Nanoroboții cu aplicații în medicină

1. Introducere

Medicii se confrunta adesea cu problematica executării unor operaţii complexe de micro-chirurgie pentre repararea vaselor de sânge, pentru transplantările de ţesut sau pentru reatasarea membrelor secţionate. Întrucât astfel de proceduri sunt foarte complicate, chirurgia se dovedeşte rareori soluţia optimă, având un caracter prea invaziv şi destule limitări. În curând însă, sistemul medical şi mai ales cel chirurgical şi-ar putea modifica stilul de abordare, capotând spre tehnologia nano, cea care va permite prestarea celor mai sinuoase sarcini medicale prin controlarea telecomandată a unor mecanisme robotice minuscule, capabile să călătorească prin corpul omenesc, să diagnosticheze afecţiuni şi să le trateze. [2]

Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia, proiectarea și fabricarea roboților. Robotica necesită cunoștințe de electronică, mecanică și programare, iar persoana care lucrează în acest domeniu a ajuns să fie cunoscută ca robotician. [3]

Un robot este este un operator mecanic sau virtual, artificial. Robotul este un sistem compus din mai multe elemente: mecanică, senzori și actuatori precum și un mecanism de direcționare. Mecanica stabilește înfățișarea robotului și mișcările posibile pe timp de funcționare. Senzorii și actorii sunt întrebuințați la interacția cu mediul sistemului. Mecanismul de direcționare are grijă ca robotul să-și îndeplinească obiectivul cu succes, evaluând de exemplu informațiile senzorilor. Acest mecanism reglează motoarele și planifică mișcările care trebuiesc efectuate. [4]

2. Ce sunt nanorobotii? [5]

Nanorobotii sunt aparate microscopice măsurate pe o scală a nanometrilor. Când este complet realizat la stadiul ipotetic, el ar funcţiona la un nivel molecular şi celular pentru a îndeplini funcţii atât în domeniile medicale, cât şi industriale care până acum au fost de domeniul science fiction-ului. Nanorobotii nanomedicali sunt atât de mici, încât pot traversa cu uşurinţă corpul uman. Oamenii de ştiinţă au arătat că exteriorul unui nanorobot va fi mai mult ca sigur construit din atomi de carbon înglobaţi într-o structură de diamant deoarece datorită proprietăţilor sale inerte şi a rezistenţei, suprafeţele super fine vor micşora posibilitatea activării sistemului imunitar, dând voie nanorobitilor să-şi îndeplinească funcţia neîntrerupt. Glucoza sau zaharidele ar putea reprezenta o posibilă sursă de propulsie pentru nanorobot şi acesta va avea în componenta sa alte părţi biochimice sau moleculare în funcţie de scopul său.

Nanomasinariile sunt în marte pare în faza de dezvoltare şi cercetare, dar unele maşini primitive moleculare au fost testate. Un exemplu este un senzor ce dispune de un întrerupător de aproximativ 1.5 nanometri de-a lungul, capabil de a număra molecule specifice dintr-o mostră chimică. Primele aplicaţii utile ale nano-masinariilor, dacă acestea ar fi vreodată construite, în domeniul medical, ar putea fi folosite în identificarea celulelor canceroase şi de a le distruge. O altă aplicaţie posibilă este detectarea chimicalelor toxice, şi măsurarea concentraţiilor acestora dintr-un mediu. [6]

2.1 Teoria Nanoroboticii

Atâta timp cât nanorobotii ar fi de mărime microscopică, numărul acestora ar trebui să fie foarte mare pentru a lucra împreună în scopul efectuării sarcinilor microscopice şi macroscopice. Aceste mulţimi de nanoroboti, atât cele care sunt incapabile de reproducere cât şi cele care sunt capabile de reproducere neîntreruptă în mediul natural, sunt găsite în multe poveşti de science fiction. Cuvântul nanorobot este un termen tehnic utilizat în studiile inginereşti.

2.2 Elementele nanorobotilor

Carbonul va fi cel mai probabil elemental principal din care va fi constituit în mare un nanorobot medical, probabil înglobat într-un diamant sau nanocompozit diamondoid. Multe alte elemente uşoare ca hidrogenul, sulful, oxigenul, nitrogenul, fluorina, siliconul, etc. vor fi folosite în scopuri speciale în uneltele nano-scalate şi alte component. Inerţia chimică a diamantalui este dovedită pe un eşantion de mai multe studii experimentale.

Examinarea morfologică nu a arătat nici un fel de vătămare fizică din partea fibroblastelor şi macrofagelor, iar osteoblastele umane confirma regula biochimică cum că nu au fost înregistrate nici un fel de toxicitate şi nici un fel de reacţie inflamatorie în vitro. Cu cât este mai perfectă şi mai lipsită de defecte suprafaţa diamantului, cu atât este mai scăzută activitatea leucocitelor şi absorbţia fibrinogenului.

Mărimea tipică a unui nanorobot conceput specific pentru medicina va fi între 0.5-3 micrometri deoarece este mărimea maximă permisă din cauza cerinţelor pasajului capilar. Aceşti nanoroboti ar putea fi fabricaţi în fabrici specializate în acest scop. Capacitatea de a modela, construi, şi a elibera un număr mare de nanoroboti medicali în corpul uman ar face posibilă eliminarea rapidă a bolii cu o eficientă şi o recuperare relativ nedureroasa survenite în urma unei traume fizice. Nanorobotii medicali pot fi de o mare importanţă pentru a corecta cu acurateţe defectele genetice, şi pentru a ajuta şi a asigura creşterea longevităţii. De asemenea nanorobotii ar putea fi utilizaţi pentru a îmbunătăţi capacităţile umane. Pe de altă parte, aparatele nanomedicale mecanice nu le-ar fi permisă auto-reproducerea în interiorul corpului uman, şi nici nu ar fi nevoie de auto-reproducerea sau repararea înăuntrul corpului uman atâta timp cât aceşti nanoroboti sunt construiţi exclusiv şi setaţi cu atenţie în nanofabrici cu cea mai mare precizie.