3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網: ．奈米機器人放進血管可以餓死腫瘤？

DNA Nano-robots kill cancer tumors

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來源：机器人库

提到機器人，大家腦海中浮現出的第一印象，可能都是那些長得似人非人，有著鋼筋鐵骨的呆萌機器。

但與大家的直觀感受有所不同，其實「機器人」這一概念的定義非常寬泛，凡是能自主執行任務，用來協助人類工作的人造裝置，都能算做是機器人。所以廣義上說，生產線上的裝配機，食堂裡切刀削麵的奧特曼，乃至家裡常見的滾筒洗衣機，都屬於機器人的範疇。

而有一類特殊的新概念「機器人」，既沒有鋼鐵身軀，也沒有電子元件，這種讓人感覺摸不著頭腦的「機器人」，就是奈米機器人了。

Nano Robots May One Day Help Reduce Cancer Treatment Side Effects on ...

什麼是奈米機器人？

通俗來講，所有能夠在奈米（也包括幾微米）尺度上完成任務的東西，都能算作奈米元件，其中當然也包括細胞內，合成蛋白的核糖體，溶解細胞廢物的溶酶體，在細胞間傳輸信號的外泌體等等。

但如果說他們是機器人，還差了一個非常重要的因素，那就是人工製造。與這些天然奈米原件相似，奈米機器人也是在奈米尺度上，執行化學或生化任務，構成這些奈米機器人的，一般也不是電子元件，而往往是一些有機分子（也有可能帶有金屬等無機部件）。

驅動它們運行的，一般也不是宏觀機器人常用的電能，而是天然奈米原件中，常見的生物化學反應。而奈米機器人和天然奈米原件的主要區別，就是奈米機器人執行的，不是老天爺在幾百幾千萬年前制訂的任務，而是設計他們的科學家開的腦洞。

奈米「領航員」機器人

近日，上海交通大學和中科院上海應用物理研究所的科學家們，就開發出了一種很有趣的奈米「領航員」機器人（發表在nature material，自然。材料上）。它們使用DNA「摺紙」（DNA origami），製作了一種奈米尺度的方形二維結構，然後在上面的特定路線，留下發夾狀的DNA分子路標。

之後再加入能「啟動」這些路邊的啓動子（只需要一個喲）和用於促使反應持續的「燃料」分子，單分子鏈式反應，就能沿著設計者留下的分子路標向前推進。

這個奈米領航員機器人的工作方式很像大家常見的多米諾骨牌

看著很暈是不是？下面我用人話來翻譯一下。大家想像一下，二維的DNA摺紙，就像一塊地板。在地板上，有一排用DNA分子，做成的多米諾骨牌，在沒有啓動分子的情況下，這些骨牌都是穩定得立著的，但當你向骨牌的一端，扔下一塊啓動分子的時候，這些骨牌就會依次朝著另一端倒下，從而使倒下的骨牌，形成一條明顯的，通向另一端的路徑。

但與能同時觸發多條分叉路徑的多米諾骨牌不同，在這個奈米領航員的骨牌遊戲裡，如果留下的DNA路標，被做成了有多條分叉的迷宮，單分子「領航員」就只會隨機，沿著其中的一條路徑向前延伸（也有可能走到死路）。

不過，這樣的一張奈米摺紙，比大家用來玩骨牌的地板要小得多，也就是說可以在不大的面積裡，同時放下許多這樣的DNA奈米摺紙。

哪怕單個單元裡，「分子領航員」找到正確路徑的概率不大，只要有足夠多的奈米摺紙，總有一些運氣比較好的分子領航員，會找到走出迷宮的最佳路徑。

被大量領航員奈米機器人暴力破解的迷宮路徑

簡而言之，在這個奈米骨牌系統裡，每一片DAN奈米摺紙，和它上面的分子領航員，都可以被看成一個計算單元。由於一片摺紙只有奈米尺寸，可以在微米尺度的面積內，放下許多個計算單元，擁有可觀的計算能力。

這種特性可以被用來，用枚舉法「暴力破解」奈米迷宮，也有希望被用來製造奈米級別的分子感測結構。從這種意義上說，這個系統，被稱為奈米「機器人」，或者說分子電腦，也算當之無愧了。

奈米機器人：精確打擊實體腫瘤

基於有機分子的「奈米機器人」，遠不止有暴力破解奈米迷宮，這一種聽起來不太貼近生活的功能。前一段時間，我們曾經報導過，亞利桑那州立大學和中國奈米科學中心的科研人員，開發出了一種同樣是基於DNA摺紙技術，且可以精確打擊實體腫瘤的「奈米機器人」，該文章發表在2018年二月的nature biotechnology （自然，生物技術）。

簡而言之，這個奈米機器人在被注射入體內之後，可以利用外表攜帶的腫瘤特異性配體（aptamer），辨識腫瘤富集的局部環境，並在找到這種特殊的靶點環境之後，由筒狀展開成片狀，露出內部攜帶的能殺傷實體腫瘤的藥物（在他們的設計中是凝血酶）。其工作機理，非常類似於現代戰爭中常用，能尋找攻擊目標，並在到達目標後，才起爆的精確制導巡航導彈。