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听说把这个机器人放进血管里,就能把肿瘤饿死

时间:2024-05-22 16:35:10 科技赋能

说到机器人,大家脑海中的第一印象可能就是那些看上去不近人情、有着钢骨的可爱机器。

但与大家的直观感受又有所不同。

事实上,“机器人”这个概念的定义非常广泛。

任何能够自主执行任务并用于辅助人类工作的人造设备都可以被视为机器人。

所以从广义上讲,生产线上的组装机、食堂里的奥特曼切面机、甚至家里常见的滚筒洗衣机都属于机器人的范畴。

有一种特殊的新概念“机器人”,既没有钢铁机身,也没有电子元件。

这种让人感到困惑的“机器人”就是纳米机器人。

什么是纳米机器人?一般来说,凡是能够在纳米尺度(包括几微米)完成任务的东西都可以算作纳米成分,其中当然包括细胞内合成蛋白质的核糖体、溶解细胞废物的溶酶体以及细胞间传递信号的外泌体等。

但如果说它们是机器人,那么还缺少一个关键因素,那就是人工制造。

与这些天然纳米组件类似,纳米机器人也在纳米尺度上执行化学或生化任务。

这些纳米机器人一般不是由电子元件制成,而通常是有机分子(也可能含有金属等无机成分)。

驱动它们的一般不是宏观机器人常用的电能,而是天然纳米成分中常见的生化反应。

纳米机器人与天然纳米组件的主要区别在于,纳米机器人执行的不是上帝几亿年前设定的任务,而是设计它们的科学家的想象力。

纳米“领航员”机器人 近日,上海交通大学和中科院上海应用物理研究所的科学家研发出一款非常有趣的纳米“领航员”机器人(发表在《Nature Materials》上)。

他们利用DNA折纸创造出纳米级的方形二维结构,然后在其上的特定路线上留下发夹状的DNA分子路标。

然后,通过添加能够“激活”这些路边促进剂的促进剂(只需要一个)和促进反应继续进行的“燃料”分子,单分子链式反应就可以沿着设计者留下的分子路线图向前推进。

这款纳米导航机器人的工作方式与常见的多米诺骨牌非常相似,看起来令人眼花缭乱对吧?下面让我将其翻译成人类语言。

想象一下,二维 DNA 折纸就像地板。

地板上有一排由 DNA 分子组成的多米诺骨牌。

在没有起始分子的情况下,这些多米诺骨牌是稳定的,直立的,但是当你向多米诺骨牌的一端扔一个起始分子时,这些多米诺骨牌就会依次向另一端倒下,这样倒下的多米诺骨牌就形成了一条明显的路径到另一端。

但与多米诺骨牌可以同时触发多个分叉路径不同的是,在纳米导航仪的这种多米诺骨牌游戏中,如果将留下的DNA路标制作成具有多个分叉的迷宫,那么单分子“导航仪”只会沿着其中一条路径随机向前延伸(也可能通向死胡同)。

不过,这样一张纳米折纸比大家用来玩多米诺骨牌的地板要小得多,这意味着可以在一个很小的区域内同时放置许多这样的DNA纳米折纸。

即使在单个单元中,“分子导航员”找到正确路径的概率也很低。

只要有足够的纳米折纸,总会有一些幸运的分子导航者找到走出迷宫的最佳路径。

迷宫路径被大量的导航纳米机器人猛烈地破解。

简而言之,在这个纳米多米诺系统中,每一张DAN纳米折纸以及其上的分子导航器都可以被视为一个计算单元。

由于一张折纸只有纳米大小,因此微米级区域内可以放置许多计算单元,使其具有相当大的计算能力。

该特性可用于使用计数方法“强力”纳米迷宫,并且也有望用于创建纳米级分子传感结构。

从这个意义上说,这个系统当之无愧地被称为纳米“机器人”,或者分子计算机。

纳米机器人:精确攻击实体瘤。

基于有机分子的“纳米机器人”所拥有的远不止暴力破解纳米迷宫的能力,这听起来与生命不太接近。

前段时间,我们报道了美国亚利桑那州立大学和中国纳米科学中心的研究人员研发出一款同样基于DNA折纸技术、能够精准攻击实体瘤的“纳米机器人”。

该文章发表于今年2月的《自然生物技术》。

简而言之,这种纳米机器人被注射到体内后,可以利用其表面携带的肿瘤特异性配体(适体)来识别肿瘤富集的局部环境,并在找到这种特殊的目标环境后,通过纳米机器人对其进行控制。

桶。

该形状展开成一片,表明它含有一种可以杀死实体瘤的药物(设计中是凝血酶)。

其工作机制与现代战争中常用的精确制导巡航导弹非常相似,可以发现目标并在到达目标后引爆。

抗肿瘤纳米机器人,两侧的绿色DNA配体用于识别肿瘤细胞,中间携带的紫色物体是用于对抗实体瘤的凝血酶。

上图为巡航状态,下图为攻击状态。

除了上面介绍的两种纳米机器人之外,用于精准药物输送等功能的纳米机器人还有很多种。

其中有些听起来很科幻,超出了作者的理解范围,所以这里不再赘述。

值得注意的是,几乎所有纳米机器人,包括本文详细介绍的两种技术,都不需要电能来驱动。

它们的工作过程高度依赖于它们自身特殊的物理性质和高度特异性的化学反应。

这使得它们的设计和制造过程不仅非常复杂,而且价格昂贵。

相信如何让这些高端、高端的新概念纳米机器人逐渐走进普通人的生活,将是未来很多科学家努力的目标。