沈羡云
纳米是长度单位，1纳米只有1米的十亿分之一。1纳米中只能排三四个原子，比单个细菌、红血球和病毒的长度还要小得多。如果我们做成一个直径只有1纳米的小球，将其放在一个乒乓球上，从比例上看，就相当于把1个乒乓球放在地球上。有了纳米技术，我们就能够从分子水平上认识世界，改善人类的整个生命系统。纳米技术自发明以来，已经在医学的多个领域得到应用。目前，科学家通过精心设计，已成功将微纳米机器人应用于生物探测、智能载药、可控药物释放、血栓清除、杀死肿瘤细胞、环境污染物监测、环境治理、微纳米组装等多个领域。下面我们将介绍这些领域取得的部分进展。
我们平时用药，通常采用口服或打针的方式，如果将药物变成纳米尺寸的颗粒，就可以让皮肤来“吃”（即吸收）药物。如果把这种纳米药物做成膏药，贴在患处，皮肤就可以直接吸收药物，免去针管注射的痛苦和感染等副作用。有半数以上的新药存在难以溶解和吸收的问题，如果将药物变成纳米粉或纳米粉的悬浮液，则会很容易被人体吸收。此外，一般药物没有靶向和定位释放的功能，纳米药物却可以做到此点。
纳米技术与药学相结合，将药物与辅料制成粒径为1～1000 nm 的载药粒子（如纳米粒、纳米脂质体、纳米乳）或纳米药物晶体，便衍生出了纳米药物。根据纳米药物生产方式不同，大体分为两类：一类是将纳米颗粒作为药物载体，把药物溶解后包裹于内，或者吸附在载体表面；
另一类是将原材料加工制成的纳米粒作为诊疗药物。
众所周知，呼吸是人最重要的生命体征之一，一旦停止呼吸，生命也将终止。人时刻都在呼吸，这是因为我们需要氧气，尤其在运动时，呼吸显得更为重要。当我们奔跑的时候，往往会觉得很累，这是因为剧烈运动要消耗很多氧气，而呼吸又不能马上补充这种消耗，因此造成身体不能得到充足的氧气，就会觉得筋疲力尽。有没有可能让我们总能得到充足的氧气呢？这种愿望是有可能实现的。科学家正试图利用纳米技术制造一种红细胞，它不仅可以补充人在运动时的氧需求，而且在人出现意外时，它也是一颗“救命丸”。
我们知道，脑细胞缺氧6～10分钟后即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现功能衰竭。设想有一种装备超小型纳米泵的人工红血球，携氧量是天然红血球的200倍以上，当人的心脏因意外突然停止跳动时，医生可以马上将大量的这种人工红血球注入人体，提供生命赖以生存的氧，以维持整个肌体的正常生理活动。纳米技术专家初步设计了一种纳米人工红细胞，它的原理是用一个可以双向旋转的涡轴的選通栅门来控制氧气从小球中释放，通过调节涡轴旋转的速度和方向，使小球内的氧气根据人体需氧的多少以一定的速率释放到外部血液中，同时使供氧装置在富氧的地方具有吸收氧气的功能，而在需氧的地方具有释放氧气的功能。初步设计的纳米人工红细胞是一个金刚石的氧气容器，内部有1000个大气压，泵动力来自血清葡萄糖，它输送氧的能力是同等体积天然红细胞的200多倍。它可以应用于贫血的局部治疗以及人工呼吸、肺衰竭和体育运动需要的额外耗氧等。
谈到机器人，你脑中浮现出什么？一定是那些巨大的机器怪兽，妩媚的人形机器人吧。现在科学家正在研制一种小到纳米级的机器人。纳米机器人的概念最早是由诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼于1959年提出的。他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至原子作为建筑构件，在极其小的空间里构建物质。
纳米机器人的研制属于分子仿生学范畴，它根据分子水平的生物学原理设计制造，并在纳米空间控制、操作。纳米机器人将在各个领域发挥巨大作用，尤其在医学领域中，它可以精准杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉内的脂肪沉积、清洁伤口等。下面仅举几个例子说明。
饿死癌细胞
恶性肿瘤是危害人类健康的一大杀手。肿瘤的血管系统与肿瘤的生长、侵袭及转移密切相关。通过阻塞肿瘤血管的营养和氧气输运从而“饿死”肿瘤的治疗思路目前已广泛应用于肝癌等恶性肿瘤的物理介入治疗。血液中的凝血酶是肌体凝血系统的一种关键酶，能够快速、高效地诱导血栓形成。如果将凝血酶作为特定的“货物”装载在纳米机器人的内部，通过靶向运输并精确释放至肿瘤血管，诱导凝血产生血栓，就可以通过栓塞肿瘤达到高效抑制肿瘤生长和转移的目的。
根据这种看似“异想天开”的设想，中国纳米科学中心团队研制了一种DNA纳米机器人，用于运输凝血酶进行肿瘤治疗。其工作原理是利用DNA折纸术构建智能化的分子机器，将“货物”——凝血酶包裹在分子机器的内部空腔，使其处于一种非活性状态；
分子机器两端装载“雷达”——核酸适配体，提供靶向识别和定位功能。当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时，纳米机器上的“锁”识别特异标志物发生结构变化，使得“锁”从闭合状态变为开启状态，整个纳米机器由管状结构打开变为平面结构，暴露出内部装载的“货物”，进而实现诱导栓塞的功能。中国纳米科学中心团队在细胞和活体水平分别进行了验证，结果显示这种DNA纳米机器人可以实现凝血酶在活体内的精准运输和定点栓塞，对于很多癌症都有良好的治疗效果。
血栓的克星
人体的血液就像水，血管就像水管，血栓就像塞子，塞子会随着水到处游走，当管子直径小于塞子时，塞子就通不过，将会发生堵塞。如果塞子将水管堵住了，那么水将过不去；
如果血液中出现血栓，血液就无法流遍全身，将会发生生命危险。血栓虽小，但危害却很大。用纳米机器人清除血栓是一种好方法。
科学家研究出一种用模拟野生蜂群的纳米机器人消除血栓的方法，这一突破性方法迈出了血栓治疗的第一步。科学家通过振荡磁场创造了具有高重组性的带状“蜂群”，该“蜂群”由上千万个磁性纳米粒子组成，每个纳米粒子的长度不超过1微米，不到血红细胞直径的五分之一。当程序员对磁场进行调节的时候，纳米机器人所组成的“超微型蜂群”能够产生扩张、收缩、分裂、合并等結构变化，并且精确度非常高。外科医生可以通过操控纳米机器人来治疗存在于密集复杂血管之间的血栓，并将抗凝血药物送至细胞。这种纳米机器人为治疗血栓提供了新思路。
药物运输员
将药物准确地运送到人体需要的部位，是提高药物治疗效果、降低副作用的关键因素。传统的药物运输载体主要依赖系统的循环，缺少定点运输、组织渗透等驱动导航能力，而纳米机器人却能克服这些缺点，成为药物运输的理想载体。纳米机器人可以实现药物的快速、精准释放，并提高药物疗效、减轻副作用。
以色列科学家最近研制出一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，锁定病灶后可以自动释放所携带的药物。当你感冒时，医生不用给你打针开药，而是将纳米机器人植入你的体内。这种机器人可以在人体内探测感冒病毒的源头，并到达病毒所在处，直接释放药物杀灭病毒。
瑞士科学家受细菌启发，研发出一种可以在人体体液中游动的柔性机器人，它可把救命药物送到人体内难以到达的地方。这种机器人具有生物相容性，能够根据需要改变形状，并且可以通过狭窄的血管。这种机器人采用的是水凝胶纳米复合材料。研究人员在这种材料中加入磁性纳米颗粒，以感应周围电场的变化。这些机器人被“编程”后，根据指令或提前变形，或利用流体流动自行导航通过腔体。
纳米蜘蛛机器人
美国哥伦比亚大学研究人员成功研制出一种由DNA分子构成的纳米蜘蛛机器人，它能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、转向以及停止。这种纳米蜘蛛机器人的直径仅有4纳米，不到人类头发直径的十万分之一。虽然以前研制出的DNA分子机器人也具有行走功能，但不会超过“3步”，而纳米蜘蛛机器人却能行走100纳米的距离，相当于行走“50步”。
在医疗领域，“早发现，早治疗”已经成为一个医学常识，但传统检测技术的检测精度和准确度都难以达到“早发现”的要求。因此，在检测和诊断疾病方面，科学家将目光转向纳米技术。
纳米粒子在疾病的诊断和治疗方面均具有独特的作用。纳米粒子不仅可以在体内特定区域进行造影从而对局部环境信息进行反馈，还能作为诊断设备的关键组成部分，在体外对血液等样品进行快速检测。医生利用纳米技术可以减少疾病检测的时间和成本，挽救更多的生命。
纳米成像技术
纳米材料在生物医学成像应用中表现出许多优良的物理特性。在纳米成像领域， 小型超顺磁性氧化铁纳米颗粒已被广泛用作磁共振成像造影剂，进行癌症成像检测。与传统的诊断方法相比， 纳米成像技术甚至可以提前几年发现一些癌细胞。
纳米探针
纳米探针是一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级。医生根据不同的诊断和检测目的，将纳米探针植入人体后，或定位于体内的不同部位，或让纳米探针随血液在体内运行，纳米探针则可随时将体内的不同部位或血液内的各种生物信息反馈到体外记录装置。此技术将来有望成为医学界最常用的手段。
纳米细胞检疫器
纳米细胞检疫器又称纳米秤，能称出质量为10-9克的物质，即相当于1个病毒的重量。纳米细胞检疫器可定点用于人体口腔、咽喉、食管、气管等部位的检疫。
纳米传感器
纳米传感器将其细小的尖端插入活细胞内，不仅不会干扰细胞的正常生理过程，还可以获取活细胞内的动态化学信息及整体的功能状态。中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究组在纳米增强的酶生物传感器研究方面取得了重要进展。此研究成果是采用四氧化三铁纳米颗粒构建高灵敏度葡萄糖生物传感器。研究表明，该生物传感器具有良好的抗干扰性，在实际血清的检测中表现出很好的检测效果。
纳米技术在医疗等领域的革命才刚刚开始，其发展也不如想象中的一帆风顺，主要有两个问题。第一个问题是纳米材料的安全性问题。纳米材料与其他材料相比，具有许多不同的物理、化学和生物学特性，人们对其潜在毒性、次级效应、生物降解能力也存在质疑。纳米粒子在完成药物递送或者组织成像后，其在体内的长期滞留过程目前还未被深入研究。这些粒子可能被降解或者被肾清除出体外，也可能聚集在个别器官与细胞发生作用。如何评价纳米医药的安全性和毒性，如何优化纳米技术使这些医药材料适合于人体生物系统，以及如何避免或降低可能出现的毒副反应，成为摆在人们面前的一个重要问题。第二个问题是工艺流程也存在诸多瓶颈。与生物工程和化学合成不同， 生物纳米颗粒的制备是物理过程， 颗粒中材料分子与活性物分子间有无数的排列组合方式， 而制备过程中无法用简单的方法进行监测。
综上所述，和其他前沿学科一样，纳米医学也充满了机遇和挑战。但我们完全可以相信，在不远的将来，随着人类对生物医学研究的深入以及生物安全性等问题的解决，纳米技术将成为医学研究和临床治疗中的一个重要手段，为许多重大疾病患者带来福音。
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