Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов
Сканирующие микроскопы представляют собой группу уникальных по своим возможностям приборов. Они позволяют достигать увеличения достаточного, чтобы рассмотреть отдельные молекулы и атомы. При этом возможно изучать объекты, не разрушая их и, даже, что особенно важно с точки зрения медико-биологических применений, в некоторых случаях изучать живые объекты. Сканирующие микроскопы некоторых типов позволяют также манипулировать отдельными молекулами и атомами.
Хороший обзор возможностей сканирующих микроскопов при изучении биологических объектов содержится в книге [6]. Уникальные возможности сканирующих микроскопов определяют перспективы их применения в медико-биологических исследованиях. Это в первую очередь изучение молекулярной структуры клеточных мембран.
Наноманипуляторы
Наноманипуляторами можно назвать устройства, предназначенные для манипуляций с нанообъектами - наночастицами, молекулами и отдельными атомами. Примером могут служить сканирующие зондовые микроскопы, которые позволяют перемещать любые объекты вплоть до атомов.
В настоящее время созданы прототипы нескольких вариантов "нанопинцета". В одном случае использовались две углеродные нанотрубки диаметром 50 нм, расположенные параллельно на сторонах стеклянного волокна диаметром около 2 мкм. При подаче на них напряжения нанотрубки могли расходиться и сходиться наподобие половинок пинцета.
|
|
|
В другом случае использовались молекулы ДНК, меняющие свою геометрию при конформационном переходе, или разрыве связей между нуклеотидными основаниями на параллельных ветвях молекулы.
Однако манипулятор для нанообъектов может и отличаться своим устройством от макроинструментов. Так, была продемонстрирована возможность перемещать нанообъекты с помощью луча лазера. В недавней работе ученых Корнельского и Массачусетского университетов им удалось "размотать" молекулу ДНК с нуклеосомы. При этом они тянули ее за конец с помощью такого "лазерного пинцета".
Микро- и наноустройства
В настоящее время все большее распространение получают миниатюрные устройства, которые могут быть помещены внутрь организма для диагностических, а возможно, и лечебных целей.
Современное устройство, предназначенное для исследования желудочно-кишечного тракта, имеет размер несколько миллиметров, несет на борту миниатюрную видеокамеру и систему освещения. Полученные кадры передаются наружу.
Устройства такого рода было бы неправильно относить к области наномедицины. Однако, открываются широкие перспективы их дальнейшей миниатюризации и интеграции с наносенсорами описанных выше типов, бортовыми системами управления и связи на основе молекулярной электроники и других нанотехнологий, источниками энергии, утилизирующими вещества, содержащиеся во внутренних средах организма. В дальнейшем такие устройства могут быть снабжены приспособлениями для автономной локомоции и даже манипуляторами того или иного рода. В этом случае они окажутся способны проникать в нужную точку организма, собирать там локальную диагностическую информацию, доставлять лекарственные средства и, в еще более отдаленной перспективе, осуществлять "нанохирургические операции" - разрушение атеросклеротических бляшек, уничтожение клеток с признаками злокачественного перерождения, восстановление поврежденных нервных волокон и т. д. Подробнее такие устройства (нанороботы) будут рассмотрены ниже.
|
|
|
Наука шагает вперед семимильными шагами. Стремительное развитие технологий дало возможность создавать приложения и устройства, которые способны открыватьбесконечные возможности в различных направлениях медицины. Используя нанотехнологии в медицине, человек все ближе подходит к постижению того, какие процессы происходят в его организме как на клеточном или молекулярном уровне, так и на атомном уровне или на наноуровне.
|
|
|
Наноботы — это наномашины будущего поколения. Они могут ощущать изменения в окружающей среде и адаптироваться к ним, делать сложные расчеты, общаться, активно двигаться, совершать сборку на молекулярном уровне, проводить ремонт или даже обзаводиться потомством. Такие продвинутые нанотехнологии имеют огромный потенциал для использования их в медицине.
Нанокомпьютеры. Это машины, благодаря которым становится возможным управлять нанороботами. Тяга к созданию нанокомпьютеров, а также стремление производить квантовые вычисления открывают безграничные возможности для того, что бы использовать нанотехнологии в медицине.
Вот лишь несколько примеров того, как используют нанотехнологии в медицине:
1. Регенерация на клеточном уровне. Поврежденные клетки организма часто невозможно или очень сложно восстановить, поскольку они очень малы. Однако нанотехнологии в медицине позволяют нарушить это правило. Наноботы а также иные устройства, могут использоваться для манипуляций, которые необходимо произвести на молекулярном уровне для восстановления клеток.
2. Болезни сердечнососудистой системы. Существует реальная возможность научиться использовать нанотехнологии в медицине сердечной деятельности. В частности, нанороботы могут выполнять множество функций, например таких, как восстановление поврежденных сердечных тканей. Другим вариантом использования нанотехнологийв медицинеявляется очищение артерий от возникающих в них атеросклеротических бляшек и для устранения иного рода проблем.
|
|
|
3. Лечение рака. Первые шаги, во время совершения которых использовались нанотехнологии в медицине лечения рака, были уже сделаны и имели большой успех. Функциональность некоторых наноустройств позволяет им наиболее точно нацелиться на раковые клетки и уничтожить их, не причиняя вреда здоровым клеткам, которые их окружают.
4. Старение. Нанотехнологии в медицине могут использоваться для устранения некоторых признаков приближающейся старости. К примеру, лазерные технологии могут повлиять на проявление возрастных изменений на коже, таких как пятна, линии или морщины. В скором будущем, благодаря мощным нанотехнологиям, в медицинестанет возможным полное устранение таких признаков.
5. Имплантация устройств. На смену имплантатам, которые на сегодня использует традиционная медицина, придет внедрение в организм нанороботов для создания внутри него необходимых структур.
6. Нанопинцет. Это устройство является еще одним ярким примером того, как можно использовать нанотехнологии в медицине. Оно предназначено для работы наноструктур. Нанопинцет может использоваться для перемещения наноустройств в теле или для размещения таких устройств до установки. Как правило, при построении нанопинцетов используют нанотрубки.
7. Доставка медикаментов и лекарств. Автоматические устройства, доставляющие лекарства в организм, повышают согласованность между его системами, поскольку обеспечивают медикаментами именно ту систему, которой они необходимы. Такие нанотехнологии в медицине позволяют программировать системы доставки так, что они высвобождают определенные лекарственные вещества в нужное время и без возможности совершения ошибки со стороны человека.
8. Виртуальная реальность. Нанотехнологии в медицине облегчают врачам изучение человеческого организма через применение инъекций наноботов. Созданная виртуальная реальность помогает медицинским работникам некоторые сложные операции сделать более «реалистичными»
9. Регенерация костей. Использование нанотехнологий помогает ускорить восстановление костей. Наночастицы обладают различным химическим составом, способным соединить костную ткань и даже помочь в случаях с повреждением спинного мозга.
10. Генная терапия. Нанотехнологии в медицине также применяются для проникновения в организм человека с целью внесения коррективов в его геном. Это, как следствие, позволит вылечить разного рода генные болезни.
11. Стволовые клетки. Нанотехнологии в медицине могут помочь зрелым стволовым клеткам преобразоваться в любой нужный тип клеток. Исследования, проведенные на мышах, показали возможность превращения взрослых стволовых клеток в функционирующие нейроны с помощью нанотрубок.
12. Визуализация. Использование нанотехнологий в медицине позволяет быстро получить специфическое и очень точное изображение. Молекулярная визуализация позволяет улучшить диагностику различных заболеваний.
13. Сахарный диабет. Сбор крови для определения уровня сахара становиться излишним, если использовать в медицине такие нанотехнологии, как линзы. Они дают возможность определить наличие сахара в крови, изменяя свой цвет.
14. Хирургия. Таким изобретением современного мира, как хирурги-роботы на сегодня никого не удивишь. В то время, как нанохирургия является перспективной отраслью для использования некоторых лазеров, наноустройств, запрограммированных на выполнение хирургических операций.
15. Эпилепсия. Это еще одна проблема, для решения которой применяют нанотехнологии в медицине. Разрабатывают наночипы, которые способны управлять припадками судорог у эпилептиков. Они предназначены для того, что бы улавливать сигналы, подаваемые мозгом, анализировать их и выполнять настройки мозга так, что б облегчить контроль над приступами.
16. Обратная сенсорная связь. Наночипы могут помочь людям, утратившим возможность чувствовать свое собственное тело.Они способны перехватывать электрические импульсы и интерпретировать их.
17. Управление протезами. Нанотехнологии в медицине протезирования также находят свое законное место. Они помогают мозгу справляться с управлением протезами. Уже есть достаточно примеров, когда наночипы использовались с этой целью.
18. Медицинский контроль. Благодаря использованию нанотехнологий в медицине, стало возможным вести контроль надсостоянием систем организма. Наночипы, вживленные в тело, могут следить за состоянием здоровья и отправлять принятые сведения на компьютер или иное электронное устройство.
19. Медицинские отчеты. Помимо мониторинга собственных систем человеческого организма, нанотехнологии в медицине могут использоваться для отправки информационных известий поставщикам, оказывающим медицинские услуги, повышая, таким образом, эффективность медицинских записей в электронном виде.
20. Профилактика заболеваний. Нанотехнологии в медицинеспособны реально предотвратить возникновение различных болезней. Так, наноустройтсва, если их правильно запрограммировать могут помочь избежать многих заболеваний, выявляя проблемы раньше, чем они превратятся в серьезные. Они также способны помочь предупредить появление хронических заболеваний.
21. Пренатальная диагностика. Нанотехнологии, используются в медицине для пренатальной диагностики. Наноустройства могут проникнуть внутрь матки или даже внутрь самого плода, не вызывая при этом никаких повреждений. Таким образом, они способны помочь выявить и устранить проблемы плода, возникающие еще в материнской утробе.
22. Индивидуальная медицина. Обладающие способностью приспосабливаться к геному любого человека, нанотехнологии в медицине позволяют наиболее точно назначить лечение, а также определить его ход с учетом индивидуальных потребностей организма.
23. Исследования. Нанотехнологии в медицине дают возможность стремительно продвигать вперед медицинские исследования, предоставляя для этого необходимые инструменты, благодаря которым человек познает новое о функционировании и построении своего организма. А благодаря исследованиям, проводимым в областях химии и физики, нанотехнологии в медицинемогут обеспечить организм человека необходимым строительным материалом.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 43; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!