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生活在我们血液中的纳米机器人

发布:2021-04-01 13:56:19 来源:西南鹏美妇科医院 编辑:四川麻将app下载 [四川麻将赢钱攻略]
导读:作为1871年一个思想实验的一部分,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)想象有很多微小的“恶魔”,可以在某一时间重新改变一个原子。不过“分子工程”这一术

作为1871年一个思想实验的一部分,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)想象有很多微小的“恶魔”,可以在某一时间重新改变一个原子。不过“分子工程”这一术语是由麻省理工学院教授罗伯特·亚瑟希佩尔(Arthur Robert von Hippel)在20世纪50年代创造的。1959年12月29日傍晚,在美国物理学会年会上,著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)在他晚餐后的演讲中描述了如何将整个大英百科全书写在一枚大头针的针头上,如何将世界上所有的书装进一个小小的手掌机里。

20世纪70年中期,作为思想实验的延续,麻省理工学院的一名本科生金·埃里克·德雷克斯勒(Kim Eric Drexler)设想分子大小的机器可以制作几乎任何东西。德雷克斯勒在1981年的一篇期刊文章中首次发表了他的想法。他又在后来的一本书中描述了纳米技术在未来的可能作用,它将彻底改变科学技术的一些领域,并导致医学、人工智能和天文学上的突破。他设想的“合成器”可以以任何合理的顺序安装组四川麻将app下载合原子,从而使我们能够建立几乎只要符合自然法则的任何东西。“合成器”还能够自我复制,这样“合成器”的数量可以呈指数式增长,从而使大量生产成为可能。1991年我们发现了碳纳米管,它的强度大约是钢的100倍,重量却只有钢的六分之一,并具有不寻常的导热和导电性。目前正在飞往木星的朱诺航天器就是采用碳纳米结构复合材料提供电气接地,释放静电,并减轻重量。从一开始,这一技术在医学上的使用就很迫在眉睫。纳米医学就是专指使用10-9纳米级别的材料的医学学科。不妨大胆想象一下,在不久的未来,我们的血液中微小的纳米机器人可以检测疾病。几十年以后,我们甚至可能消灭“症状”这个词,因为没有人会产生任何疾病症状。这些微小的机器人将我们身体内可能产生的任何病变症状的警报发送到我们的智能手机或数码隐形眼镜中。这些未来想法可能比我们预想的还要更早到来。纳米机器人、微型摄像机、用于靶向药物递送的特殊胶囊,以及用于癌症治疗磁性纳米颗粒已经被化学家、工程师和生物学家开发出来了。其中的某些应用已经开始在动物或人身上进行测试,甚至还有一些已经提供给医生使用了。据2014年欧洲技术平台(European Technology Platform)纳米医学的统计,已经有70余款产品运用于临床试验,涵盖疾病的类别主要包括神经变性、肌肉骨骼疾病以及某些炎症等。有77款产品已经在市场上使用,这些市场包括纳米药物递送(44款)、医药(18款),以及成像、诊断和生物材料(15款)等领域。

一个纳米机器人改变医学的例子就是在活的人体细胞里面放置合成的纳米发动机(nanomotors),并通过超声波控制它们。据研究小组的负责人说,未来使用合成纳米发动机来研究细胞生物学有可能是个新途径。纳米发动机也可通过从内部机械操纵细胞来治疗癌症和其他疾病,比如,可以执行细胞内手术或直接将药物递送到活组织。

令人惊讶的是,纳米发动机在低超声功率下对细胞的影响不大,但在提高功率后,它们会在细胞内移动,撞击细胞结构,调和细胞的内容物,甚至刺破细胞壁。他们的存在可能使1966年拍摄的一部电影《神奇旅程》(Fantastic Voyage )中所描述的故事成真:纳米发动机在体内循环、沟通、诊断并完成治疗的整个过程,完全不需要人的介入。在电影中,医务人员登上实验潜艇,然后潜艇急剧缩小,并注射到患者体内,以摧毁威胁人体生命的大脑中的血凝块炸金花下载

今天这样的潜艇被称为防凝块纳米机器人(clottocyte nanorobot)。它也可以发挥类似于血小板的功能,粘在一起,以形成血凝块止血。这种纳米机器人可以存储纤维,当它们遇到伤口后,会迅速释放纤维以创建一个凝块,所需时间相比血小板凝集的时间少很多。血液中专食微生物(microbivore)的纳米机器人像白血细胞,通过设计可以更快和更有效地杀灭细菌或类似侵入物。细菌或病毒感染可能在几分钟内就被清除,而抗生素则需要几天的时间。纳米机器人也没有其他潜在的副作用。

类呼吸(Respirocyte)纳米机器人,其作用就像红细胞一样,但比天然红血球可能携带更多的氧气,以治疗贫血患者。它们还可能带有传感器,来测量血液中的氧的浓度。有一天,血液可能成为纳米机器人和人类细胞共同的储存库和共生系统。

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