纳米机器人“钻”进血管能干啥？研究已进入动物实验阶段

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（来源：中国科技信息）

20世纪60年代上映的电影《神奇旅程》讲述了这样一个故事：一名科学家的脑血管受损严重，命悬一线。几名美国医生被缩小成几百万分之一，然后被注射进这名科学家体内进行血管手术。

　　几十年过去了，电影中描述的科幻场景，正一步步走进现实。哈尔滨工业大学联合哈尔滨医科大学历时多年，研发了纳米机器人。这款机器人能钻进血管，定点投放药品，提高治疗效率。

　　如今，这两所高校研发的纳米机器人已进入动物实验阶段。记者近日来到哈尔滨工业大学医学与健康学院，实地探访纳米机器人背后的故事。

这项研究几乎涉及所有学科

　　采访中，哈尔滨工业大学医学与健康学院教授、博士生导师贺强拿着一个实验室中常见的烧瓶，向记者介绍纳米机器人的外观。他说，纳米机器人和烧瓶类似，有圆圆的肚子、细细的脖颈。之所以设计成这样，是为了装更多药品，并便于在血液中运动。这款机器人长约200纳米，比我们的头发丝还要细很多。

　　这款用肉眼都难以看清的机器人，用传统方法加工制造肯定不行。“因为它太小了”，贺强说，要从原子和分子层面入手制作。

　　与制作人形机器人用到的金属材料不同，制作纳米机器人需要用到蛋白质、磷脂等原料，也会用到高分子材料。这些材料是经过国家市场监督管理总局批准，明确可以用作药物载体的。

　　贺强说，这些材料并不是遥不可及，有的也可以从生活中常见的食品中提取，比如鸡蛋。蛋黄可以提取卵磷脂，某种程度上说，可以用来做纳米机器人，“这从源头上解决了生物相容性的问题”。

　　采访中，贺强给记者拿了一管完全处在液体中的纳米机器人，颜色呈现深灰色。据悉，这种颜色和它的制作原料有关。

　　人形机器人靠电池提供动力，纳米机器人靠什么？贺强说，血液中的葡萄糖能驱动机器人运动。纳米机器人上带有一种特殊的酶，这种酶能和葡萄糖发生反应。

　　因为材料的特殊性，纳米机器人还能感知酸碱，并向偏酸的部位移动。“肿瘤部位比较酸，这个时候，纳米机器人就能感知到酸的梯度，并顺着梯度直达病灶。”

　　从材料选择，到制作工艺，再到用途，纳米机器人注定离不开多学科交叉。贺强说，这项研究涉及了几乎所有学科，特别是数学、物理化学、生物、力学、工程技术，甚至医学影像。

　　本科、硕士、博士均学化学类专业的贺强，2010年来到哈尔滨工业大学工作，并投身研究纳米机器人。他对科幻类的东西很感兴趣，“就想知道到底什么是纳米机器人、我们怎么才能做出来”。刚开始研究时，他遇到了各种各样超出自我认知的问题。

　　他举例说，自己对能量转化内在的原理不太清楚时，就去找数学力学方面的专家或者理论物理方面的专家；试验装置不会设计，他就去找机械工程专家；控制代码不会敲，他就去找控制学科的专家。提到与哈尔滨医科大学合作，贺强说：“我们之间最重要的就是影像学方面的合作，第一，我们没有那么专业的设备，第二，影像学的东西比如超声，我们刚开始是看不懂的。”

　　现在，贺强已经锻炼得能看懂不复杂的超声图。“因为这是必备的一个技能，总得有一个自己的判断。”

与传统治疗手段相比优势明显

　　多学科交叉融合背景下生产的医用纳米机器人，终极目的是高效治疗疾病。与传统治疗手段相比，纳米机器人有哪些优势？贺强团队成员、哈尔滨工业大学博士黄洋用一套玩具，向中青报·中青网记者解释了纳米机器人的优势。

　　这套玩具包括赛车道、小球、小车等。黄洋说，可以把拥有多条车道的赛车道想象为一整条血管，血液流动的过程就像赛车道上的赛车一样，“一层一层往前流”。

　　赛车道上有个黄色的橡皮泥，占据了3条车道，就像人体内的血栓。目前，常规的溶栓手法是吃药。蓝色的小球相当于溶栓药，它顺着赛车道向下滑动时，只有两三个球能接触到黄色橡皮泥，也就是血栓，大多数小球滑下去了。换句话说，大多数溶栓药是没有和血栓发生作用的。

　　纳米机器人能很好解决这个问题。黄洋说，可以把小车比作纳米机器人。在外界作用之下，大量小车能依附在黄色橡皮泥上。换句话说，这些小车上面的溶栓药便能全部作用于血栓，取得更好的治疗效果。

　　上文提到，人体内如果长了肿瘤，病灶部位的酸碱度通常低于正常组织，呈弱酸性。纳米机器人便能循着“味道”，一点点找到病灶。贺强说，与肿瘤不同，人体内如果长了血栓，就相当于河道内突然多了一块石头。虽然石头阻碍了河水流动，但酸碱度不会发生变化，也就不会为纳米机器人提供指引。

　　这时，就需要额外给纳米机器人一个“方向盘”——磁场。在医学影像的助力下，计算机可以规划一个路径。在磁作用下，可以将纳米机器人引导到血栓位置。“就像我们现在用手机打车一样，你打车的时候，后台会给你规划出几条合理的路线。”贺强说。

　　除了“定点投送”，贺强说，纳米机器人还能将药物送到病灶细胞中。

　　“按照医药界国际大公司公布的结果，我们每年研发的药物里大约90%没法走到最终的临床试验，原因是解决不了药物不溶于水的问题。”贺强说，纳米机器人可以进入细胞里。如果一款药品需要作用到细胞核，“那我直接运到细胞核，药品就直接跟细胞核作用了”。

　　说到底，纳米机器人就是一个运输药品的工具。

　　与纳米机器人的体积相比，一个血栓或者肿瘤的体积要大得多。有人会有疑问：纳米机器人装载的药品是否杯水车薪？贺强解释，这是一个“集群作战”的过程。这就跟平常人们去旅游景点看的无人机表演一样，所有的机器人要一起配合，才能发挥最大作用。

　　目前，贺强团队研发的纳米机器人已经处于动物实验阶段。据介绍，哈工大还成立了实验动物福利伦理委员会，动物实验均须通过该委员会审批。

　　哈尔滨医科大学附属第二医院超声医学科主任、教授、博士生导师冷晓萍此前接受媒体采访时表示：小动物深静脉纳米机器人溶栓实验，治疗效果非常好。

还有更多用途正在研究中

　　纳米机器人不光能溶栓、治疗肿瘤，还能发挥很多作用。

　　黄洋说，对于骨折患者来说，纳米机器人可以携带刺激因子到骨折部位释放，加快骨骼再生；对于牙齿反复发炎肿痛的情况，含有纳米机器人的漱口水，可以将具有杀菌作用的银离子释放到牙髓处，起到快速杀菌消炎的作用。

　　“还有就是我带着学生开了一个新方向——脑机接口。”黄洋说，目前的脑机接口研究中，有的是侵入式的，有的是半侵入式的，需要通过外科手术，植入电极。大脑是十分精密的器官，这类伤口长时间开放，很容易产生炎症。纳米机器人可以导航到脑部指定位置，然后通过磁与外界通信。这样就不用安装侵入式设备了。

　　无论是治病还是用于脑机接口的通信，完成使命的纳米机器人最后去哪了？“它能在体内降解掉，生成一些有机的小分子，通过肠道排泄出来。”贺强说，纳米机器人的用料是安全的，且在国家允许的范围内。操控其运动的磁强度也远远低于核磁共振的强度，“相当于我们手里头玩的那个磁铁的强度”。

　　“但真正走到临床阶段，还有很长的路要走。”贺强说。

　　纳米机器人已经成为世界多国的研究重点，且取得了不少成果，医用是其主要应用方向。2013年6月，日本东北大学的科学家研制出一种由生化驱动的可以摧毁癌细胞的纳米机器人；2017年8月，英国杜伦大学、美国莱斯大学和北卡罗莱纳州立大学的科学家研发出一种被光激活的纳米机器人：当被光激活后，这种纳米机器人可以在数分钟内钻入癌细胞并杀死它们；2018年1月，德国慕尼黑工业大学的科学家研制出一种由电场驱动的用于医学诊断和药物开发的高效纳米机器人……

　　贺强回忆，自己刚来哈尔滨工业大学工作时，世界上做这方面研究的课题组不多，“现在，光我们国内差不多就几百个甚至几千个团队做这方面研究。”

　　据他了解，复旦大学、武汉理工大学、南方科技大学、南京师范大学、北京航空航天大学等高校，均有团队从事这方面的研究。“我们是国内较早开展这项研究的团队。”

　　中国科学院、英国皇家学会等国内外科研机构，给予贺强团队较高评价。

　　这项研究费时费力，短期内很难见到成果。贺强呼吁，广大科研人员、企业、高校能沉下心来，给予这类研究更多耐心与支持。

来源：中国青年报

编辑：柯欣

审核：王汝霖