纳米机器人在医疗上的应用.ppt

纳米机器人在医疗上的应用 组员 禹露林志豪 纳米生物学的近期设想 是在纳米尺度上应用生物学原理 发现新现象 研制可编程的分子机器人 也称纳米机器人 合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计 开发 在体 或 湿 的生物计算机或细胞机器人 从而产生了另种方式的纳米机器人技术 纳米技术应用于医疗之后 会在攻克许多顽症方面为人类带来新的希望 摘要 机器医生钻进人体治病 纳米机器人 内容 在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系 在纳米尺度上获得生命信息 例如 利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等 纳米机器人的研制 纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容 第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体 这种纳米机器人可注入人体血管内 进行健康检查和疾病治疗 还可以用来进行人体器官的修复工作 作整容手术 从基因中除去有害的 或把正常的 安装在基因中 使机体正常运行 第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置 第三代纳米机器人将包含有纳米计算机 是一种可以进行人机对话的装置 纳米机器人 结构 一 手指 起操作作用 可以精巧地处理各种分子 有微小的 电脑 来指挥 手指 如何操作 手指 可能由碳纳米管制造 它的强度是钢的100倍 细度是头发丝的五万分之一 二 电脑 起指挥作用可能由碳纳米管制造 这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线 电脑 也可能由DNA制造 用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质 医疗用纳米机器人构造 纳米机器人 特色 组成纳米级原件的元素主要有碳 氢 氧 硫 其中碳元素最总要 这是因为由碳原子组成的金刚石和纳米碳管强度高 为化学惰性 不会引起免疫反应和过敏休克反应 所以应用性强 不过 纳米医学的独到之处在于它的精确性 随着纳米技术的进步 医疗纳米机器人将装备通信和导航系统 同时人体也会置入通信和导航系统 这样医生可以在分子水平上精确控制进入人体的纳米机器人 每种医疗纳米机器人表面装有特定的抗体 能与人体特定的细胞抗原结合 从而保证医疗纳米机器人准确到达要修复的组织和器官中 人体内的纳米机器人通过其表面抗体与细胞表面抗体的专一性 准确识别并作用于专一部位 从而完成医疗任务 纳米机器人 艺术图 纳米机器人在医疗上的作用 1 细胞与基因的修复2 清理体内垃圾3 养护血管 1 细胞与基因的修复随着人类对物质控制能力的不断进步 将会诞生分子大小的机械部件 可以组装成比细胞还要小的微型机器 人工制造的 细胞修复机 在纳米计算机的操纵下 可以逐个的原子进行操作修复 修正DNA的错误 维护个别细胞的成分 2 清理体内垃圾人的机体是一个保持自然平衡的有机体 通过新陈代谢可以起到吸收新鲜养分 排除有害物质的作用 但有时候人体自身平衡出现问题 无法实现自我平衡 例如 铅 汞中毒 无法排出 也无法被分解 这时如果派纳米机器人进入体内 就会极具目的性的把这些有害物质清除体内 使人体恢复自然平衡 3 养护血管人体的脑部血管常会有些天生脆弱的地方 平时不表现 但在意想不到的时候 可能突然发生破裂 导致脑溢血 如果我们事先派纳米机器人进入血管 细细检查 并且一一修复那些脆弱血管 就可以避免悲剧的发生 有时血管中会产生血栓 堵塞血液正常流动 如果把纳米机器人导入血管 可以把血栓打成小碎片 避免血栓的发生 医疗工作原理 首先 医疗纳米机器人被注入人体后 开始在人体内循环 然而 处于循环状态的医疗纳米机器人在靶域之外 完全不具有活性 当纳米机器人进入靶域后 靶域细胞表面抗体会被医疗纳米机器人检测到 此刻 医疗纳米机器人转入活性状态 当然 纳米机器人要得到监管医生的声音指令后才最终转入治疗状态 由于人体内已经置入了导航系统 所以整个治疗过程完全处于监管医生控制之下 纳米机器人正在寻找入侵的病毒 纳米机器人还可以携带化学药物 并且准确送达靶细胞 并且 其表面传感器能检测周围药物的浓度 从而控制药物的释放剂量 一个纳米机器人正在进入红细胞 一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物 一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物 纳米机器人的驱动问题 有关医疗纳米机器人在人体内的驱动问题 美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下 制造出的一种马达 这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础 依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷 ATP 为能源 在高中生物我们知道ATP事实上是人体能量的直接来源 当A P P P 低能 或A P P P 高能 通过水解转化为ADP Pi时释放出能量 上面两种图片中的医疗用机器人事实上正是利用了ATP作为能量的来源 纳米机器人血管清淤 在二维物体表面行走的纳米蜘蛛机器人 艺术图 展望 纳米机器人一直在发展 就如已经有化学家们利用测序取得了一定的成绩 他们使用短小的DNA分子步移技术 DNAwalker 帮助合成复杂的DNA分子 这种DNA 步移者 实际上可以看作是一种非常原始的DNA机器人 它可以沿着线性轨道一步步的往前走 这位DNA机器人的腿就是与固定在预设表面上的DNA链互补配对结合的DNA链 互补的概念从高中生物学过就是A T G C的互补形式 这种机器人地移动是通过科研人员添加燃料链下指定行动如解离移动复合的行动 具体如图 DNA链互补配对结合的DNA链 人类基因补完计划