偉大的渺小

文｜馬 迪

現(xiàn)實(shí)與科幻到底有多少差距？納米機(jī)器人到底能干啥？

機(jī)器人是電影和科幻小說中的?？?，要是沒幾個(gè)機(jī)器人角色都不好意思說自己是科幻大片。而肉眼看不見的“納米機(jī)器人”又是其中翹楚，每次出現(xiàn)都是“黑科技”的代名詞—要么是縮小無數(shù)倍的潛行者，要么是改造人體的催化劑，總之神乎其神，真正詮釋了想象力的天馬行空。

現(xiàn)實(shí)與科幻到底有多少差距？納米機(jī)器人到底能干啥？

雖然從廣告上常常聽到納米技術(shù)這個(gè)名詞，但絕大多數(shù)只是概念而已。納米（nm）又叫毫微米，即0.000001毫米。這意味著要將一根普通的頭發(fā)（直徑0.05毫米）縱向平均剖成5萬份才能得到1納米。

1959年，諾貝爾獎(jiǎng)得主理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼在一次著名的演說中提出了許多微觀尺度上的構(gòu)想，比如如何在針尖上寫下24冊(cè)的大英百科全書、如何在原子的尺度上加工和制造微型計(jì)算機(jī)等等。今天，只要在網(wǎng)上搜索“Plenty of Room at the Bottom”就可以直接領(lǐng)略大師當(dāng)時(shí)的風(fēng)采（80分鐘），費(fèi)曼因此也被稱為“納米技術(shù)之父”。

費(fèi)曼率先提出利用微型機(jī)器人治病的想法：病人可以吞下這種“極小同時(shí)按我們計(jì)劃行事、聽從人類指揮的機(jī)器”，任其在人體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)和治療。這就是納米機(jī)器人概念的雛形。由于過于超前，在演講發(fā)布的最初20年里幾乎毫無進(jìn)展，直到1981年掃描隧道顯微鏡以及在此基礎(chǔ)上的原子顯微鏡問世，納米機(jī)器人研究才成為可能。

早在20世紀(jì)80年代，人們就實(shí)現(xiàn)了對(duì)單原子的控制，第一代納米機(jī)器人就是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體。（例如用碳納米管做結(jié)構(gòu)件，分子馬達(dá)做動(dòng)力組件，DNA關(guān)節(jié)作為連接件）

直接利用原子或分子裝配成具有特定功能的裝置被稱為第二代納米機(jī)器人（例如直接用原子、DNA片段或蛋白質(zhì)分子裝配）。2015年，法國(guó)國(guó)家科學(xué)院的一個(gè)研究小組，成功合成了一種很長(zhǎng)的聚合鏈，通過超分子鍵把成千上萬的納米零件結(jié)合在一起，每個(gè)都能產(chǎn)生約1納米的線性伸縮運(yùn)動(dòng)，積少成多使這條聚合鏈能夠產(chǎn)生10微米的收縮舒張，就像肌肉組織一樣。

即便如此，這些研究也只是實(shí)現(xiàn)了“納米零件”的簡(jiǎn)單聚合，真想要裝配出電影中那樣靈活的納米機(jī)器人，還有很長(zhǎng)的路要走。更何況，理論上的第三代納米機(jī)器人將在第二代的基礎(chǔ)上增加控制器（如納米芯片、納米計(jì)算機(jī)等），就更加遙不可及了。

除了怎么“做出來”，還有一個(gè)關(guān)鍵問題，是如何讓納米機(jī)器人“動(dòng)起來”。

機(jī)器人的工作離不開基本的運(yùn)行能源，一般會(huì)用到電場(chǎng)或者磁場(chǎng)，比如麻省理工大學(xué)的科學(xué)家在納米機(jī)器人的表面涂上了鎳鈦雙涂層，使其具有磁性，這樣就能夠通過外部磁場(chǎng)控制其行動(dòng)路線。

2017年，來自三大洲的6支隊(duì)伍在法國(guó)進(jìn)行了一場(chǎng)“納米賽車大獎(jiǎng)賽”。賽道由黃金制成，全長(zhǎng)100納米，參賽者投入自己制造的車型分子進(jìn)行比賽。全程使用掃描隧道顯微鏡等特殊設(shè)備產(chǎn)生的電流“推動(dòng)”分子前進(jìn)，最后美國(guó)-奧地利聯(lián)隊(duì)以每小時(shí)35納米取得了冠軍。

也有學(xué)者腦洞大開，想從能運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞那里“借力”，而最有動(dòng)力的細(xì)胞莫過于精子了。德國(guó)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用鈦-鐵納米薄膜做出了一種空心管，之后將牛的精子一頭置入管子，尾巴暴露在外，就制成了“精子機(jī)器人”。通過改變溫度等條件，可以控制精子的移動(dòng)路線和速度，堪稱微觀世界里的“牛車”。

納米機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是納米生物學(xué)中最重要的方向，但實(shí)際中的重重困難讓這個(gè)領(lǐng)域步履蹣跚。

由于需要進(jìn)入患者體內(nèi)，因此需要保證機(jī)器人表面對(duì)血漿等體液沒有黏附性，還需要為惰性材料，不與人體發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，避免引起人體內(nèi)多種系統(tǒng)性反應(yīng)如免疫反應(yīng)、促凝反應(yīng)、超敏反應(yīng)、發(fā)熱反應(yīng)等。另外，納米機(jī)器人尺寸較小，可能會(huì)引起體內(nèi)巨噬細(xì)胞的警覺，還需要能躲避或者不觸發(fā)吞噬。

2019年，加州理工學(xué)院的科學(xué)家把納米機(jī)器人放在一個(gè)膠囊里并注射進(jìn)人體內(nèi)（這層膠囊可以防止納米機(jī)器人被胃酸等體液破壞）。隨后，他們利用一種名為“光聲斷層掃描技術(shù)”在人體外對(duì)這些納米機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)時(shí)定位。當(dāng)機(jī)器人膠囊抵達(dá)病患區(qū)域時(shí)，用外源近紅外光穿過人體組織，使膠囊破裂從而釋放納米機(jī)器人，成功地在病患區(qū)域停留并釋放了藥物。

毫無疑問，納米機(jī)器人將會(huì)帶來一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命。如果納米機(jī)器人在未來能夠修復(fù)并維護(hù)人類的免疫系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，那么我們很可能再也不會(huì)得病；如果它能夠24小時(shí)不間斷地在體內(nèi)進(jìn)行修復(fù)、替換和調(diào)整；我們很可能極為長(zhǎng)壽。甚至有未來學(xué)家認(rèn)為，納米機(jī)器人將來會(huì)定居在人體內(nèi)，成為人的一部分。這樣的未來，你想要嗎？