6、医疗领域纳米机器人设计与开发挑战综述

医疗领域纳米机器人设计与开发挑战综述

1. 纳米机器人简介

纳米技术涉及在纳米尺度上设计、制造和操纵材料。纳米机器人是能够在纳米尺度上进行传感、驱动、信号传输、信息处理、展现智能或群体行为的设备，其尺寸范围在 1 - 100 纳米。纳米机器人在医疗领域有诸多潜在应用，如癌症治疗、手术、精准医学、糖尿病监测、牙科、血液监测和药物输送等。

目前，手机在实现体内通信、控制和能量供应的数据传输方面是有用的反馈设备。新材料的出现及其在传感器和执行器制造中的应用，也推动了纳米级设备的发展。然而，纳米机器人面临一些限制，如设计和开发成本高、复杂性高、界面困难等。由于纳米尺度下血液的粘性，携带药物的纳米机器人难以通过血管，分子的布朗运动也使纳米机器人的行为难以预测和控制。

2. 纳米机器人设计与开发挑战

2.1 总体挑战

纳米机器人开发面临一些普遍挑战：
- 位置纳米组装在构建纳米设备方面效率低下，且未融入纳米电子技术。
- DNA 方法无法用于开发复杂设备。
- 基于细菌的纳米机器人存在安全问题，因为细菌是活生物体。

此外，在纳米尺度下，传统的机器人传感器 - 执行器 - 控制范式需要改变，需要提出新的集成方法来控制纳米机器人的响应或动作。纳米机器人的制造受当前技术进步和在微流体中工作的限制。

2.2 传感器

纳米机器人的传感组件通过化学传感器或生物纳米传感器实现反馈。传感器分为长距离和短距离传感器，长距离传感器用于导航，短距离传感器用于定位不需要的细胞。

近年来，硅基化学传感器和运动传感器阵列的制造取得了进展。纳米线的使用降低了电路操作和数据传输的能量