納米機器人的手術(shù)夢

木子

也許有一天，手術(shù)不再由人完成；也許有一天，傷口會變得更加細(xì)小；也許有一天，納米機器人就能夠進入人體獵殺癌細(xì)胞或?qū)嵤┭ㄊ中g(shù)。也許在很多人眼中，這還是一個遙不可及的夢想，但事實上，納米機器人進入人體，向細(xì)菌、癌癥和其他疾病發(fā)動“戰(zhàn)爭”，已經(jīng)開始進入倒計時階段。

美國科學(xué)家不但發(fā)現(xiàn)了制作納米機器人的最佳材料，而且還在全力研制納米機器人的發(fā)動機系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，并且已經(jīng)取得了相當(dāng)重要的成果。一旦納米機器人研制成功，將來為癌癥病人做手術(shù)的可能不再是穿著白大褂的醫(yī)生，而是一個個肉眼看不見的納米機器人！它們會被醫(yī)生注射進患者的血管中，然后以每秒2毫米的速度游向患者的癌細(xì)胞，最終聯(lián)手合作，將癌細(xì)胞一一滅殺。

美夢成真

一名腦血栓病人正躺在醫(yī)院手術(shù)室中，等待接受危險的腦血栓移除手術(shù)。然而，醫(yī)生并沒有拿起手術(shù)刀，而是取出了一個透明的玻璃瓶，里面裝著兩百萬個納米機器人！醫(yī)生將裝有納米機器人的液體注入患者血管，而這些機器人則開始向患者腦部移動，然后分工合作為患者手術(shù)。

一些納米機器人會擔(dān)任導(dǎo)航任務(wù)；另一些納米機器人會從事信號傳遞任務(wù)，以便讓手術(shù)室中的外科醫(yī)生能從電子屏幕上監(jiān)控手術(shù)情況；還有一些納米機器人負(fù)責(zé)用“納米鑷子”夾住血栓，讓其他納米機器人用“納米手術(shù)刀”將血栓切成無數(shù)小塊后運走；最后一批納米機器人則給患者大腦中的受傷組織直接上藥，好讓這些手術(shù)傷口能盡快愈合。整個手術(shù)耗時不到半小時。手術(shù)成功結(jié)束后，所有納米機器人都在患者的血管中進入了“休眠”狀態(tài)，它們在靜靜地等待，等待著從患者的體內(nèi)被分泌排泄出去。

這場手術(shù)離我們不會遙遠(yuǎn)了。納米機器人手術(shù)，聽起來像是科幻小說中的情節(jié)，但在過去幾年中，美國科學(xué)家已經(jīng)在研究和操縱一些非常簡單的納米機器人，讓它們通過炙燒癌細(xì)胞的方法，追蹤和消滅患者體內(nèi)的癌細(xì)胞。

借風(fēng)使船

眾所周知，許多疾病都是由一個細(xì)胞或細(xì)胞的某個部分的缺陷引發(fā)的，面對這些微小的病變細(xì)胞，拿著相對龐大手術(shù)刀的外科醫(yī)生很難下手。

雖然科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了不少專門消滅癌細(xì)胞的藥物，但所有抗癌藥都對健康細(xì)胞有副作用。這些藥物以藥丸或注射方式進入患者體內(nèi)后，通常會對整個身體產(chǎn)生影響。

長久以來，人們一直希望能有“人”深入人體，直接將藥物送至癌細(xì)胞組織周圍，來一場“精準(zhǔn)制導(dǎo)”的殲滅戰(zhàn)，避免誤傷其他健康的細(xì)胞。隨著納米機器人的出現(xiàn)，這個美好的愿望即將實現(xiàn)。

事實上，科學(xué)家很早就有制作納米機器人的想法，但一直苦于無法為它們找到合適的“肉身”。直到2006年，美國加州理工學(xué)院的科學(xué)家保羅·羅瑟蒙德（Paul Rosamund）在實驗室中設(shè)法將脫氧核糖核酸（DNA）折疊成了任意形狀，科學(xué)家才最終確定了納米機器人的制作材料。DNA可以互相編織并束縛到分子上，是理想的納米機器人“骨骼”。

不竭動力

當(dāng)然，如何讓納米機器人在人體血管中自由移動，主動尋找、發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞和病變組織，才是科學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)之一。這意味著，這些肉眼看不見的“納米醫(yī)生”必須裝備著某種類型的發(fā)動機、燃料和導(dǎo)航系統(tǒng)。

來自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的華裔科學(xué)家張良方和王約瑟，同樣也嘗試著為納米機器人制作發(fā)動機。在他們的設(shè)計方案里，納米級別的發(fā)動機包含4種金屬——鉑、金、鐵和鈦，以過氧化氫為“燃料”。當(dāng)把它放入過氧化氫的稀釋溶液時，這個納米發(fā)動機就能通過前面的孔洞吸收溶液中的“燃料”，然后將其分解成水和氧氣，并從尾孔中噴射出去。它能讓納米機器人以每秒2毫米的速度向前移動，這看起來好像不太快，但考慮到納米機器人的大小，這一速度其實就相當(dāng)于一輛汽車以每小時600千米的速度在高速公路上飆車。

此外，科學(xué)家還在嘗試用血糖為納米機器人提供“能源”。根據(jù)計算，如果真能讓納米機器人將血糖作為發(fā)動機的“燃料”，那么至少可以獲得10皮瓦（百億分之一瓦）的能量。這看似微不足道的動力，卻比一個大腸桿菌利用鞭毛游動時的能量高出1萬倍！

不過，需要動力進行活動，始終有不確定性。考慮到這一點，美國科學(xué)家還利用DNA分子的特性，發(fā)明出了不需要任何“發(fā)動機”或燃料驅(qū)動的納米機器人。去年，美國哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家米蘭·斯托雅諾維奇（Milan Stojanovic）利用幾根短短的DNA鏈，設(shè)計出了一只3條腿的“納米蜘蛛”。它只有4納米長，大小是一只普通蜘蛛的500萬分之一。由于它的3條腿是由單獨的DNA鏈做成的，而DNA通常是由兩條單鏈纏繞在一起形成的雙鏈分子，因此“納米蜘蛛”的DNA單鏈腿總會伸長并尋找另一條DNA單鏈，由此導(dǎo)致其移動。如果將這只“納米蜘蛛”擺放在一條單鏈DNA的表面，它就會以每小時18納米的速度，依靠三條腿移動。

一身百為

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，DNA分子不但可以為“納米蜘蛛”提供“動力”，甚至還能起到導(dǎo)航的作用，讓科學(xué)家自如地控制納米機器人的移動路徑。

加拿大蒙特利爾工程學(xué)院的塞爾文·馬特爾（Selwyn Martel）則通過磁力，為納米機器人設(shè)計了一款導(dǎo)航系統(tǒng)。只要用一塊磁鐵在人體皮膚上移動，被注射到身體血管中的納米機器人就會跟著這塊磁鐵的方向游動。此外，還有人找到了能讓這些小家伙根據(jù)血壓變化去尋找和探測血栓的方法。

其實，在科學(xué)家的設(shè)想中，納米機器人還應(yīng)當(dāng)配有傳感器，從而讓它們能夠測量血樣量、組胺等各項指標(biāo)。未來，它們將不只限于單兵作戰(zhàn)，相互之間還應(yīng)進行“通訊”，甚至還能通過Wi-Fi和電腦交流數(shù)據(jù)。當(dāng)然，目前這一切還只停留在設(shè)計階段，想要實現(xiàn)恐怕沒有那么簡單。

以小克大

雖然我們?nèi)匀恍枰嬲耐饪漆t(yī)生為癌癥和腦血栓患者診斷疾病、實施手術(shù)，但“納米機器人醫(yī)生”進入醫(yī)院手術(shù)室只是時間問題。

正如上文所說，如今已有醫(yī)學(xué)專家借助納米機器人為患者診治疾病。美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的?；ぢ穵W斯拉蒂（Erkki Luosrati）發(fā)明了一種“納米蠕蟲”，它攜帶著5～10個帶有磁性的氧化鐵粒子，同時身披一層由微小蛋白質(zhì)制成的“毛皮”，而這種“毛皮”可以和癌細(xì)胞結(jié)合。當(dāng)醫(yī)生將“納米蠕蟲”注射進患者體內(nèi)后，它們就會在人體中尋找癌細(xì)胞的蹤跡，一旦發(fā)現(xiàn)就會粘附在它們周圍。由于“納米蠕蟲”身上攜帶著磁性氧化鐵粒子，所以醫(yī)生只要通過核磁共振成像掃描儀，就能輕松發(fā)現(xiàn)哪怕極其微小的癌細(xì)胞的痕跡。

目前，第一批全自動納米機器人原型已經(jīng)問世，但仍在等待接受臨床實驗。它們的出現(xiàn)，極有可能讓我們不再談“癌”色變。這些納米機器人雖然很小，但正是因為小，才有望幫助我們解決人類的大問題。