血液纳米机器人研究进展论文

纳米机器人的定义“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。[编辑本段]纳米生物学涉及的内容纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下三个方面：①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。③纳米机器人的研制。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。[编辑本段]纳米机器不久将进入我们的生活用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。表面来看，上述想法近乎不可思议：一项单一的技术在应用初期就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？这并非天方夜谭，也许在21世纪中叶前就可以实现。现在，全世界的研究机构都在想方设法将这些设想变成现实。今年1月，美国总统克林顿甚至宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供50亿美元进行这方面的尝试。其实，纳米技术一词由来已久。理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家，1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出：将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产程序变得非常简单，你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组，基因工程家已经学会建造新的这类纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。[编辑本段]纳米技术的其他大胆应用纳米技术的大胆应用设想还包括：利用纳米机器将获取的碳原子逐个组织起来，变成精美的金刚石；将二氧化物分子重新分解为原来的组成部分；在人血中放入纳米巡航工具，它能自动寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后将它们一一分解；将来纳米机器能够把草地上剪下来的草变成面包……在完全意义上讲，世上每一个现实存在的物体无论是电脑还是奶酪都是由分子组成的；在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。当然从理论到真正实现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。（切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器。血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以一百亿亿计的纳米机器人同时工作。然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事情：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可以获得万亿个纳米机器人。但是，假如纳米机器人忘记停止复制会发生什么？如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算的。纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳米机器人警察不断地在微观世界中同那些不怀好意的机器人进行战斗。[编辑本段]中国纳米机器人显奇功中国人也可以像摆棋子一样摆弄原子了。记者从中科院获悉，一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机近日由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。 在一个演示中，沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上1×2μm的区域上清晰刻出“SIA”三个英文字母（沈阳自动化所的缩写）；另一个演示显示，在一个5×5μm的硅基片上，操作者将一个4μm长、100nm（纳米）粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。纳米微操作机器人在10×10微米的基片上刻出的字样测试显示，在刻画操作中，这台纳米微操作机器人在512个像素宽度的显示区域里，重复定位误差小于5个像素，精度达1％以上；在移动纳米碳管的操作中，重复定位精度达到30nm；而在基于路标的定位测试中，其定位误差小于4nm。 专家解释，一纳米（1nm）是10－9米，大约等于十个氩原子并列成一条直线的长度。在纳米尺度上的操作，被称为“纳米微操作”，是纳米技术的重要内容，其目的是在纳米尺度上按人的意愿对纳米材料实现移动、整形、刻画以及装配等工作。纳米微操作始于上世纪80年代，IBM的科学家1989年利用扫描式隧道显微镜（STM）操作35个氙原子在镍金属表面拼出I－B－M三个字母，成为轰动世界的新闻，开了纳米微操作先河。从此，纳米操作技术作为一个重要的战略发展方向吸引各国竞相展开研究。 该项目研究人员介绍，这台机器人系统在纳米尺度下的系统建模方法、三维纳观力获取与感知及误差分析与补偿方面有很多突破与创新，都达到世界先进水平。 据介绍，这种纳米微操作机器人可广泛应用于纳米科学实验研究、生物工程与医学实验研究、微纳米科研教学等领域。如生物学研究领域中，使用纳米微操作机器人可完成对细胞染色体的切割操作；也可在DNA或分子水平上进行生化检测及病理、生理测试实验研究。此外这种机器人在IC工业中纳米器件的装配与加工方面也有良好的应用前景，如可以利用它操作纳米微粒，装配微／纳米电子器件，甚至复杂的纳米电路。这意味着，未来利用纳米电路制成的电脑和家用电器，可以“想要它有多小，就能做多小”，甚至可以“塞进牙缝”；而未来利用纳米操作技术制作的微型机器人，也可以钻入人体替病人疏通血管，或在肉眼看不见的微观世界里，完成人们自己不可能完成的任务。[编辑本段]一款下载/上传软件专用于纳米盘（网络硬盘）的下载/上传软件。批量上传下载; 单次不限文件数及总大小; 支持4G的超大文件上传;(公开测试期间暂不支持) 支持断点续传; 支持http下载并贮存于纳米盘; 下载/上传速度更快；节约时间; 支持拖放式上传，操作更方便; 支持历史任务管理;

智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架，长度通常为100个左右的核苷酸，通过自身折叠形成纳米尺度的结构。在试管液体环境下，智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子，然后迅速集结展开“围攻”，实现对目标生物分子的捕获和信号放大，有助于研究人员对其快速追踪。 我们所熟知的机器人都是“钢铁战士”，帮助人类完成高危、高难度的工作。如今，生命的遗传物质——脱氧核糖核酸(DNA)为纳米机器人缔造了“血肉之躯”，刷新了人们的认知。 近日，中国科学院合肥物质科学研究院杨良保研究员课题组与安徽大学等机构合作，构建出了可非线性云集“围攻”生物靶标分子的智能DNA分子纳米机器人模型。有关论文发表于纳米材料领域顶级期刊《纳米视野》。 用DNA分子造个机器人 早在20世纪中期，国外学者就提出了分子机器的设想，预测未来只要把纳米机器人放进人体的血液中，它们就能自动抵达病灶，进行手术，治疗疾病。然而，构筑这样的机器人并不容易。超分子化学领域经历50多年的发展，已经可以制备出颇为精巧的“分子马达”“分子算盘”“分子 汽车 ”等人工分子机器。尽管如此，这些人工分子机器无论是其功能性还是多样性，都难以匹敌自然界的分子机器，如蛋白质等。 作为遗传物质的DNA，有着令人叹为观止的精准组装能力。20世纪80年代，国外学者提出利用DNA分子构建各种具有纳米尺度形状和结构的聚集体的想法，并将其发展成为一个富有活力的DNA纳米技术领域。“这种技术将DNA分子的组装能力发挥得淋漓尽致。结合核酸适配体、核酶、各种刺激响应DNA基元以及DNA链交换反应，人们甚至可以让DNA纳米结构‘动’起来，并在物质和能量的输入下，实现计算、行走、搬运、整理等多种功能。”论文第一作者、安徽大学生命科学学院教师李绍飞表示。 李绍飞说，DNA纳米机器人体积小、特别适用于狭窄的人体循环系统的药物靶向递送。“让DNA纳米机器人靶向递送药物，到达指定地点，定向治疗炎症或清除肿瘤，同时减少在正常组织或细胞的分布，是医学纳米技术的终极目标之一。”李绍飞说。 不仅能精准送药还能“杀敌” “DNA是由4种核苷酸为基本单位连接而成的生物分子序列，特定的核苷酸之间可以相互配对结合。”李绍飞介绍，核苷酸的自身作用力和序列的可编程性，以及快速发展的DNA合成和修饰技术，为DNA纳米机器人行使药物靶向递送功能奠定了基础。 “将识别和结合肿瘤细胞的分子，包括核酸适配体、肽、抗体和生物小分子等，通过化学方法与DNA连接，就宛如为DNA纳米机器人装载了‘定向导航系统’，可发挥机器人的靶向功能。”李绍飞说，同样，将抗肿瘤药物，包括功能核酸、化疗药物、蛋白质、多肽和纳米颗粒等与DNA结合，可发挥DNA纳米机器人的药物负载和递送功能。 李绍飞介绍，在传统的药物递送系统里，药物经血液循环，被动到达有效部位的效率非常低。大剂量的使用药物，将在全身产生严重的毒副作用。而DNA纳米机器人，通过与环境作用自我驱动，可将药物有选择地运送到靶向部位，提高靶向部位的药物浓度。 “由于DNA序列具有良好的生物相容性、相对的化学稳定性，因此DNA纳米机器人也具有这些特点，且还具有药物包裹和药效保护、提高肿瘤细胞对药物的摄取效率等多种独特功能。”李绍飞说。 “在试管液体环境下，智能DNA分子纳米机器人会自动识别目标生物分子，然后迅速集结展开‘围攻’，实现对目标生物分子的捕获和信号放大，有助于研究人员对其快速追踪。”李绍飞说，这就像一只蜜蜂盯上了目标物，然后召唤其他蜜蜂不断围攻，形成容易被发现的聚集群一样。 李绍飞介绍，智能DNA分子纳米机器人模型以短的单链DNA为骨架，长度通常为100个左右的核苷酸，通过自身折叠形成纳米尺度的结构，其形状类似于一个发夹。 智能DNA分子纳米机器人模型由多功能机械臂和备选附件(药物、信号标签、靶标钳夹等)、靶标验证器、智能云集路径控制器和自组装马达等部件组成。每个部件都有各自的“使命”。例如，多功能机械臂可以从混合物中抓取目标分子，然后由靶标验证器检验抓取目标的正确性。在抓取和识别到正确的目标分子后，机器人开始在路径控制器的引导下，按照非线性的路径方式云集，并依赖自组装马达驱动机器人完成云集组装，最终形成大的组装体。当这些部件完成各自“使命”时，目标分子充分“暴露”，只能乖乖“束手就擒”。 补齐短板方可迎来广阔前景 早在1959年，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就提出了纳米机器人的设想，这是药物靶向递送纳米机器人概念的起源。20世纪90年代，纳米技术的兴起，不断推动纳米机器人的发展。2017年，美国科研人员在《科学》杂志上发文，介绍了一款具有分拣功能的DNA纳米机器人，它可以抓住某些分子，并且将它们释放到指定的位置上，这是DNA机器人的重要一步。2018年，我国国家纳米科学中心设计出一种DNA纳米折纸机器人，可携带药物准确寻找到癌细胞的藏身之处。 “无论是国内还是国外，对DNA纳米机器人的研究仍处于初级阶段，距离临床应用还有很长的路要走。”李绍飞认为，虽然经过几十年的研究和发展，DNA纳米机器人作为新型药物靶向递送系统，不断取得突破。然而，为了满足生物医学应用的实际需求，纳米机器人在生物安全性、体内跟踪导航、递送效率、可持续地精确操控以及其他方面仍然存在诸多挑战。 李绍飞表示，他们研究团队成员分别将肿瘤细胞小分子和外泌体等作为靶标，成功对靶标实现了追踪，初步验证了智能DNA分子纳米机器人模型的应用性能。 尽管目前已经创新了方法原理，并且建立了模型，但李绍飞坦言：“考虑到DNA分子运动的复杂性和表征手段的局限性，以及生物样品的多样性，对模型的应用性能 探索 空间还很大。”李绍飞表示，下一步，团队将重点优化智能DNA分子纳米机器人模型云集组装效率，并进一步整合优良的信号读出技术，挖掘其在DNA纳米技术、生化分析和生物医学中的应用潜能。 “特别是针对当前流行传染性疾病，团队正着手 探索 利用智能DNA分子纳米机器人模型进行超灵敏诊断的可行性。”李绍飞表示，随着计算机科学、材料学、机器人学和医学等学科的发展和学科交叉的融合进步，智能DNA纳米机器人在药物靶向递送中必然拥有广阔的前景和发展空间。 （ 科技 日报）

纳米机器人是通过物理、化学的方法合成、制备出具有特殊结构和功能的分子和微纳米材料。

在当下想要实现可能有点困难，但是随着未来科技的不断发展，而且再加上现在纳米微型机器人也经常被运用到其他生活场景，所以有可能抗病纳米机器人会成为现实。

一定可以实现了，在未来一定可以让机器人更多可以帮助人类，并且会让人们的生活更加智能更加的好。