что такое нанороботы в медицине

Медицинские интернет-конференции

Языки

Нанотехнологии в современной медицине. Применение наноструктурных биопокрытий на основе хитозана

Нанотехнологии в современной медицине.

Применение наноструктурных биопокрытий на основе хитозана

Научный руководитель: старший преподаватель кафедры общей и биоорганической химии СГМУ Орлов С.Б.

Медицинский лицей ГБОУ ВПО СГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России

Направлениями применения нанотехнологий являются аэрокосмическая, автомобильная, электронная промышленность и наномедицина, так как наночастицы по химической активности во много раз превосходят обычные атомы и обладают повышенной растворимостью даже в слабых кислотах (нанозолото), высокоразвитой поверхностью, избирательностью в химических реакциях.

В настоящее время решены вопросы растворимости и биодоступности лекарственных препаратов, уменьшены их побочные эффекты, разработаны системы их доставки к больным органам, избегая здоровые, которым они могут нанести вред. В современной медицине наноматериалы представлены в виде липосом, сфер, капсул и покрытий.

Профессором СГМУ Н.В. Островским были изучены образцы раневых биопокрытий на основе нетканого волокнисто-пористого полотна из волокон хитозана (ХТЗ), отличающихся молекулярной массой. В основе способа получения этих биопокрытий лежит процесс электроформования, то есть вытягивания тонких струй из раствора полимера под действием электрического поля высокой напряженности.

Установлено, что растворимое биопокрытие из низкомолекулярного ХТЗ легко моделируется по поверхности раны и практически сразу растворяется. Высокомолекулярный образец требует больше усилий для аппликации, но хорошо сорбирует избыток раневого отделяемого, не высушивает дно раны, быстро останавливает кровотечение и существенно снижает объем кровопотери. Также биопокрытие из ХТЗ длительное время сохраняет способность дренировать раненую поверхность, сорбировать тканевые токсины и поддерживать оптимальный микроклимат, в частности паро- и воздухопроницаемость, что создает оптимальные условия для заживления ран.

Разработанные перевязочные средства предназначены для лечения ожогов II – III AБ степени, донорских участков, длительно незаживающих ран, трофических язв, пролежней. Клинические исследования показали, что биопокрытия отличаются улучшенной абсорбцией раневого отделяемого, атравматичны, хорошо моделируются на ране, комфортны в ношении и быстро заживляют раны.

Источник

Как и зачем ученые создают нанороботов?

Нанороботы ― это слово часто можно услышать или прочитать в новостях науки. Их называют одними из самых перспективных инструментов для лечения тяжелых болезней. Но что это такое? ITMO.NEWS объясняет вместе с лауреатом программы ITMO Fellowship & Professorship Дианой Маркозашвили.

Иллюстрация: Дмитрий Лисовский, ITMO.NEWS

По пунктам:

Сейчас много говорят о нанороботах, а что это такое?

Чаще всего под нанороботами подразумевают структуры с программируемым поведением, которые могут точно взаимодействовать и манипулировать другими объектами. И всё это ― на уровне наноразмеров, то есть на атомном и молекулярном уровне. Размеры таких роботов могут варьировать от одной десятой нанометра до ста нанометров, в зависимости от их конечного устройства.

А микросхемы и манипуляторы у них есть?

В привычном нам понимании микросхем из полупроводников и манипуляторов, отлитых из металла, у них нет. Они состоят из молекул и атомов, причем их устройство может быть совершенно разным. Такие конструкции могут быть сделаны из органических соединений (белки, нуклеиновые кислоты), неорганических (соединения кремния, углерода, ферроматериалов) и их сочетаний.

Почему их тогда называют роботами?

Здесь следует внести уточнение: следует отличать наномашины от нанороботов. Отличие заключается в том, что, помимо сенсорной и двигательной части, робот должен иметь процессор как отдельную функциональную единицу. Иначе ― это машина. И следуя данной классификации, нанороботов пока еще не создали, хотя подвижки в эту сторону есть.

А что тогда такое наномашины?

Наномашины состоят из молекул и атомов, которые и являются аналогами моторов, манипуляторов и движущихся частей роботов из макромира. Например, наномашина, созданная самой природой ― жгутик бактерии: это настоящий автомат с микроскопическим «электродвигателем» и «ротором», приводящими жгутик во вращательное движение. Другой пример ― искусственно созданный биоинженерами из Америки шагающий молекулярный робот: он может ходить по ДНК и слушать команды «идти», «повернуть», «остановиться». То есть наномашины можно запрограммировать на определенное поведение. Например, в группе «Молекулярная робототехника и биосенсорные материалы» лаборатории SCAMT ученые делают наномашины из молекул ДНК. Их поведение программируется не машинным, а генетическим кодом.

Как можно запрограммировать наноробота или наномашину, если они состоят всего из нескольких молекул? И вообще как их делают?

Возьмем для примера наномашины на основе ДНК, которыми занимаются ученые SCAMT. Зная генетический код, они подбирают определенную нуклеотидную последовательность цепей и синтезируют короткие ДНК-цепочки. По законам образования химических связей и правилу комплементарности эти ДНК цепочки собираются в определенную структуру, которая может узнавать и связывать другие молекулы ДНК или РНК и разрезать их. То есть их проектируют так, чтобы они связывали именно нужные молекулы, а другие не трогали.

Говорят, с их помощью мы сможем лечить очень тяжелые болезни. Как именно?

Можно нацелить такую наномашину против патогена, вызвавшего болезнь. Или, если речь идет об эндогенных болезнях, которые возникают в организме без участия внешних патогенов, например, рак, то тут можно применять иной подход. У каждой болезни есть свой набор молекулярных маркеров, по которым ее можно распознать. И есть свои сломанные процессы: их можно починить или исправить. Если это невозможно, можно просто уничтожить сломанную клетку. Ученые придумали ДНК наномашин, которые одной своей частью распознают, что клетка больна, а другой бьют по жизненно важному внутриклеточному пути, в итоге уничтожая клетку. Таким образом, можно селективно избавляться от больных клеток, не трогая здоровые.

Если они такие эффективные, то почему их еще нет в каждой больнице?

Путь от идеи до финальной реализации, тем более на людях, крайне долгий. Во-первых, нужно отработать систему, убедиться, что она безукоризненно работает и уровень токсичности и побочных эффектов не критичен. Сначала новые разработки тестируют в пробирке ― in situ. Потом в клетках, которые живут в искусственных условиях ― это называется in vitro. Потом на модельных живых организмах, например, мышах ― это in vivo эксперименты. Все это является доклиническими исследованиями. Если все идет хорошо, то переходят к следующих этапам ― клиническим испытаниям на людях, тех, кто добровольно согласился испытать на себе новый препарат. В клинических испытаниях есть тоже несколько фаз. И только после успешного завершения всех исследований новый препарат может выйти в производство на рынок.

А скоро наномашины станут общепринятым методом диагностики и лечения?

Современная тенденция в мире изобретений ― это уменьшение размера и повышение эффективности. Поэтому и бионанотехнологии, объединяющие в себе инженерию и биохимию, завоевывают все большую популярность. Ведь одна наномашина сочетает в себе различный функционал, которым можно управлять, к тому же, ему доступны объекты на наноуровне, а это открывает новые возможности для диагностики и лечения заболеваний. Но в отличие от компьютерных технологий, что крайне быстро изменили нашу повседневную жизнь, у бионанотехнологий несколько более длинный путь выхода на рынок и в нашу повседневную жизнь. Но это лишь вопрос времени.

Источник

Нанороботы внутри нас

Встречаются наивные люди, утверждающие, что за миллиарды лет эволюции природа так и не изобрела колесо. Если бы они уменьшились до наноуровня и совершили путешествие внутрь живой клетки, то увидели бы не только колесо, но и электродвигатели, конвейеры, сборочные линии и даже шагающих роботов.

По подсчетам биологов, в живой клетке функционирует около сорока известных науке молекулярных машин. Они возят грузы по молекулярным «рельсам», выступают в качестве «включателей» и «выключателей» химических процессов. Машины из молекул производят энергию для поддержания жизни, сокращают наши мышцы и строят другие молекулярные машины. А еще они вдохновляют ученых на строительство рукотворных нанороботов, которые в будущем смогут жить и работать во внутриклеточном мире.

Чтобы представить себе, из чего и как ученые-гулливеры будут строить роботов-лилипутов, мы рассмотрели несколько наномашин, созданных самой природой.

Экспертное мнение

Александр Марков,
биолог, популяризатор науки, профессор МГУ:

В ходе эволюции очень легко возникают системы, выглядящие на первый взгляд «несократимо сложными». Они состоят из многих частей, которые приносят пользу только все вместе, убери одну — и вся система перестает работать, а каждая отдельная часть сама по себе вроде бы бесполезна. Это заставляет некоторых ученых поставить под сомнение теорию эволюции в целом. Но стоит начать разбираться, и выясняется, что эти системы на самом деле не являются «несократимо сложными». Удаление некоторых деталей не уничтожает молекулярную машину, а лишь снижает ее эффективность. Значит, в прошлом могла существовать машина без этой детали, а деталь присоединилась позже, что повысило эффективность работы. Но даже если удаление детали делает молекулярную машину нефункциональной, это может быть результатом долгой взаимной «притирки» деталей. Необходимо также помнить, что организму, не имеющему какой-то молекулярной машины, будет полезен даже очень простой, малоэффективный, едва работающий ее вариант.

Жгутик бактерии

Схема «электродвигателя» бактерии гораздо больше напоминает инженерный чертеж, чем изображение живого организма. Главная деталь «мотора» — белок Mot A с ионными каналами, благодаря которым поток протонов заставляет ротор вращаться, как турбина

Для передвижения в жидкой среде некоторые бактерии используют вращающийся жгутик, который приводится микроскопическим электродвигателем, собранным из нескольких белковых молекул. Раскручиваясь до 1000 об/мин, жгутик может толкать бактерию вперед с необыкновенно большой скоростью — 100–150 мкм/с. За секунду одноклеточное перемещается на расстояние, превосходящее его длину более чем в 50 раз. Если это перевести на привычные нам величины, то спортсмен-пловец ростом в 180 см должен был бы переплывать 50-метровый бассейн за полсекунды!

Метаболизм бактерии устроен таким образом, что положительные ионы водорода (протоны) накапливаются между внутренней и внешней мембранами ее клетки. Создается электрохимический потенциал, увлекающий протоны из межмембранного пространства в клетку. Этот поток протонов проходит через «двигатель», приводя его в движение.

Белковую структуру «мотора» называют комплексом Mot, который, в свою очередь, состоит из белков Mot A (статора) и Mot B (ротора). Ионные каналы в них расположены таким образом, что движение протонов заставляет ротор вращаться подобно турбине. Манипулируя структурой белка, некоторые бактерии умеют изменять направление и скорость движения, а иногда даже включать «задний ход».

Наличие вращающихся частей у живого организма поначалу казалось столь невероятным, что потребовало серьезных экспериментальных подтверждений. Таких подтверждений было получено несколько. Так, в лаборатории академика Скулачёва бактерию характерной формы (в виде полумесяца, где передняя часть бактерии была вогнутой, задняя — выпуклой) прикрепляли жгутиком к стеклу и наблюдали за ней в микроскоп. Было хорошо видно, как бактерия вращается, постоянно показывая наблюдателю лишь переднюю часть, свою «впалую грудь», и никогда не поворачиваясь «спиной».

АТФ-синтаза

Протонная АТФ-синтаза — самый маленький в живой природе биологический мотор шириной всего в 10 нм. С его помощью живые организмы вырабатывают аденозинтрифосфат (АТФ) — вещество, которое служит основным источником энергии в клетке.

АТФ состоит из аденозина (соединение хорошо знакомого нам по ДНК азотистого основания аденина и сахара рибозы) и трех последовательно подсоединенных к нему фосфатных групп. Химические связи между фосфатными группами очень сильные и содержат много энергии. Эта консервированная энергия может пригодиться для питания самых разнообразных биохимических реакций. Однако сперва необходимо определенным образом приложить энергию, чтобы упаковать аденозин и фосфатные группы в молекулу АТФ. Этим и занимается АТФ-синтаза.

Поступающие в организм жирные кислоты и глюкоза проходят многочисленные циклы, в процессе которых специальные ферменты дыхательной цепи откачивают положительные ионы водорода (протоны) в межмембранное пространство. Там протоны накапливаются, как войско перед битвой. Создается потенциал: электрический (положительные заряды снаружи митохондриальной мембраны, отрицательные внутри органеллы) и химический (возникает разница концентраций ионов водорода: внутри митохондрии их меньше, снаружи больше).

Известно, что электрический потенциал на мембране митохондрий, которая служит хорошим диэлектриком, достигает 200 мВ при толщине мембраны всего 10 нм.

Накопившись в межмембранном пространстве, протоны, подобно электрическому току, устремляются назад, в митохондрию. Они проходят по специальным каналам в АТФ-синтазе, которая встроена во внутреннюю сторону мембраны. Поток протонов раскручивает ротор, будто река водяную мельницу. Ротор вращается со скоростью 300 оборотов в секунду, что сопоставимо с максимальными оборотами двигателя болида «Формулы-1».

Как и в случае со жгутиками бактерий, движение ротора АТФ-синтазы было подтверждено экспериментально: прикрепив к вращающемуся участку помеченный флуоресцирующим красителем белок актин, похожий на длинную нить, ученые своими глазами увидели, что он вращается. И это несмотря на то, что соотношение размеров у них такое, как если бы человек размахивал двухкилометровой плетью

АТФ-синтазу по форме можно сравнить с грибом, «растущим» на внутренней стороне мембраны митохондрии, при этом описанный выше ротор прячется в «грибнице». «Ножка гриба» вращается вместе с ротором, и на ее конце (внутри «шляпки») закреплено некое подобие эксцентрика. Неподвижная «шляпка» условно делится на три дольки, каждая из которых деформируется, сжимается при прохождении эксцентрика.

К «долькам» прикрепляются молекулы аденозиндифосфата (АДФ, с двумя фосфатными группами) и остатки фосфорной кислоты. В момент сжатия АДФ и фосфат прижимаются друг к другу достаточно сильно, чтобы образовать химическую связь. За один оборот «эксцентрик» деформирует три «дольки», и образуется три молекулы АТФ. Помножив это на количество секунд в сутках и примерное количество АТФ-синтаз в организме, мы получим удивительную цифру: ежедневно в человеческом теле вырабатывается примерно 50 кг АТФ.

Все тонкости этого процесса необычайно сложны и многообразны. За их расшифровку, которая потребовала почти ста лет, были вручены две Нобелевские премии — в 1978 году Питеру Митчеллу и в 1997 году Джону Уокеру и Полю Бойеру.

Кинезин

Кинезин — это линейный молекулярный мотор, передвигающийся по клетке вдоль путепроводов — полимерных нитей. Будто портовый грузчик, он перетаскивает на себе всевозможные грузы (митохондрии, лизосомы), используя в качестве топлива молекулы АТФ.

Внешне кинезин похож на сплетенного из тонких веревок игрушечного «человечка»: он состоит из двух одинаковых полипептидных цепей, верхние концы которых сплетены и соединены вместе, а нижние расставлены в стороны и имеют на концах «ботинки» — глобулярные головки размером 7,5×4,5 нм. При движении эти головки на нижних концах поочередно отрываются от полимерной «тропинки», кинезин поворачивается на 180 градусов вокруг своей оси и переставляет одну из нижних «стоп» вперед. При этом если один его конец при движении тратит энергию (молекулу АТФ), то другой в это время высвобождает компонент для образования энергии, АДФ. В итоге получается непрерывный цикл подачи и траты энергии для полезной работы.

Кинезин, шагая по «тропинкам» из микротрубок, переносит различные грузы в клетке

Как показали исследования, кинезин способен довольно бодро вышагивать по клетке своими «веревочными» ножками: делая шаг длиной всего 8 нм, за секунду он перемещается на гигантское по клеточным меркам расстояние в 800 нм, то есть делает 100 шагов в секунду. Попробуйте представить себе такие скорости в человеческом мире!

Искусственные наномашины

Человеком, который подтолкнул научный мир к созданию нанороботов на основе биологических молекулярных устройств, стал выдающийся ученый-физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман. Его лекцию 1959 года с символичным названием «Там внизу еще много места» биоинженеры всего мира считают отправной точкой в этом нелегком деле.

Прорыв, позволивший перейти от теории к практике, случился в начале 1990-х годов. Тогда английские ученые из Университета Шеффилда, Фрэйзер Стоддарт и Нил Спенсер, и их итальянский коллега Пьер Анелли сделали первый молекулярный челнок — синтетическое устройство, в котором происходит пространственное перемещение молекул. Для его создания используют ротаксан — искусственное вещество, в котором кольцевая молекула (кольцо) нанизана на линейную молекулу (ось). Отсюда и название вещества: лат. rota — колесо и axis — ось. Ось в ротаксане имеет форму гантели, чтобы с помощью объемных групп на концах не позволять кольцу соскальзывать со стержня.

Челнок на основе ротаксана перемещает кольцевую молекулу вдоль линейной, на которой она держится, с помощью протонов (ослабляя или увеличивая водородные связи, удерживающие по центру кольцевую молекулу) и броуновского движения, толкающего вперед кольцо. Это похоже на брошенный в ручей резиновый мячик, привязанный к веревке: ослабили веревку (водородные связи) и стремительный ручей (броуновское движение) подхватит мяч и увлечет его вперед. Натянули веревку — мяч возвратится назад.

В 2010 году группа американских биоинженеров, Милан Стоянович и его коллеги, создали молекулярного наноробота, способного перемещаться по ДНК. В ходе эксперимента ученые смогли проследить, как их наноробот смог самостоятельно сделать 50 шагов и передвинуться на 100 нм. Робот, внешне напоминающий паука, может автономно выполнять несколько команд: «идти», «повернуть», «остановиться». По мнению авторов, он очень востребован в медицине в качестве доставщика лекарств в клетку.

«Наномашина» — это «четырехколесная» молекула, созданная в 2005 году группой под руководством профессора Джеймса Тура (Университет Райса). Собственного мотора у нее нет, однако при нагревании поверхности до порядка 200°C фуллереновые колеса начинают вращаться, и машинка катится

В 2013 году английские и шотландские биоинженеры под руководством Дэвида Лея смогли создать первый в мире молекулярный наноконвейер: наномашину, способную собирать пептиды, короткие белки. В природе эту задачу выполняют рибосомы — органеллы, находящиеся в наших клетках. Биоинженеры взяли за основу для своей машины молекулу ротаксана и на ее «стержне» смогли собрать из отдельных аминокислот белок заданного свойства. Правда, в соревновании с природной сборкой белков в рибосоме искусственная молекулярная машина пока проигрывает: ей понадобилось 12 часов на присоединение каждого аминокислотного остатка, в то время как рибосомы справляются с этой задачей быстрее чем за секунду.

Несмотря на это, исследователи с оптимизмом рассматривают свою разработку. «Вы получаете машину, которая точно движется, поднимает молекулярные строительные блоки и ставит их вместе. Если природа делает это, почему не можем мы?» — отметил профессор Лей.

Источник

Нанороботы в медицине

Как в медицине используют нанороботов

Обычные люди под словом «нано» подразумевают что-то очень маленькое. Так, «нанохирургия» может значить только то, что хирург использует микроскоп для работы с объектом размером в несколько миллиметров. Один нанометр – это одна миллиардная метра (1 нм=10 – 9 м). Как нанороботы помогут в диагностике заболеваний? Почему нанороботов сложно собрать? Об этом рассказывает профессор физической химии Пир Фишер.

– Что такое нанороботы?

– Цель наноробототехники – реализовать в системах, которые по размеру намного меньше клетки или микропроцессора, восприятие, обработку информации и, возможно, коммуникацию, то есть возможности, присущие полномасштабным роботам. Это невероятно сложная задача, и следует подчеркнуть, что реализовать все эти функции в нанороботах пока невозможно, только некоторые из них получается внедрить в часть синтетических нанороботических систем. Другой вариант – использовать внешнее управляющее устройство. Тогда часть необходимых функций будет выполняться на макроуровне при помощи внешних устройств, которые могут быть довольно крупными. На наноуровне чаще всего действуют частицы. Чтобы отличаться от пассивных наночастиц, они должны быть активными: перемещаться самостоятельно либо под воздействием внешней силы.

– Какими бывают нанороботы?

– Представим себе нанороботическую систему, которая состоит из наночастиц и внешнего контроллера. Частицы в ней должны обладать такими свойствами, чтобы реагировать на управляющее ими поле – магнитное, акустическое или световое. Например, нанороботическая система может состоять из субмикронных частиц, обладающих магнитным моментом, и макроскопической лабораторной установки с магнитными полями, которые используются для контролируемого наведения частиц. Также в системе может быть функция визуализации, позволяющая отслеживать их местоположение. В одной из недавних работ была продемонстрирована возможность провести рой закрученных в спираль магнитных нанопропеллеров сквозь биологические ткани. Такая система состоит из частиц-нанопропеллеров и вспомогательного устройства, которое позволяет приводить их в движение.

Другой подход состоит в том, чтобы не использовать внешние поля и устройства, а внедрить «двигатель» в саму частицу – тогда все процессы будут происходить на наноуровне. Для этого используют химические реакции, с которыми система становится более автономной. Представьте простую субмикронную или микрочастицу: обычно это сферическая частица, содержащая нужные материалы и снабженная энзимами или катализатором в том месте, где должна происходить реакция. Реакция изменяет химическую среду вокруг частицы, поэтому она начинает двигаться в растворе, содержащем подходящее химическое топливо. Цель данного направления исследований – спроектировать эти химически активные частицы так, чтобы они могли перемещаться в область с нужными химическими свойствами.

Во всех этих примерах нет никакого аппаратного оборудования, которое есть в полномасштабных роботах: никаких батарей, чипов или моторов. Все эти компоненты можно встретить только на устройствах размером от сотен микрон до миллиметров.

– Какие функции выполняют нанороботы и как нанороботов используют в медицине?

– Одна из наших задач – сконструировать нанороботов для применения в разных медицинских процедурах: диагностике, лечении и хирургии. Так, во время хирургической операции частицей, разогретой с помощью лазера или переменного магнитного поля, можно разрушить ткани. Кроме того, наночастица способна доставить в нужную область контрастный агент, чтобы помочь медикам с диагностической визуализацией. Частицы можно снабдить препаратом и направить их в интересующую нас зону.

Все три направления сейчас активно разрабатываются. Отчасти эти задачи можно решить при помощи пассивных наночастиц, но у нанороботов есть преимущество: они способны пересекать барьеры, которые пассивные наночастицы преодолевают с трудом, – например, гематоэнцефалический барьер или слизистые оболочки. Также нанороботы проникают в те области, куда пассивные частицы не проходят вовсе. Использование нанороботов позволит вводить напрямую в нужную зону сильнодействующие препараты, которые нельзя вводить в системный кровоток.

Нужно подчеркнуть, что сейчас ни одна система не дошла до этапа клинических испытаний или применения в медицинской практике, но пассивные частицы уже прошли испытания, и активные частицы рассматриваются как продолжение этой работы. Однако на данный момент мы сосредоточены на лабораторных исследованиях, тестировании идей и демонстрации общих принципов работы.

– Каковы трудности в разработке нанороботов?

– Чтобы перемещать нанороботов и чтобы они выполняли какие-либо задачи, нужно воздействовать на них и одновременно контролировать их, и все это в среде, где в целом перемещаться довольно сложно, то есть в тканях или, например, в сосудах с мощным током крови. Сконструировать их бывает непросто, особенно на субмикронных масштабах, однако сейчас большая часть исследований сосредоточена на том, как привести их в движение, и проходят первые эксперименты in vivo.

Найти способы взаимодействия с такой частицей непросто. Свет не может проникать глубоко в ткани, а акустические поля могут, но их воздействие слишком слабое. Магнитные поля уже используются в медицине, но для взаимодействия с такими маленькими частицами нужны градиенты магнитного поля или изменяющиеся во времени магнитные поля: и то и другое сложно реализовать на сравнительно больших дистанциях. В теории это возможно, но все-таки это техническая трудность. Так что одно из многообещающих направлений исследований – найти хороший способ минимизировать нужное для работы с нанороботами воздействие.

Чтобы контролировать частицы, нужно знать, где они находятся, однако увидеть их из-за их размера непросто. Также нам необходимо найти и подходящий метод визуализации. Для этого можно использовать фотоакустику, но в тканях она работает только на глубине до одного сантиметра и чаще всего с более крупными частицами. Инфракрасный свет и флуоресценция совместно дают нужное разрешение, но плохо подходят для работы внутри тканей. Магнитную визуализацию можно использовать в более крупных структурах, но она иногда плохо совместима с некоторыми формами магнитных способов локомоции. Таким образом, одного решения у этой проблемы нет, и разные исследовательские группы разрабатывают разные направления. Сложностей много, но результат того стоит: любой прорыв в исследованиях незамедлительно принесет множество возможностей для его практического приложения.

– Какую пользу могут принести исследования в области наноробототехники?

– Понятно, что большая часть ожиданий сосредоточена на медицинском применении нанороботов: возможность контролируемо, целенаправленно доставлять препараты в нужные зоны открывает совершенно новые горизонты в медицине. Но от исследований в области наноробототехники также можно ожидать и важные технологические прорывы. Чтобы реализовать перцепцию, обработку информации, движение и коммуникацию на масштабах, намного меньших, чем те, что позволяет современная микроэлектроника, нужны новые технологии. Ни одна батарея на таких масштабах не работает, а кроме того, нужно изобретать новые методы производства.

Чтобы обеспечить на таком масштабе автономность системы, необходимо внедрять физико-химические процессы, вдохновленные самой природой. Сложные биологические системы, например бактерии, можно рассматривать как биологических микророботов, и они служат источником вдохновения во многих исследованиях синтетических нанороботических систем. Ни одна синтетическая система еще не смогла по степени автономности и сложности приблизиться к уровню биологических микроорганизмов, однако синтетические нанороботы не должны работать как природные системы и могут принимать разные формы. Полагаю, исследования в области наноробототехники приведут нас к новым медицинским и технологическим возможностям и дадут толчок интереснейшим направлениям исследований.

Об авторе:
Peer Fischer – Professor of Physical Chemistry at the Institute of Physical Chemistry, University of Stuttgart; Max Planck Institute for Intelligent Systems Research Group Leader.

Источник