在肉眼看不見的微觀世界里,人類不可能完成的精細(xì)活,誰能去做?這就需要能操作細(xì)小到0.1~100nm(納米)物件的一類新技術(shù),即納米操作技術(shù)。在中科院沈陽自動化研究所里,有這樣一支精湛的研究團(tuán)隊,每天都在探索微觀世界里的奧秘,試圖為人類帶來更多驚艷的新科技。
年僅32歲的劉連慶研究員就是該團(tuán)隊中青年骨干之一。十年前,劉連慶初到沈陽自動化研究所讀研究生。當(dāng)時,他的導(dǎo)師跟他說,我們要開辟一個納米相關(guān)的前沿方向。當(dāng)時的劉連慶,聽到納米,完全是一頭霧水。不過,隨后他導(dǎo)師的一句話,瞬間點(diǎn)燃了這個年輕小伙濃厚的興趣。
“我們要研究一種能夠精確操作分子、原子的納米機(jī)器人。” 劉連慶一聽,這項技術(shù)一定很先進(jìn)。因為學(xué)過化學(xué)的人都知道,組成物質(zhì)最基本單元是原子,所有的分子都是原子的排列組合。如果某一天,我們能操作原子,那么我們就能制造新的物質(zhì)。這是一項具有廣闊前景的前沿技術(shù),從此劉連慶便深扎于此數(shù)十年。
歲月如梭,早在2005年,劉連慶所在研究團(tuán)隊就組建出了我國第一套納米操作機(jī)器人系統(tǒng)。近日,劉連慶及其合作者在國家自然科學(xué)基金的支持下,開展了基于納米操作機(jī)器人的治療淋巴瘤癌癥靶向治療差異機(jī)理研究,取得了新的進(jìn)展。該課題主要針對癌癥靶向治療中,同一藥物對有的患者有效,對有的患者非但無效還存在嚴(yán)重毒副作用的問題開展研究。
劉連慶解釋說:“我們的基本思路是利用納米操作機(jī)器人,在療效不同病人病理細(xì)胞表面開展分子級別精密探測,通過對細(xì)胞表面受體蛋白密度和蛋白分子結(jié)合力的表征,揭示出產(chǎn)生耐藥性差異的分子機(jī)理,進(jìn)而完成針對不同病人的藥物療效提前預(yù)測,實(shí)現(xiàn)更加有效和更具針對性的癌癥臨床治療。”
劉連慶說,在公眾的意識里,納米機(jī)器人一定非常小,肉眼根本看不到。其實(shí),并不是這樣的。目前,國際機(jī)器人學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為,只要有一個維度能夠達(dá)到納米級別,這種機(jī)器人就可以稱為納米機(jī)器人。例如,從體積上講,一個機(jī)器人的長和寬數(shù)值都很大,但高度卻達(dá)到了納米級別,這樣的機(jī)器人就可以稱為納米機(jī)器人。而我們研究的“納米操作機(jī)器人”是納米機(jī)器人的一種,它的長寬高可能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過納米等級,但它的操控能力達(dá)到了納米尺度,能夠操作納米大小的物體,比如可以搬動一個原子或者分子。
納米機(jī)器人是伴隨著納米科技的蓬勃發(fā)展出現(xiàn)的,它是機(jī)器人領(lǐng)域新的分支。傳統(tǒng)機(jī)器人多注重提高效率,多用來幫助人們完成人有能力但不愿意干的工作,比如焊接、搬運(yùn)等枯燥、高重復(fù)性勞動;與傳統(tǒng)機(jī)器人相比,納米機(jī)器人更注重提升人的能力,主要去執(zhí)行極端尺度下人們無法完成的工作,如原子精度定位、分子力測量等任務(wù)。
這項技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療上,顯然讓人更值得期待。因為納米操作機(jī)器人可以對細(xì)胞表面的蛋白進(jìn)行感知和“手術(shù)”。比如,某些癌細(xì)胞表面存在一些特定的受體,這些受體可以引起后續(xù)的不良生物反應(yīng),利用納米操作機(jī)器人可以將這些受體移除掉。同時,利用納米機(jī)器人還可以對DNA分子開展操作,實(shí)現(xiàn)特定堿基對的去除,達(dá)到基因改良的目的等等。
如今,隨著科學(xué)院對年輕人的重視和培養(yǎng),年僅32歲的劉連慶也開始指導(dǎo)自己的研究生。談到研究生的培養(yǎng),劉連慶說,導(dǎo)師和學(xué)生的關(guān)系是相互學(xué)習(xí)和相互促進(jìn)的,應(yīng)該相互給一些壓力,促進(jìn)學(xué)術(shù)水平的共同提高。
在科研上,他和他的學(xué)生有一個共識,“開創(chuàng)性工作,就要付出更多的艱辛和努力。在探索科技未知的過程中,并不是所有嘗試都一定能成功??梢允?,但不能畏懼,只要有1%的希望,就應(yīng)該付出100%的努力。”