纳米机器人的手术梦

木子

也许有一天，手术不再由人完成；也许有一天，伤口会变得更加细小；也许有一天，纳米机器人就能够进入人体猎杀癌细胞或实施血栓手术。也许在很多人眼中，这还是一个遥不可及的梦想，但事实上，纳米机器人进入人体，向细菌、癌症和其他疾病发动“战争”，已经开始进入倒计时阶段。

美国科学家不但发现了制作纳米机器人的最佳材料，而且还在全力研制纳米机器人的发动机系统和导航系统，并且已经取得了相当重要的成果。一旦纳米机器人研制成功，将来为癌症病人做手术的可能不再是穿着白大褂的医生，而是一个个肉眼看不见的纳米机器人！它们会被医生注射进患者的血管中，然后以每秒2毫米的速度游向患者的癌细胞，最终联手合作，将癌细胞一一灭杀。

美梦成真

一名脑血栓病人正躺在医院手术室中，等待接受危险的脑血栓移除手术。然而，医生并没有拿起手术刀，而是取出了一个透明的玻璃瓶，里面装着两百万个纳米机器人！医生将装有纳米机器人的液体注入患者血管，而这些机器人则开始向患者脑部移动，然后分工合作为患者手术。

一些纳米机器人会担任导航任务；另一些纳米机器人会从事信号传递任务，以便让手术室中的外科医生能从电子屏幕上监控手术情况；还有一些纳米机器人负责用“纳米镊子”夹住血栓，让其他纳米机器人用“纳米手术刀”将血栓切成无数小块后运走；最后一批纳米机器人则给患者大脑中的受伤组织直接上药，好让这些手术伤口能尽快愈合。整个手术耗时不到半小时。手术成功结束后，所有纳米机器人都在患者的血管中进入了“休眠”状态，它们在静静地等待，等待着从患者的体内被分泌排泄出去。

这场手术离我们不会遥远了。纳米机器人手术，听起来像是科幻小说中的情节，但在过去几年中，美国科学家已经在研究和操纵一些非常简单的纳米机器人，让它们通过炙烧癌细胞的方法，追踪和消灭患者体内的癌细胞。

借风使船

众所周知，许多疾病都是由一个细胞或细胞的某个部分的缺陷引发的，面对这些微小的病变细胞，拿着相对庞大手术刀的外科医生很难下手。

虽然科学家已经发明了不少专门消灭癌细胞的药物，但所有抗癌药都对健康细胞有副作用。这些药物以药丸或注射方式进入患者体内后，通常会对整个身体产生影响。

长久以来，人们一直希望能有“人”深入人体，直接将药物送至癌细胞组织周围，来一场“精准制导”的歼灭战，避免误伤其他健康的细胞。随着纳米机器人的出现，这个美好的愿望即将实现。

事实上，科学家很早就有制作纳米机器人的想法，但一直苦于无法为它们找到合适的“肉身”。直到2006年，美国加州理工学院的科学家保罗·罗瑟蒙德（Paul Rosamund）在实验室中设法将脱氧核糖核酸（DNA）折叠成了任意形状，科学家才最终确定了纳米机器人的制作材料。DNA可以互相编织并束缚到分子上，是理想的纳米机器人“骨骼”。

不竭动力

当然，如何让纳米机器人在人体血管中自由移动，主动寻找、发现癌细胞和病变组织，才是科学家面临的最大挑战之一。这意味着，这些肉眼看不见的“纳米医生”必须装备着某种类型的发动机、燃料和导航系统。

来自美国加州大学圣地亚哥分校的华裔科学家张良方和王约瑟，同样也尝试着为纳米机器人制作发动机。在他们的设计方案里，纳米级别的发动机包含4种金属——铂、金、铁和钛，以过氧化氢为“燃料”。当把它放入过氧化氢的稀释溶液时，这个纳米发动机就能通过前面的孔洞吸收溶液中的“燃料”，然后将其分解成水和氧气，并从尾孔中喷射出去。它能让纳米机器人以每秒2毫米的速度向前移动，这看起来好像不太快，但考虑到纳米机器人的大小，这一速度其实就相当于一辆汽车以每小时600千米的速度在高速公路上飙车。

此外，科学家还在尝试用血糖为纳米机器人提供“能源”。根据计算，如果真能让纳米机器人将血糖作为发动机的“燃料”，那么至少可以获得10皮瓦（百亿分之一瓦）的能量。这看似微不足道的动力，却比一个大肠杆菌利用鞭毛游动时的能量高出1万倍！

不过，需要动力进行活动，始终有不确定性。考虑到这一点，美国科学家还利用DNA分子的特性，发明出了不需要任何“发动机”或燃料驱动的纳米机器人。去年，美国哥伦比亚大学科学家米兰·斯托雅诺维奇（Milan Stojanovic）利用几根短短的DNA链，设计出了一只3条腿的“纳米蜘蛛”。它只有4纳米长，大小是一只普通蜘蛛的500万分之一。由于它的3条腿是由单独的DNA链做成的，而DNA通常是由两条单链缠绕在一起形成的双链分子，因此“纳米蜘蛛”的DNA单链腿总会伸长并寻找另一条DNA单链，由此导致其移动。如果将这只“纳米蜘蛛”摆放在一条单链DNA的表面，它就会以每小时18纳米的速度，依靠三条腿移动。

一身百为

科学家还发现，DNA分子不但可以为“纳米蜘蛛”提供“动力”，甚至还能起到导航的作用，让科学家自如地控制纳米机器人的移动路径。

加拿大蒙特利尔工程学院的塞尔文·马特尔（Selwyn Martel）则通过磁力，为纳米机器人设计了一款导航系统。只要用一块磁铁在人体皮肤上移动，被注射到身体血管中的纳米机器人就会跟着这块磁铁的方向游动。此外，还有人找到了能让这些小家伙根据血压变化去寻找和探测血栓的方法。

其实，在科学家的设想中，纳米机器人还应当配有传感器，从而让它们能够测量血样量、组胺等各项指标。未来，它们将不只限于单兵作战，相互之间还应进行“通讯”，甚至还能通过Wi-Fi和电脑交流数据。当然，目前这一切还只停留在设计阶段，想要实现恐怕没有那么简单。

以小克大

虽然我们仍然需要真正的外科医生为癌症和脑血栓患者诊断疾病、实施手术，但“纳米机器人医生”进入医院手术室只是时间问题。

正如上文所说，如今已有医学专家借助纳米机器人为患者诊治疾病。美国加州大学圣芭芭拉分校的埃基·路奥斯拉蒂（Erkki Luosrati）发明了一种“纳米蠕虫”，它携带着5～10个带有磁性的氧化铁粒子，同时身披一层由微小蛋白质制成的“毛皮”，而这种“毛皮”可以和癌细胞结合。当医生将“纳米蠕虫”注射进患者体内后，它们就会在人体中寻找癌细胞的踪迹，一旦发现就会粘附在它们周围。由于“纳米蠕虫”身上携带着磁性氧化铁粒子，所以医生只要通过核磁共振成像扫描仪，就能轻松发现哪怕极其微小的癌细胞的痕迹。

目前，第一批全自动纳米机器人原型已经问世，但仍在等待接受临床实验。它们的出现，极有可能让我们不再谈“癌”色变。这些纳米机器人虽然很小，但正是因为小，才有望帮助我们解决人类的大问题。