人類已經(jīng)創(chuàng)造出能后空翻、走平衡木的仿生機(jī)器人，但在肉眼無法觀測、雙手無法直接掌控的微納尺度，人類的能力還有很大拓展空間。32歲的李金星著迷于顯微鏡下的世界，率先使用直徑只有幾微米的微型機(jī)器人進(jìn)入動物體內(nèi)治療疾病。

近期，《麻省理工科技評論》第19屆全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單揭曉，斯坦福大學(xué)博士后研究員李金星憑借在微納機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新，入圍“先鋒者”類別，成為上榜的8位華人之一。

《麻省理工科技評論》提到，他設(shè)計的外觀類似火箭的微型機(jī)器人，可以在活體動物的腸道中運行，并在完成任務(wù)后自行降解。

因為構(gòu)成生命的基本單元細(xì)胞的尺寸都在微米納米尺度，微納機(jī)器人的出現(xiàn)將革新人類未來的醫(yī)療方式。

每年，全球有35位35歲以下的“世界杰出青年創(chuàng)新家”入選這個榜單。以往的獲獎?wù)甙槙鴦?chuàng)始人扎克伯格，谷歌創(chuàng)始人Larry Page，蘋果首席設(shè)計師Jony Ive，基因編輯技術(shù)主要發(fā)明人張鋒等。在今年的榜單中，有人使用創(chuàng)新方法治療疾病、對抗在線騷擾，也有人通過人工智能技術(shù)理解神經(jīng)紊亂、創(chuàng)造更加宜居的城市。

李金星來自湖北黃岡，在華中科技大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)分別完成電子工程本科和碩士學(xué)業(yè)后，他赴美國加州大學(xué)圣地亞哥分校留學(xué)，成為了美國第一批納米工程學(xué)博士。博士階段，他潛心研究如何讓各種細(xì)菌尺度的“小東西”動起來，設(shè)計出許多微型機(jī)器人，正是這段經(jīng)歷讓他入圍全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單。目前，李金星在斯坦福大學(xué)擔(dān)任博士后研究員。

微納機(jī)器人是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新課題，有著廣泛的應(yīng)用前景，例如靶向遞藥、小型手術(shù)、毒素清除、疾病檢測等。微納機(jī)器人的直徑在幾微米左右，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十分之一甚至更小。

包覆抗生素的微米鎂球

與通常意義上的機(jī)器人不同，微納機(jī)器人不靠電池驅(qū)動——畢竟那樣小尺度的電池還沒有被生產(chǎn)出來。李金星介紹，大概有十幾種方法可以讓微納機(jī)器人動起來，其中主要的兩種是通過化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動和利用磁場驅(qū)動。

鎂球機(jī)器人采用的就是化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動法，它可以用于靶向遞藥，通過緩慢釋放抗生素的方式治療胃部金黃葡萄球菌的感染。

李金星與合作者選取能與胃液反應(yīng)、直徑“僅為發(fā)絲十分之一”的鎂球，在其上包覆一層可溶于胃酸的聚合物，并將抗生素混合其中，由此制成鎂球機(jī)器人。

動物實驗中，他們在患有胃感染的小鼠胃部置入重兩毫克、數(shù)量約為十萬個的鎂球機(jī)器人。進(jìn)入胃部之后，鎂與胃酸通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣泡，推動鎂球機(jī)器人運動。由于鎂球外層的聚合物具有疏水性，機(jī)器人更容易吸附在胃壁上。吸附之后，聚合物在胃壁上逐漸溶解，緩慢釋放出混合在其中的抗生素來治療感染。

裝載有抗生素的鎂球機(jī)器人

鎂球機(jī)器人

李金星介紹，動物實驗結(jié)果顯示，“使用鎂球機(jī)器人遞送抗生素的消炎效率比直接服用抗生素高出六倍以上”。

他認(rèn)為，這類靶向遞藥機(jī)器人的藥效更長，既可以增加治愈率，又可以降低藥物的服用頻率，幫助減少抗生素濫用現(xiàn)象。

看到細(xì)如發(fā)絲的機(jī)器人

在另一項工作中，李金星與合作者設(shè)計出了能夠在微納尺度下“游泳”的“自由泳機(jī)器人”。

這種機(jī)器人是一個微型的多節(jié)磁性顆粒，不同部位硬度不同。在磁場作用下，機(jī)器人的兩個“手臂”會交替向前運動，從而產(chǎn)生類似人類游泳的形態(tài)。李金星表示，“自由泳機(jī)器人”在運動過程中產(chǎn)生的渦旋能夠牢牢吸住單個細(xì)胞，從而進(jìn)行單細(xì)胞的操作，將人類的能力拓展到肉眼不可見的微納米尺度。

目前，大部分微納機(jī)器人還在動物實驗階段，談及在臨床醫(yī)療領(lǐng)域落地的前景，李金星提到兩個難題。

難題之一是解決微納機(jī)器人“在真正的身體組織中穿行的問題”。

李金星介紹，在肌肉等組織中穿行需要非常強(qiáng)大的穿透力或者采用一些其他特殊方式慢慢運動，這一點，現(xiàn)階段的微納機(jī)器人還很難做到。當(dāng)前的機(jī)器人主要在腸胃、眼睛等更接近于液體的環(huán)境中工作。

困擾學(xué)界的第二個難題是——如何看到進(jìn)入體內(nèi)的微納機(jī)器人。

微納機(jī)器人無法通過肉眼直接觀測，為了控制其在身體內(nèi)的運動，以便精準(zhǔn)給藥或者微創(chuàng)手術(shù)，需要通過技術(shù)手段看到它們。李金星說，“這不僅依賴于微納機(jī)器人領(lǐng)域，也依賴于成像領(lǐng)域的發(fā)展。”

他認(rèn)為，核磁共振成像技術(shù)可能是一個方向，“比如用核磁技術(shù)把一堆納米機(jī)器人驅(qū)動到腫瘤所在的部位，再施加交變磁場，讓納米機(jī)器人發(fā)熱，把癌細(xì)胞燒死”

沖浪板與博士帽

在李金星的個人主頁上，身穿博士服的他拿著一塊沖浪板，背后是美國圣地亞哥的沙灘和大海。他告訴澎湃新聞記者，運動是他緩解科研壓力的主要方式。

近來，青年科研人員的科研壓力受到廣泛關(guān)注，《自然》、《科學(xué)》等頂級學(xué)術(shù)雜志的新聞欄目相繼刊登了系列報道。

采訪中，李金星也談到，進(jìn)入各路“牛人”集聚的斯坦福，他感受到前所未有的壓力。“和很多牛人在一起，會不斷發(fā)現(xiàn)自己的無知，開始焦慮和抑郁。這種自我懷疑的另外一種體現(xiàn)，則是很多人都患有‘冒名頂替綜合癥’——懷疑自己取得的成果和認(rèn)可，是否真的是憑借自己的實力獲得的。”

他認(rèn)為，應(yīng)對科研壓力，鍛煉身體很重要，要學(xué)會用運動調(diào)整自己的身體，來主動控制自己的心理狀態(tài)，進(jìn)而去享受科研和生活本身，“如果你覺得科研這條路真的很難，加入企業(yè)或者自己創(chuàng)業(yè)也許能讓你更好的發(fā)揮自己并體會到生活的樂趣”。

李金星稱自己是一個“學(xué)渣”。本科階段，他的成績在班上處于中下游，因而“只能通過考研到復(fù)旦讀碩士”。不過，他在體育領(lǐng)域頗有天賦，尤其擅長200米跑，是大學(xué)中的運動健將。

“博士期間，我基本每周末都在海邊沖浪、踢球。運動既能緩解學(xué)術(shù)壓力，也幫助我認(rèn)識到學(xué)術(shù)上的合作伙伴。”