Як нанороботи наближають безсмертя
Мікромашини змінюють світ
У Норвегії оголосили імена лауреатів премії Кавлі — нагороди, яка вручається в тому числі за досягнення в області нанотехнологій. Хоча, як і у випадку з Нобелівською премією, перемагають в основному автори розробок, створених багато років тому, перелік претендентів на Кавлі, а також їх роботи, представляють реальну картину стану певної наукової галузі. Зокрема, темпи розвитку нанонауки дійсно вражають: такі технології зараз застосовуються практично скрізь, починаючи від медицини і закінчуючи екологією.
У нинішньому році премію Кавлі і $1 млн отримали Герд Бинниг, Крістоф Гербер і Кельвін Куэйт за винахід в 1982 р. методу атомно-силової мікроскопії, яка до цих пір використовується для дослідження наноуровневых структур. Між тим багато новітні розробки в сфері нанотехнологій не менш корисні, а в перспективі можуть привести до створення інновацій, які змінять світ.
За словами Пітера Диамандиса — американського інженера авіації, засновника фонду підтримки революційних інновацій X-Prize, нанотехнології допоможуть вирішити більшість глобальних проблем. Зокрема, вони відіграють важливу роль у лікуванні смертельних захворювань, створення більш ефективної системи використання відновлюваних джерел енергії, зроблять сучасний транспорт більш економним.
На основі нанотехнологій створюють надміцні матеріали нового покоління, які можуть використовуватися як на землі, так і в космосі. Вже відчувають губки з вуглецевих нанотрубок, здатні поглинати забруднюючі воду речовини, начебто добрив, пестицидів та фармацевтичних препаратів. Такий спосіб очищення океанів в три рази ефективніше всіх існуючих нині технологій. За прогнозами експертів, до 2020 р. обсяг ринку нанотехнологій збільшиться як мінімум удвічі і складе $75,8 млрд.
Титанові лейкоцити
Нанотехнології припускають маніпулювання та управління матеріалами на атомному та молекулярному рівні, що становить від одного до 100 нанометрів. Вчені в основному зосереджені на створення нанороботів — мікромашин, які можуть керувати предметами і процесами максимально точно і на атомному рівні. Насамперед такі пристрої будуть використовуватися в медицині. Поки складно уявити, що замість ліків люди будуть приймати "ремонтують" їх зсередини роботів, але це напевно станеться, причому досить скоро.
Прототипом медичних нанороботів стало тіло людини, містить безліч природних захисних механізмів: нейтрофілів (найчисленніша різновид лейкоцитів), лімфоцитів і білих клітин крові, які відновлюють пошкоджені тканини, знищують чужорідні мікроорганізми і видаляють сторонні частинки з різних органів. Як будь-які ліки, наноробота можна ввести в кров або лімфу з допомогою ін'єкції.
Одним з найбільш перспективних напрямів є транспортування ліків до уражених клітинами. При введенні ліків традиційним способом лише одна молекула з 100 тис. досягає мети, в той час як наноустройство в білковій оболонці забезпечить практично 100%-ву ефективність. Після виконання своєї функції робот розпадеться на нешкідливі для людини сполуки і незабаром виведеться з організму. Такі нанороботи можуть бути ефективними, наприклад, при медикаментозному лікуванні ракових пухлин. Вони можуть стати частиною хіміотерапії або безпосередньо знищувати ракові клітини за допомогою лазера, ультразвуку, мікрохвиль та інших сучасних інструментів.
Точна доставка медикаментів мінімізує виникнення побічних ефектів, посилить дію препаратів, що призведе до повного одужання шляхом знищення вогнища інфекції. Нанороботи можу діагностувати стану будь-яких органів і процесів, що протікають в організмі людини, коригувати їх, доставляти ліки, з'єднувати і руйнувати тканини, синтезувати нові. По суті, нанороботи можуть постійно омолоджувати організм людини. Зараз вчені розробляють технології ефективного управління роботами, щоб використовувати їх для лікування діабету, дослідження черевної порожнини, аневризми мозку, раку, захисту від отруйних речовин. Нанороботи також здатні вести боротьбу зі шкідливими бактеріями, допомагаючи впоратися з багатьма кишковими і гінекологічними захворюваннями.
Використання мікромашин дозволить вирішити проблему раптових смертей від закупорки венозних судин тромбами — згустками крові. Переміщаючись по судинах, нанороботи будуть знаходити тромби і дробити їх. Операція з ліквідації згустків крові вважається однією з найскладніших. Безліч раптових смертей пов'язано саме з тим, що у людини, який відчував себе чудово, в одну мить відривається тромб, який закупорює відня, і в результаті наступає смерть. Нанороботи, запущені в організм, зможуть діагностувати захворювання на ранній стадії і не допустити його подальшого розвитку. Мініатюрні механізми зможуть також успішно видаляти ниркові камені, лікувати подагру, чистити рани і виконувати безліч інших завдань.
Движки для роботів
Світові фахівці переконані, що використання нанороботів у медицині допоможе вилікувати фактично всі захворювання нашого століття, виключити біль, збільшити тривалість життя людини, наближаючи його до безсмертя. Залишилося такі технології трохи доопрацювати. Зокрема, нанороботам знадобиться засіб пересування через тіло. А оскільки міні-машин доведеться іноді плисти проти течії крові, рухова установка повинна бути досить потужна.
Група фізиків з Університету Майнца в Німеччині нещодавно сконструювала найменший в історії, але досить продуктивний двигун з одного атома. Такі мікромотори будуть використовуватися для приведення в дію нанороботів, які знищують хворі клітини або надають їм необхідні лікарські препарати. Наприклад, хворі на рак зможуть просто проковтнути капсулу, заповнену масою крихітних наноботів. Высвободившись в організмі, вони самі знайдуть хворі ракові клітини або їх знищать, або використовують відповідні лікарські препарати, залишаючи при цьому здорові клітини в недоторканності.
В активі компаній ETH Zurich і Technion — особливі еластичні "наноплавники", що дозволяють микророботам рухатися через біологічну рідину на швидкості 15 мікрометрів в секунду. Наноплавники можна використовувати для доставки ліків: проводити їх за допомогою магнітів через кровотік до хворих клітин.
Вчені з дрезденського Інституту нанонаук запропонували лікувати за допомогою нанороботів чоловіче безпліддя. У кожного п'ятого чоловіка виникають проблеми з зачаттям з-за низької швидкості сперматозоїдів: вони посуваються так повільно, що просто не встигають дістатися до яйцеклітини і запліднити її. Виходом може стати процедура ЕКО, однак у 70% випадків вона не працює. Німецькі вчені створили спеціальні спермоботы — наномоторчики, які прикріплюються до сперматозоїдів і допомагають їм рухатися набагато швидше. Міні-пристрою з титану і нікелю створюють форму металевої спіралі і, обвиваючись навколо хвоста сперматозоїда, створюють додаткове прискорення за рахунок обертальних рухів. Досягши яйцеклітини, микроботы відокремлюються від сперматозоїда, не заважаючи процесу зачаття.
Однозначно, у нанотехнологій велике майбутнє. За прогнозами знаменитого футоролога Рея Курцвейла, у 2030 р. нанороботи дозволять підключити біологічну нервову систему людини до інтернету. Крихітні нанороботи заповнять поверхню мозку і транслюватимуть в обидві сторони інформацію, в тому числі зорову і слухову. Таким чином, людина отримає доступ до всіх накопичених століттями знань і досвіду.
