摘要

今天，根據新冠病毒大流行的情況，以及需要在網上和虛擬環境中完成大部分工作，遠程醫療被認為是一種不受時間和空間限製的提供高質量衛生保健服務的有效方式。這篇綜述文章可能是邁向更多的認識和應用該技術在當今醫學的一步。在COVID-19大流行期間，基於強製遠程醫療護理的患者和臨床醫生的積極經驗，產生了獨特的見解。將基於遠程醫療的護理整合到日常實踐中，對於罕見癌症患者和那些住在遠離護理中心的人來說，可能具有特別重要的意義。強製采用遠程醫療已經證明了對患者節省時間和成本的意義，這有可能徹底改變癌症護理的提供[1]。研究表明，遠程醫療領域未來的發展受到移動通信、關鍵傳感器和納米技術這三個領域的技術進步的嚴重影響。納米和微型機器人是科學和健康知識中各種有用的醫療設備。納米機器人也是一個新的科學領域，包括納米機器人的設計、建造和編程。納米機器人在人體內的應用範圍非常廣泛。納米機器人能夠對特定的組織進行檢查，並對其生化和生物力學特性進行非常詳細的研究，一般來說，它們可以很容易地識別生物環境。 So, comprehensive view of the capabilities and capacities of telemedicine and nanoparticles in medicine to apply these technologies in providing remote health services could be helpful.

關鍵字

遠程醫療;納米技術;納米機器人;微型機器人

首字母縮寫詞和縮寫詞

2019冠狀病毒病;皇家馬斯登醫院;艾德:急診科;C. reinhardtii: reinhardtii衣藻;大腸杆菌:大腸杆菌;3 d:三維;SPIONs:超順磁性氧化鐵納米顆粒;MRI:磁共振成像;PET:正電子發射斷層掃描;NIRF:近紅外熒光;間充質幹細胞;艾滋病:獲得性免疫缺陷綜合征;EPR:提高滲透率和保留率;SiRNA:小幹擾RNA;CTC:循環腫瘤細胞; GMPs: Gold Micro Plates; BSA: Bovine Serum Albumin; PCL: Paclitaxel; MCF-7: Michigan Cancer Foundation-7; NPs: Nano Particles; ToF-SIMS: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry; Au: gold; TiO₂:氧化鈦;NMs:納米材料;Van@GO:萬古黴素與氧化石墨烯共軛;VRSA: Vancomycin-Resistant金黃色葡萄球菌；AFM:原子力顯微鏡;掃描隧道顯微鏡;DNA:脫氧核糖核酸;人工智能:人工智能;ML:機器學習;MBioFs: Metal-Biomolecule框架;i-TASSER:迭代線程裝配改進;CSI:細胞形狀指數;核麵積因子

簡介

遠程醫療或遠程保健是利用醫療信息來改善病人的健康。醫療保健服務的重組、融資和電子醫療記錄和臨床決策支持係統的進步可以加速遠程醫療在醫療保健服務中的應用。機器人技術可以在冠狀病毒病(COVID-19)期間和大流行後世界使用和提供遠程醫療方麵發揮重要作用[3]。

微型機器人在醫學上的應用之一是在內窺鏡手術中接收來自胃腸道的圖像的“微型機器人膠囊”。從它接收到的圖像不僅可以在患者在場的情況下進行檢查，還可以與遠程醫療係統結合，將圖像發送給世界上任何地方的專家醫生，在此基礎上，可以遠程接收診斷、指示甚至藥物。

此外，利用納米機器人或生物納米機器人給藥，減少了藥物的副作用，加快了愈合過程。外科醫生的納米機器人還可以到達人體和普通器械無法到達的部位。研究人員還在納米機器人上做了一些工作，以提高對疾病的免疫係統，一些納米機器人還可以用於識別體內的化學汙染區域。

但可以肯定的是，根據Nono的能力，許多納米機器人和微型機器人可以很好地以遠程醫療係統的形式使用。除了將這些技術應用於在社區一級提供遠程保健服務之外，這些先進技術的服務還可特別用於對隔離和難以接近的地方，如檢疫、特殊軍事環境和難以到達的地方進行人工遠程監測和治療，作為提供專門保健服務的替代方法。

通過綜合考慮遠程醫療和醫療中微量營養素的能力和能力，我們可以找到一種新的方法，將先進技術的這兩部分的潛在能力結合起來，以實現新的應用，在提供保健服務，特別是遠程保健服務方麵找到其中一種技術。

Smrke A等人對379例計劃麵對麵預約的研究中，283例(75%)被轉化為遠程醫療。對於需要緊急開始治療或評估表現狀態的患者，麵對麵的預約仍然存在。患者離皇家馬斯登醫院(RMH)的平均生活時間為>。患者(n=108)對遠程醫療的滿意度很高(平均9/10)，隻有48% (n=52/108)不希望在使用遠程醫療時聽到壞消息。臨床醫生發現，與麵對麵的預約相比，遠程醫療是有效的，沒有相關的工作量增加。

納米技術在醫療工程中的應用徹底改變了癌症、心血管疾病、神經係統疾病、感染和其他疾病等疾病的治療。納米技術創造了具有新功能的小型、快速和廉價工具。納米技術、傳感器和計算機在科學上的各種演變導致了使用納米和微型機器人的出現。納米機器人一方麵處理大量的信息，另一方麵通過傳感器和操作員[4]與物理世界進行通信。

通過使用納米模型和生物分子計算，納米機器人似乎能夠正確地執行預先編程的任務。因此，可以期待在未來幾年，納米機器人將被用於遠程手術或將持續監測人體和任何器官受損;它將立即被識別和修複[5]。

為了展示這個係統的能力，研究人員在一個案例中進行了各種實驗，在這個案例中，納米機器人使用不同的方法來識別不同尺寸和大小的容器中的蛋白質。最後，如預期的那樣，結果表明納米機器人能夠更好地在較小的容器中檢測特定的目標。此外，熱和化學傳感器的使用對納米機器人的定性和定量發展產生了很大的影響。許多研究人員現在給他們的機器人配備無線功能，這比單個機器人有幾個優點。

正如Hollander JE等人[6]在《COVID-19遠程醫療研究》中提到的:“遠程醫療項目不可能一夜之間創建，但已經實施遠程醫療創新的美國衛生係統可以利用這些創新來應對COVID-19。衛生保健激增控製的一個核心策略是“向前分診”——在病人到達急診科(ED)之前對他們進行分類。直接麵向消費者(或按需)遠程醫療是21世紀的正向分診方法，可使患者得到有效篩查，既以患者為中心，又有利於自我隔離，它保護患者、臨床醫生和社區免受暴露"[6]。

遠程臨床分診中心的一個重要目標是能夠在第一次呼叫時提供病例清晰度，以便在不使用其他服務的情況下管理電話呼叫，或者呼叫者隻與轉給相關人員的電話進行通信。所調用的解決方案表明，最初的呼叫通過調整護理以適應醫療需求，很好地響應了呼叫者。

移動保健診所引入了具有成本效益和可用性的條件，並有可能將臨床信息遠程傳輸給醫生，以便醫生作出準確的決定[7]。

一個好的遠程病人監測係統也將有助於報告醫療保險的過渡護理管理計劃，這是另一個創收途徑。遠程醫療與遠程患者監測一起，幫助提供者保持患者的參與和聯係，同時在門診就診可能減少的情況下產生兩種獨立的收入來源。

微生物動態分析算法

該算法由5個力矩模塊組成，明確了均勻矩陣、機器人和公共參數。利用拉格朗日方法建立了動態運動方程，模擬數值計算了各關節按定義路徑[9]運動所需的力矩。

微型機器人由磁場控製，可以在活體組織和器官中通過人體血液流動。它們在醫學工程領域也有許多潛在的應用。例如，它們可能用於血管手術，這有望成為不久的將來采用的醫學方法之一。微型機器人可用於許多小空間，以消除打開和關閉手術部位的需要[4,9]。納米機器人是一門新的科學，它涉及到納米機器人的設計、製造和編程，納米機器人的直徑可達1.5納米，它能夠計算用於醫療技術的化學樣品中的特定分子。納米機器人的工作範圍是在人體內部，它們可以顯示人體中不同化合物的數量，並將信息存儲在內部存儲器中。納米機器人能夠對特定的組織進行細致的生化和生物力學性質的研究，一般來說，很容易識別生物環境[4]。

納米機器人的潛在醫療應用範圍從消除化療的副作用到治療阿爾茨海默症。各種研究人員在開發主動和有用的納米機器人所需的係統方麵取得了巨大進展，如傳感器、數據傳輸係統和燃料係統。但要研究分子係統的概念，還需要做很多工作，分子係統可以通過身體的動脈來識別和治療疾病[5]。

全身運動和運動的動力是通過血液。另一個重要因素是病人的安全。在遠程醫療中，使用外部導航係統控製納米機器人，並通過不同的軟件傳遞信息。因此，信息甚至可以轉移到世界的其他地方[4,5]。通過將超聲波信號傳輸到人體並反射回原始源，納米機器人可以被識別並定向到目的地。超聲波信號傳輸到患者體內，脈衝由超聲波信號引導，醫生確定其路徑，這可以遠程無線完成，也可以用於遠程醫療[10]。

在細胞修複納米機器的幫助下，與細胞和組織有關的問題可以得到解決。為此，細胞修複機需要在分子維度上的感覺裝置和受體。這些機器的大小相當於細菌和病毒的大小。細胞修複機器可以在血液流動的路徑上移動，就像病毒可以進入人體細胞一樣，它們進入細胞。納米機器通過測試細胞[11]的含量和活性來識別存在的問題。

利用生物有機體和各種活的生物材料的特殊性質，已被用來執行所需的功能，以提供納米大小的生物結構。

生物細胞驅動的生物雜交微遊泳者的最新進展表明，不同類型的生物微遊泳者(如細菌和藻類)種群需要在相同的流體介質中相互作用。基於這一事實，我們對兩種相反類型的生物種群的遊泳行為進行了研究:衣藻reinhardtii（c . reinhardtii)藻類(拉狀微遊泳者)種群與大腸杆菌（大腸杆菌)細菌(推推型微遊泳者)群體，發現這兩種相反型遊泳者懸浮在同一流體介質[12]的運動行為的變化。

Singh AV等人提出了一種簡單的表麵圖案技術和細菌在圖案表麵上特殊的強生物素-鏈黴親和素鍵合，以製造由附著的細菌推動的Janus粒子。這種細菌驅動的Janus微遊泳者可用於未來的藥物靶向給藥和環境修複[13]。

精子機器人是另一種新型的微型機器人，它通過將精子細胞與機械負載耦合而成，利用鞭毛運動進行推進，在其環境中不需要任何有毒燃料。它們也具有天然的生物相容性，並表現出相當大的運動速度，從而為我們提供了克服推進力和生物相容性這兩個挑戰的選擇。這方麵的其他一些挑戰是所有精子細胞的運動力不相等，負載不可能是有毒的，負載附著是低產量和隨機的，可以被微生物攻擊。總之，精子機器人顯示出非常有前途的特性，可以在醫學領域開辟令人興奮的新應用，特別是在女性生殖道。精子機器人研究界的目標應該是開發一種能在群體中自主操作的精子機器人，同時還能給外科醫生一個控製它們的選擇。

無線控製、移動、不係繩的毫微米/微型機器人為醫療幹預和生物醫學工程提供了一個充滿希望的未來，並通過減少疼痛、恢複時間和成本來提高生活質量。微型機器人的建模和設計取決於它們要執行的操作環境和任務。這樣的設計需要臨床醫生和機器人研究人員、化學家、生物醫學工程師和材料科學家之間的合作。材料和製造需要專業知識來了解生物相容性、機械彈性和耐久性在動態體內生理環境中都是重要的。生物啟發的方法可以為物理化學挑戰提供關鍵的解決方案。例如，模仿紅細胞的微型機器人，在大血管中能夠表現出形狀記憶和在施加應力下的適應性，負重組織不發生塑性變形，對體循環具有更強的適應性。在活的有機體內治療功能需要3D導航和機載功耗，模擬動態器官運動，如呼吸、心跳和蠕動。3D製造技術使得單細胞規模的微米/微型機器人製造成為可能，從而實現高分辨率的視覺成像和在活的有機體內操縱能力。由於最近微型機器人技術[15]的進步，許多有創切除和基於切口的診斷活檢、前列腺和腎髒手術可以進行最低限度或幾乎無創的。

進一步在人體內部的微型機器人或收發器組之間進行無線交叉通信，以評估臨床醫生的安全使用是下一個大挑戰。盡管如此，由於研究和資金的增長，現在是一個適當的時間來批判性和創造性地思考在藥物設計中微機器人治療應用的潛在陷阱和固有的機會[15]。

癌症納米醫學領域近年來呈指數級發展。與大量的新材料和新論文形成鮮明對比的是，目前隻有大約12種納米抗癌藥物(包括抗體-藥物結合物)進入了市場。為了改變這種情況，我們必須從不斷製造越來越複雜的納米藥物材料的角度出發，批判性地重新考慮我們如何進行轉化癌症納米藥物的研究[16]。

納米機器根據問題的不同來決定細胞是需要修複還是摧毀。這種方法也被用於治療癌症。此外，這些納米機器的控製是由納米計算機[5]完成的。

納米技術無法治療的問題之一與心理健康有關。beplay最新下载然而，一些心智能力是通過恢複大腦的激素和化學水平來治療的。納米機器也解決了老化問題。如果細胞修複機可以修複受損的細胞和結構，衰老過程將會更加順利。

膠囊的能量供應和膠囊在體內的位置

微型機器人在醫學上的應用之一是在內窺鏡手術中接收來自胃腸道的圖像的“微型機器人膠囊”。內窺鏡膠囊使用2個電池工作，可生成8小時，以每秒2幀的速度捕捉圖像，幀數也有望提高。為了確定口服膠囊在胃腸道內的位置作為一個功能，醫生必須知道所收集的信息是否正確?(17、18)。

為了確定膠囊的位置，一組傳感器以適當的距離相互連接，這是估計膠囊和它的位置之間的距離。然而，實際上這種方法是相當模糊的，因為在人體內不同的組織有不同的介電常數，這就導致了信號衰減的差異。另一個問題是有時膠囊位置信息係統可能丟失[18]。

利用磁場優化檢測範圍

一個永磁體被附在膠囊上，用來檢測磁場的強度。磁場強度傳感器精度為1厘米，深度為11厘米。因此，檢測範圍優化為[17]。磁場檢測有幾個優點;這個係統有一個永磁體，還有一個專職磁場，決定信號信息是否被傳輸?

在Singh AV等人的研究中，提出頭發機器人作為微生物生物發質，作為一種獨特的多功能材料，用於識別微生物機器人的天然來源化合物。此外，在他的研究中，當毛發機器人裝載超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPIONs)時，它對磁場和梯度產生了響應。Ajay使用氧化鐵納米顆粒是因為它們有潛力作為磁共振成像(MRI)、正電子發射斷層掃描(PET)和近紅外熒光成像(NIRF)的探針用於診斷。頭發機器人的另一個獨特的特點是有一個中央髓質中空空間，使它也可以作為超聲波造影劑。隨著毛發機器人攜帶藥物的能力，SPION塗層的毛發機器人非常適合於靶向和微創治療[19]。

利用外磁場增強間充質幹細胞(MSCs)向骨樣細胞的分化，將其作為骨愈合的磁療。毛發機器人作為導骨材料的作用引發了骨髓間充質幹細胞的成骨分化。此外，由於其中空的髓質區域，毛發機器人被設計為具有雙重治療功能(治療+診斷)——作為阿黴素藥物遞送載體，並用於超聲對比成像，這為尋找新的多功能微型機器人[19]提供了一種新的材料。

用納米機器人做手術

Britannia開發了可用於癌症手術的可控納米機器人。這種納米機器人的高精度隻是優點之一。在該設備內部有非常小的馬達，使該設備能夠移動到腫瘤的特定點。然而，使用同樣的手術設備，不可能對腫瘤進行毫米精度的手術。但是納米機器人將這種精確度提高到了納米級。有了這種納米機器人，病理檢查或醫療診斷隻需幾分鍾就能完成，甚至可以將藥物插入患者體內，以便準確地殺死腫瘤。納米機器人的使用並不意味著外科醫生被排除在手術過程之外，而是外科醫生應該在手術過程中監控納米機器人的活動，並在這個方向上發揮先導作用[20]。

製造碳納米機器人在病人體內攜帶藥物

碳納米機器人測量100納米，通過控製裝置引導注射藥物進入患者組織。碳納米機器人可以攜帶體內的任何藥物。將藥物注射到這個裝置後，藥物到達所有患病組織，特別是癌變組織和艾滋病組織，並摧毀它們。目前，該設計的計算機仿真已經進行了[20]。

納米技術提供了幾個有吸引力的設計特征，促使其在癌症診斷和治療方麵的探索。增強滲透性和保留率(EPR)在癌症屏障中的作用有些誇大其詞，因為隻有不到1%的納米藥物配方遵循了取代EPR的設計趨勢。在過去的幾十年裏，人們越來越認識到在epr介導的腫瘤靶向治療中個體間和個體內存在很大的異質性，這解釋了在評估納米藥物配方的臨床試驗中產生的異質性結果。EPR效應是高分子量非靶向藥物和前藥物在增加血管通透性的組織中積累的機製，如在炎症或癌症部位。EPR效應是納米載體用來處理癌症組織的一種現象。為了支持腫瘤生長，新生血管不斷發生。

因此，納米粒子的EPR效應已經成為癌症藥物遞送係統的金標準原則，作為安全、簡單和有效的治療方法。通過這種方式，應努力克服這些障礙，通過以下戰略增強市場上的納米藥物:

(i)腫瘤血管的正常化;

(ii)在腫瘤微環境中加入膠原酶或透明質酸酶以同時改善轉運和降低間質流體壓力的可能性

(iii)利用外部或內部刺激增加腫瘤通透性[21]。

在另一項研究中，Singh AV等人使用大腸杆菌微遊泳者，結合了細菌的主動移動和傳感能力與軟雙膠束微乳液的理想封裝和粘彈性特性，用於主動運輸和交付貨物(如顯像劑、基因和藥物)到活細胞。他們使用帶有水核的準單分散雙乳劑包裹熒光顯像劑，作為貨物和鏈黴親和素油殼附著生物素共軛大腸杆菌．他們的研究在體外模型證明了軟微遊泳器的可行性，提供了它的應用，在顯像劑，藥物，幹細胞，siRNA和治療基因的傳輸活組織在體外疾病模型和人體停滯或低流速流區[22]。

在被動靶向納米藥物的情況下，液體和組織活檢生物標誌物的使用不那麼直接，因為沒有可供免疫組織化學染色或循環腫瘤細胞(CTC)評估的表麵受體。因此，這些納米藥物可能需要成像探針和患者分層的協議。最近的一些研究已經建立了相應的納米診斷學和納米otherantics，以解決EPR效應的異質性和預測納米治療結果[16]。

納米機器人在環境中的行為研究

血液中含有許多細胞，每個細胞的直徑約為幾微米。納米機器人的特點之一是在血液中運動。納米機器人的物理行為與大型機器人[6]的性能完全不同。

毛細血管內(直徑20 μ m)的流速為1 mm/ sec[23]，這對於納米機器人的運動似乎是合理的。因此，使用更高的速度取決於納米機器人的預期目的和應用。在使用一組納米機器人的情況下，它們之間的通信是通過化學連接完成的。產生與細胞生物條件相適應的小振幅、低噪聲信號，可以破壞目標細胞或破壞性細胞，這對納米機器人[20]的生物處理和高水平的智能都有要求。

納米機器人的設計

納米機器人應該有一個足夠理想的設計，以滿足其在高自由度液體環境中的性能要求。提出的納米機器人設計包括生物模型的組成和分子旋轉模式。一般來說，機械臂已經被用來執行特殊的操作，但在這方麵，所有的生物條件，如蛋白質的攝取和係統抵禦攻擊的護理，以及與環境的兼容性，都應該被檢查[20]。

係統的控製鈴將基於嵌入在納米機器人上的傳感器的性能。一組傳感器應監測工作環境，並分析在毛細血管或動脈進行手術的可能性。製造最好的傳感器並在納米尺度上激活它們是一個複雜的問題，需要化學傳感器的幫助[11]。在2010年代，出現了三種主要的納米機器人設計:螺旋(也被稱為納米遊泳者)，納米棒(也被稱為納米遊泳者，納米馬達，或者更長的納米線)和DNA納米機器人[20]。

近年來研究人員設計了不同類型的納米/微型機器人，本文對其中一些進行了介紹。

黃金微型板塊

如今，根據Singh AV等人的研究，使用牛血清白蛋白(BSA)作為還原劑合成金微板(gmp)的一種簡單的生物礦化路線。因此，將BSA加入到HAuCl4溶液中，時效後得到自發的萬能各向異性和部分中空的gmp。在他們的研究中，蛋白質在低pH值下的瞬時變性使牛血清白蛋白的絲氨酸和蘇氨酸羥基以及巰基分別作為還原劑和穩定劑。透射電子顯微鏡/ x射線衍射研究顯示高度結晶和各向異性結構(三角形、五邊形和矩形)。原子力顯微鏡/掃描電子顯微鏡分析顯示，微板具有獨特的形貌，部分空洞的核心和BSA礦化邊緣結構。使用活細胞共聚焦成像的巨噬細胞-微板相互作用研究顯示，細胞能夠選擇性地內化較小的gmp。大的gmp具有尖尖的頂點，但不能內化，並表現出受挫的吞噬現象。通過溶酶傳感器探針技術，他們探索了粒子吞噬作為肌動蛋白介導的過程，招募吞噬體樣酸性細胞器。生物相容性gmp具有約70%的紫杉醇(PCL)負載和PCL緩釋，對密歇根癌症基金會-7 (MCF-7)細胞係具有抗腫瘤活性，可作為乳腺癌治療[24]的新型藥物載體。

金納米粒子

到目前為止，對周圍化學環境如何影響細胞膜界麵的細胞外生物礦化以及這對吸收和生物相容性的影響還知之甚少。最近，一種新的技術在環境合成條件下合成多功能的0、1和2維金納米結構被發表。例如，已知癌細胞可以從Au離子中從頭合成納米粒子(NPs)。利用時間飛行二次離子質譜(ToF-SIMS)對細胞NP相互作用進行生物分子成像是納米毒理學中一個不斷發展的工具。德國的Singh AV等人應用ToF-SIMS 3D成像技術，在控製[25]的A549癌細胞中繪製細胞內和蛋白質介導的金(Au)離子生物礦化到球形和各向異性金納米顆粒(Au- nps)的圖。

他們的新方法被用於模擬人類肺泡A549細胞通過細胞內和細胞外生物礦化對金(Au)離子毒性的抵抗力。他們的發現證明了ToF-SIMS 3D成像在更好地理解細胞- np相互作用及其在納米毒理學中的影響方麵的潛力。這也意味著一種新的工具來探測細胞生化微環境，並可以進一步擴展到闡明細胞附近[25]的粒子的毒性作用。

磁性納米材料

高展弦比磁性納米材料具有各向異性的特性，這使得它們具有生物應用的吸引力。它們的細長形狀可以通過在其表麵引入多個靶向單元與受體進行多價相互作用，從而增強細胞內化。此外，由於其磁各向異性，高展弦比納米材料可以優於其球形類似物作為MRI應用造影劑。

製備各向異性磁性納米材料的兩條主要合成路線是:

1)直接合成(通過調整反應條件或使用模板來指導各向異性生長)。

2)裝配方法(通過裝配各個構件來實現高縱橫比)。

這為各向異性磁性納米材料在磁分離、檢測、靶向遞送和磁共振成像等方麵的生物醫學應用提供了基礎。

金屬納米粒子

近年來，金屬納米粒子的生物合成方法引起了廣泛關注。在生物合成過程中，納米粒子的合成是通過微生物和植物來實現的。與其他一些物理化學生產方法相比，生物合成實際上可能提供尺寸和形態更明確的納米顆粒。研究發現，以微生物為基礎的合成過程易於擴展，生態友好，並與產品的藥理應用兼容，但通過微生物生產往往比以植物為基礎的材料生產更昂貴[27]。

二氧化鈦納米材料

Meyer T等人的另一項研究是關於二氧化鈦(TiO₂)在細胞水平的攝取在體外人體小腸模型。TiO₂被用作食品添加劑。因此，人類可能暴露在大量的納米材料(NMs)中，這可能導致長期暴露條件的不良影響。生物環境中納米檢測需要先進的定量成像工具。結合無標簽空間分辨劑量測量工具、微分辨粒子誘導X射線發射和盧瑟福後向散射以及高分辨率成像技術，將TiO的細胞易位模式可視化₂NMs和量化單細胞水平的NM‐負載[28]。

黃金microplate-macrophage

生物係統具有合成和組裝一係列無機離子到複雜的生物礦物各向異性結構的能力，如方解石，非晶態二氧化矽(矽藻)，銅(大腸杆菌)和磁鐵礦(趨磁細菌)。複雜的天然生物礦物不僅在微-納米尺度上，而且在數量上也很少(如Si/Ca)，這往往限製了它們在生物礦化結構的生物醫學應用方麵的技術擴展。從本質上說，這些限製是由於無機礦物的可用性、形狀和合成路線缺乏多樣性。作為Singh AV等人研究的概念證明，[25]他們的方案證明了生物兼容的bsa金微板生產的可行性，這為作為藥物傳遞載體提出了一個有趣的視角。

該方法的局限性是在全身輸送時，由於其多麵體形狀，尖端鋒利，尺寸為微米級，有可能堵塞較小的血管。在這種情況下，蛋白質是一種極好的天然構建塊，由於其多功能和良好的生物相容性[24]，作為製備微粒的穩定劑引起了人們的廣泛興趣。

Polymeric-based納米顆粒

生物膜對抗菌藥物和不良環境條件具有高度耐受性，是慢性和難以治療的感染的重要宿主。納米材料具有抑菌/殺菌/抗致病性的特性，也可用於交付抗生素膜劑。

特別是基於生物可降解和生物相容性聚合物的納米顆粒，最近在癌症治療和作為持續藥物傳遞載體、延長藥物半衰期、改善溶解度和降低免疫原性方麵顯示出了潛力。此外，多種藥物同時共給藥，增強某些藥物的協同效應，抑製耐藥性和傷口愈合應用通過通過這些納米顆粒[29]，生物活性試劑的遞送成為可能。

萬古黴素與氧化石墨烯的共軛(Van@GO)

在Singh V等人關於“氧化石墨烯協同增強萬古黴素耐藥的抗生素療效”的另一項研究中金黃色葡萄球菌“結果清楚地表明，與單獨使用萬古黴素相比，Van@GO對萬古黴素耐藥的抑製活性增強金黃色葡萄球菌(VRSA)。氧化石墨烯的高表麵積有利於共軛萬古黴素的高負載和多價相互作用，導致多價抑製。此外，他們發現Van@GO顯著降低了VRSA的運動性通過誘導氧化應激與未處理樣品比較。他們的發現強調了Van@GO作為VRSA[30]的有效多價抑製配方的重要性。

納米機器人性能控製

控製和智能可以通過兩種方式實現。但是要弄清楚哪一種方法更實用還需要更深入的研究。

一種被稱為分子應用以及在分子維度上使用馬達和傳感器的方法，是基於這樣一個事實:傳感器通過接收和發送化學變化，控製信息在納米機器人中的進入和退出，也從納米電技術被用於處理體外或納米機器人內部和體內動脈[11]的信息。

第二種解決辦法是使用生物技術，這種技術目前被用於生產和修改動植物產品，以及生產特殊用途的微生物。通過使用DNA，可以為納米機器人[11]創建智能結構。

通過對DNA內的數字信息進行加密，納米機器人在接收到信息後，可以自行處理信息並發送必要的命令。由於DNA片段的大小，一個相當於0.33納米的DNA堿基對可以在非常小的空間中存儲大量的信息。在第二種方法中，甚至可以通過納米機器人為細胞[6]定義新的生物條件。

DNA分子作為基本的構建單元，帶來了各種刺激響應機製和基本功能，可以以預先編程的方式集成到解決複雜的任務中。換句話說，DNA納米技術正在蠶食機器人領域。

DNA在機器人製造中相對於其他智能材料的優勢在於其固有的生物相容性和生物降解性，這減輕了人們對其可能產生的不良影響的擔憂。在此基礎上，自動化DNA合成的驚人發展使DNA鏈的大量生產成為可能，但具有特定的位點可尋址性，這可能導致集成功能，如在一個合理設計的架構中加載藥物，位點靶向和刺激響應[32]。

盡管靜電相互作用對所有生物大分子都很重要，但它們對核酸的能量影響卻是巨大的。考慮到構成蛋白質的20種氨基酸中隻有5種在生理pH值下是帶電荷的，而且由於氨基酸既有帶正電的也有帶負電的，所以大多數蛋白質的淨電荷往往很小。相比之下，核酸的磷酸基對每個殘基攜帶一個負電荷。因此，核酸是高度帶電的。在RNA折疊或DNA壓縮過程中，要使這些電荷靠近需要克服巨大的靜電能壘[33]。

水分子以一種非常特殊的方式包圍著DNA，一方麵，水合殼的結構取決於含水量，另一方麵，實際上影響著遺傳物質本身的結構。這些發現不僅對理解DNA的生物學功能很重要;它們也可以用於構建新的基於dna的材料[34]。

從費曼項目的角度來看;從1納米到100納米的納米機器人，可以從下往上生產其他機器，通過排列原子彼此，這就是眾所周知的組裝，這個生產過程被稱為自組裝。裝配器可以攜帶製造複製品所需的所有指令和信息，在這種情況下，它被稱為複製器或納米複製器。納米技術監督這些組裝體和複製體的創造和控製。這些組裝器和複製器本身能夠嵌入大量的納米機器人，並通過這種大規模化，在分子規模上創建[35]的活動。

自然生物裝置中的納米技術啟發了這種認識。納米技術創造設備和材料，並自下而上地操縱它們的順序和性能，這意味著在原子和分子尺度上。從這個角度來看，納米尺度不僅僅是一個超尺度或縮小尺度的一個步驟，而是最基本的尺度，在這個尺度上，質變形式的物質被設計出來，支配其運作的規則被確定下來。這將補充目前的納米機器人製造通過自頂向下的方法用於靶向治療無法到達的地點在活的有機體內．從本質上講，這將是一個由基本生化構建單元組成的大型功能分子結構的3D化學打印，一次一個原子。因為納米顆粒通常通過自上而下或自下而上的方法合成。自頂向下的方法是基於將大塊材料逐漸分解成納米級結構來減小尺寸的機械方法。自下而上的方法是基於原子或分子組裝成納米級的分子結構[27]]。

由於目前生物打印和機器學習工具的蓬勃發展，未來的臨床醫生可能能夠為個性化醫療開發合成微/納米機器人。可編程物質代表了一種思想，即物質可以通過原子力顯微鏡(AFM)和掃描隧道顯微鏡(STM)等尖端工具重新配置其原子，從而改變其形狀和物理性質。DNA納米折紙技術的發展將使研究人員能夠在原子水平上製造、編程和控製物質;這將大大有助於擴大納米機器人的生產[35]。

對於癌症研究人員來說，納米級設備進入活細胞的能力使他們能夠獲得臨床領域和基礎知識領域的獨特知識。在分子尺度上，與許多蛋白質和核酸同時相互作用的能力，提供了對正常和異常狀態下細胞行為調控和信號傳遞的複雜模式的更好理解，通過這一通道導致了分子尺度上癌症的發展。

納米機器人的能量來源

自然界已經發展出各種各樣的機製來實現小尺度的運動。許多微生物具有化學轉子，使它們能夠為鞭毛或纖毛提供動力，驅動鞭毛或纖毛產生螺旋狀或珠狀運動，導致運動[18]。這種推進機製是旋轉合成微型機器人的靈感來源，其中合成的螺旋微結構，柔性纖維，或轉軸旋轉的細菌鞭毛。每個微型機器人在能量上獨立於其他微型機器人，而不是被磁場所給定的方向拖拽。超聲波是為微型機器人提供動力的另一種外部能量輸入。最近的進展是利用高強度聚焦超聲誘導化學燃料的快速汽化，從而產生子彈狀運動的微型機器人，以及利用行波誘導微型機器人結構[17]內氣泡的振蕩。

讓納米機器人不斷移動和活躍(在任何環境中，而不僅僅是生物環境中)的最有效方法是從納米機器人運行的環境中產生能源:光發出的流體動能和電磁輻射是開放工作空間[11]的合適能源選擇。

此外，使用溫度和光線的變化也是合適的選擇。但對於一個大的工作空間，振動產生的能量會更合適，可以在各種環境中使用，包括生物環境[11]。

倫理學與未來醫學課程

鑒於這些發展，應當考慮將關鍵的納米醫學概念納入一般醫學課程。當代醫學正變得越來越有活力，預計納米醫學研究和相關技術的迅速進展很可能深刻影響未來醫療實踐的開展。考慮到這些發展的速度，許多現任和未來的醫生對納米醫學相對缺乏熟悉，這表明該領域的教育和培訓的需求日益迫切。雖然隨後的評論包含了對當前醫療專業人員繼續開展納米醫學專業發展活動的必要性，但這裏的主要重點是對未來醫生的醫學教育[36]。

在現有的普通醫學課程中，與納米醫學潛在倫理問題有關的問題可以在一個標準的專業醫學倫理學課程中加以解決，該課程利用了，例如，Beauchamp和Childress被廣泛引用的生物醫學倫理學四項原則，即尊重自主、仁慈、不傷害和正義。鑒於發展有效的醫患溝通技能至關重要，以及溝通技能和倫理行為的實際不可分割性，也有可能在各種普通醫學課程中開設的一些專業溝通和臨床技能課程中解決納米醫學中潛在的倫理問題。由於納米醫學正在明顯地開始影響我們對未來醫學療法和專業實踐的思考方式，現在醫學教育者有責任開始考慮將相關原則和概念納入一般醫學課程的方式[37]。

結論和遠見

的相關性在體外產生了藥代動力學和藥效學來在活的有機體內應用場景是開發安全的納米藥品的重要一步。因此Singh AV等人通過強調加速納米醫學臨床轉化的未來，致力於在計算主導時代納米毒理學盲點所麵臨的挑戰和機遇。如圖1所示，人工智能(AI)和機器學習(ML)工具箱可以極大地幫助定義與生物活性相關的納米材料的核心屬性，這將有助於在納米治療背景下最小化毒性的應用。由於NP電暈的生物-物理-化學界麵決定了NP的生物學特性，使用ML算法解鎖材料屬性、大小/形狀和表麵特征可能會揭示對NP及其與周圍環境相互作用的重要見解。此外,NPcell交互在體外在高鹽濃度的粘性生物介質中，它是納米毒理學的又一隱身層。在這裏，人工智能方法可能有助於解碼溶解行為，靜電聚集和積累，以及蛋白質在NPs上的競爭性結合。這些特性通常是複雜的，很難用基於數據相關性或最具影響力的參數識別的傳統實驗方法進行預測。特別地，利用ML工具[38]可以建立相變和基於自由能釋放的預測關係來解碼納米毒理學的納米生物界麵。

圖1:用於理解納米生物界麵的生物物理化學特性的AI工具箱。該模型設想對納米材料的核心特性進行補充和預測，以識別納米生物相互作用方麵。在選擇合適的NP特性之後，必須使用真實的實驗數據進行ML模型開發、優化和交叉驗證，才能預測未知的NP特性或納米生物相互作用。徑向輪廓所示的邊界條件(右麵板)表示應用AI和ML方法預測納米藥物毒性和健康影響的未知性質的工作空間。

因此，Singh AV等人進行了另一項關於短氨基酸序列自組裝來設計金屬-生物分子框架(MBioFs)的研究。他們報道了一種利用癌細胞分泌的金結合肽(10-15mers)合成各向異性納米結構的簡便、生物啟發路線。生物信息學工具迭代裝配精化(i-TASSER)預測氨基酸序列對金屬結合位點和相應肽序列二級結構的影響。電子顯微鏡、x射線、紅外和拉曼光譜驗證了萬能的各向異性金納米結構和生物礦化的金屬-生物有機性質。他們研究了前驅體鹽、pH值和肽濃度對納米葉、納米花、納米纖維和樹突狀各向異性MBioFs進化的影響。利用紅外激光(785 nm)對光熱特性進行了表征，揭示了光熱的良好轉化。他們的研究結果表明，在較低的激光功率(1.9 W/cm)下，細菌細胞暴露在培養物中顯示出較高的光熱死亡率²)與最近的報告進行比較。MBioF的自組裝過程可以很容易地擴展和適應於具有光熱效應的高級等離子體材料合成在活的有機體內生物膜破壞與癌症熱療應用[39]。

在一個在體外納米毒性係統，細胞-納米顆粒相互作用導致表麵吸附、吸收，並改變為細胞核/細胞表型和化學，作為氧化應激、遺傳毒性和致癌性的指標。在這方麵，Singh AV等及其研究團隊的研究描述了細胞形狀指數(CSI)和核麵積因子(NAFs)的細節作為納米材料類型的描述符。他們提出，上皮細胞的表型變異是由不同種類納米材料的物理化學描述物(如形狀、大小、zeta電位、濃度、擴散係數、多分散性等)控製的，這在很大程度上決定了當暴露在亞致死濃度[40]的上皮細胞中時，細胞內攝取或細胞膜相互作用。

各向異性金納米結構也受到關注，因為它們的形狀與局部表麵等離子體共振之間有很強的相關性，這允許通過形態優化調整其光學響應[41]。

當然，納米醫學領域需要幾十年的發展。也許在我們允許我們的想象力自由幻想納米醫學所帶來的承諾之前，最好考慮一下真正可行的能力[5,6]。納米技術在醫學領域的發展將成為分子水平外科控製發展的故事，它也將在健康和治療領域產生巨大變化。利用納米機器人或生物納米機器人給藥，將減少藥物的副作用，加快治療速度;因為隻有患者的組織受到藥物治療[11,20]。

在外科手術中，納米機器人可以到達人體和普通工具無法到達的地方。這項技術很可能將用於該疾病的治療和早期診斷，這比治療[2]更為重要。

如今，遠程醫療的廣泛使用使得將通常在第二級保健中進行的活動分散開來成為可能，而這種功能可以在初級保健一級提供。此外，遠程醫療可以提供保健服務的連續性和質量改進。既然資源的最佳利用被認為是經濟方麵最具成本效益的活動，那麼這種技術的成本可能比一般活動低[4]。

此外，根據這些新技術的現有運營商，通過一些安排，可以提供通過遠程醫療係統指導該設備操作的可能性。因此，通過設計包括微係統、納米機器人和遠程醫療係統的技術要求在內的集成係統，將使該係統在遠程患者的預防、診斷、治療和康複方麵具有獨特的能力。它們可以進行無線和遠程通信，甚至在正常生活條件下也可以移動。建立這些技術的益處，並及時以專門報警的形式對潛在的風險進行處理。及時救治患者，不留延誤。有時，獨特的偏遠可以很好地作為在遙遠的地方和地區如北極和南極空間站等不可替代的機動的診斷方法。

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文章類型:評論文章

引用:Shahri SSZ, Sayyedalhosseini S(2021年)COVID-19大流行期間醫療微納米機器人在遠程醫療中的使用。納米外科5(1):dx.doi.org/10.16966/2470-3206.125

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出版的曆史:

收到日期:05年1月,2021年

接受日期:2021年1月21日,

發表日期:2021年1月27日