近年來， 微型/納米機器人在生命醫學領域發展迅速， 且作為廣大。 包括藥物運輸、外科手術、醫療診斷、解毒等在內的應用正展現出這些微小機器人得天獨厚的優勢。
3月份， 《Science Robotics》發表一篇題為“Micro/nanorobots for biomedicine: Delivery, surgery, sensing, and detoxification”的綜述， 詳細闡述了微型、納米機器人在生物醫學領域的應用現狀和前景。
隨著動力學、材料學、醫學成像等技術的發展以及醫生、患者接受度的提高， 醫療機器人快速發展。 不同于傳統的機器人， 醫療機器人由細小的零件和智慧材料構成， 可以進行複雜而精妙的手術、解毒等操作， 例如達芬奇手術機器人。 科學家們研發的小型、多功能化機器人只有幾微米的尺寸， 甚至於更小， 它們可以到達人體的任何部位， 將操作降至細胞水準， 以便更精准、高效的診斷和治療。
許多研究表明， 這些微型/納米機器人可以穿過複雜的生物結構或者狹窄的毛細血管， 進行局部診斷、成像、運載活檢樣本、靶向釋放藥物等操作。 很多微型/納米機器人由生物相容性材料構成， 可以在任務完成後在人體內逐漸降解、消失。
實現藥物的靶向運輸
現有的納米機器人實現藥物運輸依賴於體循環， 缺少定點運輸、組織滲透等驅動和導航能力。 為了實現藥物在疾病部位的精准釋放， 藥物運輸機器人需要具備強大的驅動力、導航系統、藥物釋放和組織滲透的能力。
雖然已有的機器人“羽翼未豐”， 但是它是實現藥物運輸的理想化載體。 科學家們對其充滿期待， 他們認為納米機器人有望實現藥物的快速、精准釋放， 從而提高療效、減輕藥物副作用。
很多初步研究已經很好地在體外、試管中展示了納米機器人在藥物運輸上的潛能， 例如多層管狀聚合納米機器人被證實可以通過多孔膜逐層裝載抗癌藥物阿黴素， 且可以到達癌細胞附近。
除了化學反應、超聲波、電能等驅動力之外， 科學家們還找到一種趨磁趨氧細菌（Magnetococcus marinus strain MC-1）， 它們可以驅動納米脂質體運輸至腫瘤缺氧區。 這一類細菌會朝著磁場和低氧區域運動。 以移植有結腸癌的小鼠為模型， 研究人員發現， 55%的MC-1細菌會趨向結腸腫瘤的缺氧區域HCT116。 這些研究成果表情， 微生物的趨磁趨氧特性可以提高藥物在腫瘤缺氧地區的釋放效率。 微生物有望在機器人藥物運輸中“大展身手”。
實現手術的精准操作
手術機器人已經展現出減少複雜外科手術風險、拓寬外科醫生能力的優勢。
從納米鑽頭（nanodrillers）、微型夾鉗（microgrippers）到微型子彈（microbullets）， 這些工具的升級為微創手術提供了獨特的潛能， 它們可以在細胞水準實現特定組織的穿透、定位、移除等操作。
此外， 磁驅動微型機器人在體內微創手術領域也展現出很大的應用前景， 因為磁場可以穿透較厚的生物組織。 科學家們已經證實植入式磁驅動微型機器人可以在兔子的眼後段進行手術。
實現疾病的精准診斷
得益于自主的運動性能、簡單的表面功能化以及高效捕獲、分離目標物的優勢，微型/納米機器人在疾病精准診斷上同樣也發揮著很大的作用。微型/納米級傳感策略依賴於人工馬達的能動性，借助於攜帶不同的生物受體，機器人能夠穿過樣本實現與特定生物分子的即時互作。借助這一原理，納米機器人可以識別、隔離體液中的靶向分子，包括蛋白質、核酸、癌細胞等等。
除了檢測、運輸在細胞外的生物分子，納米機器人還可以進入細胞，在其內實現傳感功能。有研究團隊通過給納米機器人攜帶上螢光標記的單鏈DNA探針，實現其對細胞內microRNA-21分子的檢測。
實現解毒
除了藥物運輸、手術之外，微型/納米機器人也可以作為強大的解毒工具。類似於生物傳感，解毒功能依賴于納米機器人快速捕獲、清除毒素。通過包裹上特定的材料，機器人可以在體內“巡邏”並“抓捕”有毒物質。這類機器人的工作原理類似于天然清理毒素的細胞，例如血紅細胞（RBCs）。已有科學團隊研發出攜帶有包裹了RBC細胞膜的鎂微粒的機器人，研究表明它能夠有效吸收、中和體液中的α-toxin。
此外，也有研究團隊將紅細胞膜與超聲驅動的納米機器人整合在一起，用於清除血液中的成孔毒素。另一種解毒嘗試是構建3D版“微型小魚”，這些小魚攜帶聚二乙炔納米粒子，可以吸引並於毒素結合。
總結、展望
過去十年，微型/納米機器人從一個未知、多功能平臺發展至集成納米技術、人工智慧等優點的技術。他們表現出很多獨特的優勢和應用潛力，包括在生物組織中快速運動、定位、長時間運輸、精准捕獲和隔離目標物等等。這些優勢促成了它在生命醫學領域的廣泛應用，從藥物運輸、精准手術到細胞水準靈敏檢測生物分子、高效清除有毒化合物，這意味著納米機器人有望貫穿疾病診療、預防的全過程。
當然，目前微型/納米機器人在醫療領域的應用還處於起步階段。發揮微小機器人的全部潛能面臨很多未知和挑戰。其中，一個重大挑戰是篩選到新能源，它需要具備長期自主操作、較好的生物相容性等特性。雖然不同的化學反應和外部刺激可以驅動微小機器人的運動，但是新的替代燃料和驅動機制很有必要，它們有望確保機器人在體內更安全、持續地運行。
未來，微型機器人會朝著更加智慧的方向發展，具備高流行性、可變形結構、可持續操作、精准控制等可能，機器人之間還有望實現集群智慧合作，甚至於自我進化、自我複製。
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實現疾病的精准診斷
得益于自主的運動性能、簡單的表面功能化以及高效捕獲、分離目標物的優勢，微型/納米機器人在疾病精准診斷上同樣也發揮著很大的作用。微型/納米級傳感策略依賴於人工馬達的能動性，借助於攜帶不同的生物受體，機器人能夠穿過樣本實現與特定生物分子的即時互作。借助這一原理，納米機器人可以識別、隔離體液中的靶向分子，包括蛋白質、核酸、癌細胞等等。
除了檢測、運輸在細胞外的生物分子，納米機器人還可以進入細胞，在其內實現傳感功能。有研究團隊通過給納米機器人攜帶上螢光標記的單鏈DNA探針，實現其對細胞內microRNA-21分子的檢測。
實現解毒
除了藥物運輸、手術之外，微型/納米機器人也可以作為強大的解毒工具。類似於生物傳感，解毒功能依賴于納米機器人快速捕獲、清除毒素。通過包裹上特定的材料，機器人可以在體內“巡邏”並“抓捕”有毒物質。這類機器人的工作原理類似于天然清理毒素的細胞，例如血紅細胞（RBCs）。已有科學團隊研發出攜帶有包裹了RBC細胞膜的鎂微粒的機器人，研究表明它能夠有效吸收、中和體液中的α-toxin。
此外，也有研究團隊將紅細胞膜與超聲驅動的納米機器人整合在一起，用於清除血液中的成孔毒素。另一種解毒嘗試是構建3D版“微型小魚”，這些小魚攜帶聚二乙炔納米粒子，可以吸引並於毒素結合。
總結、展望
過去十年，微型/納米機器人從一個未知、多功能平臺發展至集成納米技術、人工智慧等優點的技術。他們表現出很多獨特的優勢和應用潛力，包括在生物組織中快速運動、定位、長時間運輸、精准捕獲和隔離目標物等等。這些優勢促成了它在生命醫學領域的廣泛應用，從藥物運輸、精准手術到細胞水準靈敏檢測生物分子、高效清除有毒化合物，這意味著納米機器人有望貫穿疾病診療、預防的全過程。
當然，目前微型/納米機器人在醫療領域的應用還處於起步階段。發揮微小機器人的全部潛能面臨很多未知和挑戰。其中，一個重大挑戰是篩選到新能源，它需要具備長期自主操作、較好的生物相容性等特性。雖然不同的化學反應和外部刺激可以驅動微小機器人的運動，但是新的替代燃料和驅動機制很有必要，它們有望確保機器人在體內更安全、持續地運行。
未來，微型機器人會朝著更加智慧的方向發展，具備高流行性、可變形結構、可持續操作、精准控制等可能，機器人之間還有望實現集群智慧合作，甚至於自我進化、自我複製。
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