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纳米机器人:未来的体内医生?

2009/5/11/13:33 来源:搜狐网

    【慧聪制药工业网】 你持续发烧,但医生既没有给你开药,也没有打针,而是提供了一种特别的医疗方式——往血液里植入一种微小的机器人。这种机器人探测到发烧原因,摇曳着一对尾巴状的附加物,游过了动脉和静脉,运行到适当的系统,直接对感染部位进行治疗。

    这听起来像是科幻小说。但一个好消息是,可能不久之后,这种新型机器人就能应用于实际的医疗程序中。全球的工程师们正致力于设计这种“纳米机器人”,并最终用于治疗从血友病到癌症的所有疾病。

    有时候,小比大好

    1959年,美国加利福尼亚理工学院教授理查德·费曼向全世界的工程师发出了挑战。他寄希望于有人设计出一种超小电动机,能放入边长0.4毫米的立方体中。这样,工程师们能够开发出新的生产方法,用于新兴的纳米机器人领域。

    翌年,比尔·麦克里兰制造出了合乎规格的发动机,要求获得奖励。虽然麦克里兰并未能设计出新的生产方法,费曼还是奖励了他。

    挑战是艰巨的。人类的血液循环系统由静脉和动脉构成,极端复杂,一个可行的纳米机器人必须又小又灵活,才能在里面畅通无阻。同时,还要携带药物治疗或微型工具。假设纳米机器人并非永远留在病人体内,它还必须找到出口。

    在面临的所有问题中,导航机制是科学家们尤为重点考虑的。关于导航的各种研究方案都包含了积极和消极两面,研究者的目光集中在两处:外部系统和机载系统。

    外部导航系统将纳米机器人定位到正确位置的方法有很多,其中一种是向患者体内发送超声波信号,以检测纳米机器人的位置,并指引它去目的地。其他探测纳米机器人的方法包括放射性染料、X射线、无线电波或热量等。机载系统又叫内部传感器。一个带有化学传感器的纳米机器人可以探测并根据特定的化学品追踪,找到正确的位置;而带有光谱传感器的纳米机器人则能够从周围的组织上采样,对样本进行分析,找到正确组合化学品的方法。

    引擎何来?

    和导航系统一样,纳米技术专家们也需要从内外两方面来考虑为机器人提供动力。一些设计使得纳米机器人能够利用患者身体来产生所需动力;另一些则让机器人自带动力发生装置;此外,还有一些设计则选择在患者体外,为机器人提供动力。

    纳米机器人可以直接从血流获取能量——一个配有电极的纳米机器人利用血液中的电解液就可以变身为一节电池。此外还可以通过化学物和血液的燃烧反应产生能量。纳米机器人可以携带少量化学物,这些化学物与血液结合,就能变成一种燃料。

    人的体温也可以产生能量,这就是所谓的“塞贝克效应”,但这种方式需要有温差才能实现。将两种不同的电导体在不同的温度下相互连接时,电导体会变成热电偶,这两种物质之间会因温度不同而产生电压差,从而产生能量。但真实情况是,要想在人体内形成温差十分困难,这也只能暂时成为假想。

    尽管制造一种小到足以放进纳米机器人体内的电池是有可能的,但这种方式也不太被看好。因为电池所能提供的能量和其本身的体积及重量有关,一个很小的电池不足以保证纳米机器人所需的全部能量。

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