微纳米机器人医生

万密密 毛春

摘要：微纳米机器人具备转化周围能量为自主运动能力的特性，可能会为药物递送、生物微手术、环境修复和微，纳米工程等的应用领域带来全新理念，受到越来越多研究者的关注。文章对微纳米机器人（微型医生）在生物医学疾病治疗方面的研究进行介绍，为青少年提供微纳米科学与技术的科普教育。

关键词：微纳米机器人;微型医生;科普教育

文章编号：1008-0546（2020）11-0096-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.025

一、前言

十八世纪法国哲学家伏尔泰说过，生命在于运动。它的内涵是，没有物质运动就不会有生命的产生，运动是生命发展的动力和源泉。基于此，对于具有自主运动能力微纳米机器人的追求是多学科领域研究者日益增长的兴趣和挑战。微纳米机器人凭借其独特转化周围能量的能力，可能会彻底改变环境修复、微，纳米工程、药物递送和生物微手术等应用领域的现状，特别是在生物医学领域，它们可能成为该领域发展重要的推动器。

二、微纳米机器人医生的起源

1959年，著名的物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）教授在他的经典演讲《底部空间很大》中畅谈了他对微小尺度粒子的展望，并大胆提出“吞下外科医生”的有趣设想。七年之后，艺术家们向费曼教授致敬，创作了科幻电影《奇妙的航行》，描绘了一艘载有外科手术小组的潜艇被微型化后注入到病人的血液中，开启了不可思议的航行，并在航行中治愈已经病危的病人。这部电影引发了全世界关于微型机器人极大的兴趣與更多的期盼。

三、当前微纳米机器人医生的研究进展

将这个奇思妙想的科幻转化为医学实践所需要的时间比那些乐观的科幻作家以及未来学家们想象的时间要长得多。得益于近三十年微纳米科学与技术的倾力投入，当前微纳米医学也正在以不可思议的速度发展前进。科学终于开始追上梦想。科学家们已经在设计微纳米机器人前往传统医学无法到达的病变组织部位，并努力实现精确输送药物进行精准医学治疗，由此被称之为“微纳米机器人医生”。目前，世界大多数科技强国已纷纷投入力量进行这方面的研究。

2018年11月，德国马克斯普朗克智能系统研究所皮尔·菲舍尔（Peer Fischer）教授与国际科学家团队（包括中国的科学家）一起研制出了一种可用于人眼疾病治疗的螺旋桨状纳米机器人。该纳米机器人可以在眼睛玻璃体这样的致密组织中进行移动，抵达视网膜而不对组织造成损害。这是科学家们第一次实现引导纳米机器人穿过眼部密集组织从而进行医学治疗行为。不过，该纳米机器人的传输仅在模型系统或生物流体中得到了证实，而在真实组织中还没有得到证实。该项研究的第一作者吴志光博士凭借其在微纳米机器人领域取得的一系列成果，荣膺2019年《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国区得主。

2019年武汉理工大学官建国教授研究团队国际顶级综述类期刊《化学研究评述》（《Accounts of Chem-ical Research》）上发表了题为“可趋向性运动的智能化微纳米机器人”（“Intelligent micro/nanomotors withtaxis”）的综述文章。他们系统地阐释了微纳米机器人产生趋向性的一般性原理，并认为利用微纳米机器人的趋向性运动特性是赋予其智能行为的重要方式，而智能化是微型医生所应具备的性能。他们的文章很好地讨论了目前该领域存在的问题和未来的发展方向。

2020年5月，南京师范大学毛春教授研究团队在《科学》（《science》）的子刊《科学进展》（《science Ad-vances》）上发表了题为“血小板修饰多孔纳米机器人治疗血栓”（“Platelet-derived porous nanomotor forthrombus therapy”）的研究论文。他们开发了一种血小板膜修饰、可自主运动的多级孔纳米机器人，用于治疗静脉血栓的连续靶向给药以实现短期溶栓和长期抗凝的目的。静脉血栓在世界范围内的发病率很高，常常会危及患者生命。当前静脉血栓的治疗方法有一些明显的缺点，包括治疗用溶栓药物的半衰期短，因此需要频繁大剂量全身给药，这就带来了医疗费用高以及副作用（出血、身体过敏和血压不稳定等）的危害。让医生更为头疼的是，溶栓药物到达血栓处，仅仅能够停留在血栓表面而难以渗入血栓内部，从而无法实现理想的治疗效果。科学家们针对这些治疗局限性所研发的微纳米机器人负载两种药物，并凭借自身独特的运动能力深入血栓后可控释放药物，从而明显提高治疗效果。

四、微纳米机器人医生的未来发展趋势

生物医用微纳米机器人的研究已经起航，涉及化学、材料学、生命科学、医学、微纳米科学、物理学等众多领域，正形成综合性的交叉学科，并迅速成为生物医学技术领域的前沿，它将为现代生物医学研究提供新的理念、技术和方法，在微纳米尺度上为当前存在的重要生物医学难题和关键技术的突破拓展新的视野，建立新的疾病诊疗原理以及可能的创新应用模式。2016年诺贝尔化学奖授予研究分子机器人的让一皮埃尔·索维奇（Jean-Pierre Sauvage），J·弗雷泽·斯托达特爵士（sir J.Fraser Stoddart）和伯纳德·L·费林加（Bernard L.Fennga）三位科学家也表明了微纳米机器人在生物医学领域的重要性和关注度。微纳米机器人在生物医学领域的未来目标是在疾病早期精确诊断、药物高效靶向递送、局部精准治疗、清晰成像和细胞/组织内部可控操纵的方面取得实际临床应用层面的进展。鉴于对这一前沿研究领域的巨大兴趣，我们预计未来会有令人兴奋的新想法和应用。而这样的科学技术发展最终将革命性地改变疾病的治疗和诊断，为人类生活质量带来重大改善，并有助于实现健康人生的理想。

宏观世界的机器对人类文明作出了巨大贡献，使人类能够完成超出自己能力范围的任务，以提高人类生活质量。生物医用微纳米机器人能够在多大的范围内影响人类生命健康，这将取决于研究者们所投入的精力。也许，不远的将来，可能仅需要吞下一些微纳米机器人医生就能完成现在手术室才能实施的艰巨医学任务，届时，你的家人也许会问“今天，你吃你的医生了吗？”。