1: Нанороботы в биомедицине
2: Содержание
3: Введение Нанотехнологии – это технологии работы с веществом на уровне отдельных атомов. Переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами – это качественный скачок, обеспечивающий беспрецедентную точность и эффективность. Однако на первое место сейчас вышел вопрос применения нанороботов в медицине. При обычном введении лекарства лишь одна молекула из ста тысяч достигает цели, в то время как наноустройство в белковой оболочке увеличивает эффективность на два порядка, в перспективе не будет опознаваться фагоцитами как «чужой» и после выполнения функции распадается на безвредные компоненты.
4: История создания нанороботов Один нанометр (от греческого «нано» – карлик) равен одной миллиардной части метра. На этом расстоянии можно вплотную расположить примерно 10 атомов. Альберт Эйнштейн, в 1905 г. теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру.
5: История создания нанороботов Через 26 лет немецкие физики Эрнст Руска и Макс Кнолл создали электронный микроскоп, обеспечивающий 15-кратное увеличение, он и стал прообразом нового поколения подобных устройств, позволивших заглянуть в наномир.
6: История создания нанороботов
7: История создания нанороботов
8: История создания нанороботов Летом 2016 года учёным из Дрексельского университета удалось создать нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам.
9: Состав нанороботов «Сотрудничество по разработке нанофабрик», деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований , которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.
10: Состав нанороботов
11: Состав нанороботов Способы создания: 3D печать 3D печать и Лазерная гравировка Двухфотонная литография
12: Состав нанороботов 3D печать 3D печать это метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D печать в наномасштабе по сути является тем же самым, но в намного меньшем масштабе. Для того чтобы напечатать структуру в масштабе 5-400 микрометров, точность сегодняшних 3D принтеров должна быть значительно улучшена.
13: Состав нанороботов 3D печать и Лазерная гравировка Методика впервые разработанная в Сеуле, Южная Корея использует двухэтапный процесс 3D печати, c использованием 3D печати и лазерной гравировки пластин. Для того, чтобы быть более точным на наноуровне, процесс 3D печати использует машину лазерной гравировки. Эта методика имеет много преимуществ. Во-первых, это повышает общую точность процесса печати. Во-вторых, методика позволяет потенциально создавать сегменты наноробота.
14: Состав нанороботов Двухфотонная литография 3D-принтер использует жидкую смолу, которая затвердевает в точно правильных местах с помощью сфокусированного лазерного луча. Фокальная точка лазерного луча направляется через смолу с помощью подвижных зеркал и оставляет линию твердого полимера всего несколько сотен нанометров в ширину. Это разрешение позволяет создавать скульптуры размером с песчинку. Эта методика достаточно быстрая по меркам нано 3D печати.
15: Состав нанороботов Молекулярный мотор на основе АТФ-азы. АТФ-аза представляет собой широко распространенный фермент, который можно найти в мембранах клеток позвоночных. За счет энергии гидролиза АТФ до АДФ он осуществляет молекулярный транспорт через мембрану ионов. В ходе предварительных исследований было установлено, что в процессе гидролиза молекулы АТФ одна часть фермента осуществляет вращательное движение относительно другой части, что позволяет строить на основе этих ферментов разнообразные нанодинамические системы.
16: Состав нанороботов Принцип действия нанодинамической системы с питанием от квантовой точки. Под воздействием внешнего излучения происходит возбуждение квантовой точки и перевод ее электронов на более высокие уровни. Обычно после этого электроны возвращаются на более низкие энергетические уровни с излучением кванта, однако в этой конструкции возбужденные электроны подхватываются передаточным звеном и могут быть в дальнейшем использованы для перераспределения электронной плотности в наноманипуляторе и как следствие — изменения его молекулярной конфигурации.
17: Возможности нанороботов Наносенсоры обеспечат прогресс в ранней диагностике заболеваний. Это увеличит шансы на выздоровление. Старые лекарства уничтожали не только больные клетки, но и здоровые. С помощью нанотехнологий лекарство будет доставляться непосредственно в больную клетку.
18: Возможности нанороботов В строительстве
19: Возможности нанороботов В энергетике Мы меньше будем зависеть от нефти и газа. У современных солнечных батарей КПД около 20. С применением нанотехнологий он может вырасти в 2-3 раза. Тонкие нанопленки на крыше и стенах смогут обеспечить энергией весь дом .
20: Возможности нанороботов В машиностроении
21: Возможности нанороботов ДНКкомпьютер– вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. Биомолекулярные вычисления – это собирательное название для различных техник, так или иначе связанных с ДНК или РНК. При ДНКвычислениях данные представляются не в форме нулей и единиц, а в виде молекулярной структуры, построенной на основе спирали ДНК. Атомносиловой микроскоп– сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности даже через слой жидкости, что позволяет работать с органическими молекулами (ДНК). Антеннаосциллятор– устройство, которое насчитывает 5000 миллионов атомов и способно осциллировать с частотой 1,49 ГГц, что позволяет передавать с ее помощью огромные объемы информации.
22: Использование нанороботов в биомедицине В этой области применения нанотехнологий можно выделить следующие задачи: оперативной оценки, долговременной и холтеровской диагностики состояния организма, коррекции функциональных состояний и расширения спектра возможностей организма в целом. Ориентация движения нанороботов может происходить по электрохимическому или температурному градиенту. Движение наноробота может также осуществляться пассивно с потоком крови. Оболочки разрабатываемых для этих целей нанороботов должны состоять из нанокомпозитых углерода и металлов, что делает поверхность химически инертной, а по прочности приближает ее к алмазу. На поверхности наноробота формируется искусственный гликокаликс, маскирующий устройство от распознавания иммунной системой.
23: Использование нанороботов в биомедицине Для активной доставки лекарственных препаратов к тканям-мишеням необходимо маркирование поверхности наночастиц антителами или иными распознающими элементами, которые обеспечивают высокоизбирательное связывание наночастиц с антигенами, экспрессирующимися на поверхности поврежденных клеток. Среди различных наночастиц, в качестве переносчиков лекарственных препаратов, в настоящее время наиболее активно изучаются липосомы, фосфолипидные и полимерные мицеллы, наноэмульсии, полимерные биодеградируемые наночастицы и дендримеры .
24: Использование нанороботов в биомедицине Искусственный фагоцит (Freitas, 2005), этот наноробот циркулируя в кровотоке, может осуществлять фагоцитоз патогенных вирусов, бактерий и грибов. Респироцит представляет собой сферическое устройство из алмазоподобного материала, имеющего 1 мкм в диаметре и выдерживающего давление в 1000 атмосфер. Способность этого наноробота к переносу кислорода в 256 раз превышает аналогичную способность эритроцита.
25: Использование нанороботов в биомедицине Хорошая биосовместимость нанотрубок и их электропроводность делают возможным использование этого класса наноматериалов в качестве матриц для индукции роста нейрональных сетей. Функционализированные нанотрубки создают хорошую основу для прикрепления конусов роста удлиняющихся аксонов . Структура поверхности нанотрубок оказывает влияние на интенсивность роста аксонов и степень их ветвления. Показано, что скорость роста аксонов и длина их отростков были максимальными при использовании в качестве подложки положительно заряженной поверхности покрытых полиэтиленимином нанотрубок.
26: Заключение Нанотехнологии - ключевое понятие начала XXI века, символ новой, третьей, научно-технической революции. Это "самые высокие" технологии, на развитие которых ведущие экономические державы тратят сегодня миллиарды долларов. По прогнозам ученых нанотехнологии в XXI веке произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую в ХХ веке произвели компьютеры в манипулировании информацией. Их развитие открывает большие перспективы при разработке новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, а также новые открытия в химии и физике.
