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摘要:“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴,其根据纳米尺度下的生物学原理为依据,设计制造出针对分子级别进行操作的“功能性分子器件”。它最大了发展方向、也是其最具诱惑力的地方,便是治疗疾病、延缓衰老,有专家言称:一旦纳米机器人研制成功,意味着人类将拉开永生的序幕。但巨大的利益也伴随着巨大的风险,是毁灭还是永生,一切还是未知。
关键字:纳米技术机器人延缓衰老
一、纳米生物学与纳米机器人
纳米机器人的兴起,与纳米生物学的发展有着密切的关系。生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的事情。不同于宏观生物学,纳米生物学是从微观的角度来观察生命现象、并以对分子的操纵和改性为目标的。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3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。
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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。
由于找不到足够小的动能装置来充当纳米机器人的发动机,科学家曾经一度认为无法制造出纳米机器人。但制造纳米机器人并非都是从“零”开始。自然界中的生物分子是存在的最丰富的构建纳米机器人零件的来源,纳米机器人可以利用生物分子自己完成零件组装。目前,科学家找到了利用精子驱动纳米机器人的方法。一个纳米机器人制造成功,会拥有生物的DNA还具有自我复制的特性,如
果输入相关指令,由生物分子组成的纳米机器人就可以完成自我复制。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,从一个变为上亿个。
二、永生序幕?
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。
我们的身体就像“”,它是大自然发明的血肉组合。在显微镜下,我们可以看到白血球逐渐向病原体靠拢,然后摧毁它。这一过程非常缓慢,大约需要一小时。但如果有一个比细胞还小的机器人通过口服或者从皮肤上切开的一个小口进入人体细胞的话,吞噬病菌、清扫体内垃圾、杀死癌细胞等工作,它们可以在几秒钟内完成。
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一一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。
2010年5月,美国哥伦比亚大学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。这种纳米蜘蛛机器人只有4纳米长(一纳米为一米的十亿分之一),比人类头发直径的十万分之一还小。这意味着人类离永生序幕的展开又进了一步。
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。
科学家的目标是:在未来创造大量这种纳米机器人,让它们自动且不间断地在身体内巡逻,寻找各种疾病信号。由于可以从多种渠道直接探测疾病指标,所以诊断更为精确。
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。
预计到2030年纳米机器人通过高速无线连接相互联络,可以与扫描数据库的电脑沟通。当然,这些机器人还能从无线网络上获取信息,人们可以在千里之外遥控它们。在远一些的未来,将纳米机器人放在来自感觉器官的每一个神经元间连接的位置,它就能够抑制所有来自真实感官的信息,并以虚拟环境的适当信号让人类进入一个虚拟现实环境。你不必给朋友打电话,就能与之相聚在伦敦的咖啡馆,或者一同漫步在虚拟的夏威夷海滩,纳米机器人彻底改变人类的劳动和生活方式。
三、毁灭序曲?
每一种新技术的出现,似乎都包涵着无限可能。这项技术才刚刚开始,要达到最普遍的应用,至少还要再等20或30年。技术的未来如何?已经成为许多科学家思索的问题。有科学家预言:地球在未来200年内将面临十大迫在眉睫的灾难,人类能够幸免的机会只有50%。其中一大灾难,就是纳米机器人。
未来,这些机器人以数亿计的数量使用。它们将大量分布在整个世界,占据数十亿或者是数万亿个位置。人们担心能够进行自我复制的纳米机器人,如果失去控制,开始疯狂地复制自身怎么办?在失去控制的纳米机器人眼里,所有的物质都是一样的,都是一堆原子。它们不仅可以把岩石拆开,组装成纳米机器人,也可以把机器、大桥、高楼大厦拆开,还可以把所有的动植物和人拆开组装成纳米机器人。
我们的皮肤能够挡住微生物,但不一定能挡住纳米机器人。我们的免疫系统可以杀死微生物,但不一定能杀死纳米机器人。纳米机器人和所有的生物都不一样,它们在没有水、矿物质或者没有空气的地方也可以自我复制,所以这种自复制带来的指数增长不会因为这些条件而停止下来。
瞬间,地球上除了纳米机器人之外就什么也没有了。
那到什么时候才会停止呢?一直到所有的原料都消耗殆尽为止,包括地球上所有的有机物和无机物。这种毁灭不仅是人类的毁灭,也是所有生物进化成果的毁灭,可能也是地球的毁灭。
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。
四、未知的未来
就如同人类在使用DDT的时候没有想到它会对环境造成巨大的破坏,纳米技术的不可预料性正式科学家们担心的地方。
目前,对于纳米生物机器人的研究还处在一个非常不成熟的初期,其微型驱动、可靠性、安全性、精密加工的技术以及精准控制等方面都存在大量难题,它是一个复杂的系统工程,要想取得更大的成就,使其真正应用到生物医学上还需要不断的创新和勇敢的解决各种问题,因此,纳米机器人真正投入使用还需要比较长的时间。
值得一提的是: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。一方面,人类将拥有经过纳米机器人技术大大扩展了的生物大脑;另一方面,人们将拥有纯粹的非生物大脑,后者是功能大大增强了的人类大脑的复制品。毫无疑问,有了经过功能改善的大脑,我们将创造出无数与纳米机器人技术融合的更新的技术。届时,人类将进入一个新天地,成为地道的“新人类”。
未来究竟会怎样,任何结论似乎都还太早。事实上,纳米机器人的危险可能
要大于它的益处,但是,仅仅这些利益就已经太具诱惑力了。
参考文献:
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[J].互联网周刊,2009,(06):87-87
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——人体健康的清道夫[J].
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:未来的体内医生?[EB/OL].