納米小神醫(yī)

美國(guó)著名的科幻小說(shuō)作家艾薩克·阿西莫夫1965年曾經(jīng)寫過一本科幻小說(shuō)，名字叫《奇妙的航程》。小說(shuō)中幻想一些科學(xué)家把一艘由人操控的潛艇微縮后，讓潛艇進(jìn)入人體進(jìn)行了一段奇妙的旅行。今天，我們還是沒能發(fā)明微縮術(shù)，可是制造出微小的機(jī)器進(jìn)入人體已經(jīng)成為科學(xué)家研究的目標(biāo)。

科學(xué)家設(shè)想這樣制造出來(lái)的納米機(jī)器人可以在病人的血流中前進(jìn)，追捕患病細(xì)胞，穿透其細(xì)胞膜并釋放精確定量的藥物，隨時(shí)清除人體中的一切有害物質(zhì)，激活細(xì)胞能量，使人不僅僅保持健康，而且延長(zhǎng)壽命。這種機(jī)器人還能夠從動(dòng)脈壁上清除脂肪等沉積物。這不僅會(huì)提高動(dòng)脈壁的彈性，還會(huì)使通過動(dòng)脈的血液流動(dòng)狀況得到改善。血栓會(huì)在人體的要害部位阻塞血流，導(dǎo)致重要臟器的損傷。納米機(jī)器人可以在這些血塊未堵塞血管、尚處在流動(dòng)中時(shí)，把它們打成小碎片，使其對(duì)機(jī)體的損傷大大降低。納米機(jī)器人還可用來(lái)清除創(chuàng)傷和燒傷。它們的大小使它們?cè)谇宄懈顐葌诟浇睦彤愇飼r(shí)變得很有用，在燒傷時(shí)也是這樣。它們可以從事比常規(guī)技術(shù)更復(fù)雜的工作，造成的損傷卻非常的小。納米機(jī)器人可以用來(lái)清除人體內(nèi)的其他微生物。它們很適宜清除一些微小的寄生蟲、修復(fù)關(guān)節(jié)、加強(qiáng)骨組織、去除疤痕組織等，看來(lái)它真的是神通廣大。此外，這種微小的機(jī)器人還可以時(shí)刻不停地監(jiān)測(cè)我們身體里的各種信息，就好像我們身邊始終跟著一個(gè)醫(yī)生氣樣。

艾滋病是目前醫(yī)學(xué)上的難題，可在未來(lái)的某一天，醫(yī)學(xué)科學(xué)家把它交給了一種納米機(jī)器人，讓這些納米機(jī)器人進(jìn)入人體的細(xì)胞里面，發(fā)起全方位的攻擊，徹底清除這萬(wàn)惡的病毒，挽救人的生命。人們把它稱為“神醫(yī)”。原因挺簡(jiǎn)單，醫(yī)生并沒給病人動(dòng)手術(shù)、開藥方，而是把這種機(jī)器人注入到病人的血液中。這個(gè)微型機(jī)器人不斷在病人的血液中游走，及時(shí)地捕捉病毒。結(jié)果病人很快痊愈，稱納米機(jī)器人為“神醫(yī)”真是當(dāng)之無(wú)愧。

試想不久的將來(lái)一位高級(jí)工程師患了腦血栓。醫(yī)生采用了一種獨(dú)特的治療方法:他把一根極其纖細(xì)的微型導(dǎo)管先插入病人大腿，然后將其慢慢引向腦血管。微型導(dǎo)管上的診斷激光束如同一位高明而又細(xì)心的大夫沿著腦血管仔細(xì)地搜索檢查。忽然間，診斷激光束發(fā)現(xiàn)了在前進(jìn)的道路上有腦血管瘤等堵塞物，此時(shí)微型導(dǎo)管上的氣囊立刻自動(dòng)膨脹起來(lái)，迅速將導(dǎo)管固定住，讓治療激光束立刻對(duì)堵塞物進(jìn)行“轟擊”清除。治療效果自然是令人滿意的，這也是目前普通藥物無(wú)法企及的。

以上所描述的情景已不再是什么幻想，而是納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中即將成為現(xiàn)實(shí)的事情。目前，醫(yī)學(xué)專家正對(duì)微型機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用全力攻關(guān)。20世紀(jì)。90年代初，當(dāng)用硅制作的微型馬達(dá)出現(xiàn)時(shí)，各國(guó)的醫(yī)學(xué)專家就考慮到它的各種應(yīng)用。前些年，直徑約0.2毫米的微型靜電馬達(dá)乃至直徑更小的超微型靜電馬達(dá)就已研制成功，使得用納米機(jī)器人來(lái)治療各種疾病的技術(shù)日臻成熟。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功的一種微型氣輪機(jī)，是一種帶有旋轉(zhuǎn)葉片的電機(jī)。它的體積非常小，看上去只是一個(gè)小黑點(diǎn)，只有借助顯微鏡才能看清它。但由于超微電機(jī)實(shí)在太小，以至于滯留于其氣輪葉片間的物質(zhì)分子也重到足以引起強(qiáng)大的阻力，從而減緩電機(jī)的轉(zhuǎn)速。即使用一個(gè)注射器針頭輕輕一吹，它也能以每分鐘24000轉(zhuǎn)的速度快速旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

納米技術(shù)與生物仿生學(xué)及醫(yī)學(xué)的融合交叉，已取得了一些輝煌的成果，如分子馬達(dá)的發(fā)明，用DNA的密碼原理開始研制智能納米機(jī)器人。

納米技術(shù)與生物學(xué)的結(jié)合將對(duì)21世紀(jì)的人類生活產(chǎn)生不可估量的影響。想二想近10年來(lái)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，生物科學(xué)技術(shù)中對(duì)基因的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，可以治療頑癥，也可以創(chuàng)造出自然界不存在的生物。信息科學(xué)技術(shù)使人們可以坐在家中便知天下大事，因特網(wǎng)如同幻夢(mèng)般地改變?nèi)祟惖纳罘绞?，就不難想像納米技術(shù)與生物學(xué)的結(jié)合將怎樣改變現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)的面貌。我們的生活方式正因納米技術(shù)向生物學(xué)的滲透而面臨著巨大的變革。

“納米技術(shù)有著不可限量的潛力，它甚至?xí)^計(jì)算機(jī)或基因技術(shù)，成為2l世紀(jì)的決定性技術(shù)?！边@是某位著名分析家所說(shuō)的話。此話的確道出了新世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

仿生學(xué)是根據(jù)生物學(xué)原理而進(jìn)行的，它是生物物理學(xué)的一個(gè)重要分支。物理學(xué)家總是模仿生物的行為制造各種靈巧的機(jī)器。飛機(jī)是模仿鳥類飛行的產(chǎn)物，照相機(jī)是眼睛的仿制品，智能機(jī)器人更是當(dāng)前科學(xué)家熱衷發(fā)展的技術(shù)。

當(dāng)納米技術(shù)朝仿生學(xué)滲透時(shí)，其基本內(nèi)容就是研制微型機(jī)器人，制造一些僅由數(shù)千個(gè)原子組成的機(jī)器人，使它們可以在細(xì)胞水平的微小空間內(nèi)開展工作。

微型機(jī)器人的設(shè)計(jì)是基于分子水平的生物學(xué)原理。事實(shí)上，細(xì)胞本身就是一個(gè)活生生的納米機(jī)器，細(xì)胞中的每一個(gè)酶分子也就是一個(gè)個(gè)活生生的納米機(jī)器人。

蛋白分子構(gòu)象的變化使酶分子中不同結(jié)構(gòu)域的動(dòng)作就像微型機(jī)器人在移動(dòng)和重新安排有關(guān)分子中的原子排列順序。細(xì)胞中的很多結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的微型機(jī)器:核糖體是按照基因密碼的指令安排氨基酸順序制造蛋白質(zhì)分子的加工器;加工好的蛋白質(zhì)可以按照信號(hào)肽的指令由膜囊泡運(yùn)送到確定的部位發(fā)揮功能;完成了功能使命的蛋白質(zhì)還會(huì)被貼上標(biāo)簽，送去水解成氨基酸以備再用。細(xì)胞的生命過程就是一批又一批的功能相關(guān)的蛋白質(zhì)組群不斷替換、更新行使功能的過程，這些生命過程所需的一切能量來(lái)自太陽(yáng)。植物葉子中的葉綠體是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能從而制造糧食的加工廠;線粒體是把能量物質(zhì)中儲(chǔ)存的太陽(yáng)能釋放出來(lái)從而制造能量ATP(直接為生命提供能量的分子)的車間;我們每人每天都要消耗相當(dāng)多的ATP分子，來(lái)維持生命活動(dòng)和繁忙的工作。細(xì)鏟，8中發(fā)生的所有這一切都是按照DNA分子中的基因密碼序列的指令井然有序地進(jìn)行的。

瑞典已經(jīng)開始制造微型醫(yī)用機(jī)器人。據(jù)報(bào)道，這種機(jī)器人由多層聚合物和黃金制成，外表類似人的手臂，其肘部和腕部很靈活，有2～4個(gè)手指、實(shí)驗(yàn)已進(jìn)入能讓機(jī)器人撿起和移動(dòng)肉眼看不見的玻璃珠的階段。科學(xué)家希望這種微型醫(yī)用機(jī)器人能在血液、尿液和細(xì)胞介質(zhì)中工作，捕捉和移動(dòng)單個(gè)細(xì)胞，成為微二型手術(shù)器械。

納米拒技術(shù)與仿生學(xué)的結(jié)合可以使生物物理學(xué)家仿照生命過程的各個(gè)環(huán)節(jié)制造出各種各樣的微型機(jī)器人?？梢灶A(yù)料，直接利用太陽(yáng)能制造食物的機(jī)器很可能將在21世紀(jì)出現(xiàn);利用納米技術(shù)可以制造在血管中游走的機(jī)器人，以便專門清除血管壁上沉積物，減少心血管疾病的發(fā)病率;利用納米技術(shù)還可以制造能進(jìn)入組織間隙專門清除癌細(xì)胞的機(jī)器人，所有這些都已不再天立夜譚。

在小型化方面，科學(xué)家不僅造出了像微生物那樣大的精巧裝置，而且還使這些裝置能夠運(yùn)動(dòng)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局資助的研究人員最近啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，目的是;把這個(gè)納米機(jī)器人真的變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。如果項(xiàng)目成功，這艘由科學(xué)家開發(fā)的“船”——稱為“納米微?！被颉凹{米膠囊”——就能使另一個(gè)科幻故事成真:載人火星探測(cè)以及其他的長(zhǎng)期太差生活。

當(dāng)研究人員的主要注意力都集中在太空應(yīng)用時(shí)，納米微粒也擁有了在醫(yī)學(xué)(特別是治療癌癥)等領(lǐng)域的潛在價(jià)值。把治療腫瘤的藥物直接導(dǎo)人癌細(xì)胞的迫切需要已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域掀起了對(duì)納米微粒的廣泛興趣，因?yàn)檫@能避免化療的副作用。這些納米微粒的作用是引入了一種新的治療方法——實(shí)際上是進(jìn)入一個(gè)個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞……并將其修復(fù)，如果細(xì)胞的損害過于嚴(yán)重，就干脆殺死這些細(xì)胞。

他們研制的項(xiàng)目將集中在與癌癥有關(guān)的問題上——尤其在飛往月球或火星的旅途中，飛船脫離了圍繞地球的由巨大磁場(chǎng)構(gòu)成的保護(hù)傘，宇航員在太空中會(huì)受到高劑量輻射，這可能引發(fā)癌癥。

甚至在宇宙飛船上使用的防輻射的先進(jìn)材料也不能將宇航員與太空中的高能輻射完全隔離開來(lái);這些高能宇宙射線像極細(xì)小的子彈一樣能穿透宇航員的身體，處于其飛行軌跡上的分子會(huì)被擊碎。一旦細(xì)胞內(nèi)DNA因輻射而損壞，細(xì)胞就不能正常地行使功能，有時(shí)會(huì)癌變。這是一個(gè)重要的問題，如果人類要在太空中生活，我們就必須知道如何更好地使他們免受輻射之害。

因?yàn)楠?dú)立地防護(hù)也許并不能解決問題，利·學(xué)家必須找到某種使宇航員自身能抵抗輻射危害的方法。納米微粒是第一流的解決方案。這些運(yùn)藥小船的長(zhǎng)度僅有幾百納米，比細(xì)菌小得多，甚至比可見光的波長(zhǎng)還要短。用一只皮下注射針頭進(jìn)行的簡(jiǎn)單注射能把成千乃至上百萬(wàn)的這種小船注入人體血流中。一旦進(jìn)入血流，納米微粒能比人體內(nèi)的普通細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)更有效地找到被輻射損壞的細(xì)胞。

數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的人體細(xì)胞靠外層膜上的復(fù)雜分子進(jìn)行相互識(shí)別和通信。這些分子就像化學(xué)“旗幟”一樣與其他細(xì)胞通信，在控制血流中的分子(如荷爾蒙)能否通過時(shí)，它們又起著化學(xué)閘門的作用。

細(xì)胞被輻射損壞時(shí)，它們會(huì)在特定種類的蛋白質(zhì)上產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)記，這標(biāo)記會(huì)體現(xiàn)在細(xì)胞的外表面上。細(xì)胞就這樣告訴其他細(xì)胞說(shuō):“嗨，我受傷了。”通過向納米微粒的外表面植入可以識(shí)別細(xì)胞標(biāo)記的分子，科學(xué)家能夠?yàn)榧{米微?！爸贫ㄈ蝿?wù)”使其找出那些受輻射損害的細(xì)胞。

如果輻射造成的損傷很嚴(yán)重，納米微粒會(huì)進(jìn)入受損細(xì)胞并釋放一種酶使細(xì)胞“自動(dòng)破壞DNA序列”?；蛘?，它們能釋放DNA修復(fù)酶以嘗試修理細(xì)胞，使其恢復(fù)正常功能。

如果這種納米微粒研究成功，那么人類在太空中就不怕各種射線的輻射了，其時(shí)，移民太空將成為可能。