AндерсФакты. : Ученые Приблизились К Созданию Медицинских Роботов, Которые Могут Плавать в вашей крови

среда, 16 июня 2021 г.

Ученые Приблизились К Созданию Медицинских Роботов, Которые Могут Плавать в вашей крови

Область микро- и наноробототехники развивается

десятилетиями. Возможно ,скоро мы начнем видеть клинические испытания.О техническом прогрессе часто говорят, что все

становится меньше (за исключением телевизоров). Телефоны, компьютеры, бытовая техника и многое другое уменьшились в размерах с тех пор, как они были впервые разработаны, благодаря более совершенным технологиям проектирования и производства, которые позволяют использовать больше миниатюрных компонентов.

Но некоторые ученые доводят эту концепцию до крайности с конечной целью - вывести технологии на совершенно новый рубеж: внутрь наших тел. В то время как кардиостимуляторы, артериальные стенды и многое другое стали обычным явлением, исследователи-медики давно мечтали создать

устройства, настолько маленькие, что они могли бы плавать в нашем кровотоке, открывая совершенно новые возможности для лечения и диагностики. Такие роботы будут меньше миллиметра в размерах, а часто и значительно меньше. Например, в области наноробототехники есть творения размером порядка миллиардных долей метра.

Те, кто в определенном возрасте, могут вспомнить фильм 1966 года « Фантастическое путешествие» , в котором экипаж подводной лодки уменьшился до микроскопических размеров, чтобы попасть в тело больного ученого. Молодое поколение может подумать о мультсериале для детей « Волшебный школьный автобус» , где мисс Фризл уменьшила одноименный автомобиль до точного размера, чтобы погрузиться в кровеносные сосуды несчастного ученика.

Тяньцзинь взрыв: Ужасные фотографии показывают степень разрушений (ФОТО)

Почему в Хиросима и Нагасаки процветают а Чернобыль не заселен?

Американский фермер нашел череп и бивни мамонта.

Кран упал на дом при подаче бассейна в сад

Хотя в области медицинской микроробототехники вряд ли будут крошечные люди, научно-фантастические версии концепции неплохо иллюстрируют основную идею. Крошечные роботы, длиной всего в микро- или нанометры, могут вписаться в инфраструктуру нашего тела, с точностью выполняя медицинские задачи. Маленькие роботы могут проплывать через кровеносные сосуды, устраняя опасные закупорки, или доставлять противоопухолевые препараты прямо к опухолям. Вместо операции будущие посещения больницы могут состоять из таблетки и небольшого наблюдения.

Доктор в ... твоем кровотоке

Область наноробототехники уходит своими корнями в лекцию 1959 года физика Ричарда Фейнмана, в которой он представил мир, в котором передовые технологии позволяют ученым физически манипулировать атомами, строительными блоками материи. Основополагающий доклад, озаглавленный « Внизу много места: приглашение войти в новую область физики », затронул возможность того, что люди могут создавать машины настолько малы, что их невозможно даже увидеть.

Хотя технологиям потребовались десятилетия, чтобы наверстать упущенное, ученые в конечном итоге начали исследовать, насколько малыми они могут быть, когда дело доходит до робототехники. Оказывается, ответ на самом деле весьма невелик. Сегодня исследователи создали роботов, измеряемых в нанометрах, меньше красных кровяных телец.

Одна из первых работ в этой области была опубликована в 1998 году, и в ней была предложена конструкция искусственного эритроцита из алмаза, который, как утверждалось, мог доставлять в ткани в 236 раз больше кислорода, чем эритроциты человека.

С тех пор ученые начали решать уникальные проблемы, с которыми сталкиваются медицинские микроботы, от того, как их приводить в действие, до предотвращения их разрушения организмом. Хотя мы еще не достигли того момента, когда крошечные роботы будут участвовать в клинических испытаниях, эта область может приближаться. Современные исследователи говорят, что они могут вводить в действие крошечных роботов, приводить их в действие и управлять ими в смоделированных условиях. Эти роботы не похожи на машины, к которым мы привыкли - на самом деле, многие из них почти полностью состоят из крошечных металлических шариков. Но количество приложений может быть огромным.

Новые рубежи для роботов

Создание робота, который будет перемещаться внутри человеческого тела, означает столкновение с проблемами, с которыми не сталкивается обычный робототехник. Во-первых, традиционные батареи и двигатели не могут уменьшатся до микроскопических размеров , поэтому инженеры должны разработать совершенно новые методы питания и перемещения роботов. И в таких маленьких масштабах как тело гравитация перестает иметь значение; вместо этого микророботы должны бороться с бушующим потоком кровотока и противостоять толчкам и натяжению электростатических сил. Для некоторых из самых маленьких роботов достаточно броуновского движения или случайных движений, вызванных тепловой энергией, чтобы сдерживать их движения.
Многие исследователи черпали вдохновение в мире природы. Некоторые микророботы используют для передвижения конструкции, основанные на бактериальных жгутиках . Другие полностью переняли биологию, просто объединив свои машины с живыми клетками, чтобы создать киборгоподобных гибридов, которые перемещаются внутри тела. В одной статье, например, описывается использование бактерий, таких как крошечные моторчики, путем прикрепления их к пластиковым шарикам. Различные конструкции микророботов используют ферменты или глюкозу и кислород, присутствующие в организме, в качестве источника энергии. Преимущество в том, что такие роботы по сути плавают на собственном топливе. ( оказывается существуют уже различные конструкции!!!(()

Другой способ перемещать робота внутри тела - использовать внешние силы. Некоторые ученые изучают, как использовать магнитные поля для

перемещения металлических бусинок внутри тела. Одна группа сообщает, что таким образом они могут контролировать целые рои крошечных сфер в различных конфигурациях , потенциально маневрируя ими через внутренние водопроводы тела, чтобы достичь цели. Другая группа объединила крошечные металлические шарики со стволовыми клетками , которые они затем смогли перемещать через узкие каналы, заменяющие кровеносные сосуды.

Закрытие медицинских микроботов

По мере того, как исследователи переходят к использованию своих микророботов внутри человека, они протестировали ряд потенциальных приложений. Крошечные медицинские боты могут доставлять лекарства в определенные места, тем самым увеличивая эффективную концентрацию и уменьшая побочные эффекты в других местах. Медицинские микроботы также могут доставлять противораковые агенты, такие как радиоактивный материал, непосредственно в опухоли, выборочно убивая раковые клетки. Они могут пойти на работу, соскабливая опасные бляшки со стенок артерий, чтобы предотвратить сердечные приступы, или выступить в качестве подмостков, чтобы помочь регенерации нервов или кровеносных сосудов.

Сделав еще один шаг вперед, группа исследователей из Китая сообщила, что им удалось создать микророботов, способных проходить через гематоэнцефалический барьер . Они взяли магнитный наногель с лекарством и покрыли его мембраной из бактерий Escherichia coli . Когда они вводили скрытый наногель мышам, клетки их иммунной системы, называемые

нейтрофилами, поглощали нанороботов, принимая их за вторгшихся бактерий. Затем исследователи смогли использовать магнитные поля для перемещения нейтрофилов, содержащих наноботов, внутри кровотока мышей, в конечном итоге проникая в их мозг. Команда предполагает, что однажды эту технику можно будет использовать для лечения опухолей головного мозга.(или руководить человеком!!)

Самый маленький медицинский робот на сегодняшний день создан исследователями Техасского университета в Сан-Антонио. Нанокомпозитные частицы размером всего 120 нанометров (100 нанометров = 0.0000001 миллиметра) можно контролировать с помощью магнитных полей, и они достаточно малы, по словам исследователей, с их помощью можно толкать отдельные клетки. Этот вариант использования еще предстоит реализовать, хотя он может появиться в ближайшее время. Но в нем есть проблески оригинального видения Фейнмана манипулирования строительными блоками нашего мира.