肉眼看不見的納米機(jī)器人如何“對(duì)抗”癌細(xì)胞？

王瑩

1966年有一部美國(guó)科幻電影《神奇旅程》，描述了科學(xué)家駕駛小潛水器在人體內(nèi)的奇妙旅程，這部電影通過(guò)視覺(jué)幻想把微型機(jī)器人引入大眾視角。

而今，科學(xué)家正在把宏觀的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到微觀，研究肉眼看不見的微納米機(jī)器人切割DNA、給細(xì)胞做手術(shù)、進(jìn)入人體血管探測(cè)，甚至對(duì)抗癌細(xì)胞……記者走進(jìn)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所微納米研究實(shí)驗(yàn)室，帶你來(lái)一次微觀世界的奇異旅行。

“呼呼……”這是風(fēng)淋間的除塵聲。要進(jìn)入保持高度潔凈的微納米實(shí)驗(yàn)室，需要換上潔凈的工作服，穿上鞋套，然后進(jìn)入全封閉的風(fēng)淋間，歷時(shí)20秒鐘對(duì)衣物進(jìn)行除塵。

進(jìn)入不大的實(shí)驗(yàn)室，立刻被各種“怪東西”包圍：放在罩子里的顯微鏡、由大量鐵片和電線構(gòu)成的半人高大機(jī)器、瓶瓶罐罐里顏色各異的液體，靠墻還有一排小抽屜，仿佛中藥房藥柜的縮小版……

一納米是一米的十億分之一，約相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的五萬(wàn)分之一。副研究員于海波介紹，實(shí)驗(yàn)室研究的方向之一，是能夠在微納米尺度上進(jìn)行操作和作業(yè)的機(jī)器人，稱為微納米操作機(jī)器人。這類機(jī)器人本體并不小，甚至可能比較大，但它們的操作范圍可以從細(xì)胞到分子，甚至對(duì)原子進(jìn)行操作。

“納米操作機(jī)器人可以對(duì)單根DNA進(jìn)行切割和操作?！辈┦垦芯可鷱堦J向記者演示一臺(tái)納米操作機(jī)器人的功能，“DNA非常小、軟，而這套納米操作機(jī)器人系統(tǒng)有‘力反饋機(jī)制，可以將前端的針尖與DNA之間的作用力放大之后傳回操作柄，由此可以精確控制針尖進(jìn)行操作?！?/p>

科研人員表示，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)界對(duì)納米操作機(jī)器人切割DNA非常感興趣，將來(lái)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)特定DNA段進(jìn)行擴(kuò)增、研究特定段中的雙螺旋相關(guān)、對(duì)DNA進(jìn)行修復(fù)等。

癌癥患者吃同樣的藥會(huì)有一樣的療效么？“我們使用納米操作機(jī)器人分析病理細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，同一藥物對(duì)不同病人的療效不同，是因?yàn)榧?xì)胞特性不同，瘤細(xì)胞表面抗體密度也不同?！睂?shí)驗(yàn)師劉斌說(shuō)。

“這項(xiàng)研究尚處于數(shù)據(jù)分析和積累階段，目前我們已經(jīng)把有價(jià)值的信息傳給了醫(yī)院?？梢灶A(yù)想，將來(lái)病人在治療癌癥之前，先取病人的一滴血進(jìn)行分析，就能制定更精準(zhǔn)的治療方案，為病人節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。”

微納米操作機(jī)器人還可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行無(wú)損運(yùn)輸、切除病變細(xì)胞，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行電流檢測(cè)和表面蛋白分布檢測(cè)等，可廣泛應(yīng)用于生物工程與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、微納米科研教學(xué)等領(lǐng)域。

在微觀世界中進(jìn)行探索和操作還需要一類“小”機(jī)器人?？茖W(xué)家們希望，它們將來(lái)能夠進(jìn)入人體血管探測(cè)、去除癌變細(xì)胞、進(jìn)行定點(diǎn)給藥，為抗癌發(fā)揮作用。

在顯微鏡下，一個(gè)小黑點(diǎn)身手矯捷，順著科研人員操作的箭頭方向任意游動(dòng)……這是實(shí)驗(yàn)室研制的約600微米尺寸的磁控機(jī)器人，它可以在微型管道內(nèi)精確運(yùn)動(dòng)。

“屏幕上怎么出現(xiàn)條小魚？”記者疑惑地問(wèn)。博士研究生王敬依介紹，這是光驅(qū)動(dòng)仿“魚”機(jī)器人，仿照魚尾擺動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，前端可以?shī)A持微小物體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微小物體運(yùn)輸或定點(diǎn)釋放。

探索微納米機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)是這一領(lǐng)域科學(xué)家努力的方向。實(shí)驗(yàn)室今年9月剛實(shí)現(xiàn)利用生物細(xì)菌作為機(jī)器人本體，完成微納作業(yè)任務(wù)的新技術(shù)。利用直徑10微米藻類細(xì)胞作為單體微型機(jī)器人，進(jìn)行對(duì)微納米顆粒的操作。由于藻類細(xì)胞具備從溶液中直接高效率地將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的特點(diǎn)，一定程度上解決了微小機(jī)器人的能源供給問(wèn)題。

據(jù)介紹，微納米機(jī)器人還包括熱驅(qū)動(dòng)機(jī)器人、化學(xué)反應(yīng)氣泡推動(dòng)機(jī)器人等，實(shí)驗(yàn)室正試圖將肌細(xì)胞作為微型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)行為可控的肌細(xì)胞驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人?！耙?yàn)樾募〖?xì)胞、骨骼肌細(xì)胞等可以高效率地將人體血液中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，且不容易發(fā)生免疫反應(yīng)。”于海波介紹說(shuō)。

于海波表示，微納米機(jī)器人是連接人類與微觀世界的橋梁，在無(wú)創(chuàng)手術(shù)、藥物輸運(yùn)、微納制造等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。這一技術(shù)當(dāng)前依然面臨著能源供給、驅(qū)動(dòng)控制、作業(yè)靈活性等方面的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，還需要不斷探索。

（本文轉(zhuǎn)自新華社—中國(guó)新聞網(wǎng)）endprint