细胞医生纳米级电子设备

王治钧

我们的身体中有无数凝聚在一起的生物分子，如蛋白质、RNA、DNA等，它们相互作用、相互组合，形成了无比复杂的生物结构，支撑着人体的运作。当它们出问题的时候，可不可以让一个小小的“细胞医生”为它们治疗呢？本期TED大会邀请印度专家德布丽娜·萨卡尔（Deblina Sarkar）教授分享她在该领域的探索。

 傳统生物电子植入物，植入时会破坏周围的组织和细胞

全世界最小的“医生”

人体内的生物分子非常脆弱，当它们的结构受到干扰或破坏时便会出现疾病。科学家正在不断寻找治愈疾病的新方法，其中，纳米电子技术或将在这一领域创造前所未有的可能。

在过去的几十年间，电子技术快速迭代，但它在生物学领域的发展依然滞后——最先进的生物电子植入物的尺寸从毫米到厘米不等，需要进行高度侵入性手术才能将其植入人体，这会对植入部位周围的组织和细胞造成巨大破坏。

为了解决这一问题，德布丽娜及其团队正在开发一种无线的纳米级电子设备。这种设备仅为亚细胞（比细胞更细化的结构）级别，不需要为它制造容纳导线的开放性伤口。它可以无缝融入我们身体，与细胞内的生物分子结构相匹配，不会产生任何副作用。

 携带“细胞漫游者”的纳米级电子设备（概念图）

德布丽娜团队不仅已经成功制造出仅有6个原子厚（原子的直径一般在0.1～0.5纳米之间）的晶体管，还开发出了可以在细胞内工作的“天线”，名为“细胞漫游者”。它能将外部能量带入细胞，不仅可以感知和调控细胞内的状况，还可以进行纳米级电子计算。

小“医生”的大“手术”

很多心理疾病和神经退行性疾病都会打乱大脑中的电信号，想要有效治疗这些疾病，需要在大脑中植入多个刺激电极，这样才能对脑回路进行大规模调节。现有的植入电极较大，无法支持这种治疗方式，因此临床上只能植入1或2个电极来改善症状。而纳米级电子设备比目前最先进的电极小100万倍，可以自由分布于整个大脑中。目前，德布丽娜正在研究一种新型的胶质母细胞瘤（恶性程度极高的脑部肿瘤）生物电子疗法。实验结果表明，纳米级电子设备可以检测大脑深处藏着的癌细胞组织，治疗那些对化疗具有抵抗力的脑部肿瘤。

不仅如此，无论是心脏的跳动、大脑的计算、肌肉的抽搐还是伤口的愈合，都与细胞最基础的电活动有关，如果可以利用这种反应，纳米级电子设备的应用范围会更加广阔。

德布丽娜正在与相关领域的研究人员密切合作，让纳米级电子设备的风险降到最低。未来，它可以到达传统的生物电子植入物无法到达的人体部位，为难以进行侵入性手术的患者提供帮助。它甚至可以为健康的个体提供健康监测，发现还未显现出征兆的疾病。人们可以自行选择植入的设备类型，控制它的启动和关闭。

仅有亚细胞大小的纳米级电子设备中凝结着无数的科技智慧，它为一些目前无法治愈的疾病的治疗提供了新的可能。它听起来就像科幻小说里藏着微小机器人的“治疗胶囊”，我们想象的未来正在到来。

 正在对脑回路进行调节的纳米级电子设备（概念图）

（责任编辑 / 牛一名  美术编辑 / 周游）