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肉眼看不见的纳米机器人如何“PK”癌细胞?

来源:http://www.xgbkjyxgs.com 作者:上海11选5科技 人气:53 发布时间:2019-09-26
摘要:博士研究生张闯在实验室里展示肉眼看不见的细菌驱动微颗粒机器人。(新华社记者姚剑锋摄) 实验师刘斌在做实验。(新华社记者姚剑锋摄) 副研究员杨洋在做实验。(新华社记者

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博士研究生张闯在实验室里展示肉眼看不见的细菌驱动微颗粒机器人。(新华社记者姚剑锋摄)

图片 2实验师刘斌在做实验。(新华社记者姚剑锋摄)

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副研究员杨洋在做实验。(新华社记者姚剑锋摄)

1966年有一部电影《神奇旅程》,描述了科学家驾驶小潜水器在人体内的奇妙旅程,这部电影通过视觉幻想把微型机器人引入大众视角。

而今,科学家正在把宏观的机器人技术应用到微观,研究肉眼看不见的微纳米机器人切割DNA、给细胞做手术、进入人体血管探测、甚至对抗癌细胞……记者走进中科院沈阳自动化所微纳米研究实验室,带你来一次微观世界的奇异旅行。

“呼呼……”这是风淋间的除尘声。要进入保持高度洁净的微纳米实验室,要换上洁净工作服,穿鞋套,还要进入全封闭的风淋间,进行20秒钟对衣物除尘。

进入不大的实验室,立刻被各种“怪东西”包围:放在罩子里的显微镜、由大量铁片和电线构成的半人高大机器、瓶瓶罐罐里液体颜色各异、靠墙一排小抽屉,仿佛中药房药柜的缩小版……

一纳米是一米的十亿分之一,约相当于人类头发直径的五万分之一。副研究员于海波介绍,实验室研究的方向之一,是能够在微纳米尺度上进行操作和作业的机器人,称为微纳米操作机器人。这类机器人本体并不小,甚至可能比较大,但它们的操作范围可以从细胞到分子,甚至对原子进行操作。

“纳米操作机器人可以对单根DNA进行切割和操作。”博士研究生张闯向记者演示一台纳米操作机器人的功能,“DNA非常小、软,而这套纳米操作机器人系统有 力反馈 机制,可以将前端的针尖与DNA之间的作用力放大之后传回操作柄,由此可以精确控制针尖进行操作。”

科研人员表示,现在医学界对纳米操作机器人切割DNA非常感兴趣,将来有望实现对特定DNA段进行扩增、研究特定段中的双螺旋相关、对DNA进行修复等。

癌症患者吃同样的药会有一样的疗效么?“我们使用纳米操作机器人分析病理细胞发现,同一药物对不同病人的疗效不同,是因为细胞特性不同,瘤细胞表面抗体密度也不同。”实验师刘斌说。

“这项研究尚处于数据分析和积累阶段,目前我们已经把有价值的信息传给了医院。可以预想,将来病人在治疗癌症之前,先取病人的一滴血进行分析,就能制定更精准的治疗方案,为病人节省大量的时间和金钱。”

微纳米操作机器人还可以对细胞进行无损运输、切除病变细胞,对细胞进行电流检测和表面蛋白分布检测等,可广泛应用于生物工程与医学实验研究、微纳米科研教学等领域。

在微观世界中进行探索和操作还需要一类“小”机器人。科学家们希望,它们将来能够进入人体血管探测、去除癌变细胞、进行定点给药,为抗癌发挥作用。

在显微镜下,一个小黑点身手矫捷,顺着科研人员操作的箭头方向任意游动……这是实验室研制的约600微米尺寸的磁控机器人,可以在微型管道内精确运动。

“屏幕上怎么出现条小鱼?”记者疑惑地问。博士研究生王敬依介绍,这是光驱动仿“鱼”机器人,仿照鱼尾摆动进行运动,前端可以夹持微小物体,从而实现对微小物体运输或定点释放。

探索微纳米机器人的驱动是这一领域科学家努力的方向。实验室今年9月刚实现利用生物细菌作为机器人本体,完成微纳作业任务的新技术。利用直径10微米藻类细胞作为单体微型机器人,进行对微纳米颗粒的操作。由于藻类细胞具备从溶液中直接高效率将化学能转换为机械能的特点,一定程度上解决了微小机器人的能源供给问题。

据介绍,微纳米机器人还包括热驱动机器人、化学反应气泡推动机器人等,实验室正试图将肌细胞作为微型机器人的驱动单元,实现行为可控的肌细胞驱动微型机器人。“因为心肌细胞、骨骼肌细胞等可以高效率地将人体血液中的化学能直接转化成机械能,且不容易发生免疫反应。”于海波介绍说。

于海波表示,微纳米机器人是人类与微观世界的桥梁,在无创手术、药物输运、微纳制造等方面具有广泛的应用前景。这一技术当前依然面临着能源供给、驱动控制、作业灵活性等方面的关键挑战,还需要不断探索。

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