Mavzusida insho Tibbiyotda nanotexnologiya

Translated from Russian to Uzbek - www.onlinedoctranslator.com



Mavzusida insho
Tibbiyotda nanotexnologiya
Ma'ruzachi: Rastegaeva I.I.
Togliatti 2010 yil
Tarkib
Kirish
Yuqoridan pastga yondashuv
"Ho'l" nanotexnologiya
Molekulyar nanotexnologiya
respirotsitlar
Klottositlar
Nanobotlar
Zamonaviy nanotexnologiyaning tibbiyotda qo'llanilishi
Nanotexnologik sensorlar va analizatorlar
Nanomanipulyatorlar
Tibbiyotda nanoqurilmalarning zamonaviy istiqbollari
nanochiplar
Fosfolipid nanosistemalar
Xulosa
Adabiyotlar ro'yxati
Kirish
Nanotexnologiya tushunchasi hayotimizga mustahkam kirib bormoqda va 1959 yilda taniqli amerikalik nazariyotchi fizik Richard Feynman "kichik shakllarning hayratlanarli darajada murakkab dunyosi bor va bir kun kelib (masalan, 2000 yilda) odamlar bundan hayratda qolishadi", degan edi. 1960 yilgacha hech kim bu dunyoni o'rganishni jiddiy qabul qilmagan. Birinchi bosqichda nanotexnologiyaning rivojlanishi asosan zond mikroskop qurilmalarini yaratish bilan belgilandi. Bu qurilmalar nanotexnologning ko‘zlari va qo‘llariga o‘xshaydi.
Bugungi kunda nanotexnologiyalar sohasidagi taraqqiyot aerokosmik, avtomobilsozlik va elektron sanoat uchun nanomateriallarning rivojlanishi bilan bog'liq.
Ammo asta-sekin tibbiyot nanotexnologiyalarni qo'llashning istiqbolli sohasi sifatida tobora ko'proq tilga olinadi. Buning sababi shundaki, zamonaviy texnologiya materiya bilan yaqin vaqtgacha fantastik bo'lib tuyulgan shkalada - mikrometrlar va hatto nanometrlarda ishlash imkonini beradi. Aynan shu o'lchamlar asosiy biologik tuzilmalar - hujayralar, ularning tarkibiy qismlari (organellalar) va molekulalarga xosdir.
Bugun biz yangi yo'nalish - nanotibbiyotning paydo bo'lishi haqida gapirishimiz mumkin. Mikroskopik asboblarni tibbiyotda qo'llash g'oyasini birinchi marta 1959 yilda R. Feynman o'zining mashhur "U erda juda ko'p joy" ma'ruzasida (Albert R. Xibbsning g'oyasiga ishora qiladi). Ammo so'nggi bir necha yil ichida Feynmanning takliflari haqiqatga yaqinlashdi [1].
Albatta, bugun biz kelajak fani, xususan, tibbiyot fani qanday rivojlanish yo‘llari haqida faqat taxminlar qilishimiz mumkin. Ushbu taxminlarning ba'zilari ko'proq oqlanadi, boshqalari esa kamroq. Shunday qilib, zamonaviy usullarning yanada rivojlanishini ko'proq yoki kamroq ishonch bilan kutish mumkin. Misol uchun, mikroqurilmalar borgan sari kichikroq va murakkabroq bo'ladi va ularning funktsiyalari yanada boyib boradi.
Boshqa tomondan, biz yo'lda kutilmagan burilishlar va burilishlarga duch kelishimizni kutishimiz mumkin. Hozirda istiqbolli bo'lib ko'ringan ba'zi yondashuvlar samarasiz bo'ladi. Endi fantastik ko'rinadigan boshqalar o'zlarini oqlashlari mumkin; bu "fantastik" yondashuvlarning ba'zilarini biz bu erda ko'rib chiqamiz. Ehtimol, ba'zi mutlaqo yangi g'oyalar paydo bo'ladi [2].
Nanomtibbiyotga uchta yondashuv Kelajakda diagnostika va davolashni hujayra, hujayra osti va molekulyar darajada qanday amalga oshirish mumkinligini ko'rib chiqaylik.
Bugungi kunda bunga taklif etilayotgan yo'llarni uch guruhga bo'lish mumkin
Yuqoridan pastga yondashuv
Buni mavjud mikroqurilmalarni yanada takomillashtirishdan, birinchi navbatda ularni yanada miniatyuralashtirishdan iborat yondashuv deb atash mumkin. "Yuqoridan pastga" yondashuv g'oyasi (shuningdek, umuman nanotexnologiya g'oyasi) birinchi marta 1959 yilda doktor.
Zamonaviy mikroelektron texnologiya usullaridan foydalanish mikrondan kichik o'lchamdagi elementlarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ushbu usullarni faqat elektron muhandislikdan tashqari kengaytirish mumkin. Misollar mikroelektromexanik tizimlar (MEMS) va mikrofluidika - mikron shkalalarida suyuqlik oqimini boshqarish. Zamonaviy texnologiyalar mikromotorlar, akselerometrlar, giroskoplar, turli mikrosensorlar, mikroklapanlar, mikronasoslar va tishli mexanizmlar kabi ko'plab qurilmalarni ishlab chiqarish imkonini beradi.
Ayni paytda butun dunyo bo‘ylab bir qator olimlar guruhlari inson tanasida ishlay oladigan mikroqurilmalar yaratish ustida ishlamoqda. Bunday qurilmalar to'qimalarda doimiy ravishda o'rnatilishi, passiv harakatlanishi mumkin - masalan, oshqozon-ichak trakti bo'ylab - yoki faol. Ikkinchi holda, ular inson tanasining ichki bo'shliqlari sirtlari bo'ylab "emaklash" mumkin, ichki suyuqliklarda suzish yoki hatto to'qimalarda o'z yo'llarini "burg'ulash" mumkin.
AQShning Yuta universitetida ishlab chiqilayotgan loyiha Salmonella typhimurium kabi bakteriyalar tomonidan quvvatlanadigan mikrosuv osti kemasidir. Bu bakteriyalar suyuqlikda suzishga qodir; dvigatelning rotoriga biriktirilgan holda, ular unga o'rnatilgan pervanel bilan milni harakatga keltira oladilar. Bundan ham miniatyura qurilmasini ishlab chiqarish uchun butun bakteriyalar emas, balki faqat ularning parvona flagellasi - flagella ishlatilishi mumkin. Bunday dvigatel uchun energiya manbai kislorod va glyukoza bo'lishi mumkin, ular atrof-muhitdan ichkariga erkin tarqaladi.
Yana bir shunga o'xshash loyiha Duysburg (Germaniya)ning MicroTEC kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilmoqda. U energiya manbai sifatida tashqi o'zgaruvchan elektromagnit maydonni ko'rib chiqadi.
Nanotexnologiyalar, nanosensorlar va nanomanipulyatorlarga asoslangan boshqaruv, aloqa va orientatsiya uchun bort tizimlari bilan jihozlangan bunday turdagi qurilmalar yaqin kelajakda haqiqatga aylanishi mumkin.
"Ho'l" nanotexnologiya
Ushbu yondashuv yovvoyi tabiatda mavjud bo'lgan tayyor mexanizmlardan foydalanishga asoslangan. Ehtimol, bu g'oya birinchi marta 1967 yilda amerikalik biokimyogari (va, shu bilan birga, ilmiy fantastika yozuvchisi) Isaak Asimov tomonidan ishlab chiqilgan. U birinchi bo'lib nuklein kislota molekulalari va fermentlaridan tashkil topgan mexanizmlardan foydalanishni taklif qildi. Bir yil o'tgach, Uayt genetik jihatdan o'zgartirilgan viruslardan hujayralarni tiklash mexanizmlari sifatida foydalanishni taklif qildi.
1964 yilda fizik Robert Ettinger o'zining "O'lmaslik istiqbollari" kitobida fanning rivojlanishi uni eritish, qayta tiklash va davolash imkonini bermaguncha, inson tanasini saqlab qolish uchun ultra past haroratlarda (krionika) muzlashdan foydalanishni taklif qildi. Bunday muzlash hujayra darajasida qanday zarar etkazishini yaxshi bilgan holda, Ettinger kelajakda bunday zararni tuzatish mumkin bo'lgan mexanizmlar paydo bo'lishini taklif qildi. 1972 yilda Ettinger genetik jihatdan o'zgartirilgan mavjud mikroorganizmlarga asoslangan biorobotlardan zararlangan hujayralarni tiklash uchun foydalanish mumkinligini taklif qildi. (Krionikaning ko'proq g'oyalari quyida muhokama qilinadi).
Keling, bu erda tasvirlangan yo'llarni batafsil ko'rib chiqaylik:
- Biotexnologiya. Mavjud organizmlardan biorobotlarni yaratish uchun asos sifatida foydalanish bir qator afzalliklarni va'da qiladi. Asl organizm energiya ta'minoti, ko'payish, harakatlanish, o'z-o'zini ta'mirlash va boshqalar uchun tayyor tizimlarni ta'minlaydi. Genetik modifikatsiyalarni olishning yaxshi tasdiqlangan usullari mavjud; mikroorganizmlardan turli maqsadlarda foydalanish tajribasi. Albatta, haqiqatan ham samarali biorobotni yaratish mumkin bo'lgunga qadar yillar yoki hatto o'nlab yillar o'tadi.
- Virus robotga o'xshaydi. Hozirgi vaqtda viruslar hujayralarga yangi genetik materialni kiritish uchun allaqachon faol foydalanilmoqda. Kelajakda ma'lum bir holatda bo'lgan hujayraning ma'lum bir turini taniy oladigan turli xil robotli viruslardan foydalanishni tasavvur qilish mumkin. Muayyan vaziyatga qarab, bunday robot virusi bu hujayrani (masalan, kasallikning qo'zg'atuvchisi) o'ldirishi yoki unga kerakli DNK yoki RNK molekulalarini kiritishi mumkin - shikastlangan genetik material to'liq almashtirilgunga qadar.
- Robot qafas. Inson tanasidagi hujayralar maqsadli ravishda, ba'zan uzoq masofalarga harakat qilishlari, boshqa hujayralarni yo'q qilishlari yoki aksincha, o'liklarning o'rniga shikastlangan to'qimalarga qo'shilishga qodir. Aterosklerotik plaklarni yo'q qilish, shikastlangan organlarni, oyoq-qo'llarni va hokazolarni qayta tiklash uchun sun'iy ravishda o'zgartirilgan hujayralarni tasavvur qilish juda qiyin emas. Hujayralar tanadagi harakatlarini kuzatish va diagnostika ma'lumotlarini olib yuradigan atrof-muhitga moddalarni chiqarish imkonini beradigan yorliqlarni olib yurishi mumkin.
- Biorobot uchun asos sifatida istiqbolli ko'rinadigan bir necha turdagi hujayralarni qayd etishimiz mumkin.
- Birinchidan, bu turli xil bakterial hujayralar. Ular mezbon organizmning hujayralariga ko'chirish va hatto kiritish uchun tayyor mexanizmlarga ega bo'lishi mumkin. Bakteriyalarning genetik apparatini o'zgartirish juda oson. Ular juda murakkab "xulq-atvor" ga qodir. Ular vaziyatga qarab turli xil oqsillar va boshqa moddalarni ishlab chiqarishi mumkin. Bakteriyalar hatto atrof-muhitga turli signal moddalarini chiqarish orqali o'z harakatlarini muvofiqlashtirishga qodir. Shuningdek, ular doiraviy DNK molekulalari - plazmidlarni almashish orqali katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatishi mumkin.
- Albatta, bakteriyalarning genomlari odamlar uchun xavf tug'dirmaydigan tarzda o'zgartirilishi kerak. Shunday qilib, bakteriyalar tananing o'zida ko'payish imkoniyatidan mahrum bo'lishi mumkin; zarur miqdorlar maxsus sharoitlarda undan tashqarida olinadi.
- Ikkinchidan, bu inson hujayralari - masalan, fibroblastlar. Fibroblastlarning afzalligi shundaki, ular o'z yuzasida HLA tizimining antijeni deb ataladigan narsalarni olib yurmaydilar, bu asosan tananing immun tizimi tomonidan begona to'qimalarni rad etishini belgilaydi.
- Juda istiqbolli ko'rinadigan yana bir hujayra turi - limfotsitlar. Inson tanasida immunitetni himoya qilish doirasida turli vazifalarni bajaradigan bir necha turdagi limfotsitlar mavjud. Ularning ko'pchiligi juda murakkab "xulq-atvor" ga qodir. Ehtimol, odamning o'ziga xos (va shuning uchun rad etilmagan) limfotsitlarini ularga ma'lum qo'shimcha funktsiyalarni beradigan tarzda genetik jihatdan o'zgartirish mumkin bo'ladi.
-molekulyar biologiya metodlari. Inson tanasida juda ko'p turli xil fermentlar mavjud (ularning boshqa nomi - fermentlar). Bular turli xil va yuqori selektiv faollikka ega bo'lgan oqsillar yoki oqsil birikmalari. Ulardan ba'zilari o'ta murakkab va mas'uliyatli vazifalarni bajaradi. Bu, birinchi navbatda, nuklein kislotalar bilan birgalikda genetik mexanizmning ishlashini ta'minlaydigan fermentlarga tegishli. Misol uchun, DNKni tuzatish fermentini ko'rib chiqing. Uning molekulasi DNK qo'sh spiral bo'ylab harakatlanadi va bu spiralni tashkil etuvchi nukleotidlar ketma-ketligidagi xatolarni tuzatadi. Bunday xatolar muqarrar ravishda harorat, turli xil kimyoviy moddalar, radiatsiya va boshqalar ta'siri ostida yuzaga keladi. DNK reparaza molekulasi DNK molekulasini topadi, u bo'ylab harakatlanadi, nukleotidlar ketma-ketligidagi nosimmetrikliklar taniydi; DNKning 2 zanjiridan qaysi biri to'g'ri deb hisoblanishini hal qiladi, kerakli nukleotidni muhitdan "ushlaydi", noto'g'risini olib tashlaydi va o'rniga to'g'risini qo'yadi. Amalda, u situatsion xatti-harakatlarning juda murakkab va ko'p qirrali muammosini hal qiladigan robot kabi harakat qiladi.
- Protein molekulalari qanday qilib bunday murakkab "xulq-atvor"ga qodir ekanligi aniq emas. Shunday qilib, DNK-ferment kompleksi kvant kompyuteri sifatida ishlashga qodir, degan fikr paydo bo'ldi. Hozircha bu farazni tasdiqlash yoki rad etishning iloji yo'q. Biroq, oqsil molekulalarining axborotni qayta ishlash bilan bog'liq murakkab "xulq-atvor" qobiliyatining o'zi shubhasiz haqiqatdir.
- Mavjud oqsillarni o'zgartirish yoki yangilarini sintez qilishga urinish juda jozibali ko'rinadi (ehtimol, DNK tashuvchi ma'lumotlar va "dasturlar" bilan birgalikda) boshqa, shu jumladan, shikastlangan yoki qarigan hujayralarni davolash kabi yanada murakkab vazifalarni hal qilish uchun. Ammo shuni tan olish kerakki, biz hali ham fermentlar ishini tushunishning zarur darajasidan ancha uzoqmiz.
- Protein molekulalari va qisqaroq polipeptidlarning bir-biri bilan va boshqa moddalar molekulalari bilan tanlab bog'lanish qobiliyatidan foydalanish oddiyroq usul bo'lishi mumkin. Bu bunday molekulalarni bolalar dizaynerining qismlariga o'xshash oldindan belgilangan supermolekulyar tuzilishga o'z-o'zidan yig'ish imkonini berishi kerak.
nanotexnologiya tibbiyot mikroskopik qurilma
- O'z-o'zini yig'ish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan boshqa makromolekulalar sinfi - nuklein kislotalar. Nuklein kislotalarning ikkita asosiy turi mavjud.
- Dezoksiribonuklein kislotasi (DNK) qo'sh spiralga o'ralgan ikkita ipning juda barqaror konfiguratsiyasini hosil qiladi. DNK hujayradagi genetik ma'lumotlarning asosiy tashuvchisidir. DNK zanjirining bo'limlari qo'shimcha nukleotidlar ketma-ketligiga ega bo'lgan boshqa zanjirlar bilan tanlab bog'lana oladi. Aynan shu printsip asosida bir-birini to'ldiruvchi DNKning ikkita zanjiri bog'lanadi.
- Ammo bir-birini to'ldiruvchi hududlarning bog'lanishi turli xil DNK zanjirlarini bir-biri bilan oldindan aytib bo'ladigan tarzda bog'lash imkonini beradi. Shu bilan birga, iplardagi nukleotidlar ketma-ketligini o'zgartirib, ularning bog'lanishining oldindan belgilangan istalgan konfiguratsiyasini tanlash mumkin. Va bu erda bolalar dizayneri bilan o'xshashlik o'zini ko'rsatadi.
– Bu yo‘nalishda katta muvaffaqiyatga Nyu-York universitetidan Nadrian Ziman erishdi. U DNK molekulalaridan turli xil tekis va hajmli tuzilmalarni - tetraedrlarni, kublarni, oktaedrlarni, dodekaedlarni, ikosahedrlarni, prizmalarni va boshqalarni birlashtirishga muvaffaq bo'ldi.
- 1999 yilda Zeeman hatto DNKdan nano o'lchamli manipulyatorning mumkin bo'lgan prototipini ham yaratishga muvaffaq bo'ldi.
Nuklein kislotalarning yana bir turi ribonuklein kislotasi (RNK) DNK dan ikkilamchi spiral hosil qilmasligi bilan farq qiladi. Shu sababli, RNK molekulalari kamroq barqaror, ammo ular turli xil konfiguratsiyalarni shakllantirishga qodir. Ulardan ba'zilari fermentlarnikiga o'xshash xususiyatlarga ega. Protein molekulalari singari, ular oldindan dasturlashtirilgan tuzilmalarga o'z-o'zini yig'ish qobiliyatiga ega bo'lishini kutish mumkin.
Yuqorida sanab o'tilganlardan tashqari, boshqa ko'plab supramolekulyar birikmalar ham o'zaro tanib olish va o'z-o'zini yig'ish qobiliyatiga ega (shuningdek, boshqa qiziqarli xususiyatlar).
Molekulyar nanotexnologiya
Uchinchi yondashuv eng hayoliy, ammo ayni paytda eng istiqbolli ko'rinadi. Bu Feynmanning ma'ruzasiga ham qaytadi. Ammo u 1981-1992 yillarda Erik Drexlerning asarlarida to'liq ishlab chiqilgan.
"Molekulyar nanotexnologiya" atamasi oldindan belgilangan xususiyatlarga ega bo'lgan individual molekulalarni loyihalash va ishlab chiqarishga asoslangan har qanday texnologiyaga nisbatan qo'llanilishi mumkin bo'lsa-da, Drexler va uning izdoshlari uglerod atomlari tuzilmalariga e'tibor qaratdilar. Bu uning turli xil birikmalar hosil qilish qobiliyati, shuningdek, ikkita uglerod atomi orasidagi bog'lanishning rekord kuchi bilan bog'liq. Siz buni olmos kristallarining ajoyib qattiqligi bilan baholashingiz mumkin. Fullerenlar - uglerod atomlarining 5 va 6 uglerodli halqalarining sharlari va nanotubkalari nanotexnologik komponentlarning prototipi bo'lib xizmat qilishi mumkin bo'lgan uglerod molekulalariga misol bo'la oladi. Albatta, kerak bo'lganda, molekula dizayniga boshqa elementlarning atomlarini kiritish mumkin.
Drexlerning fikriga ko'ra, molekulalar olmosga o'xshash ugleroddan turli xil qismlar - tishli g'ildiraklar, rodlar, podshipniklar, bo'g'inlar, molekulyar turbinalar rotorlari, manipulyatorlarning harakatlanuvchi qismlari va boshqalar shaklida tayyorlanishi mumkin. Hozircha bu molekulalar sintez qilinmagan, ammo hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, ular "bir-biriga yopishmasdan" mavjud bo'lishi, barqaror bo'lishi va bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.
Bunday molekulyar tuzilmalarni mexanosintez - kichik molekulalarning va hatto alohida atomlarning bevosita yig'ilishi yordamida qurish mumkin deb taxmin qilinadi.
Bunday yig'ilishning o'zi skanerlash probli mikroskoplar yordamida ko'rsatildi.
Keling, ugleroddan olmosga o'xshash tuzilmalarni qurishning mumkin bo'lgan usulini ko'rib chiqaylik. Birinchi bosqichda skanerlovchi zond mikroskopi yordamida yaratilgan qismga chiqib turgan va nisbatan zaif bog'langan uglerod atomini o'z ichiga olgan vinilidenkarben molekulasi keltiriladi. Ushbu atom va qism o'rtasida kimyoviy bog'lanish mavjud. Keyin skanerlovchi prob mikroskopining uchi 90° ga buriladi, u p-bog'ni buzadi va ko'tariladi, qolgan s-bog'ni buzadi. Uglerod atomi bo'sh qismda qoladi.
Tayyor qismlarni ishlashga yaroqli konstruksiyaga yig'ish skanerlovchi zond mikroskopi yordamida yoki bir-biri bilan tanlab birlasha oladigan qismlarga biriktirilgan biologik makromolekulalar yordamida o'z-o'zini yig'ish orqali amalga oshirilishi mumkin.
Drexler nanomexanizmlarning bunday yig'ilishi uchun qurilmani (hozircha faraziy) assembler deb atadi. Nazariy jihatdan assembler juda kichik bo'lishi mumkin - mikron o'lchami. Har bir narsani alohida atomlardan yig'ish mumkinligi sababli, bunday assembler ham o'z nusxasini yaratishi mumkin. Bir tomondan, bu cheksiz miqdordagi assemblerlarni va ularning yordami bilan boshqa har qanday nanoqurilmalarni ishlab chiqarishga yo'l ochadi. Bunday yondashuvdan, masalan, sayyoralarni terraformatsiyalashda - ularni inson yashashi uchun qulay qilish uchun global qayta qurishda foydalanish mumkin.
Boshqa tomondan, montajchilarning ko'payishi ularning boshqaruv tizimlariga tasodifiy yoki qasddan shikast etkazish natijasida nazoratdan chiqib ketish xavfi bo'lishi mumkin. Hisob-kitob shuni ko'rsatadiki, nazariy jihatdan bunday assembler o'z avlodlari bilan bir necha soat ichida Yerning butun biomassasini qayta ishlashga qodir bo'ladi (ammo, sayyora yuzasi bo'ylab harakatlanish vaqtini hisobga olmagan holda). Bu xavf "kulrang goo muammosi" deb nomlangan. Dastlabki tahlil shuni ko'rsatadiki, assemblerni o'z-o'zidan takrorlash xatosi ehtimoli juda kam bo'lgan darajada ishonchli bo'lishi mumkin. Biroq, zamonaviy kompyuter viruslari yaratuvchilari kabi manyak yoki bezori tomonidan assemblerni ataylab dasturlash imkoniyatini istisno qilish qiyin.
Atrof muhitda harakatlana oladigan va bortda boshqaruv tizimi bilan jihozlangan gipotetik nanoqurilmalar nanorobotlar deb ataladi. Ular juda ko'p muammolarni hal qilish uchun ishlatilishi mumkin - har qanday kasalliklarni tashxislash va davolash, shu jumladan qarish, inson tanasini "buyurtma bo'yicha" qayta qurish, Yer orbitasigacha va hatto Yer-Oy liftlarigacha bo'lgan og'ir yuk konstruktsiyalarini ishlab chiqarish, boshqa sayyoralarni terraformatsiya qilish. , va boshqalar.
Molekulyar nanotexnologiya g'oyalari ham kuchli qarshiliklarga uchradi. Eng mashhur tanqidchi kimyo bo'yicha 1996 yilgi Nobel mukofoti sovrindori Richard Smayli. E. Drexler bilan matbuotda bir qator muhokamalar davomida Smiley molekulyar nanotexnologiyaning ilgari tanqid qilgan ba'zi qoidalarini tan oldi; ba'zi boshqa nomuvofiqliklar, ehtimol, faqat tajriba orqali hal qilinishi mumkin.
Umuman olganda, hozirgi vaqtda molekulyar nanotexnologiyaning eng zaif nuqtasi bo'lgan hech bo'lmaganda nazariy jihatdan hisoblangan eng oddiy qismlarni - molekulalarni eksperimental ravishda ishlab chiqarishning aniq imkonsizligi. Aytish kerakki, yirik molekulalarning xossalarini hisoblashning zamonaviy usullari mukammallikdan yiroq va kvant mexanikasining tegishli muammosini aniq hal qilish murakkabligi bo'yicha bugungi kompyuterlarning imkoniyatlaridan ko'p marta kattaroqdir. Shunday qilib, bunday nanoqurilmalarni yaratish imkoniyati haqidagi yakuniy javobni faqat tajriba orqali berish mumkin.
Bir qismdagi atomlarning yakuniy konfiguratsiyasi barqaror bo'lishi kerakligidan tashqari, uni ishlab chiqarishning barcha oraliq bosqichlari ham barqaror bo'lishi kerak. Bu jiddiy cheklovlarga olib keladimi, hozircha aniq emas.
Yana bir ochiq savol - kvant mexanik ta'sirining molekulyar nanoqurilmalarning ishlashiga ta'siri tabiati. Zamonaviy modellarda tafsilotlar asosan klassik ob'ektlar sifatida ko'rib chiqiladi. Biroq, aslida, molekulyar miqyosda kvant fizikasi qonunlarini allaqachon hisobga olish kerak. Keling, kvant ta'sirining birlashtirilgan viteslar aylanishiga ta'sirini ko'rib chiqaylik. Kvant mexanikasidan ma'lumki, har qanday tizimning umumiy burchak momenti Plank doimiysi h ning karrali bo'lishi kerak.
I1w1 = m1h(1)
bu yerda Ii - inersiya momenti, wi - i-vitesning burchak tezligi; mi - butun sonlar.
Biroq, ulangan viteslarning burchak tezligi bir-biriga bog'liq:
n1w1 = n2w2(2)
bu erda ni - i-vitesning tishlari soni. Bu tenglamalar ixtiyoriy Ii va ni parametrlari uchun notrivial yechimga ega emas. Bir qarashda, har qanday teng bo'lmagan vites juftligi "qulflangan" bo'ladi. Van-der-Vaalsning viteslar orasidagi o'zaro ta'sirining energiyasini hisobga olgan holda batafsilroq ko'rib chiqish shuni ko'rsatadiki, alohida viteslarni izolyatsiya qilingan tizimlar deb hisoblash mumkin emas va h doimiysi aylanish momentining ko'pligi sharti faqat ularning umumiy momenti.
Yana bir kvant-mexanik hodisa tunnel effekti bo'lishi mumkin, bu tishli tishlarning "ortiqcha oshib ketishi" va tenglikning buzilishiga olib kelishi mumkin (2).
Ushbu misollar shuni ko'rsatadiki, kvant mexanik ta'sirini hisobga olish molekulyar o'lchamdagi detallarga ega bo'lgan qurilmaning ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi va ularni loyihalash vazifasini sezilarli darajada murakkablashtirishi mumkin. Shu bilan birga, obrazli qilib aytganda, kvant mexanikasi olami klassik mexanika olamidan ancha boy. Ularga qarshi kurashish o'rniga kvant mexanik effektlardan foydalanish molekulyar nanoqurilmalarni klassik mexanizmlarda amalga oshirib bo'lmaydigan imkoniyatlar bilan ta'minlashi mumkin. Bunday imkoniyatga misol sifatida kvant hisoblashni amalga oshirish mumkin, agar unga erishilsa, o'rtacha vaqt ichida echib bo'lmaydigan yoki hatto klassik kompyuterlarda echib bo'lmaydigan muammolarni hal qilishga imkon beradi.
Aytishimiz mumkinki, molekulyar nanotexnologiya zamonaviy ilm-fandagi eng munozarali, ammo, ehtimol, eng istiqbolli yo'nalishlardan biridir. Uning g'oyalarini amalga oshirish mumkinligi haqidagi savol, ehtimol, yaqin o'n yilliklarda va ehtimol undan oldin ham hal qilinadi.
Molekulyar nanotexnologiyalar yordamida ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan ba'zi tibbiy nanoqurilmalarni ko'rib chiqing:
respirotsitlar
Respirotsit siqilgan kislorodni o'z ichiga olgan ichi bo'sh shardir. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, sharning diametri taxminan 1 mikron. xavfsizlik chegarasi bilan 1000 atm dan ortiq kislorod bosimiga bardosh bera oladi. Taqqoslash uchun, qon gemoglobinidagi kislorodning muvozanat bosimi atigi 0,5 atmni tashkil qiladi, shundan atigi 0,13 atm to'qimalarga chiqarish uchun mavjud.
Eng oddiy holatda, to'qimalarni kislorod bilan normal ta'minlash buzilgan taqdirda, respirotsitlarning suspenziyasi tananing qon aylanish tizimiga kiritilishi mumkin. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, organizmning kislorodga bo'lgan to'liq ehtiyojini daqiqada 0,5 ml dan kam miqdorda respirotsit suspenziyasi yuborish orqali ta'minlash mumkin.
Respirotsitning yanada rivojlangan versiyasi kislorodni ortiqcha bo'lgan sharoitda saqlashga va etishmovchilik sharoitida uni chiqarishga qodir bo'lgan molekulyar nasoslar bilan jihozlanishi mumkin. Xuddi shu respirotsitlar karbonat angidridni to'qimalardan olib yurishi mumkin; yoki bir xil respirotsit navbat bilan kislorod yoki karbonat angidrid bilan to'ldirilishi mumkin.
Klottositlar
Klottositlar trombotsitlarning sun'iy analogidir. Dizayni bo'yicha ular respirotsitga o'xshaydi, ammo uning ichida katlanmış holatda tolali massa mavjud. Agar to'qimalarning yaxlitligi buzilgan bo'lsa, jarohat zonasiga tushgan pıhtılar tarkibini tashqariga tashlaydi. Tolalar tarmoq kabi ochiladi. Qizil qon hujayralari bu tarmoqqa kiradi va qon ketish to'xtaydi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, 1 sm uzunlikdagi va 3 mm chuqurlikdagi yara bilan qon yo'qotish ~ 6 mm3 bo'ladi, bu bitta qon tomchisining atigi 1/10 qismini tashkil qiladi.

Nanobotlar
Keyinchalik murakkab qurilmalar keng qamrovli diagnostika, yuqumli agentlar va saraton hujayralarini "ovlash", qon tomirlari devorlarida aterosklerotik birikmalarni yo'q qilish, shikastlangan yoki qarigan to'qimalarni va alohida hujayralarni tiklash kabi funktsiyalarni bajarishi mumkin. Haqiqiy nanorobotlarni loyihalashda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan ba'zi muammolarni batafsil ko'rib chiqamiz va ularni hal qilish yo'llarini ko'rib chiqamiz:
- nanorobotlarning energiyasi. Nanoqurilmalar qonda erigan glyukoza va kislorodda to'plangan kimyoviy energiyadan o'z ishi uchun foydalanishi mumkin. Bundan tashqari, energiyani tashqi manbadan elektromagnit yoki akustik nurlanish shaklida uzatish mumkin. Energiya qurilma ichida kimyoviy yoki mexanik shaklda saqlanishi mumkin.
- nanoqurilmani boshqarish. Nanorobotlarni boshqarish tizimlari sifatida nanoelektron qurilmalar, masalan, alohida molekulalar yoki nanotubalar asosidagi tranzistorlar, ishlab chiqarish imkoniyati allaqachon muvaffaqiyatli namoyish etilgan. Ammo sof mexanik komponentlar yordamida yanada ko'proq kichiklashtirishga erishish mumkin.
Molekulyar nanotexnologiya, shuningdek, axborotni yozib olishning katta zichligiga erishishga imkon beradi. Drexler o'zining tashuvchisi sifatida qisman ftorlangan polietilenning chiziqli molekulalarini - ikkita uglerod atomi, ikkita vodorod atomi yoki ikkalasining bitta atomi bog'langan uglerod atomlari zanjiridan foydalanishni taklif qiladi. Bunday zanjirning har bir bo'g'ini bir yarim bitdan bir oz ko'proq ma'lumotni olib yuradi (faqat ikki turdagi havolalardan foydalanilganda - -CH2 - va -CHF - aniq bir bit) va umumiy ro'yxatga olish zichligi bir bitga etadi. ~ 15 bit/nm3 fantastik qiymati, ya'ni ~15 × 1021 bit/sm3.
- nanorobotlar o'rtasidagi aloqa. Tabiatda tananing ichida asosan kimyoviy axborot tashuvchilar - sitokinlar, gormonlar, neyropeptidlar, feromonlar ishlatiladi. Biroq nanoqurilmalar ultratovush, elektromagnit nurlanish kabi tezroq axborot uzatish kanallaridan foydalanishi mumkin bo'ladi.
- Diagnostika. Nanoqurilmalarni tashxislash uchun juda ko'p turli xil usullardan foydalanish mumkin:
· muhitning makroskopik parametrlarini o'lchash (harorat, bosim, yopishqoqlik).
kimyoviy parametrlarni o'lchash (Ph, kislorod kontsentratsiyasi, karbonat angidrid, antijenler, polinukleotidlar, gormonlar, neyrotransmitterlar mavjudligi).
hujayra sirtini atom kuchini skanerlash.
Yaqin maydon optik mikroskopiyasi
Akustik mikroskopiya (ekolokator printsipiga ko'ra; akustik tomografiya).
Magnit-rezonans tomografiya.
neyronlar, mushak hujayralari va boshqalar faoliyatini elektr monitoringi.
sinapslarning kimyoviy monitoringi.
Kelajakda boshqa, yanada samarali diagnostika usullari ixtiro qilinishini taxmin qilish mumkin.
Forrester Research Corporation [21] ma'lumotlariga ko'ra, 2005 yildan 2010 yilgacha bo'lgan davrda nanotexnologiyaning asosiy rivojlanishi tibbiy takliflar bilan belgilanadi. Bu davrda tibbiy mahsulotlar nanotexnologiyalarni oddiy iste'molchiga yaqinlashtiradi.
Iste'molchilarga yaxshiroq diagnostika kerak. Ish beruvchilar va sug'urta kompaniyalari xodimlarning sog'lig'i haqida qayg'uradilar, shuning uchun ikkinchisi, o'z navbatida, nafaqat ularda mavjud bo'lgan kasalliklar uchun, balki ular moyil bo'lgan kasalliklar uchun ham yaxshiroq diagnostika va davolashga muhtoj.
Nanosensorlar individual tibbiyotga o'tishda bo'g'in bo'ladi. AQShning Genomics kompaniyasi o'zining nanotexnologik vositalaridan - GeneEngine-dan foydalanib, DNK zanjirlarida gen o'zgarishlarini aniqladi, bular uzunligi 200 000 ta asosiy juft. Kompaniya 3 million juftlikdan iborat butun inson genomini dekodlash imkoniyatini bashorat qilmoqda. Bunda nanotexnologik dori vositalarini yetkazib berish (BioSante Pharmaceuticals yoki C Sixty) yordamida individuallashtirilgan terapiya imkoniyatlaridan foydalaniladi.
Yangi ishlab chiqarish liniyalarining yaratilishi narxlarning pasayishiga olib keladi. Bugungi kunda Roche Diagnostics kabi kompaniyalar OIV va gepatit kabi kasalliklarni tashxislash va aniqlash uchun polimeraza zanjiri reaktsiyasi texnologiyasidan foydalanadilar. Kvant nuqtalari kabi nanokristallardan qurilgan diagnostika tizimi yarimo'tkazgich sanoati uchun ishlab chiqilgan ishlab chiqarish usullaridan foydalangan holda yuqori aniqlik va arzonroq narxni va'da qiladi [2].
Zamonaviy nanotexnologiyaning tibbiyotda qo'llanilishi
Bugungi kunda biz Feynman ta'riflagan mikrorobotdan hali ancha uzoqdamiz, u qon aylanish tizimi orqali yurak ichiga kirib, u erdagi qopqoq ustida operatsiya o'tkazishga qodir. Tibbiyotda nanotexnologiyaning zamonaviy qo'llanilishini bir necha guruhlarga bo'lish mumkin:
Nanostrukturali materiallar, shu jumladan nanorelyefli sirtlar, nanokolli membranalar;
Nanozarralar (shu jumladan fullerenlar va dendrimerlar);
Mikro va nanokapsulalar;
Nanotexnologik sensorlar va analizatorlar;
Skanerli zond mikroskoplarining tibbiy qo'llanilishi;
Nano asboblar va nanomanipulyatorlar;
Har xil darajadagi avtonomiyadagi mikro va nanoqurilmalar.
Keling, ushbu ilovalar guruhlarini batafsil ko'rib chiqaylik.
Nanomateriallar.
Nanomateriallar molekulyar o'lchamlar darajasida yoki ularga yaqin tuzilgan materiallardir. Naqsh ko'proq yoki kamroq muntazam yoki tasodifiy bo'lishi mumkin. Tasodifiy nanostrukturaga ega bo'lgan sirtlarni zarrachalar nurlari, plazma bilan ishlov berish va boshqa usullar bilan ishlov berish orqali olish mumkin.
Muntazam tuzilmalarga kelsak, sirtning kichik joylari "tashqi tomondan" tuzilishi mumkin - masalan, skanerlash prob mikroskopidan (pastga qarang). Shu bilan birga, etarlicha katta (~1 m2 va undan ko'p) maydonlar, shuningdek, moddalar hajmlari, ko'rinishidan, faqat molekulalarning o'z-o'zini yig'ish usuli bilan tuzilishi mumkin.
O'z-o'zini yig'ish yovvoyi tabiatda keng tarqalgan. Barcha to'qimalarning tuzilishi ularning hujayralardan o'z-o'zidan yig'ilishi bilan belgilanadi; hujayra membranalari va organellalarning tuzilishi alohida molekulalardan o'z-o'zini yig'ish orqali aniqlanadi.
Molekulyar komponentlarni o'z-o'zini yig'ish nanoelektronik sxemalarni yaratish uchun davriy tuzilmalarni qurish usuli sifatida ishlab chiqilmoqda va sezilarli yutuqlarga erishildi.
Tibbiyotda nanostrukturali sirtga ega bo'lgan materiallar ma'lum to'qimalarni almashtirish uchun ishlatilishi mumkin. Tananing hujayralari bunday materiallarni "o'ziniki" deb tan oladi va o'zlarini sirtiga yopishadi.
Hozirgi vaqtda tabiiy suyak to'qimasini taqlid qiluvchi nanomaterial ishlab chiqarishda muvaffaqiyatga erishildi. Shunday qilib, Shimoli-g'arbiy universiteti (AQSh) olimlari Jeffri D. Hartgerink, Samuel I. Stupp va boshqalar tabiiy kollagen tolalariga taqlid qilib, diametri taxminan 8 nm bo'lgan tolalarni uch o'lchovli o'z-o'zini yig'ishdan foydalanganlar, so'ngra minerallashuv va gidroksiapatit nanokristallarining shakllanishiga yo'naltirilgan. tolalar bo'ylab. Olingan materialga o'z suyak hujayralari yaxshi biriktirilgan, bu esa uni suyak to'qimasi uchun "elim" yoki "shlak" sifatida ishlatishga imkon beradi.
Qarama-qarshi xususiyatga ega bo'lgan materiallarning rivojlanishi qiziqish uyg'otadi: ular hujayralarni sirtga biriktirishga imkon bermaydi. Bunday materiallarning mumkin bo'lgan qo'llanilishidan biri ildiz hujayralarini etishtirish uchun bioreaktorlarni ishlab chiqarish bo'lishi mumkin. Gap shundaki, ildiz hujayra sirtga yopishib, u yoki bu ixtisoslashgan hujayrani hosil qilib, farqlashga moyil bo'ladi. Ildiz hujayralarining ko'payishi va differentsiatsiyasi jarayonlarini nazorat qilish uchun nano o'lchamdagi sirt tuzilishiga ega materiallardan foydalanish tadqiqot uchun katta maydondir.
Nanopor membranalari mikrokapsulalarda dori vositalarini yuborish (pastga qarang) va boshqa maqsadlarda ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, ular tana suyuqliklarini zararli moddalar va viruslardan filtrlash uchun ishlatilishi mumkin. Membranalar nanosensorlar va boshqa implantatsiya qilinadigan qurilmalarni albumin va shunga o'xshash qoplovchi moddalardan himoya qilishi mumkin.
Nanopartikullar Amerika kompaniyasi C-Sixty Inc. C60 fulleren nanosferalariga asoslangan mahsulotlarni ularning yuzasida buyurtma qilingan kimyoviy guruhlar bilan klinikadan oldingi sinovdan o'tkazadi. Bu guruhlar oldindan tanlangan biologik maqsadlarga ulanish uchun tanlanishi mumkin. Mumkin bo'lgan ilovalar doirasi juda keng. U gripp va OIV kabi virusli kasalliklar, onkologik va neyrodegenerativ kasalliklar, osteoporoz va qon tomir kasalliklariga qarshi kurashni o'z ichiga oladi. Masalan, nanosferaning ichida radioaktiv element atomi, sirtida esa saraton xujayrasiga biriktirilishiga imkon beruvchi guruhlar bo'lishi mumkin.
Shunga o'xshash ishlanmalar Rossiyada ham amalga oshirilmoqda. Eksperimental tibbiyot instituti (Sankt-Peterburg) polivinilpirolidon (PVP) bilan fulleren qo'shimchasidan foydalangan. Bu birikma suvda yaxshi eriydi va uning strukturasidagi bo'shliqlar hajmi bo'yicha C60 molekulalariga yaqin. Bo'shliqlar fulleren molekulalari bilan osongina to'ldiriladi va buning natijasida yuqori antiviral faollikka ega suvda eruvchan qo'shimcha hosil bo'ladi. PVP ning o'zi antiviral faollikka ega emasligi sababli, barcha faollik qo'shimcha tarkibidagi C60 molekulalariga bog'liq.
Fulleren nuqtai nazaridan uning samarali dozasi taxminan 5 mkg / ml ni tashkil qiladi, bu an'anaviy ravishda gripp virusiga qarshi kurashda ishlatiladigan rimantadin (25 mkg / ml) uchun mos keladigan ko'rsatkichdan sezilarli darajada pastdir. Infektsiyaning dastlabki davrida eng samarali bo'lgan rimantadindan farqli o'laroq, C60/PVP qo'shimchasi butun virusni ko'paytirish siklida barqaror ta'sir ko'rsatadi. Ishlab chiqilgan preparatning yana bir o'ziga xos xususiyati bu grippning A va B tipidagi viruslarga qarshi samaradorligi, rimantadin esa faqat birinchi turga ta'sir qiladi.
Nanosfera diagnostikada, masalan, ma'lum hujayralar yuzasiga yopishib, ularning tanadagi joylashishini ko'rsatadigan radiopak modda sifatida ham qo'llanilishi mumkin.
Dendrimerlar alohida qiziqish uyg'otadi. Ular odatdagi chiziqli tuzilishdan ko'ra shoxlanishga ega bo'lgan yangi turdagi polimerlardir.
Darhaqiqat, bunday tuzilishga ega birinchi birikma 1950-yillarda olingan va ularni sintez qilishning asosiy usullari asosan 1980-yillarda ishlab chiqilgan. "Dendrimerlar" atamasi "nanotexnologiya" dan oldin paydo bo'lgan va dastlab ular bir-biri bilan bog'lanmagan. Biroq, so'nggi paytlarda dendrimerlar ularning nanotexnologik (va nanomedik) ilovalari kontekstida ko'proq tilga olinadi.
Bu dendrimerik birikmalarga ega bo'lgan bir qator maxsus xususiyatlarga bog'liq. Ular orasida:
Makromolekulalar hajmini bashorat qilish, nazorat qilish va katta aniqlik bilan takrorlash mumkin;
Makromolekulalarda yaxshi takrorlanadigan shakl va o'lchamlarga ega bo'lgan kanallar va teshiklarning mavjudligi;
"Mehmon-mezbon" supramolekulyar tuzilmalarni shakllantirish bilan past molekulyar og'irlikdagi moddalarni yuqori selektiv inkapsulyatsiya va immobilizatsiya qilish qobiliyati.
Mikro va nanokapsulalar Nano gözenekleri bo'lgan miniatyura (~1 mikron) kapsulalar dorilarni tanadagi kerakli joyga etkazish uchun ishlatilishi mumkin. Shunga o'xshash mikrokapsulalar allaqachon 1-toifa diabetda insulinni etkazib berish va fiziologik nazorat ostida chiqarish uchun sinovdan o'tkazilmoqda. Taxminan 6 nm o'lchamdagi teshiklardan foydalanish kapsulaning tarkibini tananing immunitet tizimining ta'siridan himoya qilish imkonini beradi. Bu insulin ishlab chiqaradigan hayvon hujayralarini inkapsulatsiya qilish imkonini beradi, aks holda organizm tomonidan rad etiladi.
Nisbatan oddiy dizayndagi mikroskopik kapsulalar ham tananing tabiiy imkoniyatlarini takrorlashi va kengaytirishi mumkin. Bunday kontseptsiyaga misol sifatida R. Freitas tomonidan taklif qilingan respirotsit - kislorod va karbonat angidridning sun'iy tashuvchisi bo'lib, u o'z imkoniyatlaridan ham qon eritrotsitlari, ham mavjud qon o'rnini bosuvchi moddalardan sezilarli darajada ustundir (masalan, florokarbonli emulsiyalar asosida). Batafsilroq, yuqorida respirotsitning mumkin bo'lgan dizayni muhokama qilindi.
Nanotexnologik sensorlar va analizatorlar
Mikro va nanotexnologiyalardan foydalanish turli moddalarning o'ta kichik miqdorini aniqlash va tahlil qilish imkoniyatlarini ko'paytirish imkonini beradi. Ushbu turdagi qurilmalarning variantlaridan biri "chip ustidagi laboratoriya. Bu plastinka bo'lib, uning yuzasida kerakli moddalar uchun retseptorlar, masalan, antikorlar buyuriladi. Modda molekulasining retseptorga biriktirilishi. elektr yoki lyuminestsent yordamida aniqlanadi.Ko'p ming moddalar uchun sensorlar.
Ayrim molekulalarni tom ma'noda aniqlashga qodir bo'lgan bunday qurilma DNK yoki aminokislota asoslari ketma-ketligini aniqlashda (irsiy yoki onkologik kasalliklarni aniqlash, aniqlash uchun), yuqumli kasalliklarning patogenlarini, toksik moddalarni aniqlashda ishlatilishi mumkin.
Bir necha millimetr o'lchamdagi qurilma terining yuzasiga (ter bilan ajralib chiqadigan moddalarni tahlil qilish uchun) yoki tananing ichiga (og'izda, oshqozon-ichak traktida, teri ostida yoki mushakda) joylashtirilishi mumkin. Shu bilan birga, u tananing ichki muhitining holati to'g'risida xabar berishi, har qanday shubhali o'zgarishlar haqida signal berishi mumkin bo'ladi.
Molekulyar biologiya institutida. Rossiya Fanlar akademiyasining Engelxardt qo'zg'atuvchining shtammini ekspress-aniqlash uchun mo'ljallangan tizimni ishlab chiqdi; bir chipda yuzga yaqin lyuminestsent sensorlar joylashtirilgan.
Qiziqarli g'oya bir vaqtning o'zida bir nechta tadqiqotchilar guruhi tomonidan ishlab chiqilmoqda. Uning mohiyati DNK (yoki RNK) molekulasini membranadagi nanopordan “o‘tkazish”dir. Teshik o'lchami shunday bo'lishi kerakki, DNK "to'g'rilangan" tarzda, birin-ketin bazadan o'tadi. Teshik orqali elektr gradienti yoki kvant tunnel oqimini o'lchash bizga hozirda qaysi bazadan o'tayotganini aniqlash imkonini beradi. Ushbu printsipga asoslanib, qurilma bir o'tishda to'liq DNK ketma-ketligini olish imkonini beradi.
Skanerli zondli mikroskoplarning tibbiy qo'llanilishi Skanerli mikroskoplar o'z imkoniyatlariga ko'ra noyob asboblar guruhidir. Ular alohida molekulalar va atomlarni hisobga olish uchun etarli bo'lgan kattalashtirishga erishishga imkon beradi. Bunday holda, ob'ektlarni vayron qilmasdan o'rganish va hatto biotibbiyot nuqtai nazaridan ayniqsa muhim bo'lgan, ba'zi hollarda tirik ob'ektlarni o'rganish mumkin. Ayrim turdagi skanerlash mikroskoplari ham alohida molekulalar va atomlarni manipulyatsiya qilishga imkon beradi.
Kitobda biologik ob'ektlarni o'rganishda skanerlash mikroskoplarining imkoniyatlari haqida yaxshi ma'lumot berilgan. Skanerli mikroskoplarning noyob imkoniyatlari ulardan biotibbiyot tadqiqotlarida foydalanish istiqbollarini belgilaydi. Bu, birinchi navbatda, hujayra membranalarining molekulyar tuzilishini o'rganishdir.
Nanomanipulyatorlar
Nanomanipulyatorlarni nanoob'ektlar - nanozarrachalar, molekulalar va alohida atomlarni boshqarish uchun mo'ljallangan qurilmalar deb atash mumkin. Har qanday ob'ektni atomlarga ko'chirishga imkon beruvchi skanerlovchi prob mikroskoplari bunga misol bo'ladi.
Hozirda “nano-pinset”larning bir nechta variantlarining prototiplari yaratilgan. Bitta holatda diametri taxminan 2 mkm bo'lgan shisha tolaning yon tomonlariga parallel ravishda joylashtirilgan, diametri 50 nm bo'lgan ikkita uglerod nanotubalari ishlatilgan. Ularga kuchlanish qo'llanilganda, nanotubalar pinsetning yarmiga o'xshab bir-biridan ajralib chiqishi va birlashishi mumkin edi.
Boshqa holatda, konformatsion o'tish paytida o'z geometriyasini o'zgartiradigan yoki molekulaning parallel shoxlaridagi nukleotid asoslari orasidagi bog'larni buzadigan DNK molekulalari ishlatilgan.
Biroq, nanoob'ektlar uchun manipulyator o'zining dizayni bo'yicha makrotoollardan farq qilishi mumkin. Shunday qilib, lazer nuri yordamida nano-ob'ektlarni harakatlantirish qobiliyati namoyish etildi. Kornel va Massachusets universitetlari olimlarining yaqinda o‘tkazgan ishlarida ular nukleosomadan DNK molekulasini “echishga” muvaffaq bo‘lishdi. Shu bilan birga, ular shunday "lazerli cımbızlar" yordamida uni oxirigacha tortib olishdi.
Mikro va nanoqurilmalar Hozirgi vaqtda diagnostika va, ehtimol, terapevtik maqsadlarda tana ichiga joylashtirilishi mumkin bo'lgan miniatyura qurilmalari keng tarqalmoqda.
Oshqozon-ichak traktini o'rganish uchun mo'ljallangan zamonaviy qurilma bir necha millimetr o'lchamga ega, bortda miniatyura videokamera va yoritish tizimi mavjud. Qabul qilingan kadrlar tashqariga uzatiladi.
Bunday qurilmalarni nanotibbiyot sohasiga murojaat qilish noto'g'ri bo'lar edi. Shu bilan birga, ularni yanada kichiklashtirish va yuqorida tavsiflangan turdagi nanosensorlar, molekulyar elektronika va boshqa nanotexnologiyalarga asoslangan bort boshqaruvi va aloqa tizimlari, tananing ichki muhitida mavjud bo'lgan moddalardan foydalanadigan energiya manbalari bilan integratsiya qilishning keng istiqbollari mavjud. Kelajakda bunday qurilmalar avtonom harakatlanish uchun qurilmalar va hatto bir yoki boshqa turdagi manipulyatorlar bilan jihozlanishi mumkin. Bunday holda, ular tananing kerakli nuqtasiga kirib, u erda mahalliy diagnostika ma'lumotlarini to'plashlari, dori-darmonlarni etkazib berishlari va bundan ham uzoqroq kelajakda "nanoxirurgik operatsiyalar" ni amalga oshirishlari mumkin - aterosklerotik plaklarni yo'q qilish, malign transformatsiya belgilari bilan hujayralarni yo'q qilish, shikastlangan nerv tolalarini tiklash va boshqalar. [1].
Tibbiyotda nanoqurilmalarning zamonaviy istiqbollari