細(xì)胞醫(yī)生納米級電子設(shè)備

王治鈞

我們的身體中有無數(shù)凝聚在一起的生物分子，如蛋白質(zhì)、RNA、DNA等，它們相互作用、相互組合，形成了無比復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)，支撐著人體的運(yùn)作。當(dāng)它們出問題的時候，可不可以讓一個小小的“細(xì)胞醫(yī)生”為它們治療呢？本期TED大會邀請印度專家德布麗娜·薩卡爾（Deblina Sarkar）教授分享她在該領(lǐng)域的探索。

?傳統(tǒng)生物電子植入物，植入時會破壞周圍的組織和細(xì)胞

全世界最小的“醫(yī)生”

人體內(nèi)的生物分子非常脆弱，當(dāng)它們的結(jié)構(gòu)受到干擾或破壞時便會出現(xiàn)疾病。科學(xué)家正在不斷尋找治愈疾病的新方法，其中，納米電子技術(shù)或?qū)⒃谶@一領(lǐng)域創(chuàng)造前所未有的可能。

在過去的幾十年間，電子技術(shù)快速迭代，但它在生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展依然滯后——最先進(jìn)的生物電子植入物的尺寸從毫米到厘米不等，需要進(jìn)行高度侵入性手術(shù)才能將其植入人體，這會對植入部位周圍的組織和細(xì)胞造成巨大破壞。

為了解決這一問題，德布麗娜及其團(tuán)隊正在開發(fā)一種無線的納米級電子設(shè)備。這種設(shè)備僅為亞細(xì)胞（比細(xì)胞更細(xì)化的結(jié)構(gòu)）級別，不需要為它制造容納導(dǎo)線的開放性傷口。它可以無縫融入我們身體，與細(xì)胞內(nèi)的生物分子結(jié)構(gòu)相匹配，不會產(chǎn)生任何副作用。

?攜帶“細(xì)胞漫游者”的納米級電子設(shè)備（概念圖）

德布麗娜團(tuán)隊不僅已經(jīng)成功制造出僅有6個原子厚（原子的直徑一般在0.1～0.5納米之間）的晶體管，還開發(fā)出了可以在細(xì)胞內(nèi)工作的“天線”，名為“細(xì)胞漫游者”。它能將外部能量帶入細(xì)胞，不僅可以感知和調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的狀況，還可以進(jìn)行納米級電子計算。

小“醫(yī)生”的大“手術(shù)”

很多心理疾病和神經(jīng)退行性疾病都會打亂大腦中的電信號，想要有效治療這些疾病，需要在大腦中植入多個刺激電極，這樣才能對腦回路進(jìn)行大規(guī)模調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的植入電極較大，無法支持這種治療方式，因此臨床上只能植入1或2個電極來改善癥狀。而納米級電子設(shè)備比目前最先進(jìn)的電極小100萬倍，可以自由分布于整個大腦中。目前，德布麗娜正在研究一種新型的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（惡性程度極高的腦部腫瘤）生物電子療法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米級電子設(shè)備可以檢測大腦深處藏著的癌細(xì)胞組織，治療那些對化療具有抵抗力的腦部腫瘤。

不僅如此，無論是心臟的跳動、大腦的計算、肌肉的抽搐還是傷口的愈合，都與細(xì)胞最基礎(chǔ)的電活動有關(guān)，如果可以利用這種反應(yīng)，納米級電子設(shè)備的應(yīng)用范圍會更加廣闊。

德布麗娜正在與相關(guān)領(lǐng)域的研究人員密切合作，讓納米級電子設(shè)備的風(fēng)險降到最低。未來，它可以到達(dá)傳統(tǒng)的生物電子植入物無法到達(dá)的人體部位，為難以進(jìn)行侵入性手術(shù)的患者提供幫助。它甚至可以為健康的個體提供健康監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)還未顯現(xiàn)出征兆的疾病。人們可以自行選擇植入的設(shè)備類型，控制它的啟動和關(guān)閉。

僅有亞細(xì)胞大小的納米級電子設(shè)備中凝結(jié)著無數(shù)的科技智慧，它為一些目前無法治愈的疾病的治療提供了新的可能。它聽起來就像科幻小說里藏著微小機(jī)器人的“治療膠囊”，我們想象的未來正在到來。

?正在對腦回路進(jìn)行調(diào)節(jié)的納米級電子設(shè)備（概念圖）

（責(zé)任編輯 / 牛一名? 美術(shù)編輯 / 周游）