納米機(jī)器人定義

“納米機(jī)器人”是機(jī)器人工程學(xué)的一種新興科技，納米機(jī)器人的研制屬于“分子納米技術(shù)(Molecular nanotechnology，簡稱MNT)”的范疇。一般認(rèn)為，納米機(jī)器人是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，研制可編程的分子機(jī)器人，

它是納米機(jī)械裝置和生物系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，其組成部件的尺度達(dá)到納米級別。簡單來說，它是一種借助最先進(jìn)的芯片和納米技術(shù)，在原子水平上精確地建造和操縱物體的機(jī)器人。

納米機(jī)器人涉及分子仿生學(xué)和電子控制技術(shù)的范圍，是高度集成的系統(tǒng)，要求具備驅(qū)動單元、控制單元、傳感單元，同時(shí)針對不同功能需要具備對應(yīng)的工作單元，如靶向治療時(shí)需要的藥物儲存和投送單元等。納米醫(yī)療技術(shù)是一個(gè)交叉融合的學(xué)科，需要化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)等許多領(lǐng)域的通力合作。

納米機(jī)器人的發(fā)展歷史

“納米機(jī)器人”的概念是由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼于1959年提出，他認(rèn)為，人類未來有可能建造一種分子大小的微型機(jī)器，可以把分子甚至單個(gè)原子作為建筑構(gòu)件，在非常細(xì)小的空間里構(gòu)建物質(zhì)。納米技術(shù)于1974年被科學(xué)家谷口紀(jì)男（Norio Taniguchi）提出，隨后派生出納米生物學(xué)，并衍生出納米機(jī)器人。

自從1981年，G.Binnig和H.Rohrer在IBM蘇黎世的實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope)后，人類對納米機(jī)器人的研究發(fā)明就從未間斷過。

1990年我國著名學(xué)者周海中教授在《論機(jī)器人》一文中預(yù)言：到二十一世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健?/span>

北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院智能機(jī)器人研究所研究人員王化平指出，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體；第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置；第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。當(dāng)前納米機(jī)器人的研發(fā)工作已從第一代發(fā)展到了第二代，而第三代目前還處于設(shè)想階段。

納米機(jī)器人的基礎(chǔ)構(gòu)成

動力部件為納米驅(qū)動器或分子馬達(dá)，如無機(jī)材料建造的納米電機(jī)、病毒蛋白直線VPL馬達(dá)、ATP馬達(dá)、DNA馬達(dá)、鞭毛馬達(dá)等；結(jié)構(gòu)件、連接件由無機(jī)納米材料或生物物質(zhì)構(gòu)建，如TNC、DNA關(guān)節(jié)、蛋白質(zhì)等；傳感器由可感知生化信號的納米傳感器組成；第三代納米機(jī)器人甚至包含控制器或生物計(jì)算機(jī)。

生物傳感器、動力部件是納米機(jī)器人的重要組成部分，是其能否完成任務(wù)的關(guān)鍵。目前納米機(jī)器人所用的傳感器包含兩種：化學(xué)傳感器和溫度傳感器。其中，納米化學(xué)傳感器可有效實(shí)現(xiàn)對人體內(nèi)部某些特定結(jié)構(gòu)的生物大分子的檢測，幫助醫(yī)生確診疾?。划?dāng)身體出現(xiàn)問題時(shí)，病灶會發(fā)生溫度上的變化，溫度傳感器感知后可有效幫助醫(yī)生確定患者患病部位，進(jìn)而為藥物的精準(zhǔn)運(yùn)輸提供指引，防止對身體其他健康部位的損害。

目前納米機(jī)器人的驅(qū)動方式，具體可分為借助光、聲波、電磁場等的物理驅(qū)動方式以及包括氣泡推進(jìn)、仿生鞭毛推進(jìn)等的化學(xué)驅(qū)動方式兩種。電磁場等物理方式、仿生鞭毛推進(jìn)的驅(qū)動方式是學(xué)界研究重點(diǎn)。因而，篩選到一種具有較好生物相容性和長期自主運(yùn)動特性的新納米粒子驅(qū)動方式，來確保機(jī)器人在體內(nèi)更安全、持續(xù)地運(yùn)行便是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。武漢理工大學(xué)官建國教授團(tuán)隊(duì)制備出一種前后兩面由不同化學(xué)物質(zhì)組成的‘雙面神’納米粒子，其可根據(jù)不同情況實(shí)現(xiàn)各種智能運(yùn)動。

就控制系統(tǒng)來說，如果沒有外部磁場，運(yùn)動則是隨機(jī)的，但通過磁場控制后，就可以實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動，甚至實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人群的有規(guī)律運(yùn)動。另外，醫(yī)療納米機(jī)器人首先要解決的就是在血液或胃酸等里面，不受體液影響，并在百萬細(xì)胞中準(zhǔn)確定位到病體細(xì)胞；目前最主要的便是采用體外“光聲斷層掃描技術(shù)”實(shí)時(shí)定位納米機(jī)器人，解決定位導(dǎo)航問題。

納米機(jī)器人的應(yīng)用場景

除了醫(yī)療領(lǐng)域，納米機(jī)器人在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。

納米機(jī)器人的種類

目前已存在的微納米機(jī)器人按照驅(qū)動機(jī)理, 可分為自驅(qū)動(自動)、外場驅(qū)動(非自動)2種類型。

自驅(qū)動微納米機(jī)器人是指微納米機(jī)器人自身能夠從所處流體環(huán)境中獲得動力, 從而產(chǎn)生運(yùn)動, 按照獲得動力的方式不同, 可分為自電泳驅(qū)動、自擴(kuò)散泳驅(qū)動、自熱泳驅(qū)動、氣泡驅(qū)動等方式。而外場驅(qū)動微納米機(jī)器人指的是只有在施加外場的作用下才能發(fā)生運(yùn)動的一類微納米機(jī)器人；它們并不能從周圍環(huán)境中獲得動力, 因此當(dāng)沒有施加外場時(shí)，這類微納米機(jī)器人不會產(chǎn)生運(yùn)動(不包括布朗運(yùn)動)；根據(jù)外場的性質(zhì), 外場驅(qū)動的方式可分為磁場驅(qū)動、聲場驅(qū)動、光驅(qū)動等。

醫(yī)用納米機(jī)器人的研發(fā)情況

近10年來，醫(yī)用納米機(jī)器人的研發(fā)取得不少可喜的成果。2006年，日本東京大學(xué)就成功將兩個(gè)分子機(jī)器人組裝在一起，形成了一個(gè)分子機(jī)器復(fù)合體。2010年5月，美國哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家成功研制出一種由脫氧核糖核酸(DNA)分子構(gòu)成的納米蜘蛛機(jī)器人，它們能夠跟隨DNA的運(yùn)行軌跡自由地行走、移動、轉(zhuǎn)向以及停止，并且它們能夠自由地在二維物體的表面行走。2012年7月美國佛羅里達(dá)大學(xué)的科學(xué)家研制出一種能夠100%地殺滅丙肝病毒的納米機(jī)器人。2013年6月，日本東北大學(xué)的科學(xué)家公布了一項(xiàng)研究報(bào)告，指出已成功研發(fā)出一種可摧毀癌細(xì)胞的納米機(jī)器人。2013年12月韓國全南大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)出可對大腸癌、乳腺癌、胃癌和肝癌等高發(fā)性癌癥進(jìn)行診斷和治療的納米機(jī)器人。2014年4月以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員成功地用DNA鏈造出了一種能在活動物體內(nèi)按照編制的程序執(zhí)行邏輯操作的醫(yī)用納米機(jī)器人。2016年加拿大蒙特利爾工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)研制出一款納米機(jī)器人，利用鞭毛，攜帶氧氣濃度測量感應(yīng)器、以及藥物，能夠在人體血管內(nèi)運(yùn)行并可以將抗癌藥物精準(zhǔn)地遞送到腫瘤細(xì)胞中。以色列科學(xué)家研制一種微型納米機(jī)器人，它可以在人體內(nèi)“巡邏”，可執(zhí)行一系列計(jì)算，檢查所在位置處信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指標(biāo)，在鎖定病灶后自動釋放所攜帶的藥物。2017年，日本東京大學(xué)和東京醫(yī)科齒科大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)“COINS”，成功開發(fā)出一種納米機(jī)器人（直徑僅30納米），表面由葡萄糖覆蓋，在大腦血管的特定蛋白質(zhì)與葡萄糖結(jié)合后，所攜帶藥物便能連帶通過血腦障壁運(yùn)送至大腦，結(jié)果表明效果更比常規(guī)藥物高出約100倍。2018年1月，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家表示已將電場驅(qū)動作用應(yīng)用到納米機(jī)器人中，該納米機(jī)器人被用在醫(yī)學(xué)診斷和藥物開發(fā)上。2019年，納米醫(yī)療技術(shù)專家、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院助理教授Simone Schuerle團(tuán)隊(duì)及麻省理工學(xué)院，成功發(fā)明一種由3D打印而成、表面涂有鎳鈦雙涂層、可受外部磁場操控的螺旋狀微型機(jī)器人（長度約為36微米、體積只有細(xì)胞大小），其可向腫瘤等病變組織輸送納米顆粒藥物，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的靶向給藥；研究結(jié)果顯示效果是普通輸送方法的兩倍。2019年7月，加州理工學(xué)院研究人員（Zhiguang Wu，Lei Li，Yiran Yang，Peng Hu，Yang Li，So-Yoon Yang，Lihong V. Wang，Wei Gao）宣布一項(xiàng)重大科技突破：借助光聲斷層成像技術(shù)，實(shí)時(shí)控制納米芯片機(jī)器人，讓它們準(zhǔn)確抵達(dá)人體某個(gè)部位（比如腸癌病人的腸道腫瘤處），進(jìn)而讓納米機(jī)器人實(shí)現(xiàn)藥物遞送，或進(jìn)行智能微手術(shù)。

2017年7月，以色列理工學(xué)院羅素·貝里納米科技研究所、德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所和德國斯圖加特大學(xué)物理化學(xué)研究所得研究人員制備出一種在凝膠中（透明質(zhì)酸凝膠液）可以移動的微小螺旋形狀的螺旋槳納米機(jī)器人，由硅和鎳制成的細(xì)絲組成，直徑70納米、長400納米，在體外通過磁場驅(qū)動。2017年8月，英國杜倫大學(xué)、美國萊斯大學(xué)以及北卡羅萊納州立大學(xué)科學(xué)家們研發(fā)出一種可被光激活的納米機(jī)器人：當(dāng)被光激活后，這種納米機(jī)器人可以在數(shù)分鐘內(nèi)鉆入癌細(xì)胞并殺死它們。2017年11月，香港中文大學(xué)張立教授和曼徹斯特大學(xué)Kostas Kostarelos教授研究團(tuán)隊(duì)推出第一款可生物降解的納米機(jī)器人，其由螺旋藻、鐵磁涂層制成。2018年1月，11名來自不同國家的學(xué)者合作利用納米級3D打印來制作螺旋形機(jī)器人，并在其中添加了光滑的涂層和磁性材料，進(jìn)而使用磁場將微型機(jī)器人推進(jìn)眼睛；研究結(jié)果顯示，其在不到30分鐘內(nèi)成功到達(dá)視網(wǎng)膜，比相似大小的顆粒通過眼睛的速度快10倍。2018年4月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張廣玉、李隆球教授和美國加州大學(xué)圣地亞哥分校約瑟夫·王教授合作，采用仿生原理，首次發(fā)明了一種由振蕩磁場驅(qū)動的鎳-銀-金-銀-鎳多金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)納米機(jī)器人，由多節(jié)柔性鉸鏈組成，雙臂交替運(yùn)動形式使其運(yùn)動速度可達(dá)到每秒60個(gè)身長，約為其他同類柔性納米機(jī)器人的10倍，可廣泛應(yīng)用于藥物靶向輸運(yùn)和腫瘤精準(zhǔn)治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

回歸國內(nèi)，2018年2月，國家納米科學(xué)與技術(shù)中心趙宇亮、丁寶全、聶廣軍聯(lián)合美國亞利桑那州立大學(xué)Hao Yan博士研發(fā)了一種基于DNA折紙技術(shù)制成的納米機(jī)器人，可以用攜帶凝血酶精準(zhǔn)定位到腫瘤細(xì)胞，阻斷血液供應(yīng)來影響腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，進(jìn)而有效殺死腫瘤細(xì)胞，并且在多種小鼠腫瘤模型中取得了較好結(jié)果的同時(shí)也沒有引起明顯的免疫反應(yīng)；該技術(shù)可用于多種類型癌癥。2018年哈爾濱工業(yè)大學(xué)青年教師吳志光副教授與德國馬普智能系統(tǒng)所皮爾菲舍爾（P.Fischer）教授團(tuán)隊(duì)合作，首次實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在眼睛玻璃體中可控、高效地集群運(yùn)動——研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種表面涂覆納米液態(tài)潤滑層的螺旋形磁性納米機(jī)器人（直徑僅為500納米），以其在外源磁場的引導(dǎo)下有效地克服生物分子的黏附，完成長距離可控集群運(yùn)動，到達(dá)指定位點(diǎn)。2019年5月南京師范大學(xué)毛春教授團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種血小板膜修飾、可自主運(yùn)動的多級孔納米機(jī)器人，用于連續(xù)靶向給藥以實(shí)現(xiàn)短期溶栓和長期抗凝的目的：在體外測試條件下，納米機(jī)器人在血栓中的穿透深度是無運(yùn)動能力粒子的3倍左右；該納米機(jī)器人在血栓中的滯留率從15%提高到26%左右。2020年3月，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員團(tuán)隊(duì)研制出一款微納機(jī)器人，以微藻作為活體支架，“穿上”磁性涂層外衣，靶向輸送至腫瘤組織，利用光合生物雜交微納泳體系統(tǒng)的光合作用，成功改善腫瘤乏氧微環(huán)境并有效實(shí)現(xiàn)磁共振/熒光/光聲三模態(tài)醫(yī)學(xué)影像導(dǎo)航下的腫瘤診斷與治療。2020年7月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)研制成功一種超聲驅(qū)動的液態(tài)金屬針狀游動納米機(jī)器人——以液態(tài)金屬鎵為材料，通過結(jié)合納米孔模板塑性成形和細(xì)胞膜包覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)了白細(xì)胞膜表面?zhèn)窝b液態(tài)金屬鎵針狀游動納米機(jī)器人的批量制造，其不但具有變形、融合能力，還能夠克服血液污損并完成主動藥物遞送和癌細(xì)胞光熱治療。2020年8月，唐本忠院士和深圳先進(jìn)技術(shù)研究院蔡林濤、張鵬飛、龔萍采用自然殺傷（NK）細(xì)胞膜包裹具有近紅外二區(qū)熒光性質(zhì)的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）有機(jī)半導(dǎo)體骨骼材料，制造出NK細(xì)胞仿生AIE納米機(jī)器人，并且將其應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤診斷與治療——高對比度（T/NT比~60）地診斷腦膠質(zhì)瘤、通過光熱治療能有效地抑制腦膠質(zhì)瘤的生長、高效穿透BBB的給藥工具。

醫(yī)用納米機(jī)器人的運(yùn)作原理

納米醫(yī)療機(jī)器人的輸入端是人體和一些外在的信號，經(jīng)過處理之后，會生成相應(yīng)的輸出。舉例來說，在輸入端，能夠控制和驅(qū)動納米機(jī)器人的有磁場、超聲波、溫度、光感等等；而輸出的信息則可以是pH值的變化、生物標(biāo)記物的釋放，甚至是微型氣泡等可以用來表征疾病的信號。通過處理之后，我們就可以獲得診斷信息，甚至還可以把納米機(jī)器人作為一個(gè)醫(yī)療工具，來進(jìn)行癌癥的診斷和更好的治療。

歐美日以引領(lǐng)，中國為后起之秀

從研發(fā)機(jī)構(gòu)數(shù)量、研究熱度、起步時(shí)間等方面來看，歐美等西方國家一如既往是前沿科技的領(lǐng)頭羊和踐行者；中國在國家納米科學(xué)中心成立后，學(xué)界對于納米機(jī)器人用于醫(yī)療領(lǐng)域的研究便不斷涌現(xiàn)，各大科研院所、高校等日漸成規(guī)模，哈工大、沈陽自動化研究所等扛起了大旗，高質(zhì)量、原創(chuàng)性的研究成果加快彌補(bǔ)國內(nèi)及國際上的缺陷。

從市場區(qū)域分布來看，北美地區(qū)是納米機(jī)器人的主要市場，其納米機(jī)器人市場的復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)為12.2%——預(yù)計(jì)到預(yù)測期結(jié)束時(shí)，將從2016年的550億美元增至730億美元；歐洲地區(qū)是納米機(jī)器人的第二大主要市場；由于這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用需要醫(yī)療機(jī)構(gòu)的大量資金投入，同時(shí)也需要加強(qiáng)對員工的培訓(xùn)，亞太地區(qū)預(yù)計(jì)將是納米機(jī)器人增長最快的市場。

具體場景的研究范圍不斷擴(kuò)大，腫瘤成最熱細(xì)分方向

通過上述對文獻(xiàn)的梳理，我們發(fā)現(xiàn)，截至目前學(xué)界對醫(yī)療納米機(jī)器人的研究不再局限于某單一應(yīng)用領(lǐng)域，包括癌癥治療、眼科治療、醫(yī)學(xué)診斷和藥物開發(fā)等多方向。但是由于癌癥的高發(fā)、治療難度高、根治手段還不存在等原因，因而學(xué)術(shù)界從對醫(yī)用納米機(jī)器人展開最初研究始便將其應(yīng)用場景鎖定在腫瘤治療方向上，對癌癥治療納米機(jī)器人的研究上獲得更多進(jìn)展，并且取得了眾多的突破性成果。

極小部分進(jìn)入商業(yè)化，價(jià)格漸親民

目前，世界上還沒有能夠真正通過血液系統(tǒng)進(jìn)入人體的微納米機(jī)器人?？缮逃没尼t(yī)用微型機(jī)器人僅以膠囊機(jī)器人為代表，主要運(yùn)用于胃鏡檢查等領(lǐng)域，使用領(lǐng)域相對局限。2017年，中國磁控膠囊胃鏡機(jī)器人問世，一舉打破了國外廠商在膠囊內(nèi)鏡領(lǐng)域二十多年的壟斷，此舉也讓中國在納米機(jī)器人商用化上走在了全球前列。其產(chǎn)品已經(jīng)出口英國、德國、韓國、日本、意大利、西班牙等多個(gè)國家及地區(qū)，獲得了60余項(xiàng)國際發(fā)明專利。通過查詢相關(guān)網(wǎng)站，現(xiàn)在運(yùn)用該機(jī)器人進(jìn)行檢查的價(jià)格是幾千元人民幣左右，較之前上萬元的價(jià)格有大幅下降；但在國內(nèi)仍未納入醫(yī)保體系，需自費(fèi)。

精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃為方向指引，二者契合點(diǎn)極高

精準(zhǔn)醫(yī)療可以通過更精確的診斷，預(yù)測潛在疾病的風(fēng)險(xiǎn)，提供更有效、更有針對性的治療，預(yù)防或干預(yù)某種疾病的發(fā)生。在此背景下，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，技術(shù)進(jìn)步推動基因組測序、靶向藥物研制、細(xì)胞免疫治療、基因治療等進(jìn)入新的階段。從醫(yī)療模式來看，精準(zhǔn)醫(yī)療改變了以往簡單式的醫(yī)患互動關(guān)系，強(qiáng)調(diào)針對病患全面全程的觀察診斷，并提出差異性，個(gè)性化的醫(yī)療方案，這與醫(yī)用納米機(jī)器人的理念不謀而合。另據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)2022年精準(zhǔn)醫(yī)療市場規(guī)模有望突破千億元；集邦咨詢預(yù)估，2025年全球市場規(guī)模將達(dá)到881億美元。精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃為納米機(jī)器人加快商用化提供強(qiáng)勁的后續(xù)動力。

醫(yī)療納米機(jī)器人優(yōu)勢明顯，潛力大

就其優(yōu)勢來看：首先，納米機(jī)器人個(gè)頭很微小，肉眼基本無法觀察，因而能夠在身體里游離，病人更容易被治療；其次，正常手術(shù)需要?jiǎng)拥读舭毯?，納米機(jī)器人則完全不需要，因而其對人體傷害更??；再次，在納米尺度范圍內(nèi)的操作可由納米機(jī)器人執(zhí)行，會使操作更加智能化；最后，納米機(jī)器人最大特征為定向治療，對身體進(jìn)行診斷后，只對其出現(xiàn)問題的部位進(jìn)行診療，不會對身體其他正常部位造成損害。綜上可以看出，將納米機(jī)器人用到醫(yī)療領(lǐng)域之后，治療疾病不用再“小題大做”，更不會產(chǎn)生任何副作用，其必將變革醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。

生存理念顯著變化，高質(zhì)量、個(gè)性化醫(yī)療是趨勢

在消費(fèi)升級、健康管理意識的提升與變革、新型醫(yī)療科技的追求、新事物接受程度提高等因素的綜合作用下，患者對無痛、無傷、隨治隨走、希望治療方案只對患病部位進(jìn)行診療而無害好的身體部位等方面的需求日益擴(kuò)大。高質(zhì)量、個(gè)性化醫(yī)療催生醫(yī)用納米機(jī)器人巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)呈現(xiàn)爆炸式進(jìn)步，未來科技成現(xiàn)實(shí)

醫(yī)用納米機(jī)器人涉及化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)等多種交叉學(xué)科。主要由機(jī)器人、納米科技組成。機(jī)器人逐漸大規(guī)模商用化，相關(guān)核心技術(shù)不斷獲得突破；另一方面，學(xué)術(shù)界對納米科技的研究熱情不斷高漲，成果日益豐碩。多種因素助推之下，相關(guān)科技的核心技術(shù)呈現(xiàn)爆炸式突破，因而納米機(jī)器人的發(fā)展遇上了前所未有的機(jī)遇期，醫(yī)用納米機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)成果變成現(xiàn)實(shí)日益成真。

國際市場規(guī)模

BCC研究預(yù)計(jì)，生命科學(xué)領(lǐng)域納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用的全球市場在2019年將達(dá)到178億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到338億美元，未來五年的復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)為13.7％，銷量（例如納米顆粒、納米球、納米膠囊和量子點(diǎn)）將在未來五年內(nèi)持續(xù)增長。

據(jù)針對多個(gè)相關(guān)納米機(jī)器人的垂直行業(yè)預(yù)測，全球納米機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1000億美元，復(fù)合年增長率為21%。機(jī)器人技術(shù)的突破性發(fā)展有望為納米機(jī)器人創(chuàng)造有利的需求。

國內(nèi)市場規(guī)模

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，截至2017年中國納米技術(shù)市場規(guī)模約為200億美金左右。我國微納米市場雖然需求旺盛，但是微米納米產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的起步階段，現(xiàn)在全國研究機(jī)構(gòu)約有300家左右，各類企業(yè)一共有300家左右。中國本土企業(yè)也只能占到50億美金左右的市場。

納米機(jī)器人制備技術(shù)加快創(chuàng)新

目前比較常見的微納米機(jī)器人的制備方法包括電沉積技術(shù)、物理氣相沉積技術(shù)、自卷曲技術(shù)、可控組裝技術(shù)、3D打印技術(shù)和生物雜化技術(shù)。

要讓微納米機(jī)器人具有更高的運(yùn)動效率，形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必不可少；而為了滿足設(shè)計(jì)的需要，能夠低成本、大規(guī)模、對環(huán)境無害地制備出相應(yīng)微納米機(jī)器人的微加工制造技術(shù)仍然需要不斷發(fā)展。現(xiàn)有的制備技術(shù)或多或少存在各自的缺陷——能制造出復(fù)雜形狀、制備過程簡單，以及對環(huán)境影響小，三者很難同時(shí)滿足；而其余兩種，3D打印技術(shù)的打印設(shè)備價(jià)格昂貴、打印材料十分有限,、生物組分十分稀少。制備技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展將使低成本、大批量、多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的微納米機(jī)器人生產(chǎn)成為可能，進(jìn)而助推其真正實(shí)現(xiàn)商用化。

制備材料安全性、可降解性進(jìn)一步提高

在納米機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用過程中，最突出的風(fēng)險(xiǎn)是用于制造納米機(jī)器人的納米顆粒的安全性問題。由于對所使用的納米材料缺乏全面的了解，在納米機(jī)器人制造過程中所使用的一些納米材料可能會存在著潛在的毒性。某些納米顆粒的毒性已經(jīng)得到了一些研究團(tuán)隊(duì)的證明，并受到的科學(xué)家們特別關(guān)注。

在納米顆粒的眾多潛在危害中，最主要的一種就是納米顆粒的不可溶解性。一些研究已經(jīng)顯示了人體內(nèi)的納米顆?？梢圆皇茏璧K地進(jìn)入到人體的健康細(xì)胞中，甚至可以通過血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入到大腦中，并干擾健康細(xì)胞和組織的正常工作。目前，安翰科技成功商業(yè)化的世界上第一個(gè)消化道膠囊內(nèi)鏡機(jī)器人，其就無法在體內(nèi)降解，檢查完成需排除體內(nèi)。液態(tài)金屬鎵、鎳等被認(rèn)為是其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的理想材料。

實(shí)時(shí)控制技術(shù)類型逐漸豐富，不斷成熟

實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在人體內(nèi)進(jìn)行可控自主運(yùn)動，一直是一個(gè)難題。實(shí)時(shí)控制技術(shù)的出現(xiàn)將使它們準(zhǔn)確抵達(dá)人體某個(gè)部位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藥物遞送，或進(jìn)行智能微手術(shù)。目前，科研界已經(jīng)開發(fā)出光聲斷層成像技術(shù)、體內(nèi)熒光成像實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)、磁共振成像技術(shù)等，可有效實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人在體內(nèi)實(shí)時(shí)的信息反饋，讓醫(yī)生密切對其“監(jiān)視”。

集群運(yùn)動將是研究重點(diǎn)

磁場作為驅(qū)動和控制微納米機(jī)器人的最主要方式之一，目前在研究領(lǐng)域也已經(jīng)取得了越來越多的不錯(cuò)成果，但主要還是以單一機(jī)器人為研究對象，對于多個(gè)機(jī)器人或集群機(jī)器人同時(shí)控制等方面研究尚少，學(xué)者初步對其集群機(jī)制開展探索。據(jù)相關(guān)研究，我們發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)涉及群體控制的納米機(jī)器人主要為光驅(qū)動、化學(xué)梯度驅(qū)動，并取得了有關(guān)成果；但總體來看均不太適合長期應(yīng)用。沈陽自動化研究所實(shí)驗(yàn)室副主任劉連慶認(rèn)為未來醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)將在微納米機(jī)器人的群體控制方面。而想要突破這一技術(shù)難題可能還需要5-10年的時(shí)間。在制備方式、驅(qū)動模式等環(huán)節(jié)日益成熟的前提下，集群控制將成為下一階段研究的熱點(diǎn)，以及真正產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

用于癌癥的靶向治療會加速落地

由于癌癥疾病的難以預(yù)防和死亡比例的日益增高，癌癥治療的新型醫(yī)療手段更是成為重點(diǎn)發(fā)展方向。醫(yī)療資源的匱乏和人口老齡化等問題，也使得癌癥治療納米機(jī)器人的發(fā)展受到社會各方面的重視，深度研發(fā)癌癥治療納米機(jī)器人成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。目前，癌癥治療納米機(jī)器人的研究仍處于研發(fā)初級階段，還未能在臨床實(shí)現(xiàn)。在未來，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展和學(xué)科交叉的融合進(jìn)步，癌癥治療納米機(jī)器人必然擁有廣闊的前景和發(fā)展空間。我們認(rèn)為隨著各國國家政府繼續(xù)大力支持癌癥治療納米機(jī)器人的研發(fā)，該新型產(chǎn)業(yè)將會有著廣闊的落地前景，DNA納米機(jī)器人或?qū)⒆钕嚷涞亍?/span>