9.3. Наноинструменты и нанороботы в медицине

Переход к целенаправленной и контролируемой работе с нанообъектами предполагает создание соответствующих наноинструментов и наноманипуляторов. К настоящему времени уже разработаны нанопинцеты для захвата и перемещения наночастиц и групп атомов, наноманипуляторы из углеродных трубок, наноиглы. С помощью сканирующих зондовых микроскопов можно перемещать различные нанообъекты вплоть до атомов. Создано несколько вариантов нанопинцета. В одном случае использовались две углеродные нанотрубки диаметром 50 нм, расположенные на сторонах стеклянного волокна диаметром около 1 мкм. При подаче разности потенциалов на нанотрубки они расходились или сходились наподобие пинцета. Японские исследователи создали нанопинцет длиной в 3 нм, состоящий из органических компонентов, которые под действием света или сокращаются или расширяются. С помощью такого нанопинцета можно захватить и удержать отдельную молекулу.

Исследователи из Новосибирска создали новую технологию получения различных микро- и наноинструментов с использованием электронно-лучевой литографии для закручивания пленок. Создателям технологии удалось получить модели микроигл диаметром от 5 мкм до 50 нм для внутриклеточных инъекций, особенно удобных для использования в биологии: их стенки очень тонкие, высокая прочность позволяет многократно прокалывать толстые клетки растений. Технология получения микро- и наноинструментов совместима с хорошо развитой технологией производства интегральных схем, что позволяет совместить микромеханические и электронные компоненты в одном чипе.

В медицине в настоящее время широкое распространение получили миниатюрные устройства, которые могут быть помещены внутрь организма для диагностических или лечебных целей. Например, устройство для исследования желудочно-кишечного тракта миллиметровых размеров оснащено миниатюрной видеокамерой и системой освещения, передает наружу полученные изображения. Использование достижений нанотехнологии открывает широкие перспективы для миниатюризации таких устройств, интеграции с наносенсорами, оснащения системы связи и управления молекулярной электроникой, использования источников энергии, работающих на веществах, содержащихся внутри организма. Такие нанороботы могут, в принципе, иметь размеры в десятки нанометров, обладать способностью самовоспроизводиться; самостоятельно манипулируя атомами, смогут из подручного материала создать любое устройство. Особенно полезны окажутся нанороботы в медицине. К примеру, перемещаясь внутри кровеносных сосудов, наноробот будет очищать организм от микробов, раковых клеток, отложений холестерина или использоваться для других медицинских целей.

Основой для создания нанороботов могут стать существующие микроорганизмы. В этом случае исходный организм обеспечит готовые системы энергоснабжения, передвижения, размножения и т.д. К настоящему времени уже накоплен опыт использования микроорганизмов для различных целей, например, вирусы активно используются для внесения в клетки нового генетического материала. В перспективе можно представить себе использование роботов вирусов для уничтожения клеток – возбудителей заболевания, или для введения в них необходимых молекул ДНК, РНК или осуществления других генетических модификаций. В качестве основы для создания биороботов можно использовать живые клетки организма. В организме человека клетки могут перемещаться на значительные расстояния, уничтожать другие клетки, заменять погибшие клетки и т.д. Модифицировав клетки соответствующим образом, можно их приспособить для уничтожения возбудителей инфекций, разрушения атеросклеротических отложений на стенках сосудов, регенерации поврежденных тканей и т.д.

Для управлением нанороботами могут быть использованы устройства наноэлектроники с использованием нанотрубок или транзисторов на основе отдельных молекул. В качестве источника энергии наноустройства могут использовать энергию веществ, растворенных в крови (глюкоза, кислород) или же энергию внешнего источника в виде электромагнитного или акустического излучения. Для передачи информации наноустройства могут использовать ультразвук или электромагнитные волны.

Разумеется, здесь изложены основополагающие идеи для создания нанороботов. Пройдет еще несколько лет, а может и десятилетия, прежде чем будут созданы эффективные нанороботы.