文｜馬 迪

現(xiàn)實(shí)與科幻到底有多少差距？納米機(jī)器人到底能干啥？

機(jī)器人是電影和科幻小說(shuō)中的?？?，要是沒(méi)幾個(gè)機(jī)器人角色都不好意思說(shuō)自己是科幻大片。而肉眼看不見(jiàn)的“納米機(jī)器人”又是其中翹楚，每次出現(xiàn)都是“黑科技”的代名詞—要么是縮小無(wú)數(shù)倍的潛行者，要么是改造人體的催化劑，總之神乎其神，真正詮釋了想象力的天馬行空。

現(xiàn)實(shí)與科幻到底有多少差距？納米機(jī)器人到底能干啥？

雖然從廣告上常常聽(tīng)到納米技術(shù)這個(gè)名詞，但絕大多數(shù)只是概念而已。納米（nm）又叫毫微米，即0.000001毫米。這意味著要將一根普通的頭發(fā)（直徑0.05毫米）縱向平均剖成5萬(wàn)份才能得到1納米。

1959年，諾貝爾獎(jiǎng)得主理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼在一次著名的演說(shuō)中提出了許多微觀(guān)尺度上的構(gòu)想，比如如何在針尖上寫(xiě)下24冊(cè)的大英百科全書(shū)、如何在原子的尺度上加工和制造微型計(jì)算機(jī)等等。今天，只要在網(wǎng)上搜索“Plenty of Room at the Bottom”就可以直接領(lǐng)略大師當(dāng)時(shí)的風(fēng)采（80分鐘），費(fèi)曼因此也被稱(chēng)為“納米技術(shù)之父”。

費(fèi)曼率先提出利用微型機(jī)器人治病的想法：病人可以吞下這種“極小同時(shí)按我們計(jì)劃行事、聽(tīng)從人類(lèi)指揮的機(jī)器”，任其在人體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)和治療。這就是納米機(jī)器人概念的雛形。由于過(guò)于超前，在演講發(fā)布的最初20年里幾乎毫無(wú)進(jìn)展，直到1981年掃描隧道顯微鏡以及在此基礎(chǔ)上的原子顯微鏡問(wèn)世，納米機(jī)器人研究才成為可能。

早在20世紀(jì)80年代，人們就實(shí)現(xiàn)了對(duì)單原子的控制，第一代納米機(jī)器人就是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體。（例如用碳納米管做結(jié)構(gòu)件，分子馬達(dá)做動(dòng)力組件，DNA關(guān)節(jié)作為連接件）

直接利用原子或分子裝配成具有特定功能的裝置被稱(chēng)為第二代納米機(jī)器人（例如直接用原子、DNA片段或蛋白質(zhì)分子裝配）。2015年，法國(guó)國(guó)家科學(xué)院的一個(gè)研究小組，成功合成了一種很長(zhǎng)的聚合鏈，通過(guò)超分子鍵把成千上萬(wàn)的納米零件結(jié)合在一起，每個(gè)都能產(chǎn)生約1納米的線(xiàn)性伸縮運(yùn)動(dòng)，積少成多使這條聚合鏈能夠產(chǎn)生10微米的收縮舒張，就像肌肉組織一樣。

即便如此，這些研究也只是實(shí)現(xiàn)了“納米零件”的簡(jiǎn)單聚合，真想要裝配出電影中那樣靈活的納米機(jī)器人，還有很長(zhǎng)的路要走。更何況，理論上的第三代納米機(jī)器人將在第二代的基礎(chǔ)上增加控制器（如納米芯片、納米計(jì)算機(jī)等），就更加遙不可及了。

除了怎么“做出來(lái)”，還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是如何讓納米機(jī)器人“動(dòng)起來(lái)”。

機(jī)器人的工作離不開(kāi)基本的運(yùn)行能源，一般會(huì)用到電場(chǎng)或者磁場(chǎng)，比如麻省理工大學(xué)的科學(xué)家在納米機(jī)器人的表面涂上了鎳鈦雙涂層，使其具有磁性，這樣就能夠通過(guò)外部磁場(chǎng)控制其行動(dòng)路線(xiàn)。

2017年，來(lái)自三大洲的6支隊(duì)伍在法國(guó)進(jìn)行了一場(chǎng)“納米賽車(chē)大獎(jiǎng)賽”。賽道由黃金制成，全長(zhǎng)100納米，參賽者投入自己制造的車(chē)型分子進(jìn)行比賽。全程使用掃描隧道顯微鏡等特殊設(shè)備產(chǎn)生的電流“推動(dòng)”分子前進(jìn)，最后美國(guó)-奧地利聯(lián)隊(duì)以每小時(shí)35納米取得了冠軍。

也有學(xué)者腦洞大開(kāi)，想從能運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞那里“借力”，而最有動(dòng)力的細(xì)胞莫過(guò)于精子了。德國(guó)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用鈦-鐵納米薄膜做出了一種空心管，之后將牛的精子一頭置入管子，尾巴暴露在外，就制成了“精子機(jī)器人”。通過(guò)改變溫度等條件，可以控制精子的移動(dòng)路線(xiàn)和速度，堪稱(chēng)微觀(guān)世界里的“牛車(chē)”。

納米機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是納米生物學(xué)中最重要的方向，但實(shí)際中的重重困難讓這個(gè)領(lǐng)域步履蹣跚。

由于需要進(jìn)入患者體內(nèi)，因此需要保證機(jī)器人表面對(duì)血漿等體液沒(méi)有黏附性，還需要為惰性材料，不與人體發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，避免引起人體內(nèi)多種系統(tǒng)性反應(yīng)如免疫反應(yīng)、促凝反應(yīng)、超敏反應(yīng)、發(fā)熱反應(yīng)等。另外，納米機(jī)器人尺寸較小，可能會(huì)引起體內(nèi)巨噬細(xì)胞的警覺(jué)，還需要能躲避或者不觸發(fā)吞噬。

2019年，加州理工學(xué)院的科學(xué)家把納米機(jī)器人放在一個(gè)膠囊里并注射進(jìn)人體內(nèi)（這層膠囊可以防止納米機(jī)器人被胃酸等體液破壞）。隨后，他們利用一種名為“光聲斷層掃描技術(shù)”在人體外對(duì)這些納米機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)時(shí)定位。當(dāng)機(jī)器人膠囊抵達(dá)病患區(qū)域時(shí)，用外源近紅外光穿過(guò)人體組織，使膠囊破裂從而釋放納米機(jī)器人，成功地在病患區(qū)域停留并釋放了藥物。

毫無(wú)疑問(wèn)，納米機(jī)器人將會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命。如果納米機(jī)器人在未來(lái)能夠修復(fù)并維護(hù)人類(lèi)的免疫系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，那么我們很可能再也不會(huì)得??；如果它能夠24小時(shí)不間斷地在體內(nèi)進(jìn)行修復(fù)、替換和調(diào)整；我們很可能極為長(zhǎng)壽。甚至有未來(lái)學(xué)家認(rèn)為，納米機(jī)器人將來(lái)會(huì)定居在人體內(nèi)，成為人的一部分。這樣的未來(lái)，你想要嗎？