近年來(lái)，微型/納米機器人在生命醫學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速，且作為廣大。包括藥物運輸、外科手術(shù)、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(yōu)勢。機械學(xué)、生命醫學(xué)、納米科學(xué)等學(xué)科的合作和融合，促使了機器人在疾病預防、診斷和治療應用上綻放出不一樣的火花。

　　隨著(zhù)動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)、醫學(xué)成像等技術(shù)的發(fā)展以及醫生、患者接受度的提高，醫療機器人快速發(fā)展。不同于傳統的機器人，醫療機器人由細小的零件和智能材料構成，可以進(jìn)行復雜而精妙的手術(shù)、解毒等操作，例如達芬奇手術(shù)機器人?？茖W(xué)家們研發(fā)的小型、多功能化機器人只有幾微米的尺寸，甚至于更小，它們可以到達人體的任何部位，將操作降至細胞水平，以便更精準、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(guò)復雜的生物結構或者狹窄的毛細血管，進(jìn)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(wù)完成后在人體內逐漸降解、消失。

　　1實(shí)現藥物的靶向運輸

　　現有的納米機器人實(shí)現藥物運輸依賴(lài)于體循環(huán)，缺少定點(diǎn)運輸、組織滲透等驅動(dòng)和導航能力。為了實(shí)現藥物在疾病部位的精準釋放，藥物運輸機器人需要具備強大的驅動(dòng)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(shí)現藥物運輸的理想化載體?？茖W(xué)家們對其充滿(mǎn)期待，他們認為納米機器人有望實(shí)現藥物的快速、精準釋放，從而提高療效、減輕藥物副作用。

　　很多初步研究已經(jīng)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(shí)可以通過(guò)多孔膜逐層裝載抗癌藥物阿霉素，且可以到達癌細胞附近。不少用于藥物運輸的微型/納米機器人正處于研發(fā)早期。其中，細胞內運輸是該領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向。納米機器人能夠穿透細胞膜并直接運輸各種治療藥物進(jìn)入細胞內部。

　　除了化學(xué)反應、超聲波、電能等驅動(dòng)力之外，科學(xué)家們還找到一種趨磁趨氧細菌（MagnetococcusmarinusstrainMC-1），它們可以驅動(dòng)納米脂質(zhì)體運輸至腫瘤缺氧區。這一類(lèi)細菌會(huì )朝著(zhù)磁場(chǎng)和低氧區域運動(dòng)。以移植有結腸癌的小鼠為模型，研究人員發(fā)現，55%的MC-1細菌會(huì )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”。

　　2實(shí)現手術(shù)的精準操作

　　手術(shù)機器人已經(jīng)展現出減少復雜外科手術(shù)風(fēng)險、拓寬外科醫生能力的優(yōu)勢。這類(lèi)機器人有望協(xié)助醫生實(shí)現更高精度、更靈活和可控性的微創(chuàng )手術(shù)。與大型器械不同的是，微型機器人配備有高分辨率三維內鏡，可以在患者體內靈活轉動(dòng)，有望突破傳統外科手術(shù)的局限，將微創(chuàng )技術(shù)更廣泛的應用于復雜的外科手術(shù)。

　　從納米鉆頭（nanodrillers）、微型夾鉗（microgrippers）到微型子彈（microbullets），這些工具的升級為微創(chuàng )手術(shù)提供了獨特的潛能，它們可以在細胞水平實(shí)現特定組織的穿透、定位、移除等操作。

　　此外，磁驅動(dòng)微型機器人在體內微創(chuàng )手術(shù)領(lǐng)域也展現出很大的應用前景，因為磁場(chǎng)可以穿透較厚的生物組織?？茖W(xué)家們已經(jīng)證實(shí)植入式磁驅動(dòng)微型機器人可以在兔子的眼后段進(jìn)行手術(shù)。

　　3實(shí)現疾病的精準診斷

　　得益于自主的運動(dòng)性能、簡(jiǎn)單的表面功能化以及高效捕獲、分離目標物的優(yōu)勢，微型/納米機器人在疾病精準診斷上同樣也發(fā)揮著(zhù)很大的作用。微型/納米級傳感策略依賴(lài)于人工馬達的能動(dòng)性，借助于攜帶不同的生物受體，機器人能夠穿過(guò)樣本實(shí)現與特定生物分子的即時(shí)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(zhì)、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(jìn)入細胞，在其內實(shí)現傳感功能。有研究團隊通過(guò)給納米機器人攜帶上熒光標記的單鏈DNA探針，實(shí)現其對細胞內microRNA-21分子的檢測。

　　4實(shí)現解毒

　　除了藥物運輸、手術(shù)之外，微型/納米機器人也可以作為強大的解毒工具。類(lèi)似于生物傳感，解毒功能依賴(lài)于納米機器人快速捕獲、清除毒素。通過(guò)包裹上特定的材料，機器人可以在體內“巡邏”并“抓捕”有毒物質(zhì)。這類(lèi)機器人的工作原理類(lèi)似于天然清理毒素的細胞，例如血紅細胞（RBCs）。已有科學(xué)團隊研發(fā)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(dòng)的納米機器人整合在一起，用于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(yú)”，這些小魚(yú)攜帶聚二乙炔納米粒子，可以吸引并于毒素結合。

　　5總結、展望

　　過(guò)去十年，微型/納米機器人從一個(gè)未知、多功能平臺發(fā)展至集成納米技術(shù)、人工智能等優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)。他們表現出很多獨特的優(yōu)勢和應用潛力，包括在生物組織中快速運動(dòng)、定位、長(cháng)時(shí)間運輸、精準捕獲和隔離目標物等等。這些優(yōu)勢促成了它在生命醫學(xué)領(lǐng)域的廣泛應用，從藥物運輸、精準手術(shù)到細胞水平靈敏檢測生物分子、高效清除有毒化合物，這意味著(zhù)納米機器人有望貫穿疾病診療、預防的全過(guò)程。

　　當然，目前微型/納米機器人在醫療領(lǐng)域的應用還處于起步階段。發(fā)揮微小機器人的全部潛能面臨很多未知和挑戰。其中，一個(gè)重大挑戰是篩選到新能源，它需要具備長(cháng)期自主操作、較好的生物相容性等特性。雖然不同的化學(xué)反應和外部刺激可以驅動(dòng)微小機器人的運動(dòng)，但是新的替代燃料和驅動(dòng)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(lái)，微型機器人會(huì )朝著(zhù)更加智能的方向發(fā)展，具備高流行性、可變形結構、可持續操作、精準控制等可能，機器人之間還有望實(shí)現集群智能合作，甚至于自我進(jìn)化、自我復制。