。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的ＤＮＡ，或把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

液体中观察原子图像

这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。这幅地图到底有多小呢？打个比方吧，如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸，就相当于把该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。

科学家幻想的人体中的血红细胞和人造 细胞在一起的情景。我们知道人体中红血球的重要功能之一是向身体的各个部分输送氧分子，因为如果身体的某些部分缺氧，那部分就会感到疲劳。画中的蓝色小球称为呼吸者，它们不仅具有比红血球携带氧分子多数百倍的功能，而且本身装有纳米计算机、纳米泵，可以根据需要将氧释放，同时将无用的二氧化碳带走。

移动原子--世界上最小的广告

纳米神算子

是由碳纳米管制作的纳米齿轮模型。纳米齿

轮上的原子清晰可见。最异想天开的用途莫过于

将碳纳米管做成太空升降机的缆绳。由于碳纳米管的强度高、重量轻，如果把它做成缆绳，即使描述的是两种不同的分子缆绳的长度是从太空下垂到地面的距离，它也完在分子之间力的作用下在溶液中全可以经得住自身的重量。到那个时候，人类到自组装的情形。由于纳米尺寸非外太空旅行将是一件轻而易举的事情

常之小，纳米机械必须具有自组装、自我复制等功能。

画家笔下的一种纳米仿生术机器

描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积

人。这种称为游荡者的纳米仿生物可以为人体传送药物，进行细

物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动，胞修复等工作。

对于象脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非常容易的予

以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。