Нанороботы в медицине: четыре микроскопические машины будущего

Физики из Университета Майнца (Германия) создали самый маленький в мире двигатель из одного атома. Он работает как поршень: атом удерживается в электромагнитном конусе, а лазеры нагревают и охлаждают его, заставляя двигаться. Хотя прямое применение ещё не определено, эта разработка иллюстрирует общую тенденцию — создание микроскопических аналогов обычных машин для медицины, например, для доставки лекарств или борьбы с раком.

Нанотехнологии работают с объектами размером в одну миллиардную метра. На этом уровне действуют законы квантовой механики, а не классической физики Ньютона, что требует особых подходов к конструированию. Вот четыре перспективные наномашины:

1. Графеновый двигатель для нанороботов

Исследователи из Сингапура создали нанодвигатель из эластичного листа графена (двумерного слоя атомов углерода). При внедрении молекул хлора и фтора в решётку и облучении лазером графен расширяется. Быстрое включение и выключение лазера заставляет его колебаться, как поршень ДВС. Такой двигатель может питать нанороботов для атаки раковых клеток или использоваться в «лаборатории на чипе» для быстрых анализов крови.

2. Молекулярный ротор без трения

Обычные роторы тормозятся из-за трения о воздух. На наноуровне можно создать ротор из одной молекулы, который вращается без трения, подчиняясь квантовым законам. Исследователи из Германии поместили движущиеся молекулы в нанопору (гексагональное отверстие) в серебряной пластине, заставив их вращаться как ротор. Такие двигатели также могут стать источником энергии для медицинских нанороботов.

3. Управляемые наноракеты

Учёные сконструировали высокоскоростные наноракеты, соединив наночастицы с биомолекулами. Корпус одной из таких ракет сделан из полистироловой бусины, покрытой золотом и хромом, к которой с помощью цепочек ДНК прикреплены «каталитические двигатели». В растворе перекиси водорода эти молекулы запускают реакцию с выделением пузырьков кислорода, толкающих ракету вперёд. Направление можно изменить, направив УФ-свет на одну сторону, чтобы разрушить ДНК и отключить двигатели с этого борта. Цель — доставка лекарств в нужную область организма.

4. Магнитные наноносители для лекарств

Другое направление — использование магнитных наночастиц. Лекарство помещается в магнитную оболочку, которая расширяется под действием тепла или света. Частицы вводятся в организм, магнитным полем направляются к цели, а затем активируются для высвобождения препарата. Технологию также исследуют для медицинской визуализации (МРТ): накапливаясь в определённых тканях, наночастицы могут, например, помогать диагностировать диабет.