¿Cuándo será inventado por Nanorobots en qué año? Nanorobot: ¿Cuál es el futuro esperándonos con su increíble potencial? ¿Los nanorobots que están dentro del cuerpo humano son atacados por el sistema inmunológico?
Hay personas ingenuas que argumentan que para miles de millones de años de evolución, la naturaleza nunca inventó la rueda. Si disminuyeron al nivel nano y el viaje dentro de la célula viva, verían no solo la rueda, sino también los motores eléctricos, los transportadores, las líneas de montaje e incluso los robots que caminan.
Alexey Rheshevsky
Según los cálculos de los biólogos, aproximadamente la ciencia conocida de las máquinas moleculares opera en una célula viva. Llevan mercancías en "rieles" moleculares, actúan como "interruptores" y "interruptores" de procesos químicos. Las máquinas hechas de moléculas producen energía para mantener la vida, reducir nuestros músculos y construir otras máquinas moleculares. Y inspiran a los científicos por la construcción de nanorobots hechos por el hombre, que en el futuro podrá vivir y trabajar en el mundo intracelular.
Para imaginar, de qué y cómo los estudiosos de Halliver construirán robots-liliputs, revisamos varias nanomashes creadas por la propia naturaleza.
Bacterias marcicas
El famoso bioquímico ruso, académico de la Academia de Ciencias Rusa Vladimir Skulachev, llamó al movimiento de bacterias por uno de los fenómenos más llamativos de la naturaleza: "Su estudio infligió un golpe aplastante a nuestro snobsum arrogante como el hecho de que la evolución biológica, teniendo en Su eliminación de miles de millones de años, no pudo inventar la rueda ".
Opinión experta
Alexander Markov, biólogo, popularizador de la ciencia, profesor MSU: "En el curso de la evolución, los sistemas aparecen muy fácilmente, mirando a primera vista" complejo no construido ". Consisten en muchas partes que solo se beneficia de todos, eliminan uno, y todo el sistema deja de trabajar, y cada parte individual de sí misma parece ser inútil. Esto obliga a algunos científicos a cuestionar la teoría de la evolución en su conjunto. Pero vale la pena comenzar a comprender, y resulta que estos sistemas no son realmente "complejos discretamente". Eliminar algunos detalles no destruye la máquina molecular, sino que solo reduce su efectividad. Por lo tanto, el automóvil podría existir en el pasado sin este detalle, y el artículo se unió más tarde, lo que aumentó la eficiencia del trabajo. Pero incluso si la eliminación de la pieza hace que una máquina molecular no sea funcional, puede ser el resultado de una "limpieza" mutua larga de los detalles. También es necesario recordar que el cuerpo que no tiene ningún automóvil molecular será útil incluso muy simple, ineficaz, apenas trabajando su opción ".
Para el movimiento en un medio líquido, algunas bacterias utilizan un sabor giratorio, que proporciona un motor microscópico recogido de varias moléculas de proteínas. Al girar hasta 1000 rpm, el arnés puede empujar la bacteria por delante con una velocidad inusualmente alta - 100-150 μm / s. Más de un segundo, se mueve unicelular a distancia superior a su longitud más de 50 veces. ¡Si se traduce en nuestros valores habituales, el nadador de atletas en 180 cm tendría que torcer una piscina de 50 metros durante medio segundo!
El metabolismo de las bacterias está diseñado de tal manera que los iones positivos de hidrógeno (protones) se acumulen entre las membranas internas y externas de sus células. El potencial electroquímico es creado, protones fascinantes del espacio de interrelación en la célula. Esta corriente de protones pasa a través del "motor", lo que lo lleva en movimiento.
El esquema del "motor eléctrico" de las bacterias se asemeja mucho más a un dibujo de ingeniería que una imagen de un organismo vivo. El detalle principal del "motor" - mot a proteína con canales de iones, gracias a la cual el flujo de protones hace que el rotor gire como una turbina.
La estructura de la proteína "motor" se llama el complejo MOT, que, a su vez, consiste en mot de proteínas (estator) y MOT B (rotor). Los canales de iones en ellos están ubicados de tal manera que el movimiento de protones hace que el rotor gire como una turbina. Manipulando la estructura de la proteína, algunas bacterias pueden cambiar la dirección y la velocidad del movimiento, y algunas veces incluso incluyen "reverso".
La presencia de partes rotativas en un organismo vivo a primera vista parecía tan increíble que exigiera serias confirmaciones experimentales. Hubo varias confirmaciones de este tipo. Por lo tanto, en el laboratorio de Skulachev académico, la bacteria de una forma característica (en forma de media luna, donde la parte delantera de la bacteria fue cóncava, la parte trasera-convexa) se unió al vidrio y lo observó en el microscopio. Fue claramente visible a medida que las bacterias giran, mostrando constantemente el observador solo la parte delantera, su "cofre sobresaliente", y nunca volviendo la "espalda".
ATP-SYNTASIS
El protón ATP-Synthasis es la vida más pequeña del ancho del motor biológico de solo 10 nm. Con su ayuda, los organismos vivos producen el trifosfato de adenosina (ATP): una sustancia que sirve como la principal fuente de energía en la célula.
ATP consiste en la adenosina (la conexión de un ADN bien conocido de la base de nitrógeno de la adenina y la ribosa de azúcar y tres grupos de fosfato conectados de manera consistente. Los enlaces químicos entre los grupos de fosfato son muy fuertes y contienen mucha energía. Esta energía enlatada puede Ser útil para la nutrición de una amplia variedad de reacciones bioquímicas. Sin embargo, primero es necesario determinar la energía de cierta manera de empacar a los grupos de adenosina y fosfato en la molécula ATP. Esto se realiza por ATP-Synthase.
Como en el caso de flagella bacteriana, el movimiento del rotor ATP-Synthase se confirmó experimentalmente: unir a un área de rotación etiquetada una proteína de filamento de cien tensas, similar a un hilo largo, y los científicos vieron con sus propios ojos que gira. Y esto es a pesar del hecho de que la proporción del tamaño de ellos es, como si una persona amasara un salto de dos kilómetros.
Los ácidos grasos y la glucosa que ingresan al cuerpo son numerosos ciclos, en el curso de los cuales las enzimas de cadena respiratoria especiales bombean iones de hidrógeno positivo (protones) en el espacio de interrelación. Allí, los protones se acumulan como un ejército antes de la batalla. Se crea el potencial: eléctrico (cargos positivos fuera de la membrana mitocondrial, orgánulos negativos dentro de los orgánulos) y químicos (hay una diferencia de concentraciones de iones de hidrógeno: dentro de las mitocondrias son menos, afuera).
Se sabe que el potencial eléctrico en la membrana mitocondrial, que sirve como un buen dieléctrico, alcanza los 200 mV con un espesor de la membrana de solo 10 nm.
Me he acumulado en el espacio de intermagos, protones, como la corriente eléctrica, corrió hacia atrás, en mitocondrias. Pasean en canales especiales en ATP-Synthase, que está integrado en el lado interno de la membrana. El flujo de protones gira el rotor, como si el río Mill. El rotor gira a una velocidad de 300 revoluciones por segundo, que es comparable a la facturación máxima del automóvil "Fórmula 1". ATP-Synthase en el formulario se puede comparar con el hongo, "crecer" en el interior de la membrana de Mitochondria, mientras que el rotor descrito anteriormente se esconde en la "Fungny". La "pierna del hongo" gira con el rotor, y al final (dentro de los "sombreros") se fija una cierta similitud de la excéntrica. Un "sombrero" fijo se divide condicionalmente en tres rebanadas, cada una de las cuales está deformada, comprimida cuando se pasa la excéntrica. Las moléculas de adenosinedifatohato se unen a "rodajas" (ADP, con dos grupos de fosfato) y residuos de ácido fosfórico. En el momento de la compresión, el ADF y el fosfato se presionaron con bastante fuerza para formar un enlace químico. Para una rotación de "excéntricos" deformas tres "lóbulos", y se forman tres moléculas ATP. Al escribir esto, por el número de segundos durante el día y la cantidad aproximada de ATP-Synthas en el cuerpo, obtendremos un número increíble: unos 50 kg de ATP producen diariamente en el cuerpo humano.
Todas las sutilezas de este proceso son inusualmente complejas y diversas. Por su descifrado, que exigió casi cien años, se otorgaron dos premios Nobel, en 1978 por Peter Mitchell y en 1997, John Waller y el campo del Boyer.
Kinesin
Kinesin es un motor molecular lineal que se mueve alrededor de la jaula a lo largo de los pasos superpasos: hilos poliméricos. Como si el cargador portuario, arrastra todo tipo de carga (mitocondria, lisosomas), utilizando la molécula ATP como combustible.
Externamente, la kinesin se ve como un tejido de cuerdas delgadas del juguete "Hombre": consta de dos cadenas de polipéptidos idénticos, cuyos extremos superiores están tejidos y conectados juntos, y los fondos se colocan en los lados y tienen en los extremos. de las "botas" - cabezas globulares de 7.5 x 4, 5 nm. Cuando se mueve, estas cabezas en los extremos inferiores se separan alternativamente de la "ruta" del polímero, la kinesina gira de 180 grados alrededor de su eje y detiene a uno de los "detener" más bajo. Al mismo tiempo, si uno de su fin, al conducir gasta energía (molécula ATP), entonces otra en este momento libera el componente para la formación de energía, ADP. Como resultado, resulta un ciclo continuo de alimentación y gasto de energía para un trabajo útil.
A medida que se muestran los estudios, la kinesin es capaz de voltear con bastante alegría sobre la jaula con sus patas de "cuerda": hacer un paso en solo 8 nm de largo, por segundo, se mueve a un gigante en los estándares celulares, una distancia de 800 nm, es decir, , toma 100 pasos por segundo. ¡Intenta imaginar tales velocidades en el mundo humano!
Kinesin, pisando "rutas" de Microtubes, tolera varias mercancías en la celda.
Nanomarsis artificial
Una persona que empujó el mundo científico a la creación de nanorobots basados \u200b\u200ben dispositivos moleculares biológicos fue un físico excepcional, eleado nobel de Richard Feynman. Su conferencia de 1959 con el nombre simbólico "Todavía hay mucho lugar" todavía hay muchos de los bioengrancands de todo el mundo, considere el punto de partida en este negocio difícil.
El avance, que permitió pasar de la teoría a la práctica, ocurrió a principios de la década de 1990. Luego, los científicos ingleses de la Universidad de Sheffield, Fraser Stoddart y Neal Spencer, y su colega italiana Pierre Anselli, hicieron el primer transbordador molecular, un dispositivo sintético en el que se produce el movimiento espacial de las moléculas. Rotaxan se usa para crearlo: una sustancia artificial en la que la molécula de anillo (anillo) se enrolla en una molécula lineal (eje). De ahí el nombre de la sustancia: Lat. Rota - koleso y eje - eje. El eje en Rotksan tiene la forma de pesas de modo que con la ayuda de grupos volumétricos en los extremos, no se les permite agrietar el anillo de la barra.
Nanomasan, molécula de "cuatro ruedas", creada en 2005 por un grupo bajo la dirección del profesor James Tura (Universidad de arroz). No tiene su propio motor, pero cuando la superficie se calienta a aproximadamente 200ºC, las ruedas de fullereno comienzan a girar y las máquinas ruedas.
La lanzadera basada en Rotaxan mueve una molécula de anillo a lo largo del lineal en el que se sostiene, con la ayuda de protones (debilitamiento o enlaces de hidrógeno, que sostienen la molécula de anillo en el centro) y el movimiento browniano empujando el anillo. Parece una bola de goma abandonada en la corriente, atada a la cuerda: debilitó la cuerda (enlaces de hidrógeno) y la corriente rápida (movimiento browniano) recoge la bola y pasiva hacia adelante. Me quedé la cuerda: la pelota regresará.
Las estructuras de ingeniería de NANASHASSTABS están sujetas a reacciones químicas en mayor medida que las leyes de la mecánica newtoniana. El colector de sus aplicaciones se extiende desde robots médicos hasta la memoria de la computadora.
En 2010, un grupo de bionechangers estadounidenses, Milán Stanovich y sus colegas, crearon un nanoroboto molecular, capaz de moverse en el ADN. Durante el experimento, los científicos pudieron rastrear cómo su nanorobot podría hacer de manera independiente 50 pasos y moverse en 100 nm. Robot, asemejando a la araña externamente, puede realizar de forma autónoma varios equipos: "Go", "Gire", "STOP". Según los autores, está muy en demanda en la medicina como un fármaco liberado en una jaula.
En 2013, los bioenzers británicos y escoceses bajo el liderazgo de David Lyia pudieron crear el primer nanoconaveador molecular del mundo: la nanomacina, capaz de recolectar péptidos, proteínas cortas. En la naturaleza, esta tarea es realizada por ribosomas: orgánulos en nuestras células. Los bioeneros tomaron la base de su automóvil, la molécula de rotaxan y su "varilla" pudieron ensamblar una proteína proteica específica de los aminoácidos individuales. Es cierto, en un conjunto natural de proteínas en el ribosoma, un automóvil molecular artificial está perdiendo: tomó 12 horas para colocar cada residuo de aminoácidos, mientras que los ribosomas hacen frente a esta tarea más rápido que un segundo.
A pesar de esto, los investigadores con optimismo consideran su desarrollo. "Tienes un automóvil que está en movimiento exactamente, eleva los bloques de construcción molecular y los pone juntos. Si la naturaleza lo hace, ¿por qué no podemos? " - Analizó el profesor Lei.
Nanorobot: robots creados a partir de nanomateriales, dimensiones que se pueden comparar con las dimensiones de la molécula. Los dispositivos de datos deben tener función, procesamiento y transmisión de información, ejecución del programa. Sus tamaños no exceden varios nanómetros. Recordando la teoría moderna, los nanorobots deben poder realizar una comunicación bilateral: reaccionar a las señales acústicas y poder recargar o reprogramar desde afuera, debido a las oscilaciones eléctricas y de sonido. Además, una característica importante son las funciones de la replicación: auto-ensamblaje de la nueva autodestrucción nanítica y programada, cuando el entorno laboral, ya no necesita la presencia de nanorobots en ella. En este último caso, los robots deben decaer sobre componentes inofensivos y más rápidos.
Ya hay suficientes dispositivos nanotecnológicos a pesar de que son instalaciones experimentales, en la práctica, sus perspectivas son obvias. Se ha desarrollado un nanoelecturgus que tiene un devanado de una longitud de molécula capaz de transmitir la corriente sin pérdida. Cuando se envía el voltaje, el rotor (que consiste en varias moléculas) comenzó a girar. También hay un dispositivo de transporte lineal capaz de mover moléculas a una distancia predeterminada. También se están desarrollando biosensores moleculares, antenas, manipuladores.
Es lógico hacer una pregunta: cuando el Nanorobot vendrá a nuestro mundo, se convertirán en un lugar común para nosotros, como computadoras e Internet.
Según los pronósticos de los científicos, el siglo de Nanorobots no está lejos
Los científicos están seguros de que se pueden implementar todas las perspectivas, los nacionales podrán recrear cualquier artículo de átomos, podrán rejuvenecer a una persona, se convertirán en productores de alimentos artificiales, llenarán el espacio cercano a la tierra y harán el planeta y su luna. Adecuado para los humanos.
Sin embargo, hay preocupaciones sobre las nanomanics. Entonces, el libro de "máquinas de creación" cuenta sobre el fracaso del programa de robots, por lo que convierten toda la tierra en un desastre de sí mismos.
Estos puntos de vista no son prerrogativos de la ciencia, son respaldados por varios científicos, que en la prensa a veces se llaman nanoapocalipticos. El profesor Evgeny Abrahamyan en su artículo "Amenazas de nuevas tecnologías" describe la situación en la que los robots destinados a desmontar los átomos de desechos comenzarán a desmontar debido al fracaso y todo lo demás. Al mismo tiempo, tales máquinas serán autocompatientes. Además, como señala el científico, estos micrómetros pueden ser la base para los medios nuevos, aún más monstruosos que los modernos, la gestión de la guerra.
De una forma u otra, un paso para la creación de Nanorobots ya se ha realizado y nos enfrentamos una vez más con la cuestión del entorno de la formulación: ¿Nuestras innovaciones cambian nuestra vida, o lo cambiamos a nosotros mismos? Ya sea que podamos crear sobre la base del mundo de Nanananiki libre de hambre, necesidades y con un desarrollo potencial, o el camino del nanocrópicho amarillo nos llevará al caos de las nuevas guerras dependerá de nosotros mismos, pero una cosa es clara: el mundo cambia y Estamos cambiando rápidamente junto con él.
Artículo para la competencia "BIO / MOL / texto": El artículo está hablando de enfoques para comprender el dispositivo celular, de las ideas de biología teórica y conceptos de la "máquina proteína" hasta los enfoques y descubrimientos modernos: nanorobots, microtúbulos y secuenciación del genoma. El trabajo articular, acordado con precisión de millones de nanorobots crea un fenómeno único que llamamos vida.
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Citología - Ciencia célula
Figura 4. Cubra el libro ERWIN BAUER
Por supuesto, en cierto sentido y la estrella, también el "proceso", como una jaula: la estrella gira el hidrógeno en helio y al final, cuando todos los combustibles se queman en él, "muere". Sí, y el taburete más ordinario, si miras detenidamente a cuidadosamente, es para siempre, lo que lo hice: la pintura se sale de ella, el árbol se seca gradualmente o gira, los accesorios se eliminan ... pero la célula viva (y El organismo vivo en su conjunto) es fundamentalmente diferente de estos objetos muertos.
¿Pensaste en por qué la piedra obedece indiferentemente la acción de la fuerza externa y la vida? ¿Por qué el palo está navegando río abajo, y el pescado, que va al desove, está decenas de kilómetros contra él? ¿Por qué, finalmente, podemos determinar nuestro comportamiento usted mismo, superando los obstáculos que el mundo exterior nos pone?
El primer paso serio para comprender estas cosas fue realizado por el biofísico soviético Erwin Bauer, quien presentó el principio del no equilibrio sostenible:
"... Los sistemas vivos nunca están en equilibrio y se desempeñan debido a que su energía libre trabaja constantemente contra el saldo requerido por las leyes de la física y la química en las condiciones externas existentes"(Fig. 4).
En otras palabras, el "sistema en vivo" en algún sentido viola las leyes de la física y la química. Pero ella los interrumpe no de otra manera, como con su propia ayuda. Un objeto vivo que usa productos químicos y interacciones físicas, puede superar la atracción terrenal, luchar con el flujo de agua y movimiento de aire, hacer que las sustancias nocivas sean útiles (por ejemplo, un terrible oxidante oxidante, que en términos de química no es mejor cloro, nos da la oportunidad de respirar y gracias a adquirir energía; En general, la historia de la lucha contra los agentes oxidantes radicales se describe en el artículo " Cuento de hadas cómico sobre la gran batalla entre radicales y antioxidantes» ).
Pero "equilibrio" no es solo un estado en el que, por ejemplo, las escalas apenas tienen apenas y detener el swing. En una posición de equilibrio, el gas es cuando fluye del globo al aire de la habitación y se mezcla con la atmósfera. En la posición de equilibrio con el aire circundante hay una estufa cuando entrega completamente su calor. La sección de física es la ciencia de la termodinámica: sostiene que cuando un sistema que consiste en muchas moléculas busca el equilibrio, el trastorno (caos) aumenta en este sistema. Mera Chaos llamó " entropía" En los sistemas cerrados, la entropía solo puede crecer. Pero las células vivas son sistemas abiertos, no cerrados. Por lo tanto, pueden resistir el crecimiento de la entropía. Trabajando contra el equilibrio, los seres vivos contribuyen a la orden mundial y cada segunda pelea con el caos con los que los pasan por todos lados. Los zorros Dig Mink y lo salvaron en él desde Jellows de invierno, los castores construyen represas y aumentan el nivel del agua, que se comporta en sí mismo para romper el plano como una capa delgada como sea posible.
Tal milagro cada segundo crea cualquier organismo vivo. Pero cada célula viva se comporta de la misma manera. En el ejemplo de su comportamiento, que es más fácil que el comportamiento de los grandes organismos (aunque el comportamiento celular no es tan simple, como parece), puede intentar entender qué es la vida y cómo lucha con el "equilibrio".
La citología hace éxitos.
Nanorobot - ficción y realidad
Al final del pasado milenio, el científico estadounidense Eric Dereshler, inspirado en los descubrimientos en el campo de la nanotecnología, se hizo famoso por sus libros de ciencia ficción en los que soñaba que "Nanoassemblors" pronto se construirá, capaz de recolectar cualquier cosa bien. de los átomos. En particular, escribió sobre "Nanorobot", que podrá hacer que el trabajo sea beneficioso para la salud humana, los vasos sanguíneos limpios, destruyen las células cancerosas, luchan contra las bacterias.
Algo similar en su fantástica historia "Microeruki" predijo en 1931 el escritor de niños Boris Zhitkov. El héroe del personaje hizo un dispositivo que permite operaciones con células individuales. ¡A las manos de un hombre, los esfuerzos se transmitieron a Microkers que podrían hacer operaciones que no soñaban y Leskovsky zurdas! Esto es lo que permite escribir: " Me invitaron a hacer las operaciones más sutiles, donde ningún cirujano sabría cómo girar. Podría trabajar rápidamente y sin deslizarse para trabajar bajo el microscopio más fuerte. Borrí los brotes más pequeños de un tumor maligno de un organismo vivo, horroré en un ojo enfermo, como en una gran fábrica, y no tuve una penalización del trabajo. Pero no me detuvo en mi camino. Quería hacer verdaderas microcuitos, que podría tener suficientes partículas de una sustancia, de las cuales se creó la materia, las partículas inimaginablemente pequeñas que son visibles solo en el ultramicroscopio. Quería entrar en el área donde la mente humana pierde alguna idea del tamaño, parece que no hay tamaños, antes de que todos los inimaginablemente finamente».
Pero el héroe de la historia esperaba el fracaso: en el proceso de caza de células individuales, una de las criaturas: "Snake-Infusoria" - ¡Rompió su dispositivo! Sí, y no pude romper las manos, porque sus esfuerzos, como la palanca de Arquímedes, se transmitieron al microworld, disminuyendo en millones de veces, y las fuerzas del MicroWorld también aumentaron y presionaron en sus manos ...
Se sabe que la palabra "técnica" viene del griego " techne"-" El arte ", y la nanotecnología confirman esto: están cerrados con arte. Ahora los especialistas tienen la oportunidad de esculpir la estructura molecular en átomo en un átomo como escultura. Se abren posibilidades fantásticas de creatividad libre. Los diseñadores se convierten en artistas-Demiurges, creando cosas desde cero! Pero, de repente, estas cosas saldrán de control y comenzarán a multiplicarse como virus maliciosos. Eric Drexler en el libro "Máquinas de creación" tiene bastante miedo al lector con historias sobre la próxima victoria del "moco gris". Escribió que es imposible subestimar los peligros de la nanotecnología. Ahora estamos hablados por una nueva víctima - inteligencia artificial. ¿Y si esta inteligencia se convierte en monstruos en "nanofabrics"? El artista Evgeny Podkolzin para Almanach "Quiero saber todo" Esta situación ritmo en la vena humorística (Fig. 5).
Figura 5. Nanorobot Designs Monster.
figura Eugene Podkolzina
Crear nuevas estructuras en "nanofabrics" ahora está bajo el control de una persona. El control es necesario para reducir los riesgos de la reproducción espontánea no restringida de las nanoestructuras, que, como en un thriller fantástico, puede entrar en la batalla con vida terrenal Y privar a todo lo que vive en el suelo, gire el planeta en el moco silencioso. Tenga en cuenta que el Penúltimo Premio Nobel en Química fue otorgado por el trabajo en el campo de la nanotecnología, por lo que esta área es muy caliente ...
Locomotora en bolsillo
Figura 6. Lion Bluemenfeld
En cualquier jaula viva, incluso en una bacteria tan pequeña, como famosa. Escherichia coli. (Tiene aproximadamente 5 μm de longitud y 1-1.5 μm de diámetro), hay millones de nanorobots de proteínas. Cumplen todo el caso para la vida del estado celular. Hay nanorobots de diferentes tipos: mensajeros, portadores, diseñadores, reparadores, limpiadores.
Entendiendo cómo funciona el Nanorobot, no llegó de inmediato. En los años sesenta de los biofísicos del siglo XX, Dmitry Chernavsky, Yuri Hurgin y Simon Schnol desarrollaron el concepto de la "máquina de proteínas", que fue confirmada experimentalmente por el Fundador del Departamento de Biofísica de la Facultad Física de la Universidad Estatal de Moscú (Fig. 6 ). En sus obras, escribió sobre estados de proteínas no equilibrio y sobre la relajación de la máquina de proteínas en el proceso de transformación de la sustancia en la célula.
Ahora ya se ha convertido en un lugar común: la biofísica declaró directamente que la proteína es un automóvil, y se detectan motores moleculares ( cm., por ejemplo, un artículo " Protein Motors: al servicio del hombre y la nanotecnología."). Por supuesto, no es un automóvil simple, sino especial, biológico. ¿Qué es el "coche"? En la vida cotidiana llamada el automóvil, la unidad de lavado, la máquina de la fábrica, y en el siglo XIX, se pensaba el coche de vapor. Pero si argumentamos científicos, entonces la máquina es un sistema construido de acuerdo con el plan de partes diferentes, no resueltas y destinadas a la implementación de ciertas funciones (tal definición le dio a un académico Ivan Artobolevsky a la vez).
Las enzimas y otros nanorobots se responden con precisión a esta definición: se crean de acuerdo con el plan establecido en el ADN y realizan funciones estrictamente definidas. Partes de proteínas - Moléculas-monómeros, no como otras, tienen una forma diferente y composición química. Al conectar diferentes monómeros, se obtiene una gran molécula orgánica: el polímero. Tales proteínas de polímeros son máquinas moleculares, nanorobot. En cada nanorobot-enzima hay su "parte estructural" (el análogo de la cama de la máquina) y el "centro activo", una herramienta de trabajo. Casi como cualquier fábrica! Eso es solo las dimensiones de tales máquinas, no tienen análogos en una naturaleza inanimada.
Y si las dimensiones del automóvil son extraordinarias, entonces el trabajo de estos dispositivos es diferente a la acción habitual. Después de todo, en Nanomor, casi todo no es como en nuestro Macromir humano. Recordamos el coche de vapor. Los principios de la máquina de vapor formaron la base de la termodinámica: la ciencia de la transmisión y la conversión de energía. No pasó porque el automóvil de vapor es tan perfecto, justo cuando se plegó la termodinámica, no había otras máquinas. Y su dispositivo está demostrando particularmente los procesos de transformación de energía.
Sin transformación y transformación de energía, por supuesto, no pueden existir ningún organismos y células individuales. Toda su vida, como ya hemos escrito anteriormente, es un proceso de intercambio de energía permanente con el medio ambiente, tal intercambio en el que se produce un determinado trabajo. Solo el automóvil de vapor realiza su trabajo extremadamente aproximadamente, si lo comparas con las acciones de los nanorobots. La máquina de vapor se ocupa de una enorme masa de moléculas (vapor o gas). Cuando se calienta, estas moléculas buscan liberarse a la libertad (es decir, para lograr el equilibrio con un medio externo, frío), presionando la ruta que bloquea el bloqueo de barrera del pistón y haz trabajo.
En nanomarsis, lo contrario es lo contrario. La proteína NanorObot no puede mover grandes volúmenes de materia: ve cada molécula por separado y es capaz de disponer de energía en ella. Imagine que tales dispositivos se usen en la máquina de vapor: con cada par molécula "Funciona" el Nanorobot, lo atrapa y se retira en el lugar y luego suelta.
Luego se convertirán en un pistón extra intenso, unidades hidráulicas, y toda la máquina con una potencia de mil caballos de fuerza puede convertirse en diminuta, tamaño con una unidad flash o un chip. Es cierto que esto requerirá tantos nanorobots como en esta cantidad de moléculas de vapor o gas, e incluso se necesitan dispositivos especiales, "científicos" para trabajar precisamente para esta profesión. Y todavía hay tales cosas en la naturaleza. Pero las perspectivas son abordadas por tentador.
Sin embargo, no importa cuán mágicamente se vea una locomotora de vapor, que se coloca en su bolsillo, el trabajo de una celda de vida real se ve aún fantástica. Después de todo, la máquina de vapor (como cualquier otra planta de energía) solo utiliza el deseo de cualquier sustancia para el equilibrio con el entorno externo, y el límite de equilibrio es la llamada "muerte por calor del universo", dicho estado cuando todos los objetos del mundo, de las moléculas a las galaxias, se convertirá igualmentecálido o, o más bien, el mismo frío, y todo movimiento se detendrá.
Un vector completamente diferente tiene el trabajo de los nanorobots. Ellos, a diferencia del vehículo de vapor, no solo usan la entropía, y responden tanto. Lion Bluemenfeld escribió que la "máquina molecular" gestiona los estados de las moléculas individuales. Tener una cuestión de una molécula de sustancia, Nanorobot no le permite moverse caótico: llevan las moléculas donde se necesita la jaula para su nutrición y crecimiento, regular la química y la física de los procesos.
En última instancia, la energía del vapor en la caldera (o la energía del combustible de combustión en el motor del automóvil) es la suma de las energías del movimiento de las moléculas de vapor individuales u otro "fluido de trabajo". Pero cuando el automóvil de vapor "se pliega", estas energías de las moléculas individuales, luego con la "generalización", existen pérdidas inevitables. Algunas moléculas están filtrando a través de las ranuras del dispositivo, algunas de las cuales vuelan al ángulo sin ningún beneficio, etc. Sucede lo mismo que con una mala contabilidad en una gran economía: algunos de los bienes y materiales se deteriorarán en un almacén, sin tomar la participación en la producción, la otra parte se envía no por su propósito previsto, la tercera boca está desapareciendo. ... cuando opere millones y miles de millones de objetos "Capitán y mecedora" inevitable. Pero serán imposibles, si cada sujeto se tiene en cuenta por separado, si todo está registrado, y cada cosa tiene su propio tendero.
Por supuesto, en nuestro mundo es impracticable. Es más rentable para nosotros perder parte de los productos que pagar el trabajo de millones de facturas y controladores. Pero en Nanomor, sus ideas sobre lo que es rentable y eso no es rentable. Por lo tanto, la eficiencia de la máquina de proteínas no es del 8 por ciento, como una locomotora, pero casi 10 veces más!
Desde la máquina clásica, los autos moleculares de proteínas se caracterizan por otra característica. En la planta de energía habitual, la máquina (su mecanismo, cuerpo) y el "fluido de trabajo" (pares de agua o gasolina) son objetos diferentes. El Nanorobot es, por regla general, tanto el mecanismo como el cuerpo de trabajo. Los flujos de energía no fluyen más allá de los nanorobots en forma de un par o fuego, se mueven en ello en el curso de las reacciones químicas.
Microtubule - Fuente de pensamiento?
El tipo más común de nanorobot - enzimas conocidas desde el siglo XIX. Solo las enzimas son de aproximadamente cinco mil variedades. Estas son proteínas especiales: catalizadores de procesos bioquímicos, que sin su participación serían mucho más lentos.
Enzimas - máquinas de proteínas con un programa rígido. Cada uno de ellos está adaptado para resolver una tarea completamente específica. Pero todos ellos son de alguna manera catalizadores de reacciones químicas, es decir, ayudan a la transformación de una sustancia en otros. Más bien, las enzimas simplemente convierten una reacción química que tendría que ir "naturalmente" sin mucho beneficio para la célula y el cuerpo, a otro, útil. Como ya se mencionó, transportan la reacción del camino de menor resistencia (que da poca energía) al camino es difícil, pero es energéticamente efectivo.
Otro tipo de nanorobot - reparador. Aunque el ADN: una molécula es estable, sin embargo, puede dañarse. La razón de esto es la radiación, las sustancias mutagénicas, los radicales libres. "Depurinización" desempeña un papel especial: el volteo de las bases nitrogenadas de la molécula de ADN, es decir, de hecho, su destrucción. En una solución simple (inanimada), este proceso va lo suficientemente rápido, y si lo mismo sucedió en la célula, el ADN no viviría más de una semana, y la célula estaría condenada a la muerte. Sin embargo, el ADN de cada célula humana pierde unos cinco mil motivos de purina por día. Pero los dispositivos especiales trabajan en la jaula. complejos de reparación ("Reparación" en latín significa "recuperación"). Pueden compararse con el equipo de reparación en el ferrocarril, que todo el tiempo va en rieles, encuentra daños y los corrige. Las repares son capaces de restaurar un daño de radiación incluso al ADN. La complejidad de la obra de Reparaz (como, sin embargo, y otros nanorobots) causa admiración, la computadora con dificultad puede simular sus acciones. Para comprender el trabajo de estos dispositivos, se requieren el conocimiento de las matemáticas más altas y la física cuántica.
Proceso de división celular: si la mitosis o la meyosis es uno de los procesos más fantásticos del universo. Es servido por un enorme equipo de Nanorobots. Además de los relacionados con la duplicación del ADN, los nanorobots centrium están incluidos en este comando. Los centríolos son polos peculiares alrededor de los cuales el "husillo" del material genético está girando. Consisten en 27 elementos cilíndricos: "Microtubule", basado en los cuales se encuentran las moléculas de la proteína de la tubulina.
Además de trabajar en la reproducción de la célula, los microtúbulos están involucrados en la creación de un citoesqueleto: sin su apoyo, la célula se convertiría en una caída amorfa. Microtubule también funciona con tuberías: las sustancias de un extremo de la celda en otro se transmiten.
Parecería que el papel de los centríolos en el trabajo de la célula es puramente mecánico. Sin embargo, son estos organides que el golterio biólogo estadounidense Albrecht-Bühler (por cierto, el físico de la educación) llamó al "cerebro cerebral". Otro biólogo de los Estados Unidos, Stuart Hameroff, sugirió que era con microtúbulos subyacentes a la estructura del centrioleum, el fenómeno más increíble en todo el universo está conectado - conciencia.
Tal idea surgió de Hameroff debido al hecho de que era un anestesiólogo en la profesión principal. Un día, descubrió que algunas sustancias que se utilizan en la anestesia (anestesia) cambian la estructura de los nanotubos celebrados en los procesos de las células nerviosas (axones y dendrites).
El pensamiento de Hameroff desarrolló algo así: la anestesia es una forma de deshabilitar la conciencia. La conciencia desconectada corresponde al microtúbulo modificado. Por lo tanto, los microtúbulos en su forma natural e impidida son los portadores de la conciencia "incluida".
Es cierto, resultó más tarde que no todos los anestésicos afectan a los microtúbulos tan notablemente. Pero el científico, sin embargo, continuó desarrollando su teoría y eventualmente emitió un libro en el que argumentó que los microtúbulos son dispositivos para calcular e integrar información en el cerebro. Si la hipótesis de Hameroff es cierta, resulta que se encuentran entre los nanorobots, no solo hay "químicos" y "reparadores", sino también nanocomputadores. Hay otra hipótesis basada en el hecho de que el enlace de hidrógeno es una célula ideal para cuba (Bits cuánticos: unidades de computación cuántica): el protón puede estar en él en uno o en otro "pozo" de energía, haciendo "saltos cuánticos" entre ellos. Con estas posiciones, nuestra conciencia en sí está determinada por la combinación de operaciones de nanocomputadoras.
Aunque otros científicos no están de acuerdo con un enfoque tan mecanicista no solo a la conciencia humana, sino también a la obra de una célula viva. La refutación o prueba de esta hipótesis es la cuestión de la ciencia del futuro, tal vez no tan distante.
Infusorian-shirt, alma de alma y algoritmos informáticos.
El trabajo articular, acordado con precisión de millones de nanorobots crea un fenómeno único que llamamos "vida". ¿Es posible reproducir un sistema de este tipo artificialmente? El artista Evgeny Podkolzin en forma cómica representa las acciones de los nanorobots en la célula (Fig. 7).
Figura 7. Trabajo de nanorobots en la celda.
Para ver el dibujo en su totalidad, haga clic en él.
figura Eugene Podkolzina
Creando una criatura viva en un tubo de ensayo: el viejo sueño de los alquimistas. En la literatura, la imagen de ese soñador creó Goethe en Fausta. En el siglo XIX, hubo un intento ingenuo intento de crear una "célula artificial". Hoy en día, con una declaración sobre la creación de una célula viva artificial (que incluso dio el nombre: Cynthia, Cynthia. Latin) vino Craig Venter - cabeza y firmas Longevidad humana, Inc. . Participó con éxito en el programa "Genoma del hombre", puso y resolvió la tarea de crear ADN artificial. En 2010, presentó el genoma artificial creado por él en un cuerpo unicelular. Mycoplasma MICOIDES. - Y este genoma, como se esperaba, trabajaba, produciendo las proteínas necesarias.
Pero la declaración de que logró crear una jaula viva es una clara exageración. Puede comparar este trabajo con la creación de un programa para una computadora, pero no con la creación de la computadora en sí. El ADN es solo un programa, y \u200b\u200bsi millones de nanobots obtenidos por la célula "por herencia" no trabajaban en Mycoplasma, el programa sería solo un texto que ciertamente se lea.
Pero, a pesar del progreso y las fallas de Venter, el estudio de las células vivas de la célula viva y los principios de su trabajo en realidad abre oportunidades completamente nuevas para la nanotecnología. En los años 60 del siglo XX surgió. biónico - "Ciencia sobre el uso de prototipos biológicos para buscar nuevas soluciones técnicas". En el siglo XXI, la ciencia ya está buscando ideas para crear nuevos dispositivos nanotecnológicos en una célula viva. Esta es una nueva ciencia del siglo XXI. nanobiónica.
La creación de nanorobots reales y el uso de sus prototipos biológicos ayudará a resolver problemas en las áreas más inesperadas, desde la medicina hasta la ecología y lo que se llamó antes de la cibernética, y ahora las tecnologías de la información. Ya hay unidades de información sobre la base del medicamento "BIOCHER" utilizando la capacidad de la proteína fotosensible. bacteriodopsina Cambie su conformación (disposición espacial de átomos) al absorber un cuántico de luz. Una técnica revolucionaria inventó, incluso una (!) Molécula de ARN, que puede asociarse con una infección en la muestra de aire o en el fluido.
La investigación de nanobionics le permitirá respirar. nueva vida y en la dirección científica más interesante. citoetologíaLa ciencia del comportamiento celular, que se basa en la interacción coordinada de los nanorobots celulares. La necesidad de el desarrollo de la investigación en el campo de la citotología fue escrito por el biólogo Vladimir Alexandrov (Fig. 8), publicado en 1970 hasta ahora el artículo " El problema del comportamiento a nivel celular - citoetología." En él, se atrevió a la era del "materialismo dialéctico" para declarar: " Los organoides y las células de las células tienen su propia pequeña, pero el alma.».
De hecho, el comportamiento de los nanorobot y las células vivas hace pensar en la diferencia fundamental con respecto a la norma sistemas técnicos. Parece increíble, pero quizás esté a este nivel que surja la propiedad de los sistemas vivos, que a nivel del cuerpo (especialmente brillantemente en humanos) se llama "libertad de voluntad". Este es un problema muy profundo en el cruce de la biofísica, la mecánica cuántica, la filosofía y la teología. Si comparamos la jaula viva con la computadora, vale la pena pensar, ¡y es esta computadora un cuántico?
El primer científico famoso que sugirió el modelo de la computadora cuántica fue Richard Feynman, el físico que estaba considerando un microscopio en el trabajo gratuito del trabajo principal en el microscopio, y la idea de la computación cuántica para el año en Feynman expresó El físico ruso Yuri Manin.
Aún no se ha creado una computadora cuántica completa, aunque ya se escriben los primeros modelos y programas válidos para dichas computadoras. La principal diferencia de la máquina de computación cuántica de la ordinaria será el trabajo en los principios no clásicos, y la mecánica cuántica. Como se sabe, la mecánica cuántica admite que los estados que, ser transferidos a nuestro mundo, parecerían maravillosos (por ejemplo, la estancia simultánea de una partícula en dos lugares diferentes). Los efectos cuánticos similares formarán la base de algoritmos de software para nuevas computadoras. Y esto resolverá tales tareas que no soñaron con las "máquinas de conteo" de hoy. El "cerebro" cuántico podrá por primera vez corresponder a la complejidad de los procesos ambientales, por ejemplo, en la misma célula viva.
Los autos actuales solo pueden trabajar con modelos, es decir, con imágenes de realidad simplificada. Para una computadora cuántica, una realidad biológica (y, por ejemplo, astronómica) será por primera vez en los "dientes".
Curiosamente, es la complejidad de los procesos biológicos y llevó a Feynman (y su mente similar) a la idea de una computadora cuántica. Es posible que la idea de crear una máquina de este tipo surgiera de él como resultado de las observaciones de la misma parame.
Parece que resultó un círculo vicioso: los físicos consideran las células vivas por las computadoras cuánticas, para averiguar cuál es posible solo con computación cuántica. La salida de este círculo es posible después de crear una computadora real potente basada en procesos cuánticos.
Hoy en día, tales dispositivos requieren enfriamiento profundo y pueden procesar unos pocos cientos de cubos en el mejor de los casos. Además, los ingenieros aún no han inventado cómo proteger el cerebro cuántico de los impactos electromagnéticos y otros impactos a los que la nueva calculadora será mucho más sensible a la "persona". Aparentemente, la celda en vivo almacena el secreto del procesamiento cuántico de la información con un volumen mucho grande de la computación, al tiempo que tiene una buena protección contra las influencias externas.
Abra y explore estos procesos: la tarea de las nuevas generaciones de citólogos y biofísicos. ¡Les deseamos éxito!
Una versión extendida del artículo se está preparando para imprimir en Almana "Quiero saberlo" (Editor "House of Children's Book", SPB.). Autores Gracias al editor de Almanach. Sergey Ivanov Para discusiones fructíferas, artista. Evgeny podkolzhinpara imágenes proporcionadas, y editor Alla no nacional - Para el permiso para utilizar el material del Almanaque en este artículo.
Literatura
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- El cuento de hadas cómico sobre la gran batalla entre los radicales y los antioxidantes; Proteínas motores: al servicio de humanos y nanotecnología;
- Toda la teoría en la tubería. (2012). "Lenta.ru";
- Rezabek b.g. (1998). Desarrollo I. condición moderna Representaciones sobre amplificadores biológicos. Conferencia de Memoria P.G. Kuznetsov;
- Con la luz del genoma: el tamaño mínimo del genoma bacteriano es cuánto? ;
- Kogan a.b., Naumov N.P., Rezheabek V.G., Choran O.G. Cibernética biológica. M.: "Escuela Superior", 1972. - 382 p.;
- Alexandrov v.ya. Comportamiento de células y estructuras intracelulares. M.: "Conocimiento", 1975. - 64 s ..
En 1986, el famoso ingeniero estadounidense Eric Dereshler en su libro "máquina de creación" lideró un ejemplo de robots capaz de construir objetos a nivel molecular: un átomo de átomo. También deben penetrar en el cuerpo humano y tratarlo desde el interior, afectando las áreas del cuerpo directamente afectadas por la enfermedad. Todo esto suena utópico, pero hoy en día muchos científicos están seguros de que el surgimiento de tales máquinas: nanorobots es solo una cuestión de tiempo.
¿Qué es Nanorobot?
Todavía no hay una respuesta clara a esta pregunta: no existe una interpretación individual y universal del término "nanorobot". En general, cuando hablan de tales dispositivos, generalmente significan pequeños robots en tamaño con una molécula capaz de manipular átomos y otros nanoObjects. En otras palabras, pueden influir en la base de todo el mundo, porque ya se ha demostrado que todo lo que a su alrededor, incluido nosotros, consiste en átomos. Esto abre amplias oportunidades para nanorobots y personas que las administran.
No todos los científicos creen que los nanorobots realmente crean, y es difícil culpar al escepticismo: todo lo descrito anteriormente realmente suena demasiado fantástico. Pero debe entender que cada uno de nosotros está vivo hoy gracias a innumerables operaciones de nanobots en billón de nuestras células. Las personas les dan ciertos nombres, por ejemplo, "Ribosomas", "Tauro de sangre", etc., pero en su esencia son máquinas programadas con una función. Si podemos entender qué tipo de "programa" usan, y podemos recrearlo, el futuro con NanorObot no se volverá a esperar.
Ahora usa varias formas de crear nanorobots. Según el primero, para estos fines, se requerirá nanofabric especial. Este es un complejo de dispositivos destinados a una combinación de átomos y crear varias conexiones de ellos. El segundo método implica la creación de un nanorobot a base de ADN.
Posible potencial de Nanorobot
Los científicos creen que se ha imaginado prácticamente. Con un nivel suficiente de desarrollo tecnológico, estos dispositivos microscópicos podrán transformar nuestro mundo en el sentido literal. Entre otras cosas, permitirán:
Tratar todas las enfermedades, incluso tan peligrosas como el cáncer. Los médicos podrán introducir robots en el cuerpo del paciente y con su ayuda rastrear rápidamente las células afectadas y luego tratarlas directamente desde adentro. Esto, a su vez, extenderá significativamente la vida de la vida humana y, quizás, incluso para obtener la inmortalidad.
Cambia el cuerpo, mejorando sus características y oportunidades. Los nanobots en este caso se utilizan como implantes. Colocado dentro del organismo, rastrearán su condición, fijarán rápidamente los síntomas de las enfermedades, mejorarán los datos físicos del transportista, etc.
Conecte el cerebro a internet. ¡Directamente! El inventor Reimond Kurzvell cree que ya será posible en 2030.
Purificar el agua del océano y el aire, chupando la contaminación a nivel molecular.
Esta es solo una pequeña parte de las posibilidades de los nanorobots. Con la debida fantasía y el ingenio con su ayuda, puedes hacer increíblemente muchos.
Nanorobot moderno
¡Ya creó una serie de increíbles desarrollos en esta dirección! Aquí solo algunos de ellos aquí:
NACHS de ETH ZURICH y TÉCNICA. El dispositivo es un cable polipropilo. Es capaz de moverse en el líquido biológico del cuerpo a una velocidad de 15 micrómetros por segundo. Dicho "nanotalizador" se puede utilizar para la entrega de los medicamentos en un órgano afectado.
Nanomarsis en movimiento 3D del ADN. Un diseño tan inusual fue desarrollado por científicos de la Universidad de Ohio. Estos bots están construidos directamente de las células de ADN y pueden realizar ciertas manipulaciones.
Otro tipo de nanorobot, diseñado para ofrecer medicamentos a las áreas especificadas, creó a los científicos de la Universidad Drexel. El diseño es una cadena de 13 bots capaz de moverse a lo largo del fluido biológico a una velocidad de 17.85 micrómetros por segundo.
Estos nanobots, por supuesto, aún no pueden tratar todas las enfermedades y conectar el cerebro humano a Internet. Y en un futuro próximo no podrá. Pero es obvio que todo lo que viene, y la aparición de nanobots en la vida cotidiana no es tan irreal, ya que puede parecer a primera vista.
Aunque se pueden usar muchas tecnologías en el futuro para revitalizar cryocacats, es posible comenzar a familiarizarse con las tecnologías de la futura revitalización de las criopacacies, es necesario leer las preguntas frecuentes (preguntas frecuentes) en la nanomedicina. Después de todo, las nanotecnologías parecen ser la herramienta más perfecta para la reparación celular y la comprensión de su desarrollo, proporciona la imagen más completa de la futura restauración de criopacats para la vida. Esto fue más tarde en 1986, el padre de las nanotecnologías modernas, Eric Drexler, fue escrito en su libro científico y popular "máquinas de creación". Además, esta dirección se está desarrollando intensivamente en todo el mundo.
Preguntas frecuentes sobre Nanomedicina:
1. ¿Qué elementos químicos serán los nanorobots médicos?
Una unidad médica típica será un robot micron (MKM, 1 μm \u003d 10 -6 m) del tamaño recolectado de la nanopasa. Estas partes variarán de 1 a 100 nm (1 nm \u003d 10 -9 m) y tendrá que compilar acumulativamente una máquina viable con un tamaño de aproximadamente 0,5-3 μm de diámetro. Al mismo tiempo, tres micrones - talla máxima Para el flujo de sangre de nanorobots médicos, porque Este es el tamaño mínimo de los capilares.
El carbono será el elemento principal que constituye la base de nanorobots médicos, posiblemente en forma de diamante o nanocompuestos de diamantes, debido a la enorme resistencia del diamante y su inertidad química. Muchos otros elementos, como el hidrógeno, el azufre, el oxígeno, el nitrógeno, el flúor, el silicio, etc., se utilizarán para un uso especial en cajas de engranajes de nanómetros y otros componentes de los nanorobots (nanobots).
2. ¿Pueden los fluidos en el cuerpo humano penetrar en los nanorobots?
Desde un punto de vista médico, tendría sentido determinar el nanorobot como un dispositivo que tiene dos espacios, interno y externo. Y es cierto que el espacio externo del Nanorobot entrará en contacto con el entorno exterior: la máquina bioquímica humana. Pero el espacio interior del nanorobot está completamente organizado artificialmente (lo más probable es que habrá un vacío dentro de los nanorobots), y trabajo normal Los dispositivos en él no caen en fluidos extranjeros, excepto aquellos con los que funciona el Nanorobot. Por supuesto, en el proceso de trabajo, el Nanorobot puede pasar al fluido para el análisis químico o para otros fines. Pero es importante que este dispositivo sea agua y hermética. Los líquidos en el cuerpo humano no podrán penetrar en el nanorobot, excepto los líquidos, especialmente inyectados con el mecanismo.
3. ¿Cuál será el bienestar físico de una persona que se introdujo dentro de los nanorobots médicos?
En la mayoría de los casos, el paciente que pasa el tratamiento nanomedician se parece al otro que la misma persona enferma. El tratamiento típico nanomedicio (por ejemplo, la purificación de la infección bacteriana o viral) consistirá en inyección de varios centímetros cúbicos de nanorobots de tamaño micrón disuelto en líquido (posiblemente en agua o solución de sal). Una dosis terapéutica típica puede incluir de 1 a 10 billones (1 billón \u003d 10 12) de nanorobots individuales. Naturalmente, dependiendo de la enfermedad, puede limitarse a varios millones o varios mecanismos de mil millones. Cada nanorobot tendrá tamaños de 0,5 μm a 3 micras de diámetro. Las dimensiones dependen del tipo y el propósito del nanorobot.
El cuerpo de un adulto tiene un volumen de aproximadamente 100,000 cm 3 y el volumen de sangre es de ~ 5400 cm 3, por lo tanto, la adición de la dosis de los volúmenes de Nanorobot ~ 3 cm 3 es prácticamente insignificante. Nanorobot solo hará lo que dice el médico, nada más (así elimina la posibilidad de fallas). Por lo tanto, solo la condición física del paciente cambiará, se corregirá muy rápidamente. La mayoría de las enfermedades de tipo frío o la fiebre tienen síntomas causados \u200b\u200bpor bioquímicamente. Se pueden eliminar introduciendo la dosis de los nanorobots correspondientes. Restauración de la condición normal de la piel durante las erupciones en él o su daño (como sucede durante Corey), se llevará a cabo más lento, ya que en este caso será necesario restaurar completamente la piel.
4. ¿Cómo se verá un nanorobot típico?
Es imposible decirlo ahora, cómo se verá el Nanorobot Universal. Nanorobot, destinado a viajar dentro del flujo sanguíneo humano, puede tener un tamaño de 500-3000 nm. Nanorobot, ubicado en los tejidos, puede tener tamaños de 50 a 100 micrones. Y Nanovosti, que funcione en bronquios, puede ser aún más. Cada tipo de nanorobot médico será diseñado bajo las condiciones necesariasY, por lo tanto, son posibles diferentes tamaños y formas. Ningún nanorobot todavía está construido, finalmente. Muchos, teóricamente correctos en el desarrollo de papel de Nanorobots, se refinarán en el futuro después de la investigación relevante.
5. ¿Puedes dar un ejemplo de un simple nanorobot médico?
Un nanorobot muy simple, que soy (Robert Fraightas, aprox. Trad.) Desarrollado hace unos años, un glóbulo rojo artificial, llamado "respirocito". El tamaño de respirocitos es de 1 micra de diámetro y simplemente fluye en el torrente sanguíneo. Este es un nanoroboto esférico hecho de átomos de 18milliard. Estos átomos son principalmente carbono, con una red cristalina de diamante que forma una cáscara esférica del mecanismo.
Respyrocyte, esencialmente, es un hidropneumoacamulator, que se puede inyectar en una cantidad de 9 mil millones de moléculas de oxígeno (O 2) y moléculas de dióxido de carbono (CO 2). Más tarde, estos gases se producen a partir del respirocito bajo el control de la computadora a bordo. Los gases se almacenan bajo una presión de aproximadamente 1000 atmósferas. (Los respirocitos se pueden hacer no inflamables debido a la cubierta de zafiro, no combustible y material con propiedades cercanas a Diamond).
La superficie de cada respirocito está cubierta del 37% con rotores de clasificación molecular ("nanosistemas", p. 374), que se pueden inyectar y producir gases en el tanque interno. Cuando el nanorobot navega en capilares alveolares, la presión parcial de O 2 es más alta que la CO 2, por lo que la computadora a bordo dice que los rotores de clasificación se inyectan en depósitos de oxígeno, que liberan CO 2. Cuando el dispositivo determina su ubicación en los tejidos, el oxígeno deficiente, se producirá un procedimiento inverso: ya que la presión parcial de CO 2 es relativamente alta, y la presión parcial O 2 es baja, entonces los rotores bombean CO 2, liberando O 2.
Los respirocitos imitan las funciones naturales de los eritrocitos llenos de hemoglobina. Pero el respircido se puede transferir a 236 veces más oxígeno que una célula roja natural. Este nanorobot es mucho más eficiente que el natural, debido a la resistencia excepcional del diamondOid, que permite mantener la alta presión dentro del dispositivo. La presión de trabajo de la glóbulo roja es 0.51 ATM, mientras que solo se entrega 0.13 ATM a los tejidos. Por lo tanto, una inyección de 5 cm 3 dosis de una solución al 50% de respirocitos en el torrente sanguíneo podrá reemplazar la capacidad portadora de 5400 cm 3 de la sangre del paciente (es decir, ¡todo es)!
Los respirocitos tendrán sensores para recibir una señal acústica de un médico que usará un transmisor ultrasónico para alimentar los comandos a los robots para cambiar su comportamiento mientras están en el paciente. Por ejemplo, un médico puede dar al equipo de respirocitos para detener la descarga de oxígeno y detenerse. Más tarde, el médico puede dar una orden sobre la inclusión. ¿Qué pasará si agrega 1 litro de respirocitos en su torrente sanguíneo (esta es la dosis más segura)? Ahora puede detener la respiración durante 4 horas, mientras está tranquilamente debajo del agua. O, si usted es un Sprinter, y ejecute a la velocidad límite, ¡puede retrasar su aliento 15 minutos antes del siguiente aliento!
El dispositivo "simple" descrito tiene oportunidades muy útiles, incluso cuando se usa en pequeñas dosis. Otros dispositivos más complejos tendrán un mayor conjunto de características. Algunos dispositivos deben ser móviles y capaces de flotación en la sangre, o transferir dentro de los tejidos. Naturalmente, tendrán diferentes colores, formas, dependiendo de las funciones realizadas. Tendrán diferentes tipos de manipuladores de robots, varios conjuntos de sensores, etc. Cada nanorobot médico se diseñará para un cierto tipo de trabajo, y tendrá una forma y comportamiento únicos.
6. ¿Pueden "anticuados nanorobots" contenidos en el cuerpo humano, crear problemas si finalmente se niegan?
Después del tratamiento con nanomedicina, los siglos de 21 siglos querrán eliminar nanorobots terapéuticos del cuerpo del paciente cuando se completen los mecanismos. Por lo tanto, el peligro de que los "nanorobots obsoletos" restantes en el cuerpo del paciente funcionarán incorrectamente, muy pequeños.
Además, Nanorobot será diseñado con niveles altos Incertidumbre estática para evitar discapacidades en la operación del dispositivo y eliminar el riesgo médico.
7. ¿Cómo se eliminará Nanorobot del cuerpo?
Algunos nanovosts son capaces de relacionarse con el cuerpo a través de canales excretores humanos naturales. Otros se diseñarán de tal manera que permitan su eliminación de personal médico utilizando procesos similares a la salida (comúnmente denominados nano o nano-opciones) o sistemas de fagocitosis activa. Depende del dispositivo de este nanorobot. Para los respuestas, previamente revisados, el procedimiento para eliminarlos del cuerpo del paciente es simple:
"Tan pronto como se complete la aplicación terapéutica, sería deseable derivar dispositivos artificiales del torrente sanguíneo. El tanque a bordo con lastre es útil cuando se separa a células artificiales de la sangre. La sangre que necesita la limpieza entra en una centrífuga especialmente diseñada. Donde los respirocitos le dan a la ecografía del equipo para limpiar sus balastos. Los tanques de agua y, por lo tanto, fijaron la flotabilidad cero. No tiene ningún componente sólido de la sangre, no tiene ninguna flotabilidad cero, por lo que los componentes restantes se separarán de los respalnos con una centrifugación limpia. Después de eso, El plasma que contiene respuerzos se omite a través de un filtro con un grano de grano 1 microma, separando las respuestas de plasma. El plasma filtrado se mezcla con cuerpos sólidosobtenido durante la centrifugación y la sangre intacta retornos al paciente. La velocidad de la resurgitis puede variar según los comandos cambiando la densidad de la respiridación llenando el tanque de lastre. Por lo que es posible lograr el 66% de la densidad de plasma sanguíneo de los respirocitos, o, por un médico de un médico, para liberar a 5 micrones burbujas de oxígeno, uniéndose a la fuerza. tensión superficial, aparecer con constante aceleración hacia arriba ".(Robert A. Fraightas, "Diseño exploratorio en nanotecnología médica: una célula roja artificial mecánica".)
8. ¿Habrá nanorobots dentro del cuerpo humano atacado por el sistema inmunológico?
El sistema inmunológico está reaccionando principalmente a las superficies "alienígenas". El tamaño del Nanorobot también juega un papel importante al mismo tiempo, así como la movilidad del dispositivo, la rugosidad de la superficie y su movilidad. En general, el problema de la biocompatibilidad, en principio, no es más difícil que el problema de la compatibilidad de los bioimplants. En algunos casos, este problema resulta ser más fácil de lo que está acostumbrado a representar, ya que muchos tipos de nanorobots médicos estarán temporalmente en el cuerpo humano. Incluso hoy en día, el uso de agentes de inmunopolización para el período de tratamiento con nanomedicina ayudará a los robots inmunamente desprotegidos a estar en el cuerpo humano y cumplir su trabajo allí sin problemas.
Por supuesto, la salida ideal de este problema es el diseño de robots de materiales similares a diamantes. Varios experimentos han confirmado que las estructuras de diamante suaves causan menos actividad de los leucocitos y el fibrinógeno es menos adsorbido. Por lo tanto, parece razonable esperar que tal recubrimiento de diamante ("organizado", es decir, aplicado por átomo de átomo, con suavidad de nanómetros) tendrá una actividad biológica muy baja. Debido a la energía superficial muy alta de la superficie del diamante y su fuerte hidrofobicidad, la cubierta exterior de los robots será completamente inerte químicamente.
Sin embargo, incluso las superficies organizadas no proporcionarán suficiente bioenactividad, y solo el control activo de la superficie del robot puede proporcionar una biocompatibilidad completa de todo el dispositivo.
9. ¿Qué tan rápido se replicará el nanorobot dentro del cuerpo humano?
Este es un error muy común. Los nanorobots médicos no necesitan replicación en absoluto. De hecho, la FDA, o su equivalente futuro, nunca permitirá el uso de nanovosts capaces de replicación in vivo (es decir, en un organismo vivo). Incluso imaginándose las circunstancias más inesperadas, a nadie le gustaría tener algo capaz de replicación dentro del propio cuerpo. La replicación de bacterias ya nos da muchos problemas.
La replicación es la posibilidad principal de implementar la producción molecular (nanotecnología molecular). Pero, a pesar de las aplicaciones más necesarias de los sistemas de autocontrol, simplemente no tiene sentido arriesgarse, fabricando nanorobots "viables" dentro del cuerpo, mientras que los nanorobots "no visuales" se pueden hacer de manera muy rápida y barata fuera del cuerpo humano sin causándole peligro. Los replicadores siempre estarán bajo el control más estricto de los gobiernos de todo el mundo.
10. ¿Pueden los nanorobots médicos tienen una inteligencia artificial que parezca humana?
Este es otro error generalizado. Muchos nanobots médicos tendrán computadoras muy simples a bordo. Los respirocitos, por ejemplo, tendrán un nanocomputador que realizó solo 1000 operaciones por segundo, lo que es mucho menor que la potencia de computación de la computadora Apple II.
La mayoría de los nanorobots que corrigen las células no necesitan computadoras con un rendimiento de más de ~ 10 6 -10 9 operaciones por segundo para la ejecución de su trabajo. Esto es de 4 a 7 órdenes de magnitud menos que el poder computacional del cerebro humano, lo que constituye ~ 10 13 operaciones por segundo. No se requiere una mayor velocidad de computación para los nanorobots.
11. ¿De qué fuentes trabajarán el Nanorobot?
Una de las principales suposiciones de Eric Drexler en la "creación del motor" fue utilizar las reservas locales de glucosa y aminoácidos en el cuerpo humano (in vivo). Por lo tanto, la unidad podrá obtener energía del metabolismo alrededor de 2 y glucosa utilizando reacciones mecanóquíticas. Otra posibilidad es obtener energía acústica desde el exterior, lo que es más conveniente durante el uso clínico. Capítulo 6 "Nanomedicina: Capacidades básicas" describe una docena de otras fuentes de energía potencialmente asequible en el cuerpo humano.
12. ¿Cómo puedo contactar a estas máquinas cuando completen su trabajo?
Para esto hay muchas maneras. La forma más sencilla es distribuir señales acústicas de prueba dentro del cuerpo, que recibirá in vivo nanorobots. Un dispositivo similar a un sensor ultrasónico decodará señales acústicas con una frecuencia de aproximadamente 1-10 MHz. Por lo tanto, el médico que realiza el tratamiento puede enviar fácilmente nuevos equipos con un nanorobot ubicado en el cuerpo humano. Cada nanorobot tiene una fuente autónoma de energía, una computadora, un conjunto de sensores y, por lo tanto, puede tomar señales acústicas, decodificarlas y enviar la respuesta correspondiente.
Hay otra mitad la mitad del proceso de transferencia de datos, desde el nanorobot del médico. Estos datos también se pueden transmitir acústicamente. Sin embargo, las capacidades de la planta de energía a bordo del robot limitan el radio de transmisión de señales acústicas a varios cientos de micrones para cada nanorobot. Por lo tanto, será necesario crear una red interna recopilación de datos locales y luego envíelos al "punto de unión" central, donde el médico asistente podrá tomarlos con sensores de ultrasonido altamente sensibles. Una red similar que consta de aproximadamente 100 mil millones de nodos móviles (calor disipando el calor 60 W, mientras que la dispersión normal de la energía del cuerpo humano es 100%) dentro del cuerpo del paciente se puede instalar dentro de una hora.
Además del método anterior, hay una serie de métodos de mensajería más complejos más complejos.
13. Si los nanorobots médicos se introducen en el cuerpo por vía intravenosa, ¿cómo puedo rastrear su ubicación?
Tan pronto como la red de navegación esté incrustada en el cuerpo del paciente, forma un sistema de navegación con muchas estaciones de la gestión de la posición Nanorobot.
La ubicación de los nanorobots in vivo se transmitirá a través de la red de comunicación. Dado que la dosis terapéutica habitual de nanorobots es bilería o billones de dispositivos, no importa obtener datos sobre la ubicación de cada robot. La transferencia de datos sobre la disposición individual del nanorobot solo con su dosis de menos de un millón.
14. ¿Qué tipo de sistemas de detección de nanorobots distinguirán varios tipos de células?
Cada tipo de superficie celular tiene un conjunto único de antígenos. Algunos antígenos superficiales reflejan el estado de la célula (salud / paciente, etc.), el tipo de cuerpo, e incluso la individualidad del cuerpo (algo así como el número bioquímico de "protección social" inherente a cada organismo).
Por lo tanto, una breve respuesta a esta pregunta es: es necesario usar sensores quimiotácticos (similares a los sensores en microscopía de potencia química) con una configuración de la superficie de unión de los antígenos que tiene la célula colgada. El conocimiento de la estructura de estos antígenos se obtendrá en el procesamiento de los resultados del proyecto del genoma humano a principios del siglo XXI.
15. ¿Cómo se transportan y se transmiten y se entregan los agentes químicos (por ejemplo, los agentes químicos contra el cáncer) y se entregan a una célula específica?
Tan pronto como se define un grupo de células que necesitaciones en necesidad de suministro de fármacos, una nanoformación simplemente entrega el agente asistente a una celda de los almacenes a bordo. Una inyección de 1 cm 3 de 1 micron nanofools contiene al menos 0,5 cm 3 en el agente asistente. Casi todas estas bilificaciones de Nanorobot son lo suficientemente "inteligentes" para entregar el 100% de su equipaje dentro de la celda, por lo que la eficiencia de su solicitud será del 100%. Los sensores a bordo de dispositivos proporcionarán un control confiable sobre la sobredosis de células con medicamentos.
Sin embargo, esta pregunta es un ejemplo vívido de "anacronismo" en la nanomedicina. La nanotecnología desarrollada podrá proporcionar otro camino en el futuro, menos destructivo para lograr el mismo objetivo. Por ejemplo, la entrega de citotoxina en células de tejido es opcional al eliminar la carcinomía a nivel celular y genético.
16. ¿Es posible ver en VIVO NANOROBOBOBOT utilizando un método de radioisótopo, o debe considerarse directamente en los tejidos?
Sí, los nanovosts se pueden observar dentro del cuerpo usando MRI, especialmente si sus componentes de diamante se realizarán de 13c átomos, y no con 12c convencionales. El isótopo de carbono, 13c tiene un momento magnético distinto de cero. Pero en la era del enfoque isotópico de nanomedicina, nuevamente, un anacronismo. Explicar por qué.
Usando la enfermera clásica a Nano-Nano, los nanorbots médicos deben inyectarse por primera vez en el cuerpo (u órgano) del paciente para comenzar a trabajar. A los médicos les gustaría observar el progreso del tratamiento, y asegúrese de que los nanovosts realmente interactúen con las células deseadas y caigan en el área de la enfermedad. Por lo tanto, el primer deseo instintivo de los médicos será el deseo de ver a los nanorobots en el cuerpo en el trabajo. Hablando de manera diferente, los médicos les gustaría escanear las partes del cuerpo y ver los nacionales que se encuentran cerca de su uso (en órganos, tejidos, etc.).
Sin embargo, las tecnologías que fabrican nanoforming con precisión molecular pueden permitir desarrollar e incrustar dentro de los mecanismos de nanorobots para la comunicación y la navegación. Las redes de comunicación también se desarrollarán dentro del cuerpo del paciente. Los nanovosts terapéuticos están programados para antígenos superficiales especiales de las células del tejido deseado. Esta es una herramienta adicional que ayuda al trabajo NanorObot dentro de un área específica con la precisión necesaria (sobre milímetros o más precisa).
Por lo tanto, el modelo correcto de intervención médica en el nanoopah se verá así: el nanorobot, introducido en el cuerpo humano, será absolutamente exacto fuera del área de intervención médica. Incluso dentro del área deseada del nanorobot está inactivo hasta que sus sensores están activados quimotáticamente por la secuencia individual de proteínas características de las células a tratar. Los nanorobots también se desarrollarán de tal manera que se activen solo por la señal acústica desde el exterior (por ejemplo, de un médico, que, por el área derrotada, destaca el área de activación en la cuadrícula de coordenadas espaciales, combinada con el cuerpo del paciente) , y solo entonces haz que la proteína celular sensorea. El médico controla por completo la ubicación y el estado de los nanorobots en todo el tratamiento. Se pueden servir señales para detener los nanorobots en cualquier momento.
También es importante que al mismo tiempo, los nanorobots podrán intercambiar datos sobre su ubicación, la naturaleza cuantitativa de la enfermedad y el proceso de tratamiento. El rango de transmisión de señales del Nanorobot individual es limitado, pero también se superan estas dificultades técnicas. En este modelo de tratamiento, el médico recibe datos de Nanorobots activos. Informan al médico cuántas células cancerosas en su entorno; ¿Dónde están los mecanismos, etc. Los nanomanos de las computadoras a bordo evitarán fallas (como cinco computadoras laterales independientes en un transbordador espacial), un robot que bloquea dispositivos en las fallas y un sistema de parada completo cuando los robots derivados del cuerpo.
Por lo tanto, cuando se trata de esta manera, no es totalmente importante representar completamente los nanovosts directamente, ya que la retroalimentación del nanorobot facilitará su control y visualización.
17. ¿Es posible utilizar la biopsia de tejido y la subsiguiente microscopía electrónica para mostrar el proceso de los robots de trabajo en el tratamiento de la enfermedad?
Sí, los métodos de biopsia se pueden usar para detectar nanorobots en tejidos de pacientes utilizando microscopía electrónica. Sin embargo, en condiciones normales, los nanorobots médicos trabajarán sin fallas, por lo que la biopsia se volverá innecesaria. Los dispositivos nano desarrollados utilizando protocolos que excluyen el trabajo incorrecto y que tienen una serie de dispositivos mecánicos que mejoren la confiabilidad del trabajo del dispositivo prácticamente no funcionarán correctamente.
En la biopsia convencional, el interés primario es el tejido de prueba (no a Nanovostrey, a saber, la condición del tejido en sí). Pero los nacionales pueden usarse a las pruebas de tejidos rápidos, el estudio de su bioquímica, biomecánica y características histométricas ("gisto" - tela) con gran precisión y detalles. En general, en la era de la nanomedicina profesional, será importante producir una serie de pruebas in situ (en su lugar, en una preparación separada, sin el cuerpo) antes de comenzar el tratamiento. Esto facilitará el procedimiento nanomédico posterior y lo haga más cómodo para el paciente.
18. ¿Qué se puede hacer incorrectamente durante el tratamiento de los nanarobidos humanos?
La incompetencia o negligencia de asistir al personal es un peligro primordial para el paciente. Sin embargo, tanto ahora como en la era de la nanotecnología, tales casos deben ser no específicos.
Un error puede ocurrir en casos inesperados. La biocompatibilidad de una persona con Nanorobot está bien estudiada y no presentará el problema. Varias computadoras laterales intercambiables del robot resolverán el problema de la reprogramación, la adaptación, las fallas, incluso después de que inicie su trabajo dentro del tejido. En las tareas con un alto grado de riesgo, los protocolos complicados de los robots se pondrán en práctica, excluyendo el trabajo incorrecto del conjunto de nanomecanismos.
Por lo tanto, pueden aparecer los problemas más graves cuando trabajan juntos con un billón de mecanismos en un espacio limitado y durante un período de tiempo muy corto. Una de las fallas imprevistas puede ser la interacción entre los robots en su colisión. Tales mal funcionamiento son difíciles de determinar en la actualidad, y, aparentemente, se probarán al probar robots ya preparados.
El ejemplo simple de tal mal funcionamiento será el trabajo mutuo de dos tipos de nanorobots en un tejido. Si el tipo A Nanorobot está programado para restaurar las consecuencias de la operación del Nanorobot B, entonces la tela que contiene ambos expondrá primero la influencia del Nanorobot en y, entonces, el NanorObot A eliminará todos los resultados de la La intervención de NanorObot en, que a su vez conducirá a la re-operación del Nanorobot en y así sucesivamente al infinito. Es decir, los nanorobots "corrigen" el trabajo entre sí.
Pero incluso en tal situación, se conserva el control sobre los robots. El médico asistente, observando el proceso de tratamiento, o apaga un tipo de nanorobot, o reprogramas (siempre que aún estén dentro del cuerpo) para que su trabajo no cause deformación de los tejidos. El médico debe mantener la "mano en el pulso" todo el tiempo para evitar tales situaciones. La interferencia del médico asistente es el principal elemento regulatorio en fallas y problemas inesperados, por lo que las calificaciones del personal asistencial desempeña un papel importante.
19. ¿Cuál sería el mayor beneficio para la humanidad, en el uso de nanomedicinas?
La nanomedicina excluirá casi todas las enfermedades generalizadas del siglo XX, dolor; Aumentará la vida de una persona y ampliará nuestras capacidades mentales.
El dispositivo de almacenamiento de datos dimensionales nanométricos capaz de almacenar información equivalente a la información de la biblioteca del Congreso solo toma ~ 8,000 micrones 3, que es el volumen de las células hepáticas y menos que el volumen ocupado por la neurona: la célula nerviosa. Si se implantan tales dispositivos en el cerebro humano junto con los dispositivos de acceso, la cantidad de información capaz de almacenar en la memoria humana aumentará inconmensurablemente.
Una simple nanocomputadora, realizando 10 teraflops por segundo (10 TeraFlops - 10 13 operaciones con punto y coma flotante) descrito por Drexler, también ocupa la cantidad de células humanas promedio. Esta computadora es equivalente a (con muchas simplificaciones) de la capacidad contable del cerebro humano. Él disipa B. ambiente Alrededor de 0.001 vatios de calor. El cerebro humano con el mismo número de operaciones por segundo, disipa el calor de 25 vatios. Si implanta en el cerebro humano varios dispositivos, puede acelerar los procesos de pensamiento humano varias veces.
Pero quizás el principal beneficio de la humanidad será la era del mundo, que ha ocurrido gracias al desarrollo de la nanotecnología. Esperamos que las personas inteligentes, educadas, saludables e inocentes que tengan buenas casas, no querrá pelear entre sí. Las personas que pueden vivir la vida mucho más y más tiempo que ahora, no querrán exponer su amenaza de existencia.
