目前納米技術的時代已經達到了一個階段，科學家們能夠開發可編程的和外部的可控性，是建立在分子水平上，病人的身體內可以工作的複雜機器。 納米技術將讓工程師來構造複雜的納米機器人，人體可以瀏覽，運輸的重要分子，操縱微觀物體和微型傳感器，電機，機械手，發電機組和分子尺度計算機的方式與醫生溝通。 了建設一個納米機器人，人體的天然納米器件;的neutrophiles，淋巴細胞和白細胞不斷羅夫 一下身體，修復受損的組織，進攻和吃入侵的微生物和掃起來的各種器官打破外來顆粒關閉或排泄。 什麼是納米機器人 Nanorobotics正在成為一個要求與微不足道的事情處理的領域，在分子水平上。 納米機器人是典型的納機電系統，執行特定的任務，在納米尺寸精度 。 比傳統醫藥的優勢在於它的大小 。 粒度血清壽命和沉積模式的影響 。 這使得在低濃度的納米藥物，具有治療作用的早期發病 。 它還通過藥物控制釋放材料，指導運營商，以一個特定的位置[1] 。典型的醫療納米器件將可能是一種微米級機器人，納米部件組裝。 這些納米機器人可以工作在應對環境刺激和編程原則共同產生宏觀尺度的結果[2] 。 的納米機器人的要素 碳將可能是主要元素，包括大部分的醫療納米機器人，可能在鑽石或diamondoid /富勒烯納米複合材料的形式。 許多等輕元素如氫，硫，氧，氮，氟，矽，等特殊用途將用於納米齒輪和其他部件[2]。鑽石的化學惰性，是由幾個實驗研究 證明 。 這樣一個對培養的小鼠腹腔巨噬細胞上DLC進行的實驗顯示，沒有顯著的超額釋放乳酸脫氫酶或N -乙酰- D -葡萄糖苷酶（已知在炎症的巨噬細胞釋放一種酶）的溶酶體酶的beta。 形態學檢查，沒有發現無論是成纖維細胞或巨噬細胞，並想確認的生化跡象表明，有沒有毒性的細胞和人成骨細胞，無炎症反應，在體外引起的物理損壞。 流暢和更完美無瑕的鑽石表面，較小的是白細胞的活性和纖維蛋白原吸附。 唐等人的實驗 。 41]表明，CVD金剛石的晶圓在1個星期的活體小鼠植入腹腔，發現最小的炎症反應。 有趣的是，對粗糙的“打磨”的表面，傳播和融合的巨噬細胞的少數人出席，表明發生了一些激活。 在非常低的生物活性納米近平滑結果的外表面 。 由於極高的表面鈍化金剛石表面的能量和鑽石表面的強疏水性，鑽石的外觀幾乎是完全化學惰性。 成分和設計的納米機器人 納米機器人將擁有完整的盔甲，其設計是從生物模型派生的自主子系統。 德雷克斯勒顯然是首先指出，在1981年，在其結構成分複雜的設備，類似於生物模型[42]。在納米機器人設計的各個組成部分可能包括機載傳感器，電機，機械手，電源供應器，和分子計算機。也許，這種分子機器最知名的生物例如核糖體可自由編程的已經存在的納米組裝。 這一機制的蛋白質結合到特定的受體部位可能被複製到構建分子機械臂 。 機械臂還可以帶動一個控制信號的詳細順序，就像核糖體mRNA的需要，以指導自己的行動 。 這些控制信號提供了外部的聲，電，或收到的信號通過板載傳感器使用一個簡單的“廣播架構”[43，44，45]也可用於進口電力的技術是由機器人手臂的化學。生物細胞可能會被視為廣播架構，在這種形式的mRNA，以核糖體細胞核發送信號，以生產細胞蛋白的一個例子。 汽車裝配的分子機器系統，能夠在原子尺度的分子製造的系統，可作為描述[46]需要通過板載nanocomputer提供的控制信號，這種可編程nanocomputer必須能夠接受存儲指令順序執行，直接操縱手臂放置在所需的位置和方向正確的基團或nanopart，從而較精確地控制化學反應或裝配作業的時間和地點[47]。 納米機器人的建設的途徑 有兩種主要方法建立在納米尺度：位置組裝和自組裝。在裝配位置，調查人員聘請一些設備，如一個微型機器人的手臂或微觀，拿起分子逐個手動組裝。 相比之下，自組裝是艱苦的要少得多，因為它需要的某些分子的自然傾向的優勢，以尋求彼此了。 自組裝元件，所有調查人員所要做的就是其中一個燒杯中放入十億美元，並讓他們的天然的親和力自動加入到他們所需的配置。 使複雜的nanorobotic系統，需要生產的技術，可以建立通過鑽石mechanosynthesis（DMS）[3，4]的計算模型的分子結構。 DMS是由碳原子的控制，除了製造一個真空環境中的鑽石晶格的表面生長。 共價化學鍵，形成一個個在掃描探針顯微鏡儀器的尖端應用的定位約束的機械力的結果 ，一個編程序列。 納米機器人靶位的識別 不同的分子類型的區別在於為每一種分子的不同的親和力，其結合位點的趨化傳感器系列。 [6]控制系統必須確保一個合適的性能。它可以證明一個特定任務的基礎的情況下盡可能快響應的納米機器人確定的號碼 。 在3D的工作區的目標表面的化學物質允許的納米機器人探測和識別[6，7，8 ]。 更好的傳感器和執行器製造納米大小，讓他們找到釋放的化學品的來源。 納米機器人控制設計（NCD）模擬器開發，這是在與布朗運動和慣性力，而不是粘性為主的流體環境納米機器人的軟件。 首先，作為一個比較點，科學家使用納米機器人“小布朗運動隨機搜索，找到目標 。 在第二種方法中，納米機器人監控化學品濃度顯著高於背景水平 。 一個納米機器人檢測到信號後，估計向著更高濃度的濃度梯度和移動，直到達到目標。 第三種方法，在目標的納米機器人釋放另一種化學品，人作為一個額外的指導信號目標 。 這些信號的濃度，只在目標幾微米的納米機器人有可能檢測到的信號 。 因此，我們可以提高響應的納米機器人保持血管壁附近的位置，而不是從別人的信號濃度的監測整個容器的體積流量的浮動;一個納米機器人可以估算的納米機器人的數量目標。 因此，納米機器人使用此信息來確定，當足夠多的納米機器人在目標，從而終止任何額外的“引誘”的信號一個納米機器人可能被釋放。 它是發現，納米機器人停止吸引別人，一旦有足夠的納米機器人回應。 密集的納米機器人覆蓋目標區域時，該款項被認為是足夠的 。 因此，這些微小的機器的工作目標站點準確唯一的，它是專門做[9]該範圍內。 由納米機器人僱用逃避免疫系統的策略 每個醫療放置在人體內的納米機器人會遇到吞噬細胞，多次在其使命。 因此，所有的納米機器人，這是由吞噬細胞的攝取能力的大小，必須納入為避免和逃脫從吞噬細胞的物理機制和運營協議。 醫學納米機器人的初步戰略是首先要避免接觸或認可吞噬 。 為了避免被宿主的免疫系統的攻擊，是最好的選擇是，有一個被動的鑽石的外牆塗料。 較小的平滑和完美的塗層，是從人體的免疫系統反應。如果失敗，則，以避免它的約束力，導致吞噬激活的巨噬細胞表面。如果被困，醫療納米機器人可以誘發phagosomal液泡，在它提出或抑制phagolysosomal融合和吞噬代謝的胞外分泌。 在極少數情況下，可能有必要殺死的巨噬細胞或封鎖整個吞噬系統。一個功能齊全的醫療納米機器人，最直接的辦法是聘請其蠕動機制locomote，或遠離，吞噬細胞，是試圖吞噬 。 這可能涉及到逆向cytopenetration，必須做到謹慎（例如，nonenveloped病毒從細胞可以迅速退出細胞毒性）。這可能是沮喪的吞噬作用，可能誘發本地化的代償性肉芽腫反應 。 因此，醫學納米機器人可能還需要聘請簡單，但積極防禦戰略，以防止肉芽腫形成 。 代謝當地的能源葡萄糖和氧氣可以做電源的納米機器人。在臨床環境，另一種選擇將外部提供的聲波能量。當任務完成的納米機器人，它們可以讓他們自己通過平時的人類排泄渠道exfuse檢索，或也可以通過積極的清道夫系統[10，11 ]中刪除。 在癌症診斷和治療的納米機器人 納米機器人的發展可能為診斷和治療癌症的提供了長足的發展 。 納米機器人可以是一個非常有益的，為患者治療的希望，因為目前的治療，如放射治療和化療往往最終摧毀癌細胞的健康細胞。 從這個角度來看，它提供了一個癌症患者的非抑鬱的治療。 納米機器人將能夠區分不同類型的細胞，是惡性和正常細胞之間通過檢查其表面抗原（他們為每個類型的細胞不同）。這是通過使用鍵控的靶細胞上的特異性抗原趨化傳感器。另一種方法是使用創新的方法，一個分佈式的癌症戰鬥的集體行動，以實現分散控制。 使用化學傳感器，它們可以被編程來檢測在原發性和轉移性階段不同層次的E - cadherin和β- catenin的 。 醫學納米機器人然後將這些細胞破壞，只有這些細胞。考慮以下控制方法： · 隨機：納米機器人移動的流體達到目標，只有當他們把它凹凸由於布朗運動的被動 。 · 按照梯度：納米機器人監測濃度為E - cadherin的信號強度，檢測時，測量，直到達到目標，並按照梯度。梯度估計信號檢測後發現，如果沒有額外的信號in50ms，納米機器人認為信號是假陽性，並繼續與流體流動 。 · 按照梯度與誘食：如上，但到達目標的納米機器人，他 們除了釋放不同的化學信號，由他人使用，以提高自己的能力找到目標。 因此，E - cadherin的信號強度高梯度用於指導納米機器人，以確定腫瘤組織的化學參數辨識。 集成的納米傳感器可以利用這樣的任務，以便找到E - cadherin的信號強度。因此它們可以被有效治療癌症[9]。 納米機器人的實際例子為癌症的檢測和治療方法 Pharmacyte是自供電，計算機控制的醫療納米機器人系統，數字精確的交通，時間，以及有針對性的藥劑在人體內的細胞和細胞內特定的目的地交付。 Pharmacytes逃脫吞噬的過程，因為它們不會栓塞小血管，因為最低可行的人類毛細血管，允許通過完整的紅細胞和白細胞的直徑，這是大於最大的建議Pharmacyte 3-4 micronmeter。 Pharmacytes將開始在腫瘤細胞凋亡和細胞信號傳遞過程的直接控制，如許多在納米應用 。 Pharmacytes也可以標記靶細胞與生化的天然防禦或清除系統，戰略稱為“吞噬標記”[12] 。例如，新穎的識別凋亡細胞表面分子表達。在T淋巴細胞的情況下，一個這樣的分子是磷脂，通常僅限於質膜內側的脂質[1M]但是，誘導細胞凋亡後，在外面出現[ 13]。 吞噬細胞，細胞在其表面的軸承，這種分子可以被確認和刪除 。 播種與磷脂酰絲氨酸或其他類似的行動分子的靶細胞的外壁，能激活巨噬細胞的吞噬行為，誤認引發身體[14]反應能力的細胞凋亡物質的靶細胞 Pharmacytes將能夠攜帶約1cubicmeter在使用分子分揀機載計算機的控制下操作泵，機械卸載船上坦克中醫藥有效載荷[15,16] 。 根據任務要求，有效載荷，可排入近因細胞外液或直接交付使用一種跨膜噴油機制細胞質。如果需要為特定的應用，部署機械纖毛和其他機車系統可以添加到Pharmacyte許可證transvascular和transcellular流動，從而使藥物分子傳遞到細胞和細胞內的具體地址，可以忽略不計的錯誤。 Pharmacytes，一旦枯竭，其有效載荷，或在完成自己的使命，將恢復從病人按常規排泄途徑 。 [17]的納米機器人，然後可能再充電，重新編程，並在第二個病人，可能需要不同的藥品代理，有針對性的不同的組織或細胞中的第一個病人[27，28 ]中使用回收。 在診斷和治療糖尿病的納米機器人 葡萄糖通過血液流進行重要的是保持人體新陳代謝的工作健康，其正確的水平是在診斷和治療糖尿病的關鍵問題 。 緊密相關的葡萄糖分子，蛋白質hSGLT3重要的影響，在保持適當的胃腸道膽鹼能神經和骨骼肌的功能活動，調節細胞外葡萄糖濃度[ 18]。 hSGLT3分子可以起到界定為糖尿病患者的血糖水平。這種蛋白質的最有趣的是，它作為一個傳感器來識別葡萄糖[18]的事實。 模擬的納米機器人樣機模型嵌入互補金屬氧化物半導體（CMOS）nanobioelectronics 。 它的特點〜2 micronmeter，這允許它身體內部的自由運作的規模 。 納米機器人是無形的或可見的免疫反應，它用於檢測血液中的流的血糖水平無干擾 。 即使與身體內的免疫系統的反應，納米機器人是沒有的白血細胞的攻擊，由於生物相容性[19]對於血糖監測的納米機器人的使用嵌入的化學傳感器，包括調製hSGLT3蛋白glucosensor的活性[20]。 通過其搭載的化學傳感器，納米機器人可以有效地判斷，如果病人需要注射胰島素或採取任何進一步的行動，如任何藥物在臨床上規定的，。 慢性非傳染性疾病模擬器工作區的圖像顯示的網格紋理，紅血細胞（紅細胞）和納米機器人與微靜脈血管內。 他們通過檢測血糖水平的血液流與紅細胞 。 納米機器人在一個典型的血糖濃度，盡量保持血糖水平範圍大約130毫克/升的血糖水平（BGLs）的目標 。 通過位移範圍的30mg/dl的變化，雖然這是可以改變的基礎上醫療處方 。 納米機器人在醫療架構，可以顯著的測量數據，然後通過射頻信號傳輸自動的病人進行的手機 。 在任何時候，如果血糖達到臨界水平，納米機器人[21]通過手機發出報警。 使用納米機器人控制血糖水平 在模擬的納米機器人編程，也發出一個信號，根據指定的午餐時間和所需的時間間隔的測量血糖水平 。 納米機器人可以進行編程，以激活傳感器和測量定期BGLs清晨之前預期的早餐時間 ，。 再次測量，每2小時後，計劃的午餐。 通過一天時間，同樣的程序，可以編程為其它餐。 多重血液傳播的納米機器人將讓血糖監測不只是在單個站點，而且在許多不同的地點同時整個身體，從而使醫生組裝的血糖濃度的全身地圖。 考試允許從多個位置的時間序列數據就是通過特定的器官，組織，毛細血管床，和具體的船隻通過血液中的葡萄糖濃度的變化率的精確測量。 在檢測異常的葡萄糖攝取率可能有助於確定哪些組織可能遭受糖尿病相關的損害，以及在何種程度上，這將有診斷實用程序。 其他機載傳感器可以測量和診斷報告，如病人的血壓，組織性壞疽的早期跡象，可能與早期癌症相關的變化或局部代謝的相關意見。 全身的時間序列數據收集，在不同的患者活動水平（例如，休息，鍛煉，餐後等）可以有額外的診斷價值，在評估的過程和疾病的程度。 這一重要的數據可以幫助醫生和專家，以監督和改善病人用藥和日常飲食 。 使用納米機器人這個過程可能是可行的數據收集和病人監護系統自動更方便，更安全。由於日常小傷口，收集血液樣本，可能導致數據丟失，，甚至避免在一個繁忙的一周的病人忘記做一些他們的血糖抽樣，它也可能避免最終感染。 nanobioelectronics最近這些事態發展表明如何整合系統設備和手機，實現更好地控制糖尿病患者的血糖水平[22] 。 Respirocyte -人工氧載體納米機器人 人工機械紅細胞，“Respirocyte”是一個虛構的納米機器人在血液流花車沿[23]。這些原子大多安排在球殼內的多孔晶格結構金剛石的碳原子。 Respirocyte本質上是一種微小的壓力罐，可以充分的氧氣（O 2）和二氧化碳（CO 2）分子泵。 後來，這些氣體可以從微小的坦克在可控的方式發布。氣體存儲船上約1000大氣壓的壓力 。 Respirocyte可以呈現完全不燃內部建設的藍寶石，與其他類似金剛石的化學和機械性能隔爆材料設備[24] 。 也有對每個設備外的氣體濃度傳感器 。 當納米機器人通過肺毛細血管時， 氧氣分壓高和低的CO 2分壓，使車載電腦告訴排序轉子負載氧氣的坦克和傾倒的CO 2。當設備後發現，在缺氧的外圍組織本身，傳感器的讀數是顛倒的 。 也就是說，CO 2分壓比較高， 氧氣分壓比較低，因此機載計算機命令排序轉子釋放氧氣和吸收二氧化碳 。Respirocytes模仿自然充滿血紅蛋白紅細胞的作用 。 但Respirocyte可以提供一種天然紅細胞每單位體積的236倍以上的氧氣 。 這種納米機器人是遠遠超過了高效生物，主要是因為其diamondoid施工許可證，工作壓力高得多。 5厘米3 50％Respirocyte的懸浮液進入血液的劑量注射，可以完全取代整個O 2和CO 2，承載能力的患者的整個血液 5,400厘米3。 Respirocyte將壓力傳感器接收聲波信號，從醫生，他們將使用一個超聲發射器設備，給Respirocyte命令來修改自己的行為，而他們仍然在患者的身體[25，27 ]。 人工吞噬細胞- Microbivores納米機器人 一個microbivore已經描述，其主要職能是摧毀在人類血液中發現的微生物病原體，使用“消化和排出”協議 。 Nanorobotic人為假設的吞噬細胞的所謂“microbivores”巡邏血液，尋找和消化不必要的病原體，包括細菌，病毒或真菌。當靜脈給予Microbivores（四）將實現完全清除即使是最嚴重的敗血症感染小時或更少 。 這是遠遠大於抗生素輔助的自然吞噬防禦所需的數週或數個月的 。 在納米機器人不增加敗血症或膿毒性休克的風險，因為病原體完全消化成無害的單糖，氨基酸monoresidue，單核苷酸，游離脂肪酸和甘油，這是納米機器人[26，27，28的生物活性污水]。 Chromallocyte：一個假設 移動 細胞修復納米機器人 另一種納米機器人，Chromallocyte將取代單個細胞從而扭轉整個染色體遺傳性疾病和其他積累損害我們的基因的影響，防止老化。 Chromallocyte是一個假設性的移動細胞修復納米機器人的能力有限血管外滲，histonatation，cytopenetration，和一個靶細胞的細胞核染色質完成更換，到有針對性的組織或器官的毛細血管床表面的旅行，並與結束返回的血液和身體的設備隨後提取，完成的細胞修復的使命。“細胞內，一個維修機將首先大小可達檢查單元格的內容和活動情況，並再採取行動。工作沿分子和分子結構的結構，修復機器將能夠修復整個細胞沿細胞的細胞和組織通過組織工作，他們（由較大的設備，其中需要資助 ）將能夠修復器官通過一個人的器官的工作。整個器官，他們將恢復健康。由於分子機器將能夠建立從無到有的分子和細胞，他們將能夠修復受損的細胞完成閒置甚至。 [29，30，31] 進一步應用的納米機器人 納米機器人可以用來維持呼吸，修復和翻新的情況下組織氧消除外傷後心臟疾病和中風損傷，對單個細胞進行複雜nanosurgery，並立即堅定出血的人血管樹。 監測人體的養分濃度的納米機器人在醫學上可能的應用程序。 其中一個有趣的納米機器人的利用率也協助離開血管炎性細胞（或白細胞），修復受傷的組織[39 ]。 納米機器人也可能會被視為尋求突破腎結石[32]。也可用於納米機器人的過程中特定的化學反應，人體受傷器官的輔助設備[ 40]。 配備與納米傳感器的納米機器人可以開發提供抗艾滋病病毒藥物[38] 。醫療納米機器人的另一個重要的功能將定位狹窄的血管，特別是在冠脈循環，機械，化學，藥理學和治療他們的能力[ 33]。 要治愈皮膚疾病，奶油含有納米機器人可以使用。它可以去除死皮適量，去除多餘的油，添加缺少的油，天然保濕劑，適用於適量，甚至達到“毛孔深層清潔”，通過實際接觸到毛孔和清潔的可望而不可及的目標。 奶油可以順利上剝離的便利與智能材料 。 一個完整的智能納米機器的漱口水可以識別和摧毀致病細菌，同時允許無害的菌群口在一個健康的生態系統蓬勃發展。 此外，這些設備將確定粒子的食物，斑塊，或牙垢，並解除他們從被沖洗掉的牙齒 。 懸浮在液體和大約能游泳，設備將能夠達到超越達到牙刷刷毛或牙線的纖維的表面 。 作為醫療納米器件的壽命短，他們可以建立前最後落入食品中發現的那種材料除了在體內只有幾分鐘。 醫學納米器件可增強免疫系統發現和禁用有害細菌和病毒。當入侵者被確定，它可以被刺破，讓洩漏其內容，並終止其有效性 。 如果內容被稱為是自己的危險，那麼免疫機可以容納足夠長的時間它更徹底拆除。 在血液中工作的設備可能會蠶食動脈硬化存款，擴大了受影響的血管[34 ]。 細胞放牧設備可以恢復動脈壁和動脈襯裡的健康，確保在正確的地方，合適的細胞和支撐結構 。 這樣可以防止大多數心髒病發作[35]。 納米機器人可用於精密的 治療和細胞靶向給藥，在執行nanosurgery時，在低氧血症及呼吸系統疾病的治療，牙科[36]，菌血症感染，身體創傷，通過染色體替代療法，甚至是生物衰老的基因治療。 有人曾建議，納米機器人艦隊可能抗體或抗病毒藥物，免疫系統受損的病人，或疾病，不應對更常規的措施。 有許多其他潛在的醫療應用，包括修復受損的組織，疏通動脈斑塊影響，也許完成更換身體器官的建設 。 納米系統，也可以操作速度遠遠比自己大的同行，因為位移較小，這使得機械和電氣的事件發生在更短的時間內，在一個給定的速度[37]。 結論 納米技術作為一個癌症和糖尿病患者的診斷和治療的工具表明，如何在新的製造技術的實際發展，使創新工程，這可能有助於在建設和運用納米機器人的生物醫學問題最有效的。 納米機器人應用於醫藥根除疾病扭轉衰老過程（皺紋，骨量與年齡有關條件的損失都在細胞水平上可治療）舉行了豐富的承諾;納米機器人也為工業應用的候選人。 分子納米技術的問世將再次擴大了巨大的成效，舒適性和速度的同時，未來的醫療，在同一時間顯著減少他們的風險，成本和侵襲。 |