納米機(jī)器人研究進(jìn)展課件

納米機(jī)器人的研究進(jìn)展

納米機(jī)器人定義以及基本現(xiàn)狀納米機(jī)器人在醫(yī)療上的應(yīng)用納米機(jī)器人仿生學(xué)上的應(yīng)用納米機(jī)器人在軍事上的應(yīng)用展望納米機(jī)器人定義及基本現(xiàn)狀

納米機(jī)器人通常是指按照分子水平生物學(xué)原理設(shè)計制造的可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”，也稱分子機(jī)器人，屬于分子仿生學(xué)的范疇；某些情況下，能進(jìn)行納米尺度微加工或操作的自動化裝置也被稱之為納米機(jī)器人。因此，廣義上來說，納米機(jī)器人可分為生物納米機(jī)器人和進(jìn)行納米加工的自動化裝置2種。

當(dāng)前生物納米機(jī)器人研究工作已從第一代生物機(jī)械簡單結(jié)合系統(tǒng)(例如用碳納米管作結(jié)構(gòu)件，分子馬達(dá)作為動力組件，DNA關(guān)節(jié)作為連接件等)發(fā)展到第二代由原子或分子裝配的具有特定功能的分子器件(例如直接用原子、DNA片斷或者蛋白質(zhì)分子裝配成生物納米機(jī)器人)，未來還將向第三代包含納米計算機(jī)在內(nèi)的進(jìn)行人機(jī)對話的操控性納米機(jī)器人發(fā)展。第三代生物納米機(jī)器人目前還處于設(shè)想階段。目前，在全世界范圍內(nèi)用于嚴(yán)格意義上納米加工或操作的自動化裝置發(fā)展較少，包括以環(huán)境掃描電鏡為平臺的多功能微納操作、表征及微加工系統(tǒng)等，能對微小零部件進(jìn)行納米級加工的“納米車床”等主要還停留在概念設(shè)計階段。清理體內(nèi)垃投

人體是一個保持自然平衡的有機(jī)體，新陳代謝的過程可以起到吸收新鮮養(yǎng)分、排除有害物質(zhì)的作用。但有時候人體自身平衡出現(xiàn)問題，無法實(shí)現(xiàn)自我平衡。例如，人體鉛、汞中毒后，機(jī)體無法排出，也無法分解這些元素。這時，如果納米機(jī)器人進(jìn)人體內(nèi)，就會極具目的性地把這些有害物質(zhì)清出體內(nèi)，使人體恢復(fù)自然平衡(圖2所示為納米機(jī)器人正在進(jìn)行血管清淤)。養(yǎng)護(hù)血管人體的腦部血管有些地方天生脆弱，平時很難被察覺，但在意外情況下，可能會突然發(fā)生破裂，導(dǎo)致腦溢血。如果納米機(jī)器人事先進(jìn)人血管，仔細(xì)檢查，并且一一修復(fù)那些脆弱血管，就可以避免這類悲劇的發(fā)生。有時血管中會產(chǎn)生血栓，堵塞血液正常流動。如果將納米機(jī)器人導(dǎo)人管，可以把血栓打成小碎片，避免血栓的進(jìn)一步擴(kuò)大。圖3為納米機(jī)器人正在進(jìn)行血管養(yǎng)護(hù)。“模擬酶”納米機(jī)器人

酶是生物催化劑，生命過程的每一個化學(xué)反應(yīng)都有一個相應(yīng)的酶進(jìn)行催化，所以生命現(xiàn)象就是成千上萬個在功能上有相互協(xié)調(diào)關(guān)系的酶分子井然有序地表現(xiàn)催化功能的結(jié)果。它們催化的生物化學(xué)反應(yīng)兒乎涵蓋了自然界所有的化學(xué)反應(yīng)類型因此，模擬酶分子制造納米機(jī)器人用于凈化環(huán)境和對工業(yè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行催化是一個巨人的潛在生產(chǎn)力生物化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，酶分子體現(xiàn)活性只與少數(shù)兒個化學(xué)基因在空間上配制而組成的活性中心有關(guān)，所以化學(xué)家很旱就開始模仿酶活性中心的結(jié)構(gòu)研制“模擬酶”生物化學(xué)家又發(fā)現(xiàn)酶活性中心的“柔性”是酶分子表現(xiàn)活性所必須，也就是說，有活性中心基因的空間配置是必須做相對運(yùn)動才能表現(xiàn)活性這意味著“模擬酶”所模擬的活性中心基因必須動起來才有可能出現(xiàn)模擬的活性，出現(xiàn)了模擬活性的“模擬酶”就是典型的納米機(jī)器人，這將是211日_紀(jì)分子仿生學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。“生物導(dǎo)彈”納米機(jī)器人

“生物導(dǎo)彈”的設(shè)計也是一個典型的分子仿生學(xué)應(yīng)用范例生物導(dǎo)彈模仿膜囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋自質(zhì)的功能，把不能分辨好壞細(xì)胞的抗癌藥物包裹在脂微囊中，并在微囊表而植入一種專門與癌細(xì)胞結(jié)合的標(biāo)記分子如此設(shè)計的生物導(dǎo)彈就是在血液中或細(xì)胞間隙游走的納米機(jī)器人，它一旦遇到癌細(xì)胞就會抓住不放并鉆入細(xì)胞中釋放抗癌藥物殺死癌細(xì)胞這個方向上的研究已取得了一些成果，而且正在向縱深發(fā)展。

“仿線粒體”納米機(jī)器人

動物細(xì)胞中也有一部分類似的機(jī)器叫做線粒體，它是從食物中提取太陽能的能手模仿線粒體制造的納米機(jī)器人將可能為醫(yī)學(xué)的發(fā)展作出重要的貢獻(xiàn)，因?yàn)槿藗円呀?jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體與衰老、運(yùn)動疲勞以及很多與衰老以及相伴而生的疾病如糖尿病、帕金森氏病、腦肌病等等有很重要的關(guān)系納米機(jī)器人（納米間諜）

納米機(jī)器人可以通過各種途徑。鉆進(jìn)敵方武器裝備中,長期潛伏。一旦啟用,這些“納米士兵”就能專門破壞敵方電子設(shè)備,使其短路、毀壞,或充當(dāng)爆破手,用特種炸藥引爆目標(biāo),或施放各種化學(xué)制劑,使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。配以微型探測器及微型收發(fā)報機(jī)等做成只有幾毫米大小呈昆蟲、樹葉、沙粒等各種形狀的機(jī)器人,用以對目標(biāo)進(jìn)行偵察,并把獲得的信息及時發(fā)送出去,或使攜帶微型光學(xué)探測器的機(jī)器人通過建筑物的縫隙鉆進(jìn)內(nèi)部進(jìn)行測繪和勘察,攜帶微機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)器人可從空氣中取樣,經(jīng)過濃縮、加熱和分離,由做在芯片上的多傳感器陣列進(jìn)行定量分析,能鑒別出百種核、生、化物質(zhì)。根據(jù)這些信息,可準(zhǔn)確判斷被偵察目標(biāo)的武器性質(zhì)。

“蒼蠅”飛機(jī)

利用微機(jī)電系統(tǒng)可以制成用于偵察和監(jiān)視的袖珍無人機(jī),可攜帶各種探測設(shè)備。具有信息處理、導(dǎo)航和通信能力。其主要功能是秘密布署到敵方信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)內(nèi)部或附近,監(jiān)視敵方情況。這些納米飛機(jī)可以懸停、飛行,敵方雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)。它可以在1小時內(nèi)連續(xù)飛行16公里?？梢詮臄?shù)百公里外將其獲得的信息傳回己方導(dǎo)彈發(fā)射基地,直接引導(dǎo)導(dǎo)彈目攻擊標(biāo)?！拔米印睂?dǎo)彈

由于納米器件比半導(dǎo)體器件工作速度快得多,可以大大提高武器控制系統(tǒng)的信息傳輸、存儲的處理能力,可以制造出全新原理的智能化微型導(dǎo)航系統(tǒng),使制導(dǎo)武器的隱蔽性、機(jī)動性和生存能力發(fā)生質(zhì)的變化。利用納米技術(shù)制造的形如蚊子的微型導(dǎo)彈,可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能。納米導(dǎo)彈直接受電波搖控,可以神不知鬼不覺地潛入目標(biāo)內(nèi)部,其威力足以炸毀敵方火炮、坦克、飛機(jī)、指揮部和彈藥庫。展望納米技術(shù)是跨世紀(jì)的新的交叉和邊緣學(xué)科，必將發(fā)展成為21世紀(jì)最重要技術(shù)，成為國際科學(xué)界和工程技術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)，在納米尺度上重新認(rèn)識和改造客觀世界，確實(shí)是頗具激動人心的事情。未來20年納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)藥學(xué)的聯(lián)系更為緊密，其趨勢為：1．納米技術(shù)應(yīng)用于分子間的相互作用、分子復(fù)合物和分子組裝的研究，將在大病毒結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和自身裝配機(jī)理上取得進(jìn)展：2．納米技術(shù)將使診斷、檢測技術(shù)向微型、微觀、微量、微創(chuàng)或無創(chuàng)、快速、實(shí)時、遙距、動態(tài)、功能性和智能化的方向發(fā)展；3．納米技術(shù)將使藥物的作用實(shí)現(xiàn)器官靶向化和藥物的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)靶向化，使藥物的生產(chǎn)成本低，效率高。參考文獻(xiàn)

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