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DNA机器人离我们还多远?

你好张江 2020-11-13 09:44 次阅读

金秋时节,黄浦江畔顶流汇集。10月30日至11月1日,第三届世界顶尖科学家论坛在上海举行,包括61位诺贝尔奖得主在内,近140位诺贝尔奖、图灵奖、菲尔兹奖、沃尔夫奖、拉斯克奖等全球顶尖科学奖项得主出席。

在第三届世界顶尖科学家论坛的科学前沿话题讲堂中,英国皇家工程院院士杨广中、中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室主任、中科院院士樊春海畅想了新型医疗机器人的未来。医疗机器人是一个亿元级的细分市场并被各国看好,而中国巨大的医疗机器人市场更是广受重视。随着世界范围的老龄化到来和人们对健康快乐生活的追求,医疗机器人产业将迎来爆发点。

1

未来医疗机器人长啥样?

在医疗需求愈发庞大的当下,医疗机器人被广泛用于腹腔镜手术、骨科手术等,还有一部分用于腔内、腔外手术等。杨广中明确地指出:“医疗机器人可以通过微创手术,解决我们面临的某些根本问题。”

杨广中揭晓了最新型机器人的特点:

首先,下一代机器人会很小,这样就更容易进入手术部位;

其次,它们变得更敏捷了。

如何定义敏捷?我们可以想象一下,这些“代替”医生双手的机器人,不仅拥有灵活的“手腕”,甚至加入了更具控制能力的“肘部”,杨广中称之为“超灵敏仪器”。因此,它们可以在更广的范围内运作。

不过,当医疗机器人遇见人体中那些“折磨人”的通道,诸如血管、支气管、胃肠道等,仪器制造、通行、体内导航难度会更大,与之相适应的蛇形机器人也在不断开发和完善。

医疗机器人在成为医生灵活的手的同时,也自觉承担起“你是我的眼”的术中角色,这也是机器人技术未来的发展方向——

首先,它能为我们提供一致的组织探针,确保在环境组织探针运转的环境下,获得的图像能够保持一致;

其次,机器人能够以双波长显微镜的成像效果提供更多的动态信息,提供更有意义的临床信息以协助临床决策。

使用机器人辅助的关键意义在于,不仅确保了手术过程的准确性、一致性,更重要的是,能够看到人原本看不到的深层信息。

“这些微型机器人可以与不同的微型制动器结合使用,服务于基因组枪记忆执行程序的微型仪器。”也许在不久的将来,一些简单的计算需求也可以融入医疗机器人的开发过程之中,“机器人的体积变得越来越小,与此同时,它们也变得越来越智能。”

2

DNA纳米机器人啥时出现?

当我们把机器人变得越来越小,如何选择新材料与新方法?生物混合机器人和仿生机器人的前景又如何?当出现微米、纳米机器人时,这些“小家伙”的合作如何展开?

科幻大师阿西莫夫在《奇异的航程》中设想,通过物质缩小术,让医生乘坐潜水艇进入人体治疗疾病。虽然物质缩小术在现行的科学体系内行不通,但制作DNA纳米机器人,有望起到“人体医生”的作用。

樊春海院士在演讲中提到,经过几十年的努力,现在人们可以制造非常复杂的分子机器。但就细胞而言,这些基于有机分子的机器不能在溶液表面或者是人体细胞内发挥作用。天然生物分子机器中的蛋白质在细胞内以高度保守的方式组装和分解,运用有机合成的方式很难达到这种智能程度。

在宏观世界里,框架结构是最常见的材料结构之一,而DNA框架可以通过在纳米世界里建造纳米结构来实现。不同形式的DNA结构也被称为框架核酸,这种核酸基本上是一种人工设计的自组装核酸结构,它具有可编程的尺寸、形状和机械性能。有了这些DNA框架结构,科学家就可以在纳米范围内精确地组织小分子,使其成为架构纳米物体的有效平台。

更重要的一点是,和传统的DNA相比起来,DNA框架可以更有效地进入细胞。综合以上考量,应用DNA框架结构来制造智能纳米机器人或许是一个不错的选择。

目前,樊春海院士研究团队通过DNA组装技术制造了被嵌入程序并行、深度优先搜索程序的智能DNA导航器。这意味着DNA机器或DNA机器人可以在二维DNA表面工作,并具备了智能在表面上执行详尽的任务绑定。

樊春海院士所属的中国科学院上海应用物理研究所目前有两大园区,分别坐落于嘉定和张江。该研究所以光子科学、核科学技术及相关交叉学科研究为主,同时推进科研成果产业化。在最新的研究中,樊春海院士研究团队开发了对化学或生化刺激有反应的智能DNA纳米机器人。尽管机器人已经成功地被放入微细胞和活细胞中,但它们是否能在细胞内正常工作仍然是一个悬而未决的问题。

关于未来,樊春海院士提出了这样的设想:“目前,拥有可用于治疗的DNA纳米机器人仍是一个梦想。我个人认为,总有一天我们会有基于DNA的机器、基于DNA的自组装机器、基于DNA的纳米机器人,可以用来治疗人体内的疾病,从而改变人们对疾病以及对治疗学的看法。”

3

张江发力医疗机器人

目前,根据不同用途,医疗机器人分为手术机器人、康复机器人、辅助机器人、服务机器人四类。而这四大类,在张江创新企业中均有所涉猎。

坐落于上海张江的钛米机器人就是其中的代表之一。过去2年间,钛米机器人得到了众多国内一线投资人的青睐,在医疗服务机器人行业中率先完成各轮融资。

点击视频了解钛米机器人↑

钛米机器人主要针对医疗市场提供智能化机器人产品和解决方案,已累计研发十款医疗机器人产品,落地近百家医院,公司研发的钛米消毒机器人在本次疫情防控重发挥了重要的作用,一时之间成为行业关注的焦点。除了配送机器人、病房护理机器人、导引机器人、消毒机器人等产品,钛米机器人还利用自身在手术机器人的行业优势在研发和应用上着手布局。

另外一家风头正劲、逆势扩张的是傅利叶智能。“年轻”的傅利叶成立仅满5年,就已经成为康复产业链上游器械提供商,形成了丰富的产品矩阵,包括上下肢智能机器人、单关节机器人等智能康复系列产品。

其康复机器人已遍及全球20多个国家,进驻上千家机构,也是国内首个获得全牌照(中国CFDA、美国FDA、欧盟CE、澳洲TGA、新加坡HSA)的康复机器人公司。

2020年6月,傅利叶智能宣布正式收购瑞和康医疗,将通过瑞和康医疗提供的康复医疗设备、技术运营服务及三级网络的信息化服务,助力傅利叶的智能康复港在大量的基层医院进行快速的、标准化的复制,让更多人能够享受到康复机器人等智能康复设备。傅利叶智能通过智能机器人直接触达患者,切入智能康复这一千万级的市场。

还有一家估值已经达到225亿元人民币的微创医疗机器人。创办6年来,微创医疗机器人一直专注于手术机器人的研发与产业化突破。公司经过多年研发创新与产业积累,已掌握手术机器人全链条底层技术,具备光、机、电、控、软、算、影像等多学科集成及平台化拓展能力,业务覆盖腔镜、骨科、血管介入、自然腔道、经皮穿刺五大“黄金赛道”。

原文标题:DNA机器人离我们还有多远?

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