Нанотехнологии

Это область науки на стыке биологии и нанотехнологии, которая охватывает широкий круг технологических подходов, включая применение нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнических продуктов, свойства которых определяются размерными характеристиками (для объектов, размер которых лежит в диапазоне от 1 до 100 нм).

Использование биологических продуктов в основе которых лежит принцип контролируемой самоорганизации наноструктур.

Размеры биологических макромолекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белков (антитела, ферменты и т. д.) находятся в нанодиапазоне.

Нанообъекты не биогенной природы, например наночастицы металла или полупроводниковые точки, могут быть носителями биомакромолекул, предназначенных для целевого воздействия на определённые биологические мишени.

ДНК используется не только для создания наноструктур, но и в качестве важного компонента наноустройств. Вполне вероятно, что ДНК, представляющая собой молекулу, хранящую информацию, может стать основным компонентом компьютеров следующего поколения.

Исследование по практическому применению нанобиотехнологий в медецине.

Направлены эти исследования на совершенствование средств и методов диагностики, профилактики и лечения. К ним можно отнести:

1)Повышение чувствительности анализа, что позволит осуществить раннюю диагностику заболеваний, что может быть использовано для обнаружения онкологических, эндокринных и сердечно-сосудистых заболеваний, а так же вирусных и бактериальных инфекций.

2)Повышение производительности позволяет проводить комплекс обследований по набору диагностических критериев, что может быть использовано для индивидуального подхода к лечению и профилактике.

3)Создание биосенсеров путём объединения биологического и электронного компонентов в один миниатюрный прибор.

4)Разработка молекулярных детекторов на основе наноопор.

5)Изучение возможности получения и применения эффективных форм препаратов и вакцин в виде наночастиц.

6)Создание на основе наноструктур системы адресной доставки лекарств, позволяющей повысить специфичность и скорость доставки функциональных молекул в клетки мишени.

Технологии биосистем.

Перспективно с точки зрения контролируемого создания наноустройств различного назначения, таких как получение биосовместных материалов, конструирование медицинских нанороботов, создание минимальной искусственной биосистемы, способной самостоятельно воспроизводить саму себя.

Наномедицина.

Современные приложения нанотехнологий в медицине можно разделить на несколько групп:

1)Наноструктурированные материалы: поверхность с нанорельефом, с мембраной с наноотверстием.

В настоящее время достигнуты успехи в изготовлении наноматериалов, имитирующих естественную костную ткань.

2)Наночастицы: спектр применения – широкая борьба с вирусными заболеваниями (грипп, ВИЧ, онкология и др.).

3)Микро и нанокапсулы – это капсулы с нанопорами, которые могут быть использованы для доставки лекарственных средств в нужные места.

4)Нанотехнологические сенсоры и анализаторы.

Использование микро и нанотехнологий позволяет многократно повысить возможности по обнаружению и анализу сверхмалых количеств веществ.

5)Медицинское применение сканирующих зондовых микроскопов.

СЗМ представляет собой группу уникальных по своим возможностям приборов. Они позволяют достигать достаточного увеличения чтобы рассмотреть молекулы и атомы.

6)Наноинструменты и наноманипуляторы.

Наноманипуляторами можно назвать устройства, предназначенные для манипуляций с нанообъектами (наночастицами, молекулами и отдельными атомами).

7)Микро и наноустройства различной степени автономии.

В настоящее время всё большее распространение получают миниатюрные устройства, которые помещаются в тело для диагностических и лечебных целей.

Современное устройство предназначено для исследования желудочно-кишечного тракта, который имеет размер несколько мм. На борту манипулятор несёт камеру и систему освещения и далее полученные кадры передаются наружу.

Риски и опасности нанотехнологий.

Любая технология несёт в себе угрозу явную или до поры скрытую. Нанотехнология – это потенциальная угроза для человечества, открывающая новый виток череды технологических катастроф. Условно можно классифицировать ожидаемые угрозы:

1)Неизвестные последствия применения новых лекарств, полученных при помощи нанотехнологий.

2)Последствия от использования новых материалов, полученных с помощью нанотехнологий.

3)Последствия применения нанооружия.

4)Угроза от нанороботов и репликаторов (устройства, собирающие из атомов физические объекты).

Долгое время молекулы фуллерена считались идеальным средством для доставки лекарств к больным клеткам. Однако случайно во время одного эксперимента биолог из южного медицинского университета в Далласе выявил что добавление фуллеренов с дафниями приводит к их гибели. В дальнейшем были проведены более детальные эксперименты, которые показали, что при концентрации молекул 800частей на 1 миллиард умирает половина водных блох. А когда исследователи заменили дафний рыбками и повторили опыт, у рыб обнаружилось повреждение мембран мозговых клеток. Поражение превышало в 17 раз по сравнению с контрольной группой рыб, плавающих в обычной воде.

Последствия применения современных имплантатов с покрытием из наночастиц также мало изучены. Без длительных клинических тестов нельзя сказать могут ли новые протезы вызвать размножение раковых клеток.

Одна из главных будущих опасностей связанных с нанотехнологиями – это неконтролируемое распространение репликаторов.

Создать работоспособный репликатор возможно уже сейчас и конструктивно он будет не сложнее процессора компьютера.

По своей сути репликатор – персональная мини фабрика, создающая объекты вещественного мира из атомов, перерабатывая для этой цели другие объекты.

Решение проблемы неконтролируемой репликации учёные видят в создании так называемых персональных репликаторов – нанофабрик. Это устройство способное по созданной программе делать различные микрообъекты. Понадобиться только загрузить нужный информационный файл или нарисовать нужный объект. И такая фабрика нуждается в постоянном наличии атомов, то есть сырья для работы.

Подтверждено, что использование нанороботов в медицине может вызвать непредсказуемые последствия.

Пример: медицинские материалы, покрытые наносоставами, могут безболезненно восприниматься органом. В то время как частицы того же покрытия порой вызывают образование раковых клеток.

Различия в размерах частиц вызывают гистологические реакции, то есть воспаление тканей.

Вопрос риска, связанного с созданием оружия с применением нанотехнологий, принципиально не отличается от аналогичных вопросов касаемых других типов вооружения: ядерного, химического, бактерицидного. Как известно, все они одинаково опасны и смертельны, поэтому вопрос создания нанотехнологического оружия – это вопрос контроля за ним и использования.

В отличие от медицины и применения нанотехнических продуктов в быту, контроль за оружием массового поражения - не новая тема для человечества. Технология и методы хорошо проработаны и поэтому вопрос не стоит так остро по сравнению другими методами применения нанотехнологий.

В материалах агентства «нанотехнологий для людей и окружающей среды, повышаются шансы снижения риска», где освещается множество предложений по снижению рисков и обязанностей в нанотехнологиях, например специалисты призывают регистрировать продукцию использующую нанотехнологии, а покупателям предоставлять право выбора путём нанесения на упаковку информации о том что в данном товаре содержаться наночастицы.

Принцип предосторожности:

1)Обязательное специальное регламентирование продукции нанотехнологии.

2)Охрана здоровья и безопасность населения, непосредственных производителей.

3)Охрана окружающей среды.

4)Открытость.

5)Участие в общественности.

6)Учёт воздействия нанотехнологий на этику, экологию, экономику, социальную сферу.

7)Ответственность производителей.