对于更加棘手的递送部位 ， 纳米机器人也在早期突破中显现出了积极的潜力 。 大脑是纳米机器人最难到达的地方 ， 因为它们需要穿过血脑屏障——这是一种选择性非常高的生物防御系统 ， 只允许一些营养物质和特定分子通过 ， 将病原体拒之门外 。 脑胶质瘤被称为“大脑杀手” ， 是神经外科治疗中最棘手的肿瘤之一 。 由于这种肿瘤发生的位置很特殊 ， 难以进行彻底的手术切除 ， 残留的肿瘤细胞成为日后复发的根源 。
想要治疗这一疾病 ， 药物就要穿过血脑屏障 。 2020年 ， 历经8年努力后 ， 哈尔滨工业大学教授贺强团队设计了一种递送策略 。 他们将抗癌药物装入磁性纳米凝胶中 ， 凝胶外用细菌膜“伪装” ， 隐藏在一种称为“中性粒细胞”的免疫细胞中 。 通过外部磁场和化学场的作用 ， 纳米机器人穿过血脑屏障 ， 实现脑胶质瘤部位的主动靶向药物递送 。 普通纳米载体递送效率大概是0.7％ ， 这一新方法将抗肿瘤药物的递送效率提高到了约14％ ， 文章于去年发表在《科学机器人》 ， 是业内比较重要的研究进展 。 贺强说 ， 未来递送效率还有望突破 。
如今 ， 在初步实验中 ， 全球各地的纳米机器人科学家已经将这种微型机器用于治疗各种疾病的研究中 。 陶伟指出 ， 在医学领域 ， 除了药物递送 ， 纳米机器人还可以用于疫苗制备、微观组织成像、疾病检测等 。 因为用途之广 ， 贺强指出 ， 纳米机器人对人类未来疾病诊断和治疗范式具有颠覆性的意义 ， “理论上 ， 纳米机器人未来可以治疗所有疾病” 。
大约10年前 ， 当赵奕平的父母因为脑卒中疾病同时住院之后 ， 他就开始对如何将纳米机器人用到中风领域感兴趣 ， 并于2014年与合作者发表了业内将纳米机器人用于中风治疗的第一篇论文 。 一般而言 ， 疾病治疗通常采用物理和化学两种方法 ， 像手术、肾结石碎石就是前者 ， 而药物就是后者 。 他们设计的一种纳米马达 ， 同时结合了物理和化学两种方法 ， 在机器人上面搭载了溶栓药物 ， 当它们进入到中风部位时 ， 除了释放药物外 ， 还可以通过机器人与血栓的机械作用来疏通血管堵塞 。 这种治疗思路 ， 也被称为“微纳手术” 。
很少被人注意的是 ， 在凝聚态物理领域 ， 科学家们还将微纳米机器人用作一种模型 ， 称为“活性胶体” ， 用以研究肿瘤的形成和转移机制 ， 以及鸟群、鱼群等自然界复杂的群体行为 。 这一理论研究领域 ， 近年来在国内外引起广泛关注 。
纳米机器人的驱动与控制
爱因斯坦曾预言：未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军 。 纳米机器人正将微型化践行到底 。
1959年 ， 在一次有关纳米技术的著名演讲“在物质底层有大量的空间”中 ， 诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼开创性地提出了纳米机器人的早期概念 。 他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器 ， 可以把分子甚至单个原子作为建筑构件 ， 在非常细小的空间里构建物质 。
1纳米是1米的10亿分之一 ， 大约50微米宽的头发丝也要比一个1纳米的物质宽5万倍 。 纳米机器人的尺寸通常只有几十到几百纳米 ， 超过这个范围 ， 就难以产生足够的驱动力来推进它们的运动 ， 而且也因为体积过大而成为血管当中致命的血栓 。
《神奇旅程》中 ， 一队缩小版的美国医生登上微米尺度的潜水艇 ， 进入受伤外交官的血液中 。 虽然外交官每次心跳所引起的血液波动都让潜艇随时处于倾覆的边缘 ， 人体的抗体也把潜艇当作敌人疯狂攻击 ， 英勇的主角们仍然能够操纵潜艇在血液中化险为夷 ， 并最后消灭血栓 。
进入身体不同部位的最佳方式是通过循环系统的“高速公路”——血管 。 但对于非常非常微小的纳米机器来说 ， 人体的血流足以将它们冲得“人仰马翻” 。 物体越小 ， 受到空气、水分子无规撞击的影响就越大 ， 其运动显得十分混乱 。 有学者形容 ， 控制纳米颗粒的运动 ， 就像在暴风雨中 ， 控制四旋翼无人机将快递送到遥远的村庄 。
纳米机器人是一个学科高度交叉的领域 ， 涉及的学科至少包括生物学、材料、物理、化学、人工智能、微纳电子等等 。 自21世纪初以来 ， 人们合成出了许许多多不同种类的微纳米材料及精巧分子 。 科研人员能够在模拟条件下 ， 通过化学能、电能、磁能、光能等各种方式 ， 让这些微纳米尺度的人造分子与颗粒能够自主运动起来 。
磁力一直是驱动纳米机器人游动的最主流方式 。 今年7月21日 ， 发表在《自然·机器智能》上的文章称 ， 受生物细胞内蛋白马达沿着细胞微管运动的启发 ， 来自苏黎世联邦理工学院和宾夕法尼亚大学的研究团队研发了磁性的人工微管 ， 可在复杂的体内环境里快速可靠地传输磁性微纳米机器人 。
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