納米機器人的手術夢

木子

也許有一天，手術不再由人完成；也許有一天，傷口會變得更加細小；也許有一天，納米機器人就能夠進入人體獵殺癌細胞或實施血栓手術。也許在很多人眼中，這還是一個遙不可及的夢想，但事實上，納米機器人進入人體，向細菌、癌癥和其他疾病發動“戰爭”，已經開始進入倒計時階段。

美國科學家不但發現了制作納米機器人的最佳材料，而且還在全力研制納米機器人的發動機系統和導航系統，并且已經取得了相當重要的成果。一旦納米機器人研制成功，將來為癌癥病人做手術的可能不再是穿著白大褂的醫生，而是一個個肉眼看不見的納米機器人！它們會被醫生注射進患者的血管中，然后以每秒2毫米的速度游向患者的癌細胞，最終聯手合作，將癌細胞一一滅殺。

美夢成真

一名腦血栓病人正躺在醫院手術室中，等待接受危險的腦血栓移除手術。然而，醫生并沒有拿起手術刀，而是取出了一個透明的玻璃瓶，里面裝著兩百萬個納米機器人！醫生將裝有納米機器人的液體注入患者血管，而這些機器人則開始向患者腦部移動，然后分工合作為患者手術。

一些納米機器人會擔任導航任務；另一些納米機器人會從事信號傳遞任務，以便讓手術室中的外科醫生能從電子屏幕上監控手術情況；還有一些納米機器人負責用“納米鑷子”夾住血栓，讓其他納米機器人用“納米手術刀”將血栓切成無數小塊后運走；最后一批納米機器人則給患者大腦中的受傷組織直接上藥，好讓這些手術傷口能盡快愈合。整個手術耗時不到半小時。手術成功結束后，所有納米機器人都在患者的血管中進入了“休眠”狀態，它們在靜靜地等待，等待著從患者的體內被分泌排泄出去。

這場手術離我們不會遙遠了。納米機器人手術，聽起來像是科幻小說中的情節，但在過去幾年中，美國科學家已經在研究和操縱一些非常簡單的納米機器人，讓它們通過炙燒癌細胞的方法，追蹤和消滅患者體內的癌細胞。

借風使船

眾所周知，許多疾病都是由一個細胞或細胞的某個部分的缺陷引發的，面對這些微小的病變細胞，拿著相對龐大手術刀的外科醫生很難下手。

雖然科學家已經發明了不少專門消滅癌細胞的藥物，但所有抗癌藥都對健康細胞有副作用。這些藥物以藥丸或注射方式進入患者體內后，通常會對整個身體產生影響。

長久以來，人們一直希望能有“人”深入人體，直接將藥物送至癌細胞組織周圍，來一場“精準制導”的殲滅戰，避免誤傷其他健康的細胞。隨著納米機器人的出現，這個美好的愿望即將實現。

事實上，科學家很早就有制作納米機器人的想法，但一直苦于無法為它們找到合適的“肉身”。直到2006年，美國加州理工學院的科學家保羅·羅瑟蒙德（Paul Rosamund）在實驗室中設法將脫氧核糖核酸（DNA）折疊成了任意形狀，科學家才最終確定了納米機器人的制作材料。DNA可以互相編織并束縛到分子上，是理想的納米機器人“骨骼”。

不竭動力

當然，如何讓納米機器人在人體血管中自由移動，主動尋找、發現癌細胞和病變組織，才是科學家面臨的最大挑戰之一。這意味著，這些肉眼看不見的“納米醫生”必須裝備著某種類型的發動機、燃料和導航系統。

來自美國加州大學圣地亞哥分校的華裔科學家張良方和王約瑟，同樣也嘗試著為納米機器人制作發動機。在他們的設計方案里，納米級別的發動機包含4種金屬——鉑、金、鐵和鈦，以過氧化氫為“燃料”。當把它放入過氧化氫的稀釋溶液時，這個納米發動機就能通過前面的孔洞吸收溶液中的“燃料”，然后將其分解成水和氧氣，并從尾孔中噴射出去。它能讓納米機器人以每秒2毫米的速度向前移動，這看起來好像不太快，但考慮到納米機器人的大小，這一速度其實就相當于一輛汽車以每小時600千米的速度在高速公路上飆車。

此外，科學家還在嘗試用血糖為納米機器人提供“能源”。根據計算，如果真能讓納米機器人將血糖作為發動機的“燃料”，那么至少可以獲得10皮瓦（百億分之一瓦）的能量。這看似微不足道的動力，卻比一個大腸桿菌利用鞭毛游動時的能量高出1萬倍！

不過，需要動力進行活動，始終有不確定性。考慮到這一點，美國科學家還利用DNA分子的特性，發明出了不需要任何“發動機”或燃料驅動的納米機器人。去年，美國哥倫比亞大學科學家米蘭·斯托雅諾維奇（Milan Stojanovic）利用幾根短短的DNA鏈，設計出了一只3條腿的“納米蜘蛛”。它只有4納米長，大小是一只普通蜘蛛的500萬分之一。由于它的3條腿是由單獨的DNA鏈做成的，而DNA通常是由兩條單鏈纏繞在一起形成的雙鏈分子，因此“納米蜘蛛”的DNA單鏈腿總會伸長并尋找另一條DNA單鏈，由此導致其移動。如果將這只“納米蜘蛛”擺放在一條單鏈DNA的表面，它就會以每小時18納米的速度，依靠三條腿移動。

一身百為

科學家還發現，DNA分子不但可以為“納米蜘蛛”提供“動力”，甚至還能起到導航的作用，讓科學家自如地控制納米機器人的移動路徑。

加拿大蒙特利爾工程學院的塞爾文·馬特爾（Selwyn Martel）則通過磁力，為納米機器人設計了一款導航系統。只要用一塊磁鐵在人體皮膚上移動，被注射到身體血管中的納米機器人就會跟著這塊磁鐵的方向游動。此外，還有人找到了能讓這些小家伙根據血壓變化去尋找和探測血栓的方法。

其實，在科學家的設想中，納米機器人還應當配有傳感器，從而讓它們能夠測量血樣量、組胺等各項指標。未來，它們將不只限于單兵作戰，相互之間還應進行“通訊”，甚至還能通過Wi-Fi和電腦交流數據。當然，目前這一切還只停留在設計階段，想要實現恐怕沒有那么簡單。

以小克大

雖然我們仍然需要真正的外科醫生為癌癥和腦血栓患者診斷疾病、實施手術，但“納米機器人醫生”進入醫院手術室只是時間問題。

正如上文所說，如今已有醫學專家借助納米機器人為患者診治疾病。美國加州大學圣芭芭拉分校的埃基·路奧斯拉蒂（Erkki Luosrati）發明了一種“納米蠕蟲”，它攜帶著5～10個帶有磁性的氧化鐵粒子，同時身披一層由微小蛋白質制成的“毛皮”，而這種“毛皮”可以和癌細胞結合。當醫生將“納米蠕蟲”注射進患者體內后，它們就會在人體中尋找癌細胞的蹤跡，一旦發現就會粘附在它們周圍。由于“納米蠕蟲”身上攜帶著磁性氧化鐵粒子，所以醫生只要通過核磁共振成像掃描儀，就能輕松發現哪怕極其微小的癌細胞的痕跡。

目前，第一批全自動納米機器人原型已經問世，但仍在等待接受臨床實驗。它們的出現，極有可能讓我們不再談“癌”色變。這些納米機器人雖然很小，但正是因為小，才有望幫助我們解決人類的大問題。