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长寿一直都是人类美好的追求。目前,随着纳米技术的发展,人类对运用纳米技术延长寿命开始有了新的期待。
美国人工智能专家雷·库兹维尔曾勾画的未来人类命运的蓝图中,最为闪光的论点就是人类基因可以实现“重新编程”,从而让生命脱胎换骨,健康地活上几百年。库兹维尔一直对新兴的纳米技术情有独钟,他深信,在不久的将来,人类的血液里可以被植入一种名为“纳米虫”的机器人装置,“纳米虫”的大小近似人体血液细胞,它能够从细胞及分子的层面让人体变得更为健康。
在不久以前,美国科学家就已经发明出了第一代“纳米虫”,且多次成功地在动物身上进行过实验。美国麻省理工学院的研究者已经拥有一种特殊的监测技术,可以利用“纳米虫”发现并消灭血液中的癌细胞。预计25年后,科学家将研制出比第一代“纳米虫”功能强大10亿倍的类似装置,用来进一步加快人类寿命增长的速度。届时,人类寿命将有望达到数百年。
准确杀死癌细胞
日前,据美国斯坦福大学一个研究小组透露,未来人类将有望通过碳纳米管治疗癌症。由于生物组织在近红外线光下是透明的,而碳纳米管可以吸收近红外线光,因此,如果将碳纳米管附在特定的癌细胞上,并用近红外激光照射,癌细胞将会被杀死而且不会损伤健康细胞。
此外,研究小组还证明了碳纳米管能把蛋白质和DNA携带入细胞内,以便于帮助传送药物或基因。与固态的球形纳米粒子相比,中空的纳米管有更多空间携带分子。研究小组希望能查明碳纳米管是如何进入分子的,最终到达哪里。掌握这些将有助于科学家确定使用哪种分子键附着在化合物上。一旦科学家掌握了纳米管最终达到的位置,他们就可以利用二硫键来附着药物或基因。
注射的不是药物
随着现代生物学和现代医学的不断发展,人类对生物学和医学等领域的研究内容早已从细胞、染色体等微米尺度的结构深入到了更小的层次,进入到了单个分子甚至分子内部的结构。这些极其微细的分子结构的特征尺寸大多在0.1~100纳米之间,属于纳米技术的尺度范围。现代医学认为,研究这些纳米尺度的分子结构和生命现象的学科,就是纳米生物学和纳米医学。具有划时代意义的人类基因组测序研究计划标志着人类已经进入了纳米生物学和纳米医学的基础应用研究领域。下面是一个并非幻想的预见。
马德里,2031年,在格雷戈里奥·马拉尼翁医院的心脏病房里,一位医生一边安慰着惊惶失措的病人家属,一边为一位刚入院的心肌梗塞病人进行注射。不一会儿,病人脸上痛苦的表情缓和下来,胸口的疼痛消失了,血管再次畅通无阻。这里,医生为病人注射的不是传统药物,而是纳米机器人。
纳米技术造就了极微机器人,而由于极微机器人技术在各大医院——至少是发达国家的各大医院中普及,因心肌梗塞这样的疾病而死亡的可能性将变得微乎其微。
传统的溶解血栓的药物往往不能及时地发挥作用,在治疗中需要较长的时间才能解除病人的痛苦。如果采用极微机器人来治疗,情况会好得多。当纳米机器人通过针管进入病人体内之后,这些形状类似于钻孔机,比白血球还要小的机器人立即能够找到血栓的位置。很快,所有的极微机器人都会聚集到血栓所在的位置,开始攻击这堵阻碍血液循环的“墙”。它们能在瞬间粉碎血栓,并将血栓的碎片带走,不需要任何外来指令,在它们之间有着先进的通信系统协调所有机器人的工作。不到一秒钟,血液就能通畅地循环了。
这并不是异想天开,而是科学家们对纳米技术的发展进行认真评估之后作出的大胆猜测。另外,在纳米科技的世界里,所有的物体都只有细胞大小,科学需要以科幻小说的方式来描述。虽然纳米科技刚刚起步,但发展十分迅速。
游走在血管里的纳米机器人
目前,不少国家正在研制在血液和细胞介质中工作的纳米医用机器人。这种极其微小的机器人能在血管中游走。它们可以用来捕捉和移动单个细胞,也可以用来清除血管壁上、甚至心脏动脉上的脂肪沉积物,由此减少心血管疾病的发病率。它们还可以进入人体组织的间隙里清除病毒细菌或癌细胞,甚至可以代替外科手术修复心脏、大脑和其它器官等。除了显微手术之外,还可以利用纳米医用机器人在人体内来回行走自如的能力,进行定位给药,将药直接送到损伤部位。也可以在人体内实施显微注射,将药物直接注射到病变的细胞内,以达到又快又好的疗效。除此之外,纳米医用机器人还可以对人体进行定期的健康检查。
纳米机器人的品种很多,它们可遨游于人体微观世界,随时清除人体中的一切有害物质,激活细胞能量,不仅能保持人体健康,而且还能延长人的寿命。例如,动脉粥样硬化的治疗机器人能够从动脉壁上清除粥样沉积物,这不仅会提高动脉壁的弹性,还会使通过动脉的血液流动状况得到改善;治疗肾结石的纳米机器人,以插入导管的方式将机器人引入到尿道内,直接到达肾结石所在的部位,并且直接把结石击碎。这可以通过直接应用超声波的方法来完成,也可以应用激光或者其它高强度的局部加热的方法来击碎结石……
中国特色的纳米中药
中药在我国具有几千年的历史,是世界医学宝库中的瑰宝。“纳米中药”是指运用纳米技术,制造粒径小于100纳米的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。“纳米中药”不仅可以提高药物的生物利用度,有效降低中药的毒副作用,增强临床疗效,而且更方便、更经济。如果将不易被人体吸收的药物做成纳米粉,则更容易被吸收;用纳米药物做成的膏药,可直接通过皮肤吸收,无需注射。
中药防病治病的物质基础来自于生物活性部位或活性化学。但是,生物机体对药物的吸收、代谢、排泄是一个极其复杂的过程,中药产生的药理效应不能只归功于该药物特有的化学组成,还与药物的物理状态有关。改变药物的单元尺寸是改变药物物理状态十分有效的方法。若将药物的单元尺寸减小至纳米尺度,药物的活性和生物利用度就可能得到大幅度提高,并可能产生新的药效。
研究表明,纳米技术可以改进一些中药药物的缺陷。中药纳米化后,能降低毒副作用,提高药效和生物利用度,从而减少病人的用药量,大量节约有限的中药资源。据专家预计,再过几年,纳米中药就能进入临床应用了。
迎接纳米医学时代
人类对客观世界的认识没有止境:一是向无限大的空间去探索:二是向无限小的微观世界去开拓。医学的每一步前进必然建立在科技发展的基础上,在这种巨大驱动力的背景下,一种新的认识微观世界的工具——纳米技术诞生了。
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在O.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。纳米技术被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有重要影响的一门热点学科,被世界各国列为21世纪的关键技术之一。目前,纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。专家预测,到2020年将出现一个全新的领域——纳米医学。它对于医学的发展具有深刻的含义,对于研究疾病的诊断和治疗具有重大的意义。
在纳米医学中的“纳米”,不仅意味着空间尺度,而且提供了一种对医学的全新认识方法和实践方法。相信通过“纳米医学”这一纳米科技分支学科的建立,将吸引广大纳米科技工作者和医学工作者关注纳米科技研究中的医学问题,这既有利于医学事业的发展,又有利于培养“坐而言,起而行”的科研、教学和临床人才,也将极大地丰富纳米科技和医学的知识宝库。从这里,新学科将会诞生,新材料将被创造,新概念和新理论将相继建立。
科学家相信,人类将在分子的水平上真正认识自己。人类基因序列图谱草图的绘制工作已经完成,有此知识基础,人类对人体本身的认识将可望达到分子的水平,并在细胞的分子结构和分子基因水平上真正认识和理解病变的机理,为彻底根治疾病提供理论基础。
美国人工智能专家雷·库兹维尔曾勾画的未来人类命运的蓝图中,最为闪光的论点就是人类基因可以实现“重新编程”,从而让生命脱胎换骨,健康地活上几百年。库兹维尔一直对新兴的纳米技术情有独钟,他深信,在不久的将来,人类的血液里可以被植入一种名为“纳米虫”的机器人装置,“纳米虫”的大小近似人体血液细胞,它能够从细胞及分子的层面让人体变得更为健康。
在不久以前,美国科学家就已经发明出了第一代“纳米虫”,且多次成功地在动物身上进行过实验。美国麻省理工学院的研究者已经拥有一种特殊的监测技术,可以利用“纳米虫”发现并消灭血液中的癌细胞。预计25年后,科学家将研制出比第一代“纳米虫”功能强大10亿倍的类似装置,用来进一步加快人类寿命增长的速度。届时,人类寿命将有望达到数百年。
准确杀死癌细胞
日前,据美国斯坦福大学一个研究小组透露,未来人类将有望通过碳纳米管治疗癌症。由于生物组织在近红外线光下是透明的,而碳纳米管可以吸收近红外线光,因此,如果将碳纳米管附在特定的癌细胞上,并用近红外激光照射,癌细胞将会被杀死而且不会损伤健康细胞。
此外,研究小组还证明了碳纳米管能把蛋白质和DNA携带入细胞内,以便于帮助传送药物或基因。与固态的球形纳米粒子相比,中空的纳米管有更多空间携带分子。研究小组希望能查明碳纳米管是如何进入分子的,最终到达哪里。掌握这些将有助于科学家确定使用哪种分子键附着在化合物上。一旦科学家掌握了纳米管最终达到的位置,他们就可以利用二硫键来附着药物或基因。
注射的不是药物
随着现代生物学和现代医学的不断发展,人类对生物学和医学等领域的研究内容早已从细胞、染色体等微米尺度的结构深入到了更小的层次,进入到了单个分子甚至分子内部的结构。这些极其微细的分子结构的特征尺寸大多在0.1~100纳米之间,属于纳米技术的尺度范围。现代医学认为,研究这些纳米尺度的分子结构和生命现象的学科,就是纳米生物学和纳米医学。具有划时代意义的人类基因组测序研究计划标志着人类已经进入了纳米生物学和纳米医学的基础应用研究领域。下面是一个并非幻想的预见。
马德里,2031年,在格雷戈里奥·马拉尼翁医院的心脏病房里,一位医生一边安慰着惊惶失措的病人家属,一边为一位刚入院的心肌梗塞病人进行注射。不一会儿,病人脸上痛苦的表情缓和下来,胸口的疼痛消失了,血管再次畅通无阻。这里,医生为病人注射的不是传统药物,而是纳米机器人。
纳米技术造就了极微机器人,而由于极微机器人技术在各大医院——至少是发达国家的各大医院中普及,因心肌梗塞这样的疾病而死亡的可能性将变得微乎其微。
传统的溶解血栓的药物往往不能及时地发挥作用,在治疗中需要较长的时间才能解除病人的痛苦。如果采用极微机器人来治疗,情况会好得多。当纳米机器人通过针管进入病人体内之后,这些形状类似于钻孔机,比白血球还要小的机器人立即能够找到血栓的位置。很快,所有的极微机器人都会聚集到血栓所在的位置,开始攻击这堵阻碍血液循环的“墙”。它们能在瞬间粉碎血栓,并将血栓的碎片带走,不需要任何外来指令,在它们之间有着先进的通信系统协调所有机器人的工作。不到一秒钟,血液就能通畅地循环了。
这并不是异想天开,而是科学家们对纳米技术的发展进行认真评估之后作出的大胆猜测。另外,在纳米科技的世界里,所有的物体都只有细胞大小,科学需要以科幻小说的方式来描述。虽然纳米科技刚刚起步,但发展十分迅速。
游走在血管里的纳米机器人
目前,不少国家正在研制在血液和细胞介质中工作的纳米医用机器人。这种极其微小的机器人能在血管中游走。它们可以用来捕捉和移动单个细胞,也可以用来清除血管壁上、甚至心脏动脉上的脂肪沉积物,由此减少心血管疾病的发病率。它们还可以进入人体组织的间隙里清除病毒细菌或癌细胞,甚至可以代替外科手术修复心脏、大脑和其它器官等。除了显微手术之外,还可以利用纳米医用机器人在人体内来回行走自如的能力,进行定位给药,将药直接送到损伤部位。也可以在人体内实施显微注射,将药物直接注射到病变的细胞内,以达到又快又好的疗效。除此之外,纳米医用机器人还可以对人体进行定期的健康检查。
纳米机器人的品种很多,它们可遨游于人体微观世界,随时清除人体中的一切有害物质,激活细胞能量,不仅能保持人体健康,而且还能延长人的寿命。例如,动脉粥样硬化的治疗机器人能够从动脉壁上清除粥样沉积物,这不仅会提高动脉壁的弹性,还会使通过动脉的血液流动状况得到改善;治疗肾结石的纳米机器人,以插入导管的方式将机器人引入到尿道内,直接到达肾结石所在的部位,并且直接把结石击碎。这可以通过直接应用超声波的方法来完成,也可以应用激光或者其它高强度的局部加热的方法来击碎结石……
中国特色的纳米中药
中药在我国具有几千年的历史,是世界医学宝库中的瑰宝。“纳米中药”是指运用纳米技术,制造粒径小于100纳米的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。“纳米中药”不仅可以提高药物的生物利用度,有效降低中药的毒副作用,增强临床疗效,而且更方便、更经济。如果将不易被人体吸收的药物做成纳米粉,则更容易被吸收;用纳米药物做成的膏药,可直接通过皮肤吸收,无需注射。
中药防病治病的物质基础来自于生物活性部位或活性化学。但是,生物机体对药物的吸收、代谢、排泄是一个极其复杂的过程,中药产生的药理效应不能只归功于该药物特有的化学组成,还与药物的物理状态有关。改变药物的单元尺寸是改变药物物理状态十分有效的方法。若将药物的单元尺寸减小至纳米尺度,药物的活性和生物利用度就可能得到大幅度提高,并可能产生新的药效。
研究表明,纳米技术可以改进一些中药药物的缺陷。中药纳米化后,能降低毒副作用,提高药效和生物利用度,从而减少病人的用药量,大量节约有限的中药资源。据专家预计,再过几年,纳米中药就能进入临床应用了。
迎接纳米医学时代
人类对客观世界的认识没有止境:一是向无限大的空间去探索:二是向无限小的微观世界去开拓。医学的每一步前进必然建立在科技发展的基础上,在这种巨大驱动力的背景下,一种新的认识微观世界的工具——纳米技术诞生了。
纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在O.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。纳米技术被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有重要影响的一门热点学科,被世界各国列为21世纪的关键技术之一。目前,纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。专家预测,到2020年将出现一个全新的领域——纳米医学。它对于医学的发展具有深刻的含义,对于研究疾病的诊断和治疗具有重大的意义。
在纳米医学中的“纳米”,不仅意味着空间尺度,而且提供了一种对医学的全新认识方法和实践方法。相信通过“纳米医学”这一纳米科技分支学科的建立,将吸引广大纳米科技工作者和医学工作者关注纳米科技研究中的医学问题,这既有利于医学事业的发展,又有利于培养“坐而言,起而行”的科研、教学和临床人才,也将极大地丰富纳米科技和医学的知识宝库。从这里,新学科将会诞生,新材料将被创造,新概念和新理论将相继建立。
科学家相信,人类将在分子的水平上真正认识自己。人类基因序列图谱草图的绘制工作已经完成,有此知识基础,人类对人体本身的认识将可望达到分子的水平,并在细胞的分子结构和分子基因水平上真正认识和理解病变的机理,为彻底根治疾病提供理论基础。