納米機器人的定義

納米生物機器人急救系統是一種以納米、微米尺寸的生物機器人為核心構建的便攜式醫療裝置，它由數種細胞機器人、病毒機器人、機電式微機器人以及微型聚變反應堆、大容量步兵用電池，核心計算機、變頻半導體激光器陣列組成。

各個子系統的功能分別為：生物機器人獲取傷患處信息、計算機控制生物機器人協調行動、微型聚變堆和電池提供能量消耗、半導體激光器陣列遠距離提供能量。

系統的核心是納米、微米級生物機器人。類比救護傷員的步驟，當醫護兵確認是友軍的緊急求救信息時，計算機會自動將生物機器人向友軍源源不斷地發射。生物機器人群到達傷口后：

·第一步是凝膠型生物機器人進入斷裂的血管和流出組織液的地方，啟動凝膠反應止血。

·第二步，一種長有微牙齒的生物機器人將傷口的死肉吃掉。

·第三步，兩種病毒機器人和攜帶標準型人類遺傳基因的干細胞機器人開始工作，一種病毒機器人負責讀取傷者的DNA，一種病毒機器人負責將傷者的DNA覆寫進標準型干細胞。

·第四步，激光搬運型機器人進入血管和破損的組織間隙，將傷者的血栓和先前進入的凝膠型生物機器人搬運出來，已經分化好的干細胞在激光搬運型生物機器人搬運下有序地填充進破損的地方。

這樣復雜的系統，沒有有力的指揮控制顯然是不行的。所以，又有數種生物機器人構成了指揮群。其中包含：

·神經元型機器人。控制程序被編入機器人中，用來對激光搬運型生物機器人下達指令。

·壓電和化學電感應型病毒機器人。負責感應壓力信號和化學成分，并以編碼形式傳遞給神經元型機器人。

·光敏型生物機器人。負責接收醫護兵的激光數據鏈傳來的信號和能量，并將信號傳遞給神經元型機器人。

·細胞型供能機器人。將光敏機器人傳來的電脈沖能量轉化為多種含能化合物并分泌。

·病毒型DNA讀取機器人。隨時對傷處的細胞進行抽樣檢查，以免將癌細胞作為正常細胞復制。

細胞群是通過醫護兵的半導體激光器獲得能量供應的，生物機器人群在飛行中則依靠飛行型微米機器人抬著飛。生物機器人群每完成一處修復，系統就會控制納米機械型機器人群通過飛行型微米機器人抬著飛到動力盔甲的破損處，對動力盔甲進行修補。戰場上，醫護兵對戰友進行遠距離緊急救治的時候都會發出一束光照射隊友。由于醫護兵具備修復作為機械裝置的動力盔甲的能力，因此對系統軟件安裝相應補丁之后，還可以利用修復盔甲的納米機器人群對重型武器裝備進行修補——但是代價是更高功率的能量需求。

研究團隊及研究成果小結：

香港中文大學，曼徹斯特大學

香港中文大學的張立教授和曼徹斯特大學Kostas Kostarelos教授帶領的研究小組推出一款可生物降解的納米機器人，未來可用于診斷疾病或者向人體內輸送藥物。研究成果“用于成像引導療法的多功能生物混動磁鐵機器人”以論文的形式發表于《科學機器人（Science Robotics）》期刊上，論文稱機器人的生物降解性是一個新的概念，其中鐵磁涂層可以幫助微調他們降解的速度。利用磁場，研究人員可以在復雜的生物體內精準遙控機器人。他們還進一步描述了機器人如何能夠攜帶并釋放出攻擊癌細胞的有效藥物。

日本研究團隊

日本研究團隊研發了一種由DNA控制移動的微型機器人，能在特定的信號會發生形體變化，就像變形蟲一樣。該項研究成果已發表在國際期刊《Science Robotics》上，研究論文標題為“微米級分子機器人通過變形回應信號分子”（Micrometer-sized molecular robot changes its shape in response to signal molecules）。該機器人與其他納米機器人不同，它完全是由生物和化學成分組成，整個系統有27種成分，其主體結構是磷脂雙分子層制成的囊泡，當有紫外線照射時，光敏DNA會裂成單鏈，附著在染色體微管上，微管的結構十分穩定，而核苷酸三磷酸腺苷（ATP）會提供能量使染色體微管滑動，“沖擊”磷脂雙分子層，使機器人的外膜突出，從而改變整個囊腔的形狀。

這種獨特的運動方式，可以使機器人在微生物領域中大顯身手，在肉眼看不見的微觀世界里，完成人們自己不可能完成的任務，比如，配備微型電腦和傳感器來探索微生物分子環境，或是作為藥物的納米載體等。更重要的是，該機器人還不到1微米。

中國科學院，亞利桑那州立大學

中國科學院國家納米科學與技術中心（NCNST）和兩位博士領導的研究團隊與美國亞利桑那州立大學（ASU）生物設計研究所分子設計和仿生學中心主任博士的實驗室合作，在《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上發表了題為“ A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo ”一文，文章對這種納米機器人及其工作原理進行了詳細描述。

人類目前對抗惡性腫瘤的方法還遠遠不夠，這主要是因為體內的健康細胞也會被“連累”受到化學物質和輻射的“轟擊”。研究人員一直在努力尋找一種靶向腫瘤且不傷害健康細胞的方法，由DNA折紙技術制造的納米機器人可能是一個很好的選擇。

DNA折紙技術采用DNA鏈進行折疊。DNA折紙術是近年來提出的一種全新的DNA自組裝的方法，是DNA納米技術與DNA自組裝領域的一個重大進展。

中國科學院大學，清華生命科學中心，中國科學院動物研究所

如何精準的識別并殺死癌細胞是目前醫學界的一大難題，用DNA制成的納米機器人可能是一種有效的選擇。《Nature》刊登了來自國內科研團隊的研究成果，研究顯示他們已經成功的使用納米機器殺死了多種小鼠體內的腫瘤細胞，該研究團隊的成員基本來自國內著名高校（中國科學院大學、清華生命科學中心、中國科學院動物研究所等）。

研究團隊從病毒中提取DNA并將其轉化為DNA片段。然后在上面加載一種名為“凝血酶”的酶（一種可以凝結血液的化學物質），然后將其卷成管狀（凝血酶在DNA管的末端）。DNA納米機器人將會受到相同DNA片段信號的指引，一旦納米機器人被引入生物體內，他們就會四處走動，與具有相似DNA片段的細胞貼近時，它們就會附著，然后DNA管打開，暴露出凝血酶。凝血酶會凝結血液供應到腫瘤細胞內，可以有效地切斷其營養物質供應并最終殺死它。

慕尼黑工業大學

世界各地的科學家們寄希望納米工廠的新技術用于分析生化樣品或生產活性醫藥劑。

慕尼黑工業大學（TUM）的科學家已經開發出一種新型的電推進技術。科學家基于分子研發出一種DNA納米機器（具體來說，是一只手臂），當技術發展成熟后，它就可以被用于完成“即時任務”。利用DNA分子的電荷可以快速、準確地移動手臂，使之受到電脈沖的控制移向正確的方向，DNA納米機器人通過電場可使得機器速度比之前快10萬倍，甚至可以在幾毫秒內作出反應。

休斯頓大學

一個小機器人能夠穿過人類身體內部的組織？

被稱為millirobots的毫米級機器人能夠對醫院醫用掃描儀產生的磁場變化進行響應，并以此為動力穿透山羊的腦組織，這一成就對生物醫學的發展產生了重要作用。許多醫學研究人員已經做過關于利用磁場推動和牽引機器人在人體內移動的實驗。在這種背景下，休斯頓的研究人員在一個子彈型機器人內部安裝了一個“磁力錘”，這個磁力錘可以產生足夠的力量來推動機器人進入動物的大腦中。

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此外，機器人體內還含有一個不銹鋼珠，它可以通過磁共振成像（MRI）掃描儀產生的磁場的方向變化，推動這個鋼珠在機器人體內來回移動。當移向一個方向時，此鋼珠可壓到機器人后面的機械彈簧，這樣，在彈簧將珠子釋放的時候，就可以擊打機器人的前端，將機器人錘擊到更深的身體組織中。

這種機器人可以利用醫院的標準的MRI掃描儀，也就是說在診治過程中，醫生在患者體內移動millirobots機器人的同時可生成患者的MRI成像。

東京大學，東京醫科齒科大學

人腦中因為有血腦障壁，除了葡萄糖等營養來源，血液中的物質幾乎無法進入腦部，由日本東京大學和東京醫科齒科大學所組成的研究團隊“COINS”，日前成功開發出一種納米機器人，直徑只有30納米（nm），表面由葡萄糖覆蓋，在大腦血管的特定蛋白質與葡萄糖結合后，藥物便能連帶通過血腦障壁運送至大腦。

研究小組認為，透過運用這項技術，未來對一些腦部疾病可期望看到前所未有的治療效果。

加州理工學院

美國加州理工學院生物工程助理教授Lulu Qian和同事們開發出一種由單鏈DNA組成的納米機器人，這種納米機器人能夠自主地在一種分子表面上“行走”，抓住某些分子，并且將它們釋放到指定的位置上。相關研究結果發表在《Science》期刊上，論文標題為“A cargo-sorting DNA robot”。

Qian說，“我們想要派送納米機器人到人類不能夠去的微小空間，如血液。我們的目標是設計和構建能夠執行復雜的納米機械任務——貨物分揀（cargo sorting）——的納米機器人。”

杜倫大學，萊斯大學，北卡羅萊納州立大學

英國杜倫大學、美國萊斯大學以及北卡羅萊納州立大學的科學家們研發出一種被光激活的納米機器人。當被光激活后，這種納米機器人可以在數分鐘內鉆入癌細胞并殺死它們。這項研究成果發表在最新一期的《Nature》雜志上。科學家希望在未來這種納米機器人可以用來非常精確地遞送原子級別藥物，或者實際上殺死癌細胞，包括那些對現有化療有耐藥性的癌細胞，從而導致新形式的治療。

哈爾濱工業大學機電學院，加州大學圣地亞哥分校

哈爾濱工業大學機電學院張廣玉、李隆球教授和美國加州大學圣地亞哥分校約瑟夫·王教授合作的磁控微納機器人取得重要進展，相關研究成果“磁場驅動自由泳式納米馬達”和“自主導航微納機器人”分別發表在國際著名學術期刊《納米快報》和《美國化學學會納米》上。

微納機器人是在微納尺度上能夠將不同形式的能量轉化為機械運動的納米機器人。由于尺寸小、裝載能力強，微納機器人有望橫穿生物組織，運輸靶向藥物，實現腫瘤的精準治療。然而，如何讓機器人克服粘滯力，實現高效輸送，并在人體復雜環境中實現精準操控，是面臨的兩大挑戰。

研究團隊通過采用仿生原理，發明了一種由振蕩磁場驅動的鎳—銀—金—銀—鎳多金屬復合結構納米機器人。該機器人直徑約為400nm，由多節柔性鉸鏈組成，可模擬游泳運動員“自由泳”雙臂交替運動形式在低雷諾數流體中快速移動，極大提高了磁驅納米機器人的運動效率。

中科院沈陽自動化研究所

中科院沈陽自動化研究所的研究人員研發出具有實時視覺反饋能力的掃描微透鏡超分辨成像技術，這種新技術可在自然條件下打破光學衍射定律所限制的觀測極限，實現生命和非生命樣品的超分辨實時觀測，讓納米機器人的眼睛更加“銳利”。