肉眼看不見的奈米機器人如何「PK」癌細胞?

2016年12月19日 07:10 風傳媒
肉眼看不見的奈米機器人如何「PK」癌細胞?(新華社)

肉眼看不見的奈米機器人如何「PK」癌細胞?(新華社)

1966年有一部電影《神奇旅程》,描述了科學家駕駛小潛水器在人體內的奇妙旅程,這部電影通過視覺幻想把微型機器人引入大眾視角。

而今,科學家正在把宏觀的機器人技術應用到微觀,研究肉眼看不見的微奈米機器人切割DNA、給細胞做手術、進入人體血管探測、甚至對抗癌細胞……記者走進中科院瀋陽自動化所微奈米研究實驗室,帶你來一次微觀世界的奇異旅行。

「呼呼……」這是風淋間的除塵聲。要進入保持高度潔淨的微奈米實驗室,要換上潔淨工作服,穿鞋套,還要進入全封閉的風淋間,進行20秒鐘對衣物除塵。

進入不大的實驗室,立刻被各種「怪東西」包圍:放在罩子裏的顯微鏡、由大量鐵片和電線構成的半人高大機器、瓶瓶罐罐裏液體顏色各異、靠牆一排小抽屜,仿佛中藥房藥櫃的縮小版……

一奈米是一米的十億分之一,約相當於人類頭髮直徑的五萬分之一。副研究員于海波介紹,實驗室研究的方向之一,是能夠在微奈米尺度上進行操作和作業的機器人,稱為微奈米操作機器人。這類機器人本體並不小,甚至可能比較大,但它們的操作範圍可以從細胞到分子,甚至對原子進行操作。

「奈米操作機器人可以對單根DNA進行切割和操作。」博士研究生張闖向記者演示一台奈米操作機器人的功能,「DNA非常小、軟,而這套奈米操作機器人系統有‘力回饋’機制,可以將前端的針尖與DNA之間的作用力放大之後傳回操作柄,由此可以精確控制針尖進行操作。」

科研人員表示,現在醫學界對奈米操作機器人切割DNA非常感興趣,將來有望實現對特定DNA段進行擴增、研究特定段中的雙螺旋相關、對DNA進行修復等。

癌症患者吃同樣的藥會有一樣的療效麼?「我們使用奈米操作機器人分析病理細胞發現,同一藥物對不同病人的療效不同,是因為細胞特性不同,瘤細胞表面抗體密度也不同。」實驗師劉斌說。

「這項研究尚處於資料分析和積累階段,目前我們已經把有價值的資訊傳給了醫院。可以預想,將來病人在治療癌症之前,先取病人的一滴血進行分析,就能制定更精准的治療方案,為病人節省大量的時間和金錢。」

微奈米操作機器人還可以對細胞進行無損運輸、切除病變細胞,對細胞進行電流檢測和表面蛋白分佈檢測等,可廣泛應用於生物工程與醫學實驗研究、微奈米科研教學等領域。

在微觀世界中進行探索和操作還需要一類「小」機器人。科學家們希望,它們將來能夠進入人體血管探測、去除癌變細胞、進行定點給藥,為抗癌發揮作用。

在顯微鏡下,一個小黑點身手矯捷,順著科研人員操作的箭頭方向任意遊動……這是實驗室研製的約600微米尺寸的磁控機器人,可以在微型管道內精確運動。

「螢幕上怎麼出現條小魚?」記者疑惑地問。博士研究生王敬依介紹,這是光驅動仿「魚」機器人,仿照魚尾擺動進行運動,前端可以夾持微小物體,從而實現對微小物體運輸或定點釋放。

探索微奈米機器人的驅動是這一領域科學家努力的方向。實驗室今年9月剛實現利用生物細菌作為機器人本體,完成微納作業任務的新技術。利用直徑10微米藻類細胞作為單體微型機器人,進行對微奈米顆粒的操作。由於藻類細胞具備從溶液中直接高效率將化學能轉換為機械能的特點,一定程度上解決了微小機器人的能源供給問題。

據介紹,微奈米機器人還包括熱驅動機器人、化學反應氣泡推動機器人等,實驗室正試圖將肌細胞作為微型機器人的驅動單元,實現行為可控的肌細胞驅動微型機器人。「因為心肌細胞、骨骼肌細胞等可以高效率地將人體血液中的化學能直接轉化成機械能,且不容易發生免疫反應。」于海波介紹說。

于海波表示,微奈米機器人是人類與微觀世界的橋樑,在無創手術、藥物輸運、微納製造等方面具有廣泛的應用前景。這一技術當前依然面臨著能源供給、驅動控制、作業靈活性等方面的關鍵挑戰,還需要不斷探索。

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關鍵字: 機器人 奈米科技

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