視覺中國供圖

　　自然界有很多微納米尺度的東(dong) 西能夠隨意遨遊，比如分子馬達、生物馬達，還有細菌、精子等，能借助擺動過程中產(chan) 生的不對稱的區域流體(ti) 場向前運動。基於(yu) 這個(ge) 原理，研究人員設計了一係列遊動微納米機器人，並引入生物醫學研究領域。

　　多款微納米載藥機器人憑借自推進運動，穿越多道生物屏障的阻隔，將藥物送到眼球底部或腦組織深處，使青光眼、癲癇、腦膠質細胞瘤、中風偏癱等棘手的醫療難題得到解決(jue) 。隨著研究的深入，哈爾濱工業(ye) 大學微納米技術研究中心的研究人員正在將這些貌似科幻的情景，一步步變成現實。

　　記者4月19日從(cong) 哈爾濱工業(ye) 大學（以下簡稱哈工大）獲悉，該校微納米技術研究中心教授賀強、吳誌光課題組完成的研究論文《雙響應生物雜化中性粒細胞機器人用於(yu) 主動靶向遞送》，近日在國際《科學機器人》雜誌在線發表。在此之前，該課題組自主研發的一係列遊動微納米機器人科研項目成果，還先後刊發在《德國應用化學》《先進功能材料》《麻省理工科技評論》《美國化學會(hui) 雜誌》等20餘(yu) 家國際期刊上，最高影響因子達27.4分，奠定了我國科學家在海內(nei) 外醫用納米機器人研究領域的領軍(jun) 位置。

　　構建藥物主動運輸渠道成業(ye) 界熱點

　　據介紹，常規的藥物遞送如打針、吃藥、輸液等方式，都是靠藥物分子或載體(ti) 在血液中擴散進行的，導致遞送效率低下。有學者對近30年以來的藥物遞送做出了統計，發現采用傳(chuan) 統遞送方式輸送藥物約12小時後，到達目標位置的藥物還不到1%。這意味著絕大部分藥物已在路上丟(diu) 失了。因此，構建新型藥物主動運輸渠道，成了業(ye) 界的研究熱點。

　　1966年，一部名為(wei) 《奇幻旅程》的外國電影，描述了一名醫學家身患重疾，為(wei) 了生存，他不得不做出一個(ge) 冒險的決(jue) 定——將他的5名同事縮小到納米尺寸，注射進自己的體(ti) 內(nei) ，讓他們(men) 直接“遊”到病灶區域替他診療。受這個(ge) 虛幻故事的啟發，科研人員一直夢想著創造發明出一種能自主遊動的納米機器人，把藥物裝載在機器人身上，讓機器人在人體(ti) 內(nei) 展開“自由泳”，最後直達病變部位發揮藥效。

　　追溯曆史，最早提出微納機器想法的是諾貝爾獎得主、理論物理學家理查德·費恩曼。他在1959年就曾設想通過原子或分子來構建微納米尺度的微納機器。費恩曼在一次題為(wei) “在物質底層有大量的空間”的演講中描繪說，將來人類有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個(ge) 的原子作為(wei) 建築構件在非常細小的空間構建物質。這無疑是化學家和生物學家意欲達到的理想彼岸。

　　讓人欣喜的是，自2004年起，業(ye) 內(nei) 就已經湧現出了多種化學和外物理場（如光電磁熱等）驅動的遊動微納米機器人，這些機器人可在水中高效遊走。但人體(ti) 內(nei) 環境非常複雜，尤其是身體(ti) 中還存在血腦屏障、血眼屏障等多種生物屏障，這些生物屏障在保護人體(ti) 免遭外源細菌和病毒侵入的同時，也會(hui) 妨礙這些機器人向病患區域精準投送藥物。

　　原子組裝的“遊泳健將”能騙過免疫係統

　　中國微米微納米技術學會(hui) 微納執行器與(yu) 微係統分會(hui) 理事、哈工大博士生導師吳誌光教授介紹說，早期遊動微納米機器人基本都是由微機電係統等構件組成，自身材料主要是金屬、金屬氧化物及人造聚合物。這樣的微納米機器人進入體(ti) 內(nei) 後，首先不能被降解，因而具有很大的危險性；其次，這些金屬和金屬聚合物是人體(ti) 外源物質，生物相容性差，一旦進入體(ti) 內(nei) 就會(hui) 觸發免疫係統的“警報”，進而受到免疫細胞的圍剿，致使“出師未捷身先死”，還未抵達病灶，可能就已經被人體(ti) 免疫係統“絞殺”了。為(wei) 此，吳誌光團隊開動腦筋，首次將微納米機器人偽(wei) 裝成天然細胞，騙過免疫係統的甄別。

　　此外，“研發微納尺寸機器人首先要解決(jue) 的是驅動問題，許多宏觀世界的驅動方法在微觀世界裏卻難以實現。”吳誌光說，“人如果躺在滿是水的浴缸裏，是可以浮起來的。但如果將人濃縮成納米尺度，水給人的感覺就像是一種非常濃稠的糖漿，讓人動彈不得。”

　　科學家發現，自然界有很多微納米尺度的東(dong) 西能夠隨意遨遊，比如分子馬達、生物馬達，還有細菌、精子等，能借助擺動過程中產(chan) 生的不對稱的區域流體(ti) 場向前運動。基於(yu) 這個(ge) 原理，研究人員設計了一係列遊動微納米機器人，並引入生物醫學研究領域。而早在2010年，賀強就在哈工大組建了國內(nei) 首個(ge) 遊動納米機器人研發團隊，在他的組織下，吳誌光及其同事應用化學方法，首次將原子組裝成微納米的結構，在化學場或外光、磁場下成功施行了可控遊動，甚至直接被引導至目標細胞。

　　臨(lin) 床轉化應用有賴於(yu) 兩(liang) 大重要環節

　　“然而，這些微納米機器人今後要想在臨(lin) 床中轉化應用，有兩(liang) 個(ge) 重要環節是繞不開的。”吳誌光解釋說，首先微納米機器人必須能夠在複雜的人體(ti) 環境中運動。“一是要能主動打破細胞膜，二是要能在血液中運轉起來，三是能夠在眼內(nei) 玻璃體(ti) 和胃腸道黏液等生物流體(ti) 中運動。”在逆血流遊動時，流速對微納米機器人有較大影響。研究團隊發現，自然界有很多動物和微生物在流體(ti) 的環境下生存，為(wei) 了更好地適應流動性的環境，這些生命往往選擇貼近基底運動。受此啟發，賀強團隊研創了兩(liang) 種可以沿著基底運動的遊動微納米機器人，以及一款尺寸比生物水凝膠孔徑更小的機器人，後者可在眼睛玻璃體(ti) 中自由穿梭，其運動方向的精確度在9平方毫米範圍內(nei) ，達到了目前常規的眼科藥物載體(ti) 無法企及的水平。

　　其次就是遊動微納米機器人的成像和控製問題。吳誌光解釋說：“納米機器人的尺寸較小，一般比常規的成像分辨率低很多，而且和生物組織的對比度不足。”為(wei) 此，研究團隊通過包裹機器人，使其外觀尺寸增大；同時借助動作分離方法，提取並掌控完全來自於(yu) 遊動微納米機器人的動作行為(wei) ，將其與(yu) 生物組織進行區分，最終完成了對流動微納米機器人的實時成像和準確操控，為(wei) 遊動微納米機器人在生物醫療領域的應用奠定了堅實基礎。

　　在已取得的重要成果中，賀強團隊首次研製了有效且穩定地攜帶紫杉醇等抗癌藥物的機器人，依靠自主研發的控製係統，突破血腦屏障和血腫屏障，將藥物送入腦部病變深處，顯著增強了紫杉醇的濃度及靶向效率，使腦膠質細胞瘤的頑固“堡壘”從(cong) 內(nei) 部被瓦解。而由吳誌光參與(yu) 的國際合作課題“一群光滑的微型螺旋機器人穿過眼睛的玻璃體(ti) ”，利用納米級3D打印技術製作的機器人“小蝌蚪”，成功地“遊入”實驗動物的眼球，不到30分鍾內(nei) ，就已“搶灘登陸”到視網膜，比相似大小的藥物顆粒通過眼睛的速度快了10倍，為(wei) 未來青光眼、黃斑水腫、白內(nei) 障的治療蹚出了一條新路。《科學》《自然》等多家著名學術期刊紛紛報道了他們(men) 的研究進展，並給予了高度評價(jia) 。

　　展望未來，納米級技術不再隻是好萊塢大片裏超級英雄才擁有的酷炫科技，它將成為(wei) 人類生活的一部分。美國未來學家、穀歌工程總監雷·庫茲(zi) 韋爾預言說：今後，醫療納米機器人有望把人腦和雲(yun) 腦（雲(yun) 計算係統）連接起來，進而提高人類智力、延長人類壽命。2030年，遊動納米機器人將會(hui) 定居在人體(ti) 內(nei) ，隨著血液循環遍布人體(ti) ，為(wei) 精準醫療埋下伏筆。

　　“前景美好，未來可期！”賀強坦言，日後的探索之路還很艱辛漫長，畢竟生物醫療器械或藥物要經過長時間的多期臨(lin) 床實驗和觀察才能開花結果。


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