通俗來講，所有能夠在納米（也包括幾微米）尺度上完成任務的東西，都能算作納米元件，其中當然也包括細胞內(nèi)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。

提到機器人，大家腦海中浮現(xiàn)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(zhí)行任務，用來協(xié)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(chǎn)線上的裝配機，食堂里切刀削面的奧特曼，乃至家里常見的滾筒洗衣機，都屬于機器人的范疇。

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”，就是納米機器人了。

什么是納米機器人？

通俗來講，所有能夠在納米（也包括幾微米）尺度上完成任務的東西，都能算作納米元件，其中當然也包括細胞內(nèi)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，還差了一個至關重要的因素，那就是人工制造。與這些天然納米原件相似，納米機器人也是在納米尺度上執(zhí)行化學或生化任務，構成這些納米機器人的，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(qū)動它們運行的，一般也不是宏觀機器人常用的電能，而是天然納米原件中常見的生物化學反應。而納米機器人和天然納米原件的主要區(qū)別，就是納米機器人執(zhí)行的不是老天爺在幾百幾千萬年前制定的任務，而是設計他們的科學家開的腦洞。

納米“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(fā)出了一種很有趣的納米“領航員”機器人（發(fā)表在naturematerial，自然。材料上）。它們使用DNA“折紙”（dnaorigami）制作了一種納米尺度的方形二維結(jié)構，然后在上面的特定路線留下發(fā)夾狀的DNA分子路標。之后再加入能“激活”這些路邊的啟動子（只需要一個喲）和用于促使反應持續(xù)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。

這個納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。大家想象一下，二維的DNA折紙就像一塊地板。在地板上，有一排用DNA分子做成的多米諾骨牌，在沒有啟動分子的情況下，這些骨牌都是穩(wěn)定得立著的，但當你向骨牌的一端扔下一塊啟動分子的時候，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(fā)多條分叉路徑的多米諾骨牌不同，在這個納米領航員的骨牌游戲里，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，這樣的一張納米折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里同時放下許多這樣的DNA納米折紙。哪怕單個單元里，“分子領航員”找到正確路徑的概率不大，只要有足夠多的納米折紙，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。

被大量領航員納米機器人暴力破解的迷宮路徑

簡而言之，在這個納米骨牌系統(tǒng)里，每一片DAN納米折紙和它上面的分子領航員，都可以被看成一個計算單元。由于一片折紙只有納米尺寸，可以在微米尺度的面積內(nèi)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”納米迷宮，也有希望被用來制造納米級別的分子傳感結(jié)構。從這種意義上說，這個系統(tǒng)被稱為納米“機器人”，或者說分子計算機，也算當之無愧了。

納米機器人：精確打擊實體腫瘤

基于有機分子的“納米機器人”，遠不止有暴力破解納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(jīng)報道過，亞利桑那州立大學和中國納米科學中心的科研人員，開發(fā)出了一種同樣是基于DNA折紙技術，且可以精確打擊實體腫瘤的“納米機器人”，該文章發(fā)表在今年二月的naturebiotechnology（自然，生物技術）。簡而言之，這個納米機器人在被注射入體內(nèi)之后，可以利用外表攜帶的腫瘤特異性配體（aptamer），識別腫瘤富集的局部環(huán)境，并在找到這種特殊的靶點環(huán)境之后由筒狀展開成片狀，露出內(nèi)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于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中常用，能尋找攻擊目標并在到達目標后才起爆的精確制導巡航導彈。

抗腫瘤納米機器人，兩邊的綠色dna配體用來識別腫瘤細胞，中間攜帶的紫色物體是抗實體瘤所用的凝血酶上圖為巡航狀態(tài)，下圖為攻擊狀態(tài)

除了上文中介紹到的兩種納米機器人之外，還有很多種用于精確給藥等功能的納米機器人，其中的一些聽起來非?？苹?，已經(jīng)超出了作者的了解范圍，在此就不班門弄斧了。

值得注意的是，而包括本文詳細介紹的兩種技術在內(nèi)的幾乎所有納米機器人，都不需要電能驅(qū)動，它們的工作過程，高度依賴于它們自己的特殊物理性質(zhì)和高度特異的化學反應。這就導致了它們的設計和制造過程不僅非常復雜，而且成本高昂。

我相信，如何讓這些高端大氣上檔次的新概念納米機器人，逐步走入尋常百姓的生活，將會是很多科學家在未來一段時間內(nèi)努力的目標。讓我們拭目以待吧！

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