光驅(qū)納米機(jī)器人問(wèn)世：設(shè)計(jì)靈感來(lái)自綠藻

香港大學(xué)化學(xué)系唐晉堯博士的研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出全球首個(gè)光驅(qū)納米機(jī)器人。光驅(qū)納米機(jī)器人的大小僅與一個(gè)人體血細(xì)胞相仿，此項(xiàng)微小機(jī)器人有望在未來(lái)，被用于注射到患者的體內(nèi)，幫助外科醫(yī)生去除腫瘤，并更有效地實(shí)施“靶向藥物”的工程技術(shù)。該項(xiàng)研究結(jié)果已于10月初在世界頂級(jí)科學(xué)雜志《Nature Nanotechnology》上發(fā)表。

唐博士展示裝有數(shù)百萬(wàn)光驅(qū)納米機(jī)器人的圓盤(pán)

近十年來(lái)，微型機(jī)器人改變?nèi)祟?lèi)的生活常常成為科幻小說(shuō)的一個(gè)創(chuàng)想。比如，在著名的科幻電影《Fantastic Voyage》（中文名：《神奇的旅程》）就有很好的展現(xiàn)，一組科學(xué)家駕駛著微型納米潛艇進(jìn)入人體內(nèi)部，去修復(fù)受損的大腦。再如，電影《Terminator 2》（中文名：《終結(jié)者2》），影片中變形體T-1000由數(shù)十億納米機(jī)器人組裝而成，令觀眾驚嘆不已。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，要設(shè)計(jì)并制造出先進(jìn)的復(fù)雜納米機(jī)器人卻極具挑戰(zhàn)性。

2016年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予設(shè)計(jì)與合成分子機(jī)器的三位科學(xué)家。他們研發(fā)出一套分子級(jí)組件，未來(lái)利用這一技術(shù)可以組裝成更復(fù)雜的納米機(jī)器人來(lái)操縱單分子結(jié)構(gòu)，如DNA或蛋白質(zhì)等。近年來(lái)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中運(yùn)用微型納米機(jī)器人，已成為科學(xué)研究的主流趨勢(shì)之一。其任何突破都將可能開(kāi)啟新知識(shí)、疾病治療及新藥物的大門(mén)。

如何讓這些納米結(jié)構(gòu)能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行感知與響應(yīng)，是納米機(jī)器人設(shè)計(jì)所面臨的難題。由于機(jī)器人單體所給定的尺寸僅為幾微米，其直徑比人類(lèi)頭發(fā)還小的多，約為發(fā)絲的五十分之一，所以很難將常規(guī)的，且在合理的價(jià)格范圍內(nèi)的傳感器和電路集成其中。目前，納米機(jī)器人控制的唯一方法是將微小的磁性材料植入納米機(jī)器人內(nèi)，由外部磁場(chǎng)引導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)。

唐博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的納米機(jī)器人則采用了光驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這是在全球范圍內(nèi)第一個(gè)研究通過(guò)光源引導(dǎo)的納米機(jī)器人，并已被證明該項(xiàng)研究的可行性和有效性。論文發(fā)表在《Nature Nanotechnology》雜志上。唐博士的團(tuán)隊(duì)展示了這些光控機(jī)器人前所未有的能力，比如，機(jī)器人在光控下可以“跳舞”，甚至是可以拼寫(xiě)單詞。應(yīng)用了新型“納米樹(shù)”結(jié)構(gòu)，納米機(jī)器人可以對(duì)照射的光線(xiàn)進(jìn)行響應(yīng)，就如同“飛蛾撲火”一般。唐博士這樣描述這一運(yùn)動(dòng)方式：“他們能夠看到光，并驅(qū)動(dòng)自己走向光源?！?/p>

納米機(jī)器人的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于自然界的綠藻。在自然界中，綠藻早已進(jìn)化出感光的能力。即便它僅僅是一個(gè)單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，這些綠藻仍可以感覺(jué)到光的強(qiáng)度，并朝向光源以更有效的方式進(jìn)行光合作用。唐博士的研究團(tuán)隊(duì)花了近三年時(shí)間，成功研制的納米機(jī)器人，其新型的“納米樹(shù)”結(jié)構(gòu)，由兩種常見(jiàn)的、價(jià)格低廉的半導(dǎo)體材料硅和氧化鈦。在合成過(guò)程中，硅和氧化鈦被塑制成納米線(xiàn)，然后，進(jìn)一步排列成一個(gè)微小“納米樹(shù)”的異型結(jié)構(gòu)。

唐博士說(shuō)：“雖然目前納米機(jī)器人尚不能用于疾病治療，然而，我們將繼續(xù)研究出更高效和更具生物兼容性的下一代納米機(jī)器人系統(tǒng)?！?/p>

“光作為微觀世界和宏觀世界之間信息溝通的高效途徑，我們可以想象一下，更復(fù)雜的指令可以通過(guò)光傳送到納米機(jī)器人，這不僅為科學(xué)家們未來(lái)開(kāi)發(fā)功多能的納米機(jī)器人提供一種新的工具，也讓我們更進(jìn)一步靠近新技術(shù)在日常生活的應(yīng)用”，他補(bǔ)充說(shuō)道。