纳米机器人在医疗上的应用及原理
纳米机器人在医疗上的应用及原理
王赛 087514
（材料学院C085）
摘要：纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。纳米技术应用于医疗之后，会在攻克许多顽症方面为人类带来新的希望。
关键词：纳米技术 纳米机器人 医疗 分子马达
人们常说：“不要用放大镜看人”。因为那样看到的人都是缺点。然而，在纳米医疗时代，医生们偏偏喜欢“用放大镜看人”，只要你愿意，医生可以派纳米机器人帮你改掉身上的所有“缺陷”。
一、纳米机器人在医疗上的作用
1、细胞与基因的修复
随着人类对物质控制能力的不断进步，将会诞生分子大小的机械部件，可以组装成比细胞还要小的微型机器。人工制造的“细胞修复机”，在纳米计算机的操纵下，可以逐个的原子进行操作修复，修正DNA的错误，维护个别细胞的成分。
2、清理体内垃圾
人的机体是一个保持自然平衡的有机体，通过新陈代谢可以起到吸收新鲜养分、排除有害物质的作用。但有时候人体自身平衡出现问题，无法实现自我平衡。例如，铅、汞中毒，无法排出，也无法被分解。这时如果派纳米机器人进入体内，就会极具目的性的把这些有害物质清除体内，使人体恢复自然平衡。
3、养护血管
人体的脑部血管常会有些天生脆弱的地方，平时不表现，但在意想不到的时候，可能突然发生破裂，导致脑溢血。如果我们事先派纳米机器人进入血管，细细检查，并且一一修复那些脆弱血管，就可以避免悲剧的发生。
有时血管中会产生血栓，堵塞血液正常流动。如果把纳米机器人导入血管，可以把血栓打成小碎片，避免血栓的发生。
二、纳米机器人结构与特点
1、纳米机器人的结构
25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。
2、纳米机器人的独到特点
组成纳米级原件的元素主要有碳、氢、氧、硫，其中碳元素最总要。这是因为由碳原子组成的金刚石和纳米碳管强度高，为化学惰性，不会引起免疫反应和过敏休克反应，所以应用性强。
不过，纳米医学的独到之处在于它的精确性。随着纳米技术的进步，医疗纳米机器人将装备通信和导航系统。同时人体也会置入通信和导航系统。这样医生可以在分子水平上精确控制进入人体的纳米机器人。每种医疗纳米机器人表面装有特定的抗体，能与人体特定的细胞抗原结合，从而保证医疗纳米机器人准确到达要修复的组织和器官中。人体内的纳米机器人通过其表面抗体与细胞表面抗体的专一性，准确识别并作用于专一部位，从而完成医疗任务。
三、纳米机器人的工作原理
医疗纳米机器人被注入人体后，开始在人体内循环。然而，处于循环状态的医疗纳米机器人在靶域之外，完全不具有活性。当纳米机器人进入靶域后，靶域细胞表面抗体会被医疗纳米机器人检测到。此刻，医疗纳米机器人转入活性状态。当然，纳米机器人要得到监管医生的声音指令后才最终转入治疗状态。由于人体内已经置入了导航系统，所以整个治疗过程完全处于监管医生控制之下。
纳米机器人还可以携带化学药物，并且准确送达靶细胞，并且，其表面传感器能检测周围药物的浓度，从而控制药物的释放剂量。
有关医疗纳米机器人在人体内的驱动问题，美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。
美国科学家正在进行一项新研究，让纳米仪器利用为精子长距离游动提供能量的生物能为动力，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶(糖酵解的第一个酶)。这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作用。接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物成为第二个反应的基础。
参考文献
姜忠义 纳米生物技术【M】 北京 化学工业出版社 2003
李易 纳米技术取得进展【J】国外科技动态 1998.11
李沐纯等.中国现代医学杂志，2003
纳米机器人——分子仿生学新领域《中国高新技术企业评价》2001
张立德等 奇妙的纳米世界 化学工业出版社