物理导论论文

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1、浅谈纳米机器人的发展和趋势及其生物医学应用摘要：“纳米机器人^一词己经频繁出现在各类媒体中，成为了科学界的热门话题，21世纪是生命科学的时代，纳米技术与生物医学结合而形成的纳米生物学将是21世纪生命科学的重要组成部分，而纳米机器人也将会是纳米生物学中最具有诱惑力的成就。介绍了机器人技术与纳米科技的结合，微型机器人的出现和应用以及各国在纳米生物机器人上面的研究，比如各国在研制纳米机器人中遇到的选择什么做驱动的问题、如何控制纳米机器人在人体内行走的问题等。从生物医学、人类生命科学应用的角度来看，各国在机器人技术与纳米技术的结合方面已经做了大量的研究，美国研制岀了输送治癌药物的纳

2、米机器人、清除血管垃圾的“纳米蜘蛛"，我国也研制出了“OMOM纳米胶囊内镜系统关键词:机器人；微型机器人；纳米机器人在2010年上海世博会上，近10个场馆中机器人的亮相，让还未真正在大众生活屮体验到机器人存在的参观者大饱眼福。然而，这些也仅仅是能够用肉眼观察到的机器人，早在上个世纪H本机器人学创始人——已故早稻山大学加藤一郎先生就曾预言“微型机器人''时代即将到来［1］。随着20世纪90年代纳米技术的兴起，人们对微型机器人的研究便在全世界范围内开花，特别是对纳米机器人在生物医学上应用的研究。1微型机器人的出现和应用1.1微型机器人的出现20世纪80年代后期微电子技术的快速发

3、展以及微电子技术与机械、光电等的结合，为微型机器人的出现提供了必要条件。随着晶体压电效应的发展以及超磁致伸缩材料磁一机耦合技术的应用，新型微驱动研发的成功成为了微型机器人发展的重要基础［2］。1.2微型机器人的应用微型机器人结构和元器件都微小、精密，可以在人类及其他机器人所无法进入的场合下进行定位以及各类微细操作，微型机器人的研究是微机电系统技术发展的一个重要分支，其应用前景十分广泛。如：微型管道机器人应用在狭小管道或者缝隙中；纳米级别的微型医用机器人可以在人体内甚至血管等里面进行诊疗；具有隐蔽性的微型军用机器人可以很好的用来进行侦查工作，大大降低了风险等。2纳米机器人的概

4、念和现状2.1纳米机器人的概念和应用一般认为，纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型，在纳米尺度上应用生物学原理，研制可编程的分子机器人。它是纳米机械装置与生物系统有机结合的产物。当人体某个部分感染时往往会服用或注射抗生素，但是抗生素在血液里会被稀释，真正起到治疗效果的只有一小部分药物，大部分药物只是对人体产生了副作用，利用纳米机器人则可以直接把小剂量的药物送至感染部位，减少了副作用，还提高了治疗效果。在生物医学上，科学家们还利用纳米技术制造纳米机器人，让它在人的血管网络中漫游，进行巡逻和检查，尽早发现异常细胞，而且可以对人体内细胞组织进行修复。它不仅可以完成早期诊

5、断工作，更重要的是可以充当微型医生而发挥治疗作用，解决传统医生难以解决的问题[3],如：杀死癌细胞，疏通血栓，清除动脉脂肪沉积物等。这种简单的机器人，可以是一个叫做respirocyte的人造红细胞，约由1800万个主要是碳的原子构成，能模仿正常的充满血红素的血红细胞行为，该装置上的压力传感器可接收医生的信号[4],在人体内的它们还可以实时监测人体在不同条件下的各类信息，如不同时间人体内不同位置处的各类化合物的水平，从而形成动态图像，形成了一种新的医学成像方法[5]o纳米机器人还可以用来为人体器官做手术、为脑部动手术等[6]。正因此，世界各国的科研小组一直不断致力于研制医用

6、纳米机器人。图1如图1所示，为《自然》杂志今年所发表的美国最新研制的用于输送致癌药物的纳米机器人结构示意图，它为我们揭开了纳米机器人神秘的面纱。图1输送约物的纳米机器人构造示意图科学家们曾经因为找不到纳米级别的驱动装苣作为纳米机器人的发动机，而怀疑纳米机器人能否被人类制造出来，不过现在，科学家已经发现了利用自然界本身的生物分子来完成零件组装，甚至打算采用例如精子类的分子作为纳米机器人的驱动。纳米机器人发展到现在仍处于一个初始用于游泳的尾巴有效载荷微型摄像机电容器阶段，有人给纳米机器人的发展大致分成了三代：第一代，是把生物系统和机械系统有机结合的新系统；第二代，是由原子或者分

7、子装配成的具有特定功能的纳米尺度的分子装置；第三代，可能是包含有纳米计算机的一种可以进行人机对话的装置［7］。2.2近年来国外对纳米机器人研究的情况2.2.1北美2004年5月8日英国《新科学家》周刊报道，美国纽约大学科学家研制出一个双足分子机器人，其腿是由36个碱基组成的DNA片段,外形看起來像一只两脚圆规。该机器人脚底装有微小吸盘，可以与同样装有微小吸盘的路径相连，科学家的目标是使其可以运东西，比如原子。科学家还希望通过进一步的研究可以使其为精密医学的工具⑻。2005年，很多报刊杂志都曾报道过，美国加利福尼亚大