香港大学席宁：谈谈医疗纳米机器人的三大成功案例 | CCF-GAIR 2017

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7月7日，由雷·(公开号:雷·)主持的第二届ccf-gair全球人工智能与机器人峰会如期在深圳召开。会议第三天，机器人领域的著名学者、香港大学的宁教授为嘉宾做了题为“生物医药纳米机器人”的主题演讲。

Xi是香港大学机器人学和自动化教授，也是ieee ras的候任主席。他的主要研究兴趣包括机器人学、制造自动化、微纳米制造、纳米传感器和设备以及智能控制和系统。

纳米机器人的作用是众所周知的。医疗有两个主要方面:诊断是测量人体的各种异常现象；从工程机器人的角度来看，治疗就是操作。纳米机器人可用于诊断和治疗，即传感和操作、传感测量和操作。

随着医学的发展，诊断和治疗需要新的手段，而传感和操作是在较小的规模上进行的。这是一种全新的诊断和治疗方法:在微米和纳米尺度上诊断疾病，用纳米机器人在细胞和分子(如dna分子)水平上进行操作。

在药学领域，传统上，新药的开发是基于目标的。存在许多问题，因此新药开发的标准是以信号通路为基础，全面考察疾病和各种因素之间的关系，更全面地考虑副作用。在这个水平上开发新药需要新的手段和技术。在分子和细胞水平上的传感和操作已经成为一个巨大的技术支持。

挑战:开发新药的成本持续上升。现在，开发一种新药需要10亿到15亿美元，可以在10年内开发出来。新药开发的投资逐年增加，但药品数量基本持平，这说明新药很少，成本也在增加。这导致投入和产出之间的差距越来越大。此外，在医学领域发现的新疾病的数量正在增加，但药物的数量却没有增加。这一问题日益突出，被称为医药行业在医药领域的创新差距，迫切需要新技术和新方法来改变现状。

为了解决这一挑战，机器人和自动化技术受到了各行各业的厚望。

自动化制药行业的自动化程度很低，与汽车制造业形成鲜明对比。自动化和机器人如何用于新药开发？

可以使用微型装配线，就像工业生产一样:细胞像传送带一样进入并传送它们。机器人将不同的药物放在细胞上，同时测量细胞——测量不同目标和药物的效果。整个过程高度自动化。但与汽车制造不同，汽车零件的尺寸是固定的，但电池不是。这就要求机器人更加智能，这对机器人的技术应用提出了新的挑战。

超极限机器人随着机器人技术的发展，机器人已经从简单的代替人的能力转变为扩展人的能力。正如布拉德·尼尔森教授刚才所说，机器人可以突破人类的物理尺度、距离和环境限制，进行操作和测量，这就是所谓的超限机器人。

现在，所谓的纳米机器人可以在纳米尺度上操作和测量纳米尺度的固体。

但是拥有纳米机器人是不够的:有必要展示纳米尺度的环境，以便人们可以看到和操作。我们发现了一种技术，可以在纳米尺度上成像，并产生像电影一样的实时图像。为此，我们使用压缩感知原理。因为尺度太小，环境要高速测量，光学是看不见的，所以应该用原子力显微镜和电子显微镜。

应用1:揭开皮肤病(牛皮癣)的起因在人类上皮细胞和细胞之间有一种蛋白质，叫做桥粒。如果受损，皮肤表面会形成许多水泡，会发痒、腐烂，还会出现其他免疫疾病。然而，医学界不知道是什么机制破坏了桥粒并导致了皮肤病。有人猜测是抗体，有人猜测是人类信号传递。因为环境太小，很难核实。

然而，使用纳米机器人，这个难题可以很容易地解决:用纳米机器人切割桥粒后，不会产生水泡，这证明这不是机械作用引起的疾病，而是信号传递过程中的问题。

(这里仅总结了技术实现，以下内容相同。宁老师的报告全文请注意雷锋组织的讲座的全文。com +ppt报告)

应用2:不用说，研究干细胞的分解很重要。很难预测它何时以及在什么条件下分解，也很难测量分解的状态。但是纳米机器人可以测量它的机械状态。

有一个非常成功的应用，它是治疗淋巴瘤的靶向治疗药物，它的名字是利妥昔单抗。这种疗法本身非常好，没有副作用，但是有一个严重的问题:一些病人有效地使用它，而另一些则没有。医生不知道为什么。无效的条件会耽误病人宝贵的治疗时间。

随后，用纳米机器拾取目标癌细胞进行研究，并测量癌细胞的结合力。发现只有当结合力达到一定水平时，它才是有效的。从此，医生可以在治疗前通过分析癌细胞来预测疗效，这具有重要的临床意义。

应用3:细胞粘附的研究有一种成功的假肢方法:将钢管插入骨骼，这相当于在体内生长。假肢的效果和真人一样，但跑得比真人快。

但是，有一个很大的问题:当铁管(钢管)插入腿部时，皮肤会在钢管外生长，从而产生缝隙，细菌会进入缝隙，造成局部感染。时间长了，会引起骨骼感染。最后，这个东西应该被移除。尽管如此，有些人还是要在三四次手术后才能做，因为这种假肢非常有效，在装置上看不到，对生活和各种活动影响很小。

因此，研究人员对细胞与假体之间的粘附进行了研究，希望找到一系列的方法使其粘附良好，防止感染，具有重要的临床意义。

这个题目很难。目前的突破是利用纳米机器人测量粒子通道电流信号，从而实现细胞粘附的测量。

总而言之，人类和疾病之间的斗争，现在已经达到了分子和细胞的规模。为了开发药物和新的诊断和治疗方法，有必要在分子和细胞的规模上进行测量和操作，并将传统的操作从器官层面减少到分子和细胞层面。雷锋。com

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