細胞醫生納米級電子設備

王治鈞

我們的身體中有無數凝聚在一起的生物分子，如蛋白質、RNA、DNA等，它們相互作用、相互組合，形成了無比復雜的生物結構，支撐著人體的運作。當它們出問題的時候，可不可以讓一個小小的“細胞醫生”為它們治療呢？本期TED大會邀請印度專家德布麗娜·薩卡爾（Deblina Sarkar）教授分享她在該領域的探索。

?傳統生物電子植入物，植入時會破壞周圍的組織和細胞

全世界最小的“醫生”

人體內的生物分子非常脆弱，當它們的結構受到干擾或破壞時便會出現疾病。科學家正在不斷尋找治愈疾病的新方法，其中，納米電子技術或將在這一領域創造前所未有的可能。

在過去的幾十年間，電子技術快速迭代，但它在生物學領域的發展依然滯后——最先進的生物電子植入物的尺寸從毫米到厘米不等，需要進行高度侵入性手術才能將其植入人體，這會對植入部位周圍的組織和細胞造成巨大破壞。

為了解決這一問題，德布麗娜及其團隊正在開發一種無線的納米級電子設備。這種設備僅為亞細胞（比細胞更細化的結構）級別，不需要為它制造容納導線的開放性傷口。它可以無縫融入我們身體，與細胞內的生物分子結構相匹配，不會產生任何副作用。

?攜帶“細胞漫游者”的納米級電子設備（概念圖）

德布麗娜團隊不僅已經成功制造出僅有6個原子厚（原子的直徑一般在0.1～0.5納米之間）的晶體管，還開發出了可以在細胞內工作的“天線”，名為“細胞漫游者”。它能將外部能量帶入細胞，不僅可以感知和調控細胞內的狀況，還可以進行納米級電子計算。

小“醫生”的大“手術”

很多心理疾病和神經退行性疾病都會打亂大腦中的電信號，想要有效治療這些疾病，需要在大腦中植入多個刺激電極，這樣才能對腦回路進行大規模調節。現有的植入電極較大，無法支持這種治療方式，因此臨床上只能植入1或2個電極來改善癥狀。而納米級電子設備比目前最先進的電極小100萬倍，可以自由分布于整個大腦中。目前，德布麗娜正在研究一種新型的膠質母細胞瘤（惡性程度極高的腦部腫瘤）生物電子療法。實驗結果表明，納米級電子設備可以檢測大腦深處藏著的癌細胞組織，治療那些對化療具有抵抗力的腦部腫瘤。

不僅如此，無論是心臟的跳動、大腦的計算、肌肉的抽搐還是傷口的愈合，都與細胞最基礎的電活動有關，如果可以利用這種反應，納米級電子設備的應用范圍會更加廣闊。

德布麗娜正在與相關領域的研究人員密切合作，讓納米級電子設備的風險降到最低。未來，它可以到達傳統的生物電子植入物無法到達的人體部位，為難以進行侵入性手術的患者提供幫助。它甚至可以為健康的個體提供健康監測，發現還未顯現出征兆的疾病。人們可以自行選擇植入的設備類型，控制它的啟動和關閉。

僅有亞細胞大小的納米級電子設備中凝結著無數的科技智慧，它為一些目前無法治愈的疾病的治療提供了新的可能。它聽起來就像科幻小說里藏著微小機器人的“治療膠囊”，我們想象的未來正在到來。

?正在對腦回路進行調節的納米級電子設備（概念圖）

（責任編輯 / 牛一名? 美術編輯 / 周游）