Nanotechnology in biology

Що таке нанотехнології?

Нанотехнології, інша назва Наномолекулярні технології — у широкому значенні слова прийнято називати міждисциплінарну галузь фундаментальної і прикладної науки, в якій вивчаються закономірності фізичних і хімічних систем протяжністю порядку декількох нанометрів або часток нанометра (нанометр — це одна мільярдна частка метра або, що те ж саме, одна мільйонна частка міліметра — діаметр людської волосини становить близько 80 тис. нанометрів).

Які матеріали та об’єкти мають нанорозмірність?

До біологічних нанооб’єктів відносяться молекули білків, нуклеїнових кислот (ДНК, РНК) і полісахаридів, що формують внутрішньоклітинний каркас (цитоскелет) і позаклітинний матрикс, мембранні канали, рецептори і переносники, систему внутрішньоклітинної сигналізації, молекулярні машини для синтезу, пакування та утилізації білків і нуклеїнових кислот, виробництва енергії, внутрішньоклітинного транспорту і руху клітин.

Нанобіотехнологія

Нанобіотехнологія — галузь науки на стику біології і нанотехнології, яка охоплює широке коло технологічних підходів, включаючи: застосування нанотехнологічних пристроїв і наноматеріалів в біотехнології; використання біологічних молекул для нанотехнологічних цілей; створення біотехнологічних продуктів, властивості яких визначаються розмірними характеристиками (для об’єктів, розмір яких лежить в діапазоні 1-100 нм); використання біотехнологічних підходів, в основі яких лежить принцип контрольованої самоорганізації наноструктур.

Наносенсор

Наносенсори це датчики, активні елементи яких включають наноматеріали. На сьогоднішній день існує декілька запропонованих способів по створенню наносенсоров;до них належать літографія з висхідним потоком; збір знизу вгору, та молекулярна самозбірка.

Датчики на основі наноматеріалів мають ряд переваг у чутливості та точності порівняно з традиційними матеріалами. Наносенсори обладають можливістю підвищеної точності, тому що працюють в аналогічному стилі до природних біологічних процесів, дозволяючи функциалізацію з хімічними та біологічними молекулами,з упізнанними подіями, які викликають значні фізичні зміни. Підвищення чутливості обумовлено високим співвідношенням поверхні до об’єму наноматеріалів, а також новими фізичними властивостями, які можуть бути використані, як основа для виявлення, включаючи нанофотоніка

Наноробот—

технологія створення машин або роботів, розмір яких дорівнює або близький до мікроскопічного масштабу нанометра (10−9 метра).
Наноробототехніка посилається на все ще значною мірою гіпотетичну нанотехнологію — технічну дисципліну проектування і будівництва нанороботів. Нанороботи (наноботи, наноїди, наніти або наноніти) можуть бути звичайними пристроями, розміром від 0.1-10 мікрометрів і сконструйованими з нанорозмірних або молекулярних компонентів. Так як ще не було створено штучно жодного наноробота, він залишається гіпотетичним поняттям.

Можливості нанотехнологій

Можливості застосування таких нано- та микромашин практично безмежні. наприклад:
– Виявляти і знищувати ракові клітини більш точно і ефективно;
– Будувати механізми цільової доставки ліків для контролю і запобігання захворювань;
– Створення наночастинок, які збираються в певних тканинах і потім сканують тіло в процесі магнітно-резонансної томографії – це могло б виявити такі проблеми, як діабет;
– Практично безмежні можливості налаштовувати зондувальні і скануючі характеристики нанороботів, ми могли б відкрити для себе наші тіла і більш ефективно вимірювати світ навколо нас;
– Нанороботи можуть зіграти певну роль в розробці більш ефективної системи використання відновлюваних джерел енергії;
– Електрохромноє пристрої, які динамічно змінюють колір при додатку потенціалу, широко вивчаються для використання в енергоефективних розумних вікнах – які могли б підтримувати внутрішню температуру кімнати, самоочищатися і багато іншого;
– Рей Курцвейл вважає, що нанороботи дозволять нам підключити нашу біологічну нервову систему до хмари в 2030 році.
Нанотехнології мають потенціал вирішити найбільші проблеми, з якими сьогодні зіткнувся світ. Вони могли б поліпшити продуктивність людей, забезпечити нас всіма необхідними матеріалами, водою, енергією та їжею, захистити нас від невідомих бактерій і вірусів і навіть зменшити число причин для порушення світу. До 2020 року світова галузь нанотехнологій виросте до ринку в $ 75,8 млрд.

Нанотехнології в боротьбі з раковими клітинами

Нанотехнології обіцяють стати універсальним рішенням, яке не тільки прискорить нові дослідження, але й допоможе перемагати рак, “зламуючи” і “висвердлюючи” мембрани пухлинних клітин. Таку наномашину представила велика команда вчених на чолі з Джеймсом Туром з Університету Райса, передає Naked Science. У своїй основі структура цього молекулярного комплексу дійсно повторює звичайний електродриль. Основу становить нерухомий статор, який закріплюється на мембрані “розпірками”. Вплив ультрафіолетових променів запускає ротор, й той починає обертатися зі швидкістю 2-3 млн обертів за секунду, буквально пробурюючись крізь мембрани клітин і залишаючи відкриті пори.

Лабораторні експерименти показали, що в клітинах тканин нирок людини “в пробірці” такі нанопристрої залишають отвори вже за хвилину, після чого ті гинуть. Більше того, вчені можуть змінювати функціональні групи на статорі наномашини так, щоб ті кріпилися тільки до певних структур на клітинних мембранах. Це дозволяє робити їх вибірковими й атакувати тільки певні типи клітин – і це також було продемонстровано в лабораторії, коли пристрої успішно знищили клітини раку простати, але майже не пошкодили звичайні фібробласти мишей. Раніше онкологи зі США, Німеччини та Австрії довели, що випробувані ними вакцини проти раку безпечні і клінічно ефективні для профілактики меланоми.