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【摘要】
美国的科学家成功研制出一种由脱氧核糖核酸(DNA)分子构成的纳米蜘蛛机器人，它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止，并且它们能够自由地在二维物体的表面行走。

【Abstract】
American scientists developed a nano spider robot which are made up with deoxyribonucleic acid (DNA) ， they can follow the DNA's running track to walk ， to move， to turn and stop， and they can walk freely on the surface of 2D object.

【关键词】
纳米机器人能量轨迹分子医学

【正文】
先介绍一例设想：在你生病的时候，医生既没有给你开药，也没有打针，取而代之的是一种特别的方式——往血液里植入一种微小的机器人。而这些机器人便会像一个医生一样，治疗你的疾病。
这听起来很玄幻，但可能不久之后，这种新型机器人就能应用于实际的医疗程序中。这种机器人探测到疾病原因，摇曳着一对尾巴状的附加物，游过了动脉和静脉，运行到适当的系统，直接对感染部位进行治疗。而目前全球的工程师们正致力于设计这种“纳米机器人”，并最终用于治疗从血友病到癌症的所有疾病。

（一）艰巨的挑战
    首先一个最直观的问题就是人类机理的复杂性，人类的血液循环系统由静脉和动脉构成，极端复杂。如果一个纳米机器人要在里面顺通无阻，这就意味着机器人必须做到足够小，同时，还要携带药物治疗或微型工具。
    而我们将机器人做小可以，但是足够小的机器人携带的东西有限，纳米机器人的能量必须有个来源，而能来的来源又在哪里？科学家也有很多种设想：
    （1）直接从血流获取能量。一个配有电极的纳米机器人利用血液中的电解液就可以变身为一节电池。此外还可以通过化学物和血液的燃烧反应产生能量。纳米机器人可以携带少量化学物，这些化学物与血液结合，就能变成一种燃料。
    （2）借助“塞贝克效应”。但这种方式需要有温差才能实现。不同物质之间会因温度不同而产生电压差，从而产生能量。但是实际上，人体的温度一般保持在一个平衡点上，如果想要足够大的温差来制造能量这也是有困难的。
    （3）制造一种小到足以放进纳米机器人体内的电池。这种方式可行度不高，因为适合纳米机器人的电池必然是小的，而一个很小的电池不足以保证纳米机器人所需的全部能量。
    （4）借助外部。比如说，可以通过一根线，将纳米机器人和外部世界相连而获取能量。但是这根线要求就很高，既要很牢固，又要保证在人体内可以自由移动，且不会对其造成伤害，难度系数很大。如果采用无形的线，借助微波、超声波信号以及磁场。与外部发生能量交换，这在实际情况中也存在很大的难度。
　除此之外，纳米机器人在人体内该如何定位呢？如果不加以定位，他不过是人体内的一个平常的物质，会不会随着血液循环而最终排出体外呢？
科学家也提出过很多解决方案。其中一种是向患者体内发送超声波信号，以检测纳米机器人的位置，并指引它去目的地。也可通过放射性染料、X射线、无线电波或热量等。而且还可以利用传感器，比如说一个带有化学传感器的纳米机器人可以探测并根据特定的化学品追踪，找到正确的位置。而带有光谱传感器的纳米机器人则能够从周围的组织上采样，对样本进行分析，找到正确组合化学品的方法。
而真正实际操作中碰到的问题远远不止这些，还需要开动脑筋一一破解。

（二）纳米机器人的发展
2010年5月13日，在《nature》杂质上发表了这样一篇文章：在分子尺度上工作的纳米机器人。
美国的科学家成功研制出一种由脱氧核糖核酸分子构成的纳米蜘蛛机器人，它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止，并且它们能够自由地在二维物体的表面行走。
对其报道做分析，首先是在分子尺度上，这就解决了纳米机器人的大小问题，这种纳米蜘蛛机器人只有4纳米长，比人类头发直径的十万分之一还小，可以在人体内移动。
其次是纳米机器人必须完成任务，毕竟作为体内医生，最重要的任务是治疗人类的疾病，这就需要了解如何操控纳米机器人。那么这种机器人是如何接受指令在人体内流动去完成任务呢？
    虽然之前的纳米机器人也实现了行走功能，但不会超过3步。而纳米蜘蛛机器人却能行进100纳米距离，相当于50步。首先小组利用了最近几年开发出的两个重要DNA模块，研制采用一大一小两种机器人。较大的机器人有一个记忆装置来存放指令，而小机器人却是从它们环境中的分子接受指令的。科学家通过编程，让其能够沿着特定的轨道运动；这一进展的强大之处在于：一旦被编程，纳米蜘蛛机器人就能够自动完成任务，而不需要人为介入。
小组中还演示了一个微型组装线，一个“DNA折纸”砖是这个生产线的框架和轨道，一个有三只手、四只脚的“DNA行走者”沿这个轨道行走，生成最终产品。Lund等人演示的纳米机器人是蜘蛛形状的DNA“行走者”，它们能在一个二维“DNA折纸”景观中感应和改动基质分子轨道，这个景观通过编程来让“行走者”执行诸如“开始”、“跟随”、“转弯”和“停止”等动作。
除此之外，以色列科学家目前正在研制一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，在锁定病灶后自动释放所携带的药物。这种技术的原理是：在编程过程中将某种特定疾病定义为“是”状态。“巡逻”过程中，机器人可执行一系列计算，检查所在位置处信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指标。如果某种特定疾病的所有指标都满足，机器人这时会做出应该释放药物的判断。如果检测到的指标并不充分，它最后会位于“否”的状态。
    科学家对这种机器人进行了不断的改进，并取得了突破性的进展，它现在可以从多种渠道来检测疾病指标，例如mRNA、微核糖核酸(miRNA)、蛋白质以及多种小分子。
    或许这就是解决纳米机器人的路线问题，人类可以因此设计既定路线使得其能够完成人类期冀的任务。

（三）纳米机器人的未来
    医用纳米机器人目前还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。
许多工程师、科学家和医生都认为，医用纳米机器人有着无限的潜力——而其中最有可能的包括：治疗动脉粥样硬化、抗癌、去除血块、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精以及激活细胞能量，使人不仅保持健康，而且延长寿命。
    比如说以色列科学家目前正在研制的可以在体内巡逻的微型纳米机器人。随着这种机器人的问世，科学家在朝着打造可在血管中穿行，用于杀死癌细胞的先进装置的道路上又向前迈进一大步。在经过更多更好的计算以后，这种机器人还可以向发现疾病的位置释放第一轮预防性药物，作为防止传染的第一道防线。虽然在现实中该技术离我们还有些遥远，但其随时警惕身体健康状态的设想仍非常诱人。
    每一种新科技的出现，都包涵着无限可能。未来学家认为，到了21世纪下半叶，将人同计算机绝对而清楚地区分开来将变得毫无意义。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。届时，人类将进入一个新天地，成为地道的“新人类”。

【参考文献】
《纳米机器人：于细微处见神奇》，2012-02-16
《自然：在分子尺度上工作的纳米机器人》，2010年5月13日
《纳米机器人：未来的体内医生？》，2009年05月09日

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