Нанороботы в организме человека: Нанороботы внедряются в организм человека

Нанороботы внедряются в организм человека

Нанороботы — это роботы, размер которых сопоставим с размером молекулы. Они обладают функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ, а также в некоторых случаях возможностью самовоспроизведения.

Впервые открыто о создании нанороботов заговорил американский ученый Ким Эрик Дрекслер, которого называют «отцом нанотехнологий». Идею создания нанороботов ученый рассмотрел в своей книге «Машины создания». Здесь же он представил  гипотетический сценарий оживления крионированных людей. Это первый  теоретик создания молекулярных нанороботов и концепции «серой слизи». Дрекслер участвовал в исследованиях NASA на тему космических поселений в 1975 и 1976 годах. Он разрабатывал на основе нанотехнологий высокоэффективные солнечные батареи, а также активно участвовал в космической политике.

В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве. А до этого время постоянно велись секретные исследования в этой отрасли.  

Для чего же создаются нанороботы? По официальным данным, они могут оказать неоценимую помощь в медицине. Планируется, что эти микроскопические роботы будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи и ряд других задач на наноуровне.

Утверждается, что до сего момента нанороботы не были испытаны на людях, однако на протяжении последних 10-20 лет появляются факты о том, что нанороботы уже находятся в организме многих людей по всему миру, они выходят прямо из кожи человека, разрушают внутренние клетки человека, нарушают работу всех систем организма.

Несколько добровольных исследователей в этой области, сравнили фотографии некоторых нанороботов, представленных в научных изданиях, и многократно увеличенные фотографии с нанороботами, извлеченными из тел людей. Фотографии представлены ниже.

Общий фон — фото наноробота, извлеченного из тела американца, который уже 13 лет наблюдает за тем, как его тело постепенно разрушается непонятными явно нерукотворными созданиями. Справа — фото наноробота из научного журнала «Advanced Materials».

Вопрос: откуда взялись в теле человека нанороботы идентичные тем, что были представлены в научном журнале?

А самое страшное это то, что таких пациентов по всему миру становится все больше. Объяснения этому никто не дает. Исследования не ведутся. Ученые и медики, которые пытаются заняться исследованиями, погибают при таинственных обстоятельствах. Единственно, что удалось узнать некоторым медикам, при анализе этих нанороботов, найденных в телах людей, это то, что они состоят преимущественно из силикона и притягивают к себе множество других патогенных микроорганизмов.

Человечеству все еще нужны нанороботы? Для чего они созданы на самом деле — знают только посвященные.

————-

Хотите наслаждаться всеми возможностями вашего смартфона на вашем телевизоре? Для этого вам достаточно купить андроид тв приставку. Большой выбор приставок представлен на сайте https://androidmag. org/. Цены вас порадуют.

«Врачи-нанороботы» — миф или реальность?

Статья на конкурс «био/мол/текст»: В книге «Машины создания» американского ученого Эрика Дрекслера была рассмотрена идея создания наноробота как «машины по ремонту клеток», которая смогла бы ставить диагноз, передавать информацию и создавать программу для лечения человека. Конечно, это звучит очень фантастично, но ученые уверяют, что в будущем такие «машины-нанороботы» помогут людям жить вечно: они смогут предотвратить множество болезней, излечиться от уже имеющихся и таким образом приблизиться к бессмертию. То, что это вполне возможно, доказывают современные научные исследования, а вот будет ли это доступным всем — совсем другой вопрос.

Эта работа опубликована в номинации «Бионанотехнология» конкурса «био/мол/текст»-2016.

Спонсор номинации — Фонд инфраструктурных и образовательных программ Роснано.

Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!

Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас».

Спонсоры публикации этой статьи — Надежда и Алексей Браже.

Около 20 000 лет тому назад человек
начал одомашнивать растения и животных.
Сейчас наступило время одомашнивать молекулы.
Сьюзан Линдквист.

Представьте, что вы заболели обычной простудой и направляетесь к врачу за лечением, но вместо того, чтобы выписать вам таблетки или укол, он направляет вас в медицинский центр, который «запустит» в вашу кровь крошечных роботов. Они обнаружат причину заболевания, отправятся в нужную систему органов и доставят необходимую дозу лекарственного препарата непосредственно в «зону поражения». Вы удивитесь, но современная медицина не так уж и далека от таких устройств, которые уже отчасти используются. Эти специфические устройства названы нанороботами, которые создаются на основе наноэлектронных структур и биотехнологий и приобретают новые физико-химические свойства, отличающиеся от составляющих их молекул и атомов [1]. Такие нанороботы будут способны функционировать в организме человека и выполнять разнообразные функции: от контроля молекулярных и клеточных процессов до диагностики и «ремонта» организма изнутри.

Наномедицина — что это?

Окружающий нас мир меняется все быстрее и быстрее, и реальным становится то, что раньше было лишь вымыслом футурологов. Наномедицина и нанотехнологии коренным образом меняют взгляд человека на окружающий мир. О наномедицине, способной показывать человеку «чудеса» регенерации, решать проблемы биологического старения и многое другое, можно говорить, как о новой вехе в развитии современной науки.

По определению Роберта Фрейтаса: «Наномедицина — это слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне с использованием разработанных наночастиц и наноустройств» [2]. Возникновение наномедицины связывают с 1957 годом, когда будущий лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман прочитал лекцию в калифорнийском технологическом институте и произнес свою знаменитую фразу: «Внизу полным полно места» [3]. Он указал мировому сообществу, что, несмотря на фундаментальные знания о микромире, человечество не умеет использовать все свои возможности для продуктивной работы в данной отрасли. В то время его слова казались фантастикой, и мало кто мог предположить, что уже через несколько десятилетий появятся технологии, способные работать на молекулярном и атомном уровнях.

«Молекулярные машины»

Один из основоположников нанотехнологических разработок американский ученый Эрик Дрекслер в своих фундаментальных работах описал новую медицинскую технологию — использование «молекулярных машин». Начало развития этого направления можно связать с 1986 годом, когда Эрик Дрекслер опубликовал книгу «Машины создания. Грядущая эра нанотехнологии». Несколько позже, в 1991 году, он защитил докторскую диссертацию, а в 1992 году выпустил монографию «Наносистемы», где были изложены научные основания построения нанороботов — наномашин для ремонта клеток. По его мнению, медицинские нанороботы должны уметь диагностировать заболевания, доставлять лекарственные препараты, циркулировать в лимфатических и кровеносных сосудах человека и даже делать хирургические операции. Дрекслер предположил, что медицинские нанороботы предоставят возможность оживления людей, замороженных методами крионики [4].

Как же создать «конструктор» из атомов и молекул?

До сих пор не существует ни одной методики инженерного проектирования молекулярных структур в виде работоспособных крошечных роботов. Их еще предстоит разработать, но современные достижения науки настраивают на оптимизм: уже созданы моторчики диаметром 500 нм, которые могут использоваться в качестве двигателей для нанороботов , наножидкостные и наноэлектронные системы типа «лаборатории-на-чипе», разработано программное обеспечение для моделирования поведения нанороботов в организме человека. Существует практическая программа исследований, основанная Робертом Фрейтасом и Ральфом Мерклом в 2000 году и направленная на создание алмазной механосинтетической фабрики, которая будет создавать нанороботов на основе алмазных соединений [5].

В 2016 году за разработку молекулярного двигателя Бернарду Ферринге была присуждена Нобелевская премия по химии: «Наноавтомобиль, молекулярный лифт и искусственные мышцы — названы лауреаты Нобелевской премии по химии 2016» [6]. — Ред.

Наряду с нанороботами из алмазоидов, биоинженеры планируют активно создавать нанороботов из клеточных органелл и других биологических объектов: с митохондриями вместо аккумуляторов, миозиновыми волокнами для движения белковых жгутиков, рибосомами для синтеза необходимого белка, антителами для распознавания молекул, молекулами ферментов, вакуолями с самостоятельно синтезированным лекарственным веществом. Фактически это будет искусственно сконструированная живая клетка с заданными функциями [7], [8]. Геномика и протеомика развиваются такими темпами, что получение биологических нанороботов будет эффективным добавлением к механическим нанороботам.

Несмотря на все достижения науки, действующие и эффективные конструкции нанороботов пока не разработаны и находятся на стадии задумок и проектирования. Есть три основных момента, на которых должны сосредоточиться ученые: навигация, питание и передвижение нанитов по кровеносным сосудам. Нанотехнологи рассматривают различные варианты для каждого из этих аспектов.

1. Навигация нанороботов

Внешние навигационные системы могут использовать множество различных методов, чтобы доставить наноробота в нужное место. Один из таких методов — применение ультразвуковых сигналов для обнаружения местоположения наноробота и направления его в место назначения. Врачам отправляли бы ультразвуковые сигналы в тело пациента и регистрировали их, работая на специальном оборудовании с ультразвуковыми датчиками.

Используя магнитно-резонансную томографию (МРТ), врачи могли бы определять местонахождение наноробота и отслеживать его по магнитному полю.

2. Питание нанороботов

В качестве основных источников энергии предполагается использование собственных запасов непосредственно из кровотока человека. Наноробот с установленными электродами может сформировать «батарею» на основе электролитов, найденных в крови. Другой вариант заключается в создании химических реакций с кровью для превращения ее в энергию.

Также существует предположение по дополнению функции митохондрий глюкозным механохимическим реактором.

3. Передвижение нанороботов

В настоящее время уже разработано несколько нанодвигателей различных типов, которые в будущем смогут обеспечить нанороботам перемещение в пространстве. Одним из таких двигателей является диэлектрофорезный наномотор [9]. Работа двигателя построена на процессе притягивания и отталкивания частиц в сильном неоднородном электростатическом поле.

Другой вариант нашли израильские и немецкие ученые из Технологического института Технион (Израиль), Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) и Института физической химии университета Штутгарта (Германия). В статье, опубликованной в сентябрьском выпуске ACS Nano 2014 года, израильская и немецкая команда объявила, что им удалось создать крошечный винтообразный придаток, который может двигаться в гелеобразной жидкости, имитирующий окружающую среду внутри живого организма [10]. Форма нанопропеллера далека от форм пропеллеров, которые мы привыкли видеть. Исследователи придали своему нанодвигателю форму спирали, которая представляет собой закрученную нить из кварца и никеля. Ширина спирали составляет 70 нанометров, а длина — 400 нанометров. Такие размеры делают спираль нанодвигателя в 100 раз меньше диаметра клетки крови человека. При этом управление происходит за счет переменного магнитного поля, полностью исключающего какие-либо виды облучения человеческого организма. Меняя параметры данного поля, ученые регулируют направление и скорость движения механизма, доставляя его точно в заданную точку тела.

Прототипы нанороботов

С каждым годом микроробототехника существенно продвигается вперед. Только за последнее десятилетие в этой сфере появилось сразу несколько прорывных технологий.

1. ДНК-нанороботы

В 2014 году команда исследователей из Университета Бар-Илан в Израиле опубликовала статью в журнале Nature Nanotechnology, в которой продемонстрировала возможность создания нескольких нанороботов на основе нитей ДНК, которые затем были введены в организм лабораторных тараканов [11]. Эти ДНК-наноботы представляли собой свернутые особым образом и имеющие заданную последовательность молекулы ДНК, которые, попав в среду живого организма, начинали разворачиваться и взаимодействовать друг с другом и с клетками этого организма. Исследователи «размотали» нити ДНК, а затем «связали» их в новую структуру, похожую на «коробку-оригами» . В нее затем поместили по одной химической молекуле (рис. 1). При столкновении с определенными белками «ДНК-коробка» открывалась и высвобождала заключенные в изгибах ДНК химические частички, которые могли действовать согласно заложенной в них программе на процессы жизнедеятельности клеток организма или выступать в качестве лекарственных препаратов. Нанороботы были снабжены метками светящегося материала, благодаря которому было возможно определять их положение в пространстве и следить за перемещением. Во время эксперимента ДНК-нанороботы показали высокую точность функционирования и взаимодействия между собой, граничащую с точностью работы компьютерной программы.

Подробнее метод ДНК-оригами рассматривается в статьях: «ДНК-оригами: путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет» [12], «Голактеко опасносте: ДНК-роботы в живом организме» [13] и «Биоинженеры научились получать ДНК-структуры, сборкой и разборкой которых можно управлять» [14]. — Ред.

Рисунок 1. Робот представляет собой шестигранную призму, внутри которой спрятан «важный груз» — в данном случае, антитело, способное связываться с клетками крови тараканов. На рисунке — скриншот программы caDNAno, позволяющей моделировать структуру ДНК-оригами и подбирать необходимые для конструкции нуклеотидные последовательности.

2. Наноробот — морской гребешок

Ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка в 2014 году сконструировали необычного микроскопического робота для передвижения по жидкостям человеческого тела. Отличает его от всех прежних прототипов сходство с морским гребешком (рис. 2). Подобно этому моллюску наноробот способен передвигаться за счет движений створок «раковины» с помощью реактивной тяги. При этом роботу достаточно энергии внешнего электромагнитного поля, что позволило обойтись без источника питания и уменьшить размеры раковины [15].

Рисунок 2. «Целебные гребешки». Такой механизм плавания нанороботов из полидиметилсилоксана открывает новые возможности в проектировании биомедицинских микроприборов.

3. «Цинковые наноракеты»

Исследователи из Калифорнийского университета Сан-Диего в 2015 г. создали нанороботов, способных перемещаться внутри живого организма и доставлять груз лекарственных препаратов в необходимое место, не влияя на организм [16]. Микродвигатель этих «молекулярных машин» имеет химическую природу и продвигает наноботов за счет пузырьков газа, выделяющихся в ходе реакции между жидкостью внутри организма и материалом, находящемся в двигателе (рис. 3). Подопытными живыми организмами были грызуны. Наниты, изготовленные из специального полимера, имели форму трубки длиной около 20 микрометров и диаметром 5 микрометров и были покрыты толстым слоем цинка. Нанороботы вводились в пищеварительный тракт животного и достигали его желудка, где цинк начинал реагировать с соляной кислотой, входящей в состав пищеварительных соков. Выделяющийся при этом водород вырывался из внутренней полости трубок-наноботов, превращая их в подобие миниатюрных ракет (видео 1).

Рисунок 3. Устройство цинковых наномоторов. а — Механизм работы «цинкового мотора». б — Построение микродвигателей с помощью поликарбоната. в — Цинковые «наноракеты» под микроскопом. г — Фазы движения нанороботов.

Видео 1. Движение созданного калифорнийскими учеными прототипа наноробота.

Они развивали скорость около 60 микрометров в секунду, были способны покидать пределы желудка и закрепляться на стенках кишечника, где высвобождали наночастицы из лекарственных препаратов. Согласно данным, полученным в ходе эксперимента, наноботы оставались прикрепленными к стенкам кишечника в течение 12 часов, даже несмотря на прием пищи подопытным животным, что является доказательством их эффективности.

4. «Шустрые» наниты

Одним из последних достижений в области наноробототехники является создание исследователями из Университета Дрекселя крошечных роботов, способных развивать большую скорость в жидкой среде [17]. Нанороботы представляют собой цепочки из крошечных круглых частиц. Магнитное поле вращает частицы, подобно винту. При этом, чем длиннее цепочка, тем бóльшую скорость она может развить (рис. 4). Ученые создавали различных роботов: начиная с цепочки из трех «бусин» до цепочки из 13 частиц, которая достигала скорости 17,85 микрометра в секунду (видео 2). Движение наноботов было возможно благодаря применению внешнего магнитного поля. Чем быстрее была скорость вращения поля, тем быстрее перемещались цепочки. При этом высокая частота приводила к деформации цепочек и способствовала их разделению на более мелкие цепочки: из трех или четырех частиц. Ученые планируют использовать эти устройства в будущем для доставки лекарственных веществ по кровеносным сосудам.

Рисунок 4. Скорость магнитных пловцов с различным количеством бусин.

Видео 2. Нанороботы-трансформеры, созданные в Университете Дрекселя, США.

По образу и подобию

Какой станет медицина будущего? Как она изменит нас и наше отношение к жизни? Смогут ли «нанороботы-врачи» заменить человека? Эти вопросы звучат, как нечто фантастическое. Несмотря на то, что конструкция медицинских нанороботов существует пока в головах ученых, уже сейчас можно с гордостью говорить о достижениях нанотехологии в медицине: это и адресная доставка лекарств, и контроль биохимии процесса лечения, и диагностика заболеваний с помощью квантов, и лаборатория на чипе [18].

Ожидается, что достижения в наноробототехнике станут доступными не ранее, через полвека, однако последние разработки в этой отрасли вселяют уверенность в то, что это произойдет намного раньше. Будем надеяться, что через пару веков гений человека сможет на практике использовать нанороботов в хирургических операциях, в лечении разнообразных заболеваний и, в конце концов, для оживления и «ремонта» человека [3].

1. Yamamoto Y., Miura T., Suzuki M., Kawamura N. , Miyagawa H., Nakamura T. et al. (2004). Direct observation of ferromagnetic spin polarization in gold nanoparticles. Phys. Rev. Lett. 93, 116801;
2. Freitas R.A. Jr. (2005). What is nanomedicine? Nanomedicine. 1, 2–9;
3. Feynman R.P. (1960). There’s plenty of room at the bottom. Caltech Engineering and Science. 23, 22-36;
4. Дрекслер Э. Машины создания. Грядущая эра нанотехнологии. М.: Издательство «Энкор Букс», 2009;
5. Merkle R.C. and Freitas R.A. Jr. (2003). Theoretical analysis of a carbon-carbon dimer placement tool for diamond mechanosynthesis. J. Nanosci. Nanotechnol. 3, 319–324;
6. Наноавтомобиль, молекулярный лифт и искусственные мышцы — названы лауреаты Нобелевской премии по химии 2016;
7. Борисенко В.Е. (1997). Наноэлектроника — основа информационных систем XXI века. Соросовский oбразовательный журнал. 5, 100–104;
8. Синтетическая жизнь;
9. Soong R.K., Bachand G.D., Neves H.P., Olkhovets A.G., Craighead H.G., Montemagno C.D. (2000). Powering an inorganic nanodevice with a biomolecular motor. Science. 290, 1555–1558;
10. Schamel D., Mark A.G., Gibbs J.G., Miksch C., Morozov K.I., Leshansky A.M., Fischer P. (2014). Nanopropellers and their actuation in complex viscoelastic media. ACS Nano. 8, 8794–8801;
11. Amir Y., Ben-Ishay E., Levner D., Ittah S., Abu-Horowitz A., Bachelet I. (2014). Universal computing by DNA origami robots in a living animal. Nat. Nanotechnol. 9, 353–357;
12. ДНК-оригами: путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет;
13. Голактеко опасносте: ДНК-роботы в живом организме;
14. Биоинженеры научились получать ДНК-структуры, сборкой и разборкой которых можно управлять;
15. Qiu T. , Lee T.C., Mark A.G., Morozov K.I., Münster R., Mierka O. et al. (2014). Swimming by reciprocal motion at low Reynolds number. Nat. Commun. 5, 5119;
16. Wang J. and Zhang L. (2015). Artificial micromotors in the mouse’s stomach: a step toward in vivo use of synthetic motors. ACS Nano. 8, 117–123;
17. Cheang U.K., Meshkati F., Kim H., Lee K., Fu H.C., Kim M.J. (2016). Versatile microrobotics using simple modular subunits. Sci. Rep. 6, 30472;
18. Человек на чипе.

нанороботов будут течь через ваше тело к 2030 году

По мнению некоторых футуристов, в ближайшие 10 или около того лет ваша кровь будет течь с помощью крошечных нанороботов, которые помогут вам не заболеть или даже передавать ваши мысли в беспроводное облако. Они будут путешествовать внутри вас на молекулярном уровне, защищая вашу биологическую систему и обеспечивая вам хорошую и долгую жизнь. Будущее ближе, чем вы думаете.

Нано как термин больше не воспринимается как особый; мы привыкли к маленьким устройствам и искусственному интеллекту в нашей повседневной жизни. Технологии значительно развились, а значит, и потенциальное применение этих микроскопических машин.

Футурист и технический директор Google Рэй Курцвейл — страстный предсказатель будущих событий и утверждает, что обладает довольно высокой степенью точности. Он является одним из крупнейших сторонников идеи о том, что в ближайшем будущем нанороботы будут течь в нашей крови. Наука, связанная с этим предсказанием, возможно, не так уж далека от современных технологий.

Нанороботы, введенные в кровоток

По данным IFL Science, ДНК-роботы уже тестируются на животных для поиска и уничтожения раковых клеток. Эти запрограммированные нити ДНК способны перемещаться по кровотоку и вводить препараты для свертывания крови в кровеносные сосуды вокруг опухолей, перекрывая их кровоснабжение.

Если испытания на людях продолжатся, эти крошечные роботы могут совершить революцию в лечении рака и в других исследованиях клеток. Однако предстоит еще преодолеть большое количество препятствий, прежде чем инъекционные нанороботы смогут превзойти существующие формы лечения.

Обнаружение и лечение рака — это одно, но крошечные нанороботы могут сыграть большую роль в медицине будущего по другим причинам. По данным New Atlas, исследователи считают, что вскоре наноботы смогут доставлять людям лекарства с высокой степенью точности. Это позволит доставлять микродозы прямо туда, где они нужны пациенту, и может помочь предотвратить вредные побочные эффекты.

Университетские ученые также считают, что однажды нанороботы можно будет использовать для уменьшения образования бляшек в венах и решения диетических проблем, а также для целого ряда других медицинских целей. Выходя за рамки простой медицины, нанороботы могут позволить людям достичь более высокого уровня связи.

Самый популярный

В исследовании, опубликованном в журнале ScienceMag, ученые из Института биологической инженерии Висса и факультета генетики Гарвардской медицинской школы заявили:

«В качестве подтверждения принципа нанороботы, нагруженные комбинациями фрагментов антител, использовались в двух различных типах стимуляции клеточных сигналов в тканевых культурах. Наш прототип может вдохновить на создание новых конструкций с различной селективностью и биологически активными полезными нагрузками для задач, нацеленных на клетки. »

Теоретически, когда-нибудь нанороботы можно будет использовать для постоянного наблюдения за нашим телом на предмет болезней и других симптомов, постоянно передавая эту информацию в облако для тщательного наблюдения медицинским персоналом. По сути, это может превратить обычную простуду или другие заболевания в легко решаемые проблемы.

СВЯЗАННЫЕ С: КАК НАНОТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕНИЛИСЬ ЗА ГОДЫ

Идея о том, что наноботы однажды смогут передавать наши мысли в облако, вероятно, является самой неправдоподобной из многих предложенных вариантов использования наноботов. Этот подвиг потребует больших успехов как в нейронауке, так и в наноробототехнике, а также в населении, готовом предоставить Google прямой доступ к нашему мозгу. Хотя это может быть возможно, эта функциональность, вероятно, появится в далеком будущем.

Сделав шаг назад, давайте обсудим, что такое нанотехнология на самом деле.

Что такое нанотехнологии?

Нанотехнология — это больше, чем просто технология для научно-фантастических злодеев, это развивающаяся область, объединяющая инженерию и науку.

Наноробототехника относится к развивающейся области проектирования и создания роботов, компоненты которых имеют размеры, близкие к нанометру ((10 ⁻⁹  метров), или имеют размеры от 0,1 до 10 микрометров и состоят из наноразмерных или молекулярных компонентов.

Шкала нанотехнологий совпала с другими понятными объектами. Источник: Wikimedia/Sureshbup

Для сравнения, один нанометр примерно в 10 раз больше размера отдельного атома и в 10 раз меньше ширины вашей ДНК.

Где зародились нанотехнологии

Нанотехнологии существуют уже некоторое время. Некоторые указывают на эту область, начавшуюся с лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана, который выступил с докладом под названием «На дне есть много места» перед группой физиков на собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте в 1919 г. 59. 

Фейнман, которого часто называют отцом нанотехнологий, в своем выступлении описал теоретический процесс, который позволит исследователям манипулировать отдельными атомами или отдельными молекулами. Этот процесс, который еще не был изобретен, в конечном итоге станет основным приложением нанонауки.

СВЯЗАННЫЕ: УЧИТЕСЬ, КАК ИНЖЕНЕР, ИСПОЛЬЗУЯ МЕТОД ФЕЙНМАНА

Только в 1981 году были разработаны микроскопы, способные даже видеть отдельные атомы. Эти ранние сканирующие туннельные микроскопы достигли невиданного ранее уровня точности и увеличения. Позволив исследователям визуализировать отдельные атомы, они укрепили идею о возможности нанотехнологий.

Принципиальная схема работы сканирующего туннельного микроскопа. Источник: Михаэль Шмид

Нанотехнологии и будущее

Исходя из всего этого, перед нами еще стоит множество вполне реальных задач, и прежде чем мы сможем начать использовать нанороботов, необходимы дополнительные разработки.

Некоторые исследователи предсказывают, что потребуется около 10 лет, чтобы преодолеть эти проблемы и начать использовать наноботов для некоторых видов хирургии. Однако другие не уверены, что это лучшее использование ограниченных денег на здравоохранение. Роботизированная хирургия уже дороже традиционных методов, и нанороботы, вероятно, будут столь же дорогими — по крайней мере, в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

Что касается Курцвейла, то он убежден, что нанотехнологии обещают когда-нибудь объединить людей и технологии. В 2019 году он сказал Engadget:

: «Сценарий, который у меня есть, заключается в том, что мы отправим медицинских нанороботов в наш кровоток. Одним из применений этих медицинских нанороботов будет расширение нашей иммунной системы… Эти роботы также войдут в мозг и обеспечить виртуальную и дополненную реальность изнутри нервной системы, а не с устройств, прикрепленных к нашему телу снаружи.Самое важное применение медицинских нанороботов заключается в том, что мы соединим верхние слои нашей неокортекса с синтетическим неокортексом в облаке. »

Если инъекция нанороботов станет возможным, вы добровольно сделаете первые шаги, чтобы стать киборгом? Вы открыты для такого рода изменений?

Для вас

Наука

Недавнее исследование выявило решающую роль плотин в обеспечении долгосрочной продовольственной безопасности. IE узнает больше из эксклюзивного интервью с одним из исследователей.

Сад Агард | 21.11.2022

наукаИсследователи обнаружили, что люди используют Интернет для секса

Грант Каррин| 02.08.2022

инновации Советы по Microsoft Excel: 74 простых способа стать гуру электронных таблиц

Кристофер Макфадден| 30.09.2022

Еще новости

инновации
Airbus и VDL сделают терминалы связи в 1000 раз быстрее

Лукия Пападопулос| 12.01.2023

инновации
На выставке CES 2023 дебютировала первая в истории панель устойчивого развития

Sade Agard| 12. 01.2023

Инновация
Новый китайский алгоритм взлома квантового кода вызывает обеспокоенность в США

Баба Тамим| 12.01.2023

Вооружение биологических нанороботов для доставки лекарств внутрь нашего тела

Наноботы — это крошечные биологические машины, которые могут доставлять лекарства к месту назначения, повышая их эффективность и уменьшая побочные эффекты, что является самой большой проблемой доставки лекарств .

Традиционные медикаментозные методы лечения, например химиотерапия рака, могут содержать токсичные соединения, которые без разбора повреждают здоровые ткани. Нанороботы могут обойти эту проблему, защищая лекарство до тех пор, пока оно не будет доставлено к намеченной цели. Цель состоит в том, чтобы получить правильную дозу для любой части тела без побочного ущерба.

Для этого нанороботы создаются путем объединения неорганических элементов или материалов с биологическими компонентами, такими как клетки, белки или ДНК. Это требует сотрудничества исследователей из нескольких областей науки. «В робототехнике мы видим, что материаловеды и биологи сотрудничают с нами более тесно, чем когда-либо, и не зря», — говорит Брэдли Нельсон, профессор робототехники и интеллектуальных систем в ETH Zürich . «Мы получаем представление о проблемах, на которых мы застряли, таких как новые клеи на основе ног геккона и их использование сил Ван-дер-Ваальса или спиральные микророботы, основанные на передвижении жгутиковых бактерий. » 

Нанороботы могут быть введены в человеческие вены или проглочены и начать путешествие в нашем человеческом теле. Они могли проехать через них или пересечь источник болезни, используя искусную биологическую маскировку и механизмы, и после завершения своей миссии безопасно самодеградировать.  

Доставка лекарств к цели

Лучший способ получить доступ к различным частям тела — через магистрали системы кровообращения: кровеносные сосуды. Но это не будет легким путешествием для нанороботов. В крови много свободнодвижущихся клеток и других компонентов, которые могут препятствовать их движению.

Исследователи из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка в Штутгарте создали так называемые «микроролики», которые могут прикрепляться к внутренним стенкам кровеносных сосудов даже против кровотока и перемещаться по сосудам с помощью магнитного поля. . Микроролики покрыты с одной стороны магнитными материалами, которые используются для их перемещения по телу, а с другой стороны — антителами для распознавания опухолевых клеток.  

Контент продолжается ниже

Связанный контент

Каждая часть нашего тела ставит перед роботами свои уникальные задачи. Исследовательская группа из Университета Пердью успешно провела биоробота через кишечник мыши и свиньи. Вращающийся робот управлялся магнитным полем и был вооружен полимерным покрытием, которое удерживает полезный груз от воздействия на другие органы до того, как он достигнет места назначения.

Магнитная сила была самым популярным способом направления нанороботов к их целям. MagnebotiX, дочерняя компания ETH Zurich, разрабатывает генераторы магнитного поля и микромагнитные агенты для исследователей, работающих в этой области.

 Для перемещения роботов использовались другие внешние силы, такие как звук, электричество или даже микроорганизмы, такие как бактерии, использующие их способность плавать в биологической среде и находить благоприятные условия. «ДНК-оригами» также использовалось для создания нанороботов, которые могут нести полезную нагрузку и открываться, когда их цель найдена. Даже иммунные клетки и сперматозоиды изучались в качестве источников энергии для биологических роботов. Последние, в просторечии называемые сперматозоидами, обладают преимуществами при лечении рака шейки матки и гинекологических проблем благодаря своей естественной способности перемещаться в женской репродуктивной системе.

Самая трудная миссия: добраться до мозга

Мозг — самое труднодоступное место в нашем теле. Для этого нанороботы должны были бы преодолеть гематоэнцефалический барьер, чрезвычайно избирательную биологическую защиту, которая позволяет проходить только некоторым питательным веществам и молекулам, удерживая патогены.

» Ведутся работы по использованию ультразвука для пересечения гематоэнцефалического барьера, но мы все еще не можем направить лекарство через него так легко, как хотелось бы. Это дало бы некоторые преимущества, но вам все равно нужно доставить лекарство в нужное место в нужное время. И это предполагает, что у вас есть правильное лекарство и вы можете каким-то образом прикрепить его к своему нанороботу».0113 сказал Нельсон.

Несмотря на эти препятствия, в этой области были предприняты многообещающие шаги. Для лечения глиомы, разновидности рака мозга, ученые из Харбинского технологического института в Китае разработали «нейтроботов», которые могут перемещаться внутри мозга мышей и останавливать рост опухолевых клеток. Команда ученых поместила противораковое лекарство паклитаксел в магнитные наногели, которые могут преодолевать гематоэнцефалический барьер, скрываясь внутри типа иммунных клеток, известных как нейтрофилы.

Содержание продолжается ниже

Связанный контент

Будущее наноботов для доставки лекарств

В будущем наноботы могут объединять различные гибридные структуры, типы клеток и тканей, строительные блоки нитей ДНК и белков, а также ряд механизмов, которые могут придают им чувствительность к различным возбудителям. Они также могут включать сосудистые сети для транспортировки питательных веществ и нейронные сети для восприятия и обработки информации.

Одно направление исследований направлено на создание ксеноботов: живых роботов, состоящих из различных типов клеток, таких как мышечные клетки для передвижения и клетки кожи для взаимодействия с окружающей средой. Они могут быть намного умнее всех этих [других нанороботов], так как они сделаны из клеток кожи, которые уже имеют множество датчиков, секреторных механизмов, вычислительных машин и т. д. Все эти вещи, которые в противном случае должны быть созданы с нуля, эти клетки уже имеют номер », — говорит мне Майкл Левин, профессор биологии и директор Центра открытий Аллена в Университете Тафтса.

Хотя первые ксеноботы были созданы с использованием клеток лягушек, в будущем их можно будет делать из клеток человека. «Ксеноботы, когда-то созданные из человеческих клеток, идеально подходят для работы в кишечнике и других больших пространствах. Они не преодолеют гематоэнцефалический барьер, но смогут идентифицировать раны, специфические химические сигналы, раковые клетки и т. д.». Комментарии Левин.

Поскольку один нанобот не может нести достаточное количество лекарств для лечения болезни, исследователи также пытаются понять, как они могут перемещаться стаями. Их могут быть сотни, тысячи и даже миллионы, в зависимости от цели. « Робототехника Swarm дает вам преимущества в отношении надежности. Не все роботы должны быть успешными, чтобы система была успешной, и это позволяет каждому роботу нести небольшие полезные нагрузки, которые объединяются в достаточные полезные нагрузки для выполнения работы» 9.0113 сказал Нельсон .

Использование нанороботов для доставки лекарств все еще находится на ранней стадии исследований. Производство в наномасштабе сталкивается с проблемами, связанными с изготовлением, интеграцией и взаимодействием со сложной биологической средой. « Есть группы, двигающиеся в этом направлении, в котором наноботы будут использоваться для доставки лекарств, но я думаю, что для продвижения в клинику нужна стратегия, а не только один результат исследования и, вуаля, все проблемы решены», — сказал Нельсон. .

У ученых в этой области все еще есть много проблем, требующих решения, таких как ограниченная продолжительность жизни биоботов, отсутствие разумного восприятия и отсутствие методов визуализации, которые могут отслеживать наноботов в режиме реального времени. Еще одна проблема заключается в том, что иммунная система может идентифицировать их как угрозы, которые необходимо устранить, прежде чем они смогут внести свой наркотический груз — чтобы решить эту проблему, ученые исследуют материалы, которые не вызывают иммунный ответ в нашем организме.

Преодолев эти препятствия, человечество могло бы иметь в своем распоряжении армии, сформированные из умных биологических живых машин, обладающих адаптивными навыками для борьбы с болезнями, которые невозможно вылечить современными методами.