Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Nanotechnologia to nowoczesna dziedzina nauki, mimo iż dotychczas temat ten stanowił atrakcyjną pożywkę dla autorów książek science-fiction, takich jak: Micro Michaela Crichtona i Richarda Prestona czy seriali takich jak Star Trek.   

Pojęcie „nanotechnologia” jest najczęściej definiowane jako otrzymywanie i zastosowanie struktur, których co najmniej jeden wymiar jest wyrażany w nanometrach. Najczęściej wymiary tych struktur zawierają się w przedziale od 1 do 100 nm (rzadziej do kilkuset nm). Termin „nanotechnologia” po raz pierwszy został zastosowany przez Erica Drexlera w połowie lat osiemdziesiątych.

Nanotechnologia jest dziedziną interdyscyplinarną obejmującą zagadnienia mechaniki precyzyjnej, elektroniki, chemii, fizyki, inżynierii materiałowej systemów elektromechanicznych, jak również zastosowania bioinżynierii i biomedycyny w terapii genowej czy też aplikacji leków. 

Nanomaszyny są obecnie w fazie badań, choć pewne prymitywne molekularne maszyny już przetestowano. Przykładem może być sensor posiadający przełącznik wielkości 1,5 nanometra, mogący liczyć specyficzne molekuły w próbce chemicznej. Na Uniwersytecie Rice skonstruowano jednomolekułowy samochód wytworzony w procesie chemicznym, mający koła z fulerenów. Uruchamiany jest on przez zmianę temperatury otoczenia i przez odpowiednie nakierowanie końcówki skaningowego mikroskopu tunelowego.

Eksperyment z karaluchami, którym wstrzyknięto roboty origami, został przeprowadzony przez naukowców z Uniwersytetu Harvarda razem z naukowcami z Izraela. Polegał on na wstrzyknięciu różnych rodzajów nanorobotów oznaczonych fluorescencyjnymi markerami. Dzięki temu można było śledzić ich zachowanie i sprawdzać, jak różne zestawy robotów wpływają na dostarczanie substancji w odpowiednie miejsca. Naukowcy wykorzystali zdolność DNA do rozwijania się w dwa łańcuchy pod wpływem kontaktu z określonymi rodzajami molekuł. Ich zdaniem precyzja i poziom kontroli, jaki zapewniają, można porównać z systemami komputerowymi. Obecnie zespół pracuje nad stabilnością nanorobotów tak, by mogły przeżyć w organizmach ssaków.

Także inne światowe ośrodki naukowe pracują nad stworzeniem nanorobotów. Głównym celem jest stworzenie maszyn w skali nano, które zdiagnozują chorobę, ułatwią operację lub dostarczą lek do konkretnych komórek ludzkiego organizmu. Nanoroboty mogą być także użyteczne w wykrywaniu wirusów i leczeniu chorób przez nie wywoływanych. Naukowcy z Uniwersytetu Floryda opracowali chemicznego robota z nanocząstką złota, który ma zwalczać wirusa zapalenia wątroby typu C. Wirus ten wprowadza do komórki wątroby gospodarza swój materiał genetyczny, między innymi mRNA, i zmusza komórkę do powielania go. Robot stworzony przez Amerykanów składa się z dwóch ramion, z których jedno wykrywa kwas nukleinowy, pochodzący z wirusa, drugie zaś ma zdolność uszkadzania materiału genetycznego. Powoduje to brak możliwości namnażania się wirusa.

Dużą szansę lekarze widzą także w nanorobotach współpracujących przy terapii przeciwnowotworowej. Obecnie wielką trudność sprawia fakt, że komórki zmienione rakowo są własnymi komórkami gospodarza i sporym problemem jest wykrycie ich unikalnych cech na tle innych zdrowych komórek w organizmie. Zdarza się, że chirurg onkolog nie jest w stanie wyciąć całego guza. Może to być przyczyną odtworzenia się nowotworu w tym samym miejscu i wydłużenia leczenia.  Nanorobot stworzony w Columbia University Medical Centre może ułatwić odnajdywanie komórek nowotworowych wśród zdrowych sąsiadów. Składa się on z trzech przeciwciał połączonych charakterystycznymi fragmentami DNA. Przeciwciała pełnią rolę sensorów wykrywających nieprawidłowości na powierzchni zmienionej komórki. Przyłączenie się całej trójki przeciwciał do niej powoduje produkcję fluorescencyjnych białek przez tę konkretną komórkę. Źródłem genetycznym świecących protein jest kwas deoksyrybonukleinowy łączący podjednostki przeciwciał. Świecącą komórkę jest o wiele łatwiej zauważyć podczas operacji.

Naukowcy z Instytutu Systemów Inteligentnych im. Maxa Plancka opracowali pływające roboty w nanoskali zdolne do nawigacji w skomplikowanych płynach biologicznych. Lepkość większości płynów w organizmie zmienia się w zależności od szybkości ruchu. Wykorzystując tę właściwość płynu, naukowcy zaprojektowali małża w taki sposób, że otwiera się szybciej niż zamyka. Nieregularny ruch powoduje, że płyn jest mniej lepki w czasie otwarcia w porównaniu z czasem następującego po tym zamknięcia. Biorąc pod uwagę rozmiary urządzenia, może ono być używane wewnątrz komórek. Naukowcy wierzą, że nanołódź podwodna może mieć zastosowania w medycynie.

Wygląda na to, że pomysły rodem z fantastyki naukowej nie tylko są coraz bliższe realizacji, ale są już projektowane i testowane.