一、納米機(jī)器人技術(shù)原理
納米生物學(xué)的產(chǎn)生是與SPM的發(fā)明和在生命科學(xué)中的應(yīng)用分不開的。生命過程是已知的物理、化學(xué)過程中最復(fù)雜的事情。不同于宏觀生物學(xué)，納米生物學(xué)是從微觀的角度來觀察生命現(xiàn)象、并以對(duì)分子的操縱和改性為目標(biāo)的。納米生物學(xué)發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)就已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)。生物科學(xué)家在納米生物學(xué)領(lǐng)域提出了許多富有挑戰(zhàn)性的新觀念。納米生物學(xué)的加工技術(shù)可以向生物細(xì)胞學(xué)習(xí)。
事實(shí)上，每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)活生生的納米技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例：細(xì)胞不僅將燃料轉(zhuǎn)化為能量，而且按照儲(chǔ)存在DNA中的信息來建造和激活蛋白質(zhì)和酶，通過對(duì)不同物種的DNA進(jìn)行重組，基因工程家已經(jīng)學(xué)會(huì)建造新的這類納米工具，例如用細(xì)菌細(xì)胞來生產(chǎn)醫(yī)用激素。科學(xué)家根據(jù)分子病理學(xué)的原理已經(jīng)研制出各種各樣的可以進(jìn)入人體微觀世界行走的納米機(jī)器人，有望用于清除有害物質(zhì)、修復(fù)損壞基因、激活細(xì)胞能量、維護(hù)人體健康和延長(zhǎng)人類壽命。醫(yī)用納米機(jī)器人目前還處在試驗(yàn)階段。
二、納米機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域——中國應(yīng)用
中國人也可以像擺棋子一樣擺弄原子了。一臺(tái)能夠在納米尺度上操作的機(jī)器人系統(tǒng)樣機(jī)由中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所研制成功，并通過了國家“863”自動(dòng)化領(lǐng)域智能機(jī)器人專家組的驗(yàn)收。在一個(gè)演示中，沈陽自動(dòng)化所的研究人員操縱“納米微操作機(jī)器人”，在一塊硅基片上1×2微米的區(qū)域上清晰刻出“SIA”3個(gè)英文字母（沈陽自動(dòng)化所的縮寫）；另一個(gè)演示顯示，在一個(gè)5×5微米的硅基片上，操作者將一個(gè)4微米長(zhǎng)、100納米粗細(xì)的碳納米管準(zhǔn)確移動(dòng)到一個(gè)刻好的溝槽里。
測(cè)試顯示，在刻畫操作中，這臺(tái)納米微操作機(jī)器人在512個(gè)像素寬度的顯示區(qū)域里，重復(fù)定位誤差小于5個(gè)像素，精度達(dá)1%以上；在移動(dòng)納米碳管的操作中，重復(fù)定位精度達(dá)到30納米；而在基于路標(biāo)的定位測(cè)試中，其定位誤差小于4納米。專家解釋，1納米是10^-9米，大約等于10個(gè)氬原子并列成一條直線的長(zhǎng)度。在納米尺度上的操作，被稱為“納米微操作”，是納米技術(shù)的重要內(nèi)容，其目的是在納米尺度上按人的意愿對(duì)納米材料實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、整形、刻畫以及裝配等工作。納米微操作始于20世紀(jì)80年代，IBM的科學(xué)家1989年利用掃描式隧道顯微鏡（STM）操作35個(gè)氙原子在鎳金屬表面拼出I－B－M三個(gè)字母，成為轟動(dòng)世界的新聞，開了納米微操作先河。從此，納米操作技術(shù)作為一個(gè)重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向吸引各國競(jìng)相展開研究。
該項(xiàng)目研究人員介紹，這臺(tái)機(jī)器人系統(tǒng)在納米尺度下的系統(tǒng)建模方法、三維納觀力獲取與感知及誤差分析與補(bǔ)償方面有很多突破與創(chuàng)新，都達(dá)到世界先進(jìn)水平。據(jù)介紹，這種納米微操作機(jī)器人可廣泛應(yīng)用于納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、生物工程與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、微納米科研教學(xué)等領(lǐng)域。如生物學(xué)研究領(lǐng)域中，使用納米微操作機(jī)器人可完成對(duì)細(xì)胞染色體的切割操作；也可在DNA或分子水平上進(jìn)行生化檢測(cè)及病理、生理測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究。此外這種機(jī)器人在IC工業(yè)中納米器件的裝配與加工方面也有良好的應(yīng)用前景，如可以利用它操作納米微粒，裝配微/納米電子器件，甚至復(fù)雜的納米電路。這意味著，未來利用納米電路制成的電腦和家用電器，可以“想要它有多小，就能做多小”，甚至可以“塞進(jìn)牙縫”；而未來利用納米操作技術(shù)制作的微型機(jī)器人，也可以鉆入人體替病人疏通血管，或在肉眼看不見的微觀世界里，完成人們自己不可能完成的任務(wù)。
三、納米機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域——國外應(yīng)用
在美國科幻大片《驚異大奇航》中，科學(xué)家把變小的人和飛船注射進(jìn)人體，讓這些縮小的“參觀者”直接觀看到人體各個(gè)器官的組織和運(yùn)行情況。然而在現(xiàn)實(shí)中，科學(xué)家根據(jù)分子病理學(xué)的原理已經(jīng)研制出各種各樣的可以進(jìn)入人體的納米機(jī)器人，有望用于維護(hù)人體健康。
目前還處在試驗(yàn)階段，大到長(zhǎng)幾毫米，小到直徑幾微米；但可以肯定的是，未來幾年內(nèi)，納米機(jī)器人將會(huì)帶來一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命。
許多工程師、科學(xué)家和醫(yī)生都認(rèn)為，醫(yī)用納米機(jī)器人有著無限的潛力——而其中最有可能的包括：治療動(dòng)脈粥樣硬化、抗癌、去除血塊、清潔傷口、幫助凝血、祛除寄生蟲、治療痛風(fēng)、粉碎腎結(jié)石、人工授精以及激活細(xì)胞能量，使人不僅保持健康，而且延長(zhǎng)壽命。
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