最近幾年來(lái)，微型/納米機(jī)械人在性命醫(yī)學(xué)范疇成長(zhǎng)敏捷，且作為寬大。包含藥物運(yùn)輸、內(nèi)科手術(shù)、醫(yī)療診斷、解毒等在內(nèi)的運(yùn)用正展示出這些渺小機(jī)械人得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械學(xué)、性命醫(yī)學(xué)、納米迷信等學(xué)科的協(xié)作和融會(huì)，促使了機(jī)械人在疾病預(yù)防、診斷和醫(yī)治運(yùn)用上綻放出紛歧樣的火花。
3月份，《Science Robotics》揭橥一篇題為“Micro/nanorobots for biomedicine: Delivery, surgery, sensing, and detoxification”的綜述，具體論述了微型、納米機(jī)械人在生物醫(yī)學(xué)范疇的運(yùn)用近況和遠(yuǎn)景。
跟著動(dòng)力學(xué)、資料學(xué)、醫(yī)學(xué)成像等技巧的成長(zhǎng)和大夫、患者接收度的進(jìn)步，醫(yī)療機(jī)械人疾速成長(zhǎng)。分歧于傳統(tǒng)的機(jī)械人，醫(yī)療機(jī)械人由渺小的零件和智能資料組成，可以停止龐雜而精巧的手術(shù)、解毒等操作，例如達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)械人。迷信家們研發(fā)的小型、多功效化機(jī)械人只要幾微米的尺寸，乃至于更小，它們可以達(dá)到人體的任何部位，將操作降至細(xì)胞程度，以便更精準(zhǔn)、高效的診斷和醫(yī)治。
完成微型/納米機(jī)械人活動(dòng)的分歧驅(qū)念頭制（化學(xué)反響及磁場(chǎng)、超聲波、光、電等外力），和機(jī)械人在性命醫(yī)學(xué)范疇分歧的運(yùn)用圖示（起源于：綜述）
很多研討注解，這些微型/納米機(jī)械人可以穿過(guò)龐雜的生物構(gòu)造或許狹小的毛細(xì)血管，停止部分診斷、成像、運(yùn)載活檢樣本、靶向釋放藥物等操作。許多微型/納米機(jī)械人由生物相容性資料組成，可以在義務(wù)完成后在人體內(nèi)逐步降解、消逝。
完成藥物的靶向運(yùn)輸
現(xiàn)有的納米機(jī)械人完成藥物運(yùn)輸依附于體輪回，缺乏定點(diǎn)運(yùn)輸、組織滲入滲出等驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)航才能。為了完成藥物在疾病部位的精準(zhǔn)釋放，藥物運(yùn)輸機(jī)械人須要具有壯大的驅(qū)動(dòng)力、導(dǎo)航體系、藥物釋放和組織滲入滲出的才能。
固然已有的機(jī)械人“羽翼未豐”，然則它是完成藥物運(yùn)輸?shù)幕孟牖d體。迷信家們對(duì)其充斥等待，他們以為納米機(jī)械人無(wú)望完成藥物的疾速、精準(zhǔn)釋放，從而進(jìn)步療效、加重藥物反作用。
許多初步研討曾經(jīng)很好地在體外、試管中展現(xiàn)了納米機(jī)械人在藥物運(yùn)輸上的潛能，例如多層管狀聚合納米機(jī)械人被證明可以經(jīng)由過(guò)程多孔膜逐層裝載抗癌藥物阿霉素，且可以達(dá)到癌細(xì)胞鄰近。很多用于藥物運(yùn)輸?shù)奈⑿?納米機(jī)械人正處于研發(fā)晚期。個(gè)中，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸是該范疇的熱點(diǎn)研討偏向。納米機(jī)械人可以或許穿透細(xì)胞膜并直接運(yùn)輸各類醫(yī)治藥物進(jìn)入細(xì)胞外部。
除化學(xué)反響、超聲波、電能等驅(qū)動(dòng)力以外，迷信家們還找到一種趨磁趨氧細(xì)菌（Magnetococcus marinus strain MC-1），它們可以驅(qū)動(dòng)納米脂質(zhì)體運(yùn)輸至腫瘤缺氧區(qū)。這一類細(xì)菌會(huì)朝著磁場(chǎng)和低氧區(qū)域活動(dòng)。以移植有結(jié)腸癌的小鼠為模子，研討人員發(fā)明，55%的MC-1細(xì)菌會(huì)趨勢(shì)結(jié)腸腫瘤的缺氧區(qū)域HCT116。這些研討結(jié)果臉色，微生物的趨磁趨氧特征可以進(jìn)步藥物在腫瘤缺氧地域的釋放效力。微生物無(wú)望在機(jī)械人藥物運(yùn)輸中“年夜展身手”。
完成手術(shù)的精準(zhǔn)操作
手術(shù)機(jī)械人曾經(jīng)展示出削減龐雜內(nèi)科手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、拓寬內(nèi)科大夫才能的優(yōu)勢(shì)。這類機(jī)械人無(wú)望協(xié)助大夫完成更高精度、更靈巧和可控性的微創(chuàng)手術(shù)。與年夜型器械分歧的是，微型機(jī)械人裝備有高分辯率三維內(nèi)鏡，可以在患者體內(nèi)靈巧遷移轉(zhuǎn)變，無(wú)望沖破傳統(tǒng)內(nèi)科手術(shù)的局限，將微創(chuàng)技巧更普遍的運(yùn)用于龐雜的內(nèi)科手術(shù)。
從納米鉆頭（nanodrillers）、微型夾鉗（microgrippers）到微型槍彈（microbullets），這些對(duì)象的進(jìn)級(jí)為微創(chuàng)手術(shù)供給了奇特的潛能，它們可以在細(xì)胞程度完成特定組織的穿透、定位、移除等操作。
另外，磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)械人在體內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)范疇也展示出很年夜的運(yùn)用遠(yuǎn)景，由于磁場(chǎng)可以穿透較厚的生物組織。迷信家們?cè)?jīng)證明植入式磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)械人可以在兔子的眼后段停止手術(shù)。
完成疾病的精準(zhǔn)診斷
得益于自立的活動(dòng)機(jī)能、簡(jiǎn)略的外面功效化和高效捕捉、分別目的物的優(yōu)勢(shì)，微型/納米機(jī)械人在疾病精準(zhǔn)診斷上異樣也施展著很年夜的感化。微型/納米級(jí)傳感戰(zhàn)略依附于人工馬達(dá)的能動(dòng)性，借助于攜帶分歧的生物受體，機(jī)械人可以或許穿過(guò)樣本完成與特定生物份子的即時(shí)互作。借助這一道理，納米機(jī)械人可以辨認(rèn)、隔離體液中的靶向份子，包含卵白質(zhì)、核酸、癌細(xì)胞等等。
除檢測(cè)、運(yùn)輸在細(xì)胞外的生物份子，納米機(jī)械人還可以進(jìn)入細(xì)胞，在其內(nèi)完成傳感功效。有研討團(tuán)隊(duì)經(jīng)由過(guò)程給納米機(jī)械人攜帶上熒光標(biāo)志的單鏈DNA探針，完成其對(duì)細(xì)胞內(nèi)microRNA-21份子的檢測(cè)。
完成解毒
除藥物運(yùn)輸、手術(shù)以外，微型/納米機(jī)械人也能夠作為壯大的解毒對(duì)象。相似于生物傳感，解毒功效依附于納米機(jī)械人疾速捕捉、消除毒素。經(jīng)由過(guò)程包裹上特定的資料，機(jī)械人可以在體內(nèi)“巡查”并“抓捕”有毒物資。這類機(jī)械人的任務(wù)道理相似于自然清算毒素的細(xì)胞，例如血紅細(xì)胞（RBCs）。已有迷信團(tuán)隊(duì)研收回?cái)y帶有包裹了RBC細(xì)胞膜的鎂微粒的機(jī)械人，研討注解它可以或許有用接收、中和體液中的α-toxin。
另外，也有研討團(tuán)隊(duì)將紅細(xì)胞膜與超聲驅(qū)動(dòng)的納米機(jī)械人整合在一路，用于消除血液中的成孔毒素。另外一種解毒測(cè)驗(yàn)考試是構(gòu)建3D版“微型小魚(yú)”，這些小魚(yú)攜帶聚二乙炔納米粒子，可以吸引并于毒素聯(lián)合。
總結(jié)、瞻望
曩昔十年，微型/納米機(jī)械人從一個(gè)未知、多功效平臺(tái)成長(zhǎng)至集成納米技巧、人工智能等長(zhǎng)處的技巧。他們表示出許多奇特的優(yōu)勢(shì)和運(yùn)用潛力，包含在生物組織中疾速活動(dòng)、定位、長(zhǎng)時(shí)光運(yùn)輸、精準(zhǔn)捕捉和隔離目的物等等。這些優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了它在性命醫(yī)學(xué)范疇的普遍運(yùn)用，從藥物運(yùn)輸、精準(zhǔn)手術(shù)到細(xì)胞程度敏銳檢測(cè)生物份子、高效消除有毒化合物，這意味著納米機(jī)械人無(wú)望貫串疾病診療、預(yù)防的全進(jìn)程。
固然，今朝微型/納米機(jī)械人在醫(yī)療范疇的運(yùn)用還處于起步階段。施展渺小機(jī)械人的全體潛能面對(duì)許多未知和挑釁。個(gè)中，一個(gè)嚴(yán)重挑釁是挑選到新動(dòng)力，它須要具有歷久自立操作、較好的生物相容性等特征。固然分歧的化學(xué)反響和內(nèi)部安慰可以驅(qū)動(dòng)渺小機(jī)械人的活動(dòng)，然則新的替換燃料和驅(qū)念頭制很有需要，它們無(wú)望確保機(jī)械人在體內(nèi)更平安、連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
將來(lái)，微型機(jī)械人會(huì)朝著加倍智能的偏向成長(zhǎng)，具有高風(fēng)行性、可變形構(gòu)造、可連續(xù)操作、精準(zhǔn)掌握等能夠，機(jī)械人之間還無(wú)望完成集群智能協(xié)作，乃至于自我退化、自我復(fù)制。
