Как нанороботы приближают бессмертие

Микромашины меняют мир

В Норвегии объявили имена лауреатов премии Кавли — награды, которая вручается в том числе за достижения в области нанотехнологий. Хотя, как и в случае с Нобелевской премией, побеждают в основном авторы разработок, созданных много лет назад, перечень претендентов на Кавли, а также их работы, представляют реальную картину состояния определенной научной отрасли. В частности, темпы развития нанонауки действительно впечатляют: такие технологии сейчас применяются практически везде, начиная от медицины и заканчивая экологией.

В нынешнем году премию Кавли и $1 млн получили Герд Бинниг, Кристоф Гербер и Кельвин Куэйт за изобретение в 1982 г. метода атомно-силовой микроскопии, которая до сих пор используется для исследования наноуровневых структур. Между тем многие новейшие разработки в сфере нанотехнологий не менее полезны, а в перспективе могут привести к созданию инноваций, которые изменят мир.

По словам Питера Диамандиса — американского инженера авиации, учредителя фонда поддержки революционных инноваций X-Prize, нанотехнологии помогут решить большинство глобальных проблем. В частности, они сыграют важную роль в лечении смертельных заболеваний, создании более эффективной системы использования возобновляемых источников энергии, сделают современный транспорт более экономным.

На основе нанотехнологий создают сверхпрочные материалы нового поколения, которые могут использоваться как на земле, так и в космосе. Уже испытывают губки из углеродных нанотрубок, способные всасывать загрязняющие воду вещества, вроде удобрений, пестицидов и фармацевтических препаратов. Такой способ очистки океанов в три раза эффективнее всех существующих ныне технологий. По прогнозам экспертов, к 2020 г. объем рынка нанотехнологий увеличится как минимум вдвое и составит $75,8 млрд.  

Титановые лейкоциты

Нанотехнологии предполагают манипулирование и управление материалами на атомном и молекулярном уровне, что составляет от одного до 100 нанометров. Ученые в основном сосредоточены на создании нанороботов — микромашин, которые могут управлять предметами и процессами максимально точно и на атомном уровне. Прежде всего такие устройства будут использоваться в медицине. Пока сложно представить, что вместо лекарств люди будут принимать "ремонтирующих" их изнутри роботов, но это наверняка случится, причем довольно скоро.

Прототипом медицинских нанороботов стало тело человека, содержащее множество естественных защитных механизмов: нейтрофилов (самая многочисленная разновидность лейкоцитов), лимфоцитов и белых клеток крови, которые восстанавливают поврежденные ткани, уничтожают чужеродные микроорганизмы и удаляют посторонние частицы из различных органов. Как любое лекарство, наноробота можно ввести в кровь или лимфу с помощью инъекции.

Одним из самых перспективных направлений является транспортировка лекарства к пораженным клетками. При введении лекарства традиционным способом лишь одна молекула из 100 тыс. достигает цели, в то время как наноустройство в белковой оболочке обеспечит практически 100%-ную эффективность. После выполнения своей функции робот распадется на безвредные для человека соединения и вскоре выведется из организма. Такие нанороботы могут быть эффективными, например, при медикаментозном лечении раковых опухолей. Они могут стать частью химиотерапии или напрямую уничтожать раковые клетки с помощью лазера, ультразвука, микроволн и других современных инструментов.

Точная доставка медикаментов минимизирует возникновение побочных эффектов, усилит действие препаратов, приведет к полному выздоровлению путем уничтожения очага инфекции. Нанороботы могу диагностировать состояния любых органов и процессов, протекающих в организме человека, корректировать их, доставлять лекарства, соединять и разрушать ткани, синтезировать новые. По сути, нанороботы могут постоянно омолаживать организм человека. Сейчас ученые разрабатывают технологии эффективного управления роботами, чтобы использовать их для лечения диабета, исследования брюшной полости, аневризмы мозга, рака, биозащиты от отравляющих веществ. Нанороботы также способны вести борьбу с вредными бактериями, помогая справиться со многими кишечными и гинекологическими заболеваниями.

Использование микромашин позволит решить проблему внезапных смертей от закупорки венозных сосудов тромбами — сгустками крови. Перемещаясь по сосудам, нанороботы будут находить тромбы и дробить их. Операция по ликвидации сгустков крови считается одной из сложнейших. Множество внезапных смертей связано именно с тем, что у человека, который чувствовал себя великолепно, в один миг отрывается тромб, закупоривает вену, и в результате наступает смерть. Нанороботы, запущенные в организм, смогут диагностировать заболевание на ранней стадии и не допустить его дальнейшего развития. Миниатюрные механизмы смогут также успешно удалять почечные камни, лечить подагру, чистить раны и выполнять множество других задач.  

Движки для роботов

Мировые специалисты убеждены, что применение нанороботов в медицине поможет излечить фактически все заболевания нашего века, исключить боль, увеличить длительность жизни человека, приближая его к бессмертию. Осталось такие технологии немного доработать. В частности, нанороботам понадобится средство передвижения через тело. А поскольку мини-машинам придется иногда плыть и против течения крови, двигательная установка должна быть довольно мощная.

Группа физиков из Университета Майнца в Германии недавно сконструировала  самый маленький в истории, но весьма производительный двигатель из одного атома. Такие микромоторы будут  использоваться для приведения в действие нанороботов, уничтожающих  больные клетки или доставляющих необходимые им лекарственные препараты. Например, больные раком смогут просто проглотить капсулу, заполненную массой крошечных наноботов. Высвободившись в организме, они сами обнаружат больные раковые клетки и либо их уничтожат, либо задействуют соответствующие лекарственные препараты, оставляя при этом здоровые клетки в неприкосновенности.

В активе компаний ETH Zurich и Technion — особые  эластичные "наноплавники", позволяющие микророботам двигаться через биологическую жидкость на скорости 15 микрометров в секунду. Наноплавники можно использовать для доставки лекарств: проводить их с помощью магнитов через кровоток к больным клеткам.

Ученые из дрезденского Института нанонаук предложили лечить с помощью нанороботов мужское бесплодие. У каждого пятого мужчины возникают проблемы с зачатием из-за низкой скорости сперматозоидов: они движутся так медленно, что просто не успевают добраться до яйцеклетки и оплодотворить ее. Выходом может стать процедура ЭКО, однако в 70% случаев она не работает. Немецкие ученые создали специальные спермоботы — наномоторчики, которые прикрепляются к сперматозоидам и помогают им двигаться гораздо быстрее. Мини-устройства из титана и никеля создают форму металлической спирали и, обвиваясь вокруг хвоста сперматозоида, создают  дополнительное ускорение за счет вращательных движений. Достигая яйцеклетки, микроботы отделяются от сперматозоида, не мешая процессу зачатия.

Однозначно, у нанотехнологий большое будущее. По прогнозам знаменитого футоролога Рэя Курцвейла, в 2030 г. нанороботы позволят подключить биологическую нервную систему человека к интернету. Крохотные нанороботы заполнят поверхность мозга и будут транслировать в обе стороны информацию, в том числе визуальную и слуховую. Таким образом человек получит доступ к всем накопленным веками знаниям и опыту.