Adresa:

Takovska 5, Beograd

Bulevar Oslobođenja 267.

Tel:

+381 69 737 500

Nanotehnologija

To je najnaprednija tehnologija današnjice i vodeća tehnološka dimenzija sutrašnjice, kojom je proces stvaranja i dizajniranja novih materijala uveden u svet atoma u NANO dimenziju koja je milijarditi deo metra. Tako je sa atomskom preciznošću i bez mikro-nesavršenosti stvoreno niz kompozitnih materijala dizajniranih da imaju zadivljujuće osobine koji pripadaju generaciji SMART (pametni) proizvoda! Neke od tih najsavremenijih kompozitnih materijala koji su stvoreni u medicinske svrhe, koristimo na našoj Klinici!

Dobitnik Nobelove nagrade Richard Feynman 1959. godine je prvi izneo mogućnost izrade ultraminijaturnih sistema rekavši: “Principi fizike ne govore protiv mogućnosti pomeranja materije atom po atom.” Jedan od pionira i vizionara nanotehnologije K. Eric Drexler tokom kasnih 70-tih razvija ideju molekularne nanotehnologije. On se 1979. godine se susreo sa provokativnim predavanjem pomenutog fizičara i Nobelovca Richarda Feynmana, “There’s Plenty of Room at the Bottom” ( Mnogo je prostora na dnu) koje je dalo naučno utemeljenje njegovim vizijama i idejama, koje su do tada delovale kao naučna fantastika. Termin “nanotehnologija” je 1971. skovao profesor Norio Taniguchi sa Tokyo Science University, da bi opisao proizvodnju materijala sa – nanometarskom preciznošću.

Veliki napredak učinjen je 1981. pronalaskom skenirajuće tunelske mikroskopije (STM) za koju su G. Binnig i H. Rohrer dobiili Nobelovu nagradu za fiziku za 1986. Ova tehnika zasnovana na atomskim silama, takozvana ATM (Atomic Force Microscopy) spektroskopija otkrivena je 1985. Navedene dve tehnike (STM i AFM) danas su nezaobilazne tehnike za karakterizaciju materijala u nano-skali. Koristeći skenirajući tunelski mikroskop STM (Scanning Tunnelling Microscope) za posmatranje pojedinih atoma na niskim temperaturama, stručnjaci IBM-a su zapazili da njime mogu da pomeraju pojedine atome ksenona. Postalo je jasno da se mogu vršiti intervencije na materiji na atomskom i molekularnom nivou.

Manipulacija materijom na atomskom nivou je neizbežna posledica kontinualnog napretka u polju proizvodnje sve moćnijih i manjih čipova, biologije, hemije i fizike. Biolozi su dobro upoznati sa sličnim alatima koje opisuje molekularna nanotehnologija kao što su programibilne samo-replicirajuće mašine, koje omogućavaju konstrukciju sa atomskom preciznošću. Biologija je posle svega nesumnjiv dokaz postojanja nanotehnologije. Biljno seme u DNK ima ugrađene genetske instrukcije za manipulaciju atoma i molekula. Na osnovu podataka iz DNK ribozomi rade na proizvodnji proteina i prikupljanju energije, skupljajući atome iz lokalnog okruženja i eventualno praveći više ribozoma. Jedan o pravaca istraživanje ide ka ovladavanju primenljivog načina programiranja DNK, koga u tom slučaju možemo iskoristiti za pravljenje raznih biomaterija. Mnogo se investicija ulaže u “inteligentnu sintezu” koja treba da omogući postavljanje atoma na pravo mesto i na taj način stvaranje materijala sa traženim osobinama. Nanotehnologija će hemičarima omogućiti da kontrolišu materiju na nanometarskom nivou, čime će nastaviti da povećavaju prefinjenost materijala u pravcu dobijanja tačno definisanih osobina (koje se sada čine kao fantastika).

Područja u fizici kao što su nanoelektronika, nanomehanika i nanooptika su snažno napredovale tokom zadnjih decenija tako da sada osiguravaju naučni temelj nanotehnlogije.

Danas se pod nanonaukom i nanotehnologijom podrazumevaju istraživanja u sledeće četiri oblasti: nano-elektronika, nano-materijali, molekulske nano-tehnologije i nanodimenziona mikroskopija.

Navodi se da jedan od pravaca razvoja nanotehnologije jeste info-bio-nano konvergencija obzirom da je svaki živi (bio) organizam sačinjen od atoma i informacija koji je konvergencija tri najrevolucionarnije tehnologije.

Nanotehnologija ima potencijal da napravi revolucionarno nove materijale i uređaje sa širokim spektrom primene, u medicini, elektronici, informacionim tehnologijama, biomaterijalima, proizvodnji energije, ekološkoj zaštiti ali i u vojne svrhe kao i za programe istraživanja svemira.


Nanotehnologija i čovek

Nanotehnologija sve više prodire u: medicinu, inžinjerstvo, informacione tehnologije, ekologiju i zaštitu životne sredine, biologiju i hemiju, agroindustriju, nauku o materijalima, vojnu industriju, telekomunikacije, kosmologiju i svemirska istraživanja. Napredak nanotehnologije i integracija nanomaterijala i nanoaparata sa biologijom omogućava sve brži razvoj i unapređenje nanomedicine, uspostavljanje novih terapija i tehnika lečenja, a u nekim oblastima medicine i potpuno novi pristup lečenju i unapređenju zdravlja, vitalnosti, otpornosti i dugovečnosti ljudskog organizma (nanonosioci lekova, nanosenzori za praćenje rada unutrašnjih organa). Poslednjih godina primetan je veliki napredak primene nanotehnoloških dostignuća u oblasti Estetske hirurgije i Stomatologije – sa pojavom novih materijala revolucionarnih osobina (nanoimplantati različite namene, nano-mezoniti, nanostabilizovani hijaluroni, nano-plombe i veštačka zubna gleđ nanostrukture itd). Niz inovacija koje su donela nanotehnološka istraživanja primenjeno je u avio i kosmičkoj industriji i industriji naoružanja u armijama najvećih zemalja u svetu koje intenzivno investiraju u ove tehnologije. Ali nanotehnologija je donela i važna unapređenja u sferi ekologije i zaštite čovekove sredine, unapređenje proizvodnje sistema za prečišćavanje voda, energetskih sistema, proizvodnje hrane te mašinske i autoindustrije, brodogradnje itd. Naučni krugovi, uključujući i zvaničnike nekih vlade u tehnološki naprednim zemljama procenjuju da će nanotehnologija omogućiti proizvodnju obilja benignih materijala za zaštitu životne sredine, isporuku čiste vode, atomski inžinjerizovanu hranu uz veću produktivnost i sa manje radne snage, jeftiniju i veću proizvodnju energije, čistu i visoko profitabilnu industriju, radikalno bolje formulacije lekova, dijagnostiku i zamenu organa, mnogo veće skladištenje informacija i veće komunikacione kapacitete, interaktivnu inteligentnu primenu informacija, porast ljudskih performansi kroz konvergenciju tehnologija, itd. Uz sve to, proizvodi nanotehnologija zahtevaju manji rad i prostor, lakše održavanje, visoko su produktivni, imaju niže cene i umerenije zahteve za energijom.

Pored prednosti, kako nas istorija čovečanstva uči – primena nanotehnologija uključuje u sebe i različite, do danas nepoznate rizike vezane za čovekovu okolinu, zdravstvenu sigurnost i različite druge moguće negativne efekte primene nanočestica. Vreme u kome živimo aktuelizuje tranziciju tradicionalne industrije na proizvode nanotehnologije, kod vojnih primena iznalaženje sredstva za vođenje bioloških ratova, primene u implantima i sredstvima za nanosenzorsko osmatranje, koja daju kao nikad pre u istoriji čovečanstva – mogućnost zloupotrebe i ugrožavanja privatnosti.

Potencijalni rizici za zdravlje od industrijskih nanočestica, moguće zloupotrebe u primeni nanomaterijala na ljudsku biologiju, životnu okolinu, te moguće otvarenje nekih socijalna pitanja i efekti veće primene nanotehnologije na politiku i međunarodne odnose zbog razvoja nano-oružja, otvaraju se kao veoma ozbiljne teme, koje zahtevaju mnogo egzaktnije odgovore i odgovarajuće zakone i propise – upravo zbog mogućih veoma ozbiljnih zloupotreba. U zemljama koje su nanotehnološke proizvode počele da primenjuju u većoj mere u različitim sferama života – učinjeni su primetni koraci u tom pravcu jer je to prosto – nužnost.


Zašto se dešava nanotehnologija?

Nanotehnologija

Ukratko bi se moglo odgovoriti: “Zato što je to moguće. Pogledajte samo kako to priroda radi”. Citat K. Eric Drexlera: “Ako želite da vidite mašine nanotehnologije, pogledajte se u ogledalo”. Smatra se da će nanotehnologija imati mnogo veći uticaj na društvo nego što to danas imaju poluprovodničke tehnologije i bio-tehnologije. Podsetimo se samo da su prouzvodi poluprovodničke tehnologije: kompjuteri, DVD i audio uređaji, laserski sistemi, mobilna telefonija itd. uređaji bez kojih je moderan život, čini se nezamisliv.

Neki nanotehnološki termini

  • Nanokristal je nanoskopska čestica koja sadrži od nekoliko stotina do nekoliko desetina hiljada atoma koji su uređeni u kristalnu strukturu.
  • Nanobot je imaginarna mašina ( robot ) na skali od nekoliko do nekoliko desetina nanometara, dizajniran da obavlja specifične poslove.
  • Asembleri su minijaturni uređaji koji imaju robotske ruke pod kontrolom računara i u stanju su da pomeraju atome u cilju kontolisanja položaja i postavljanja atoma na pravo mesto.
  • Molekularni računari su minijaturni uređaji za upravljanje asemblerima preko detaljnih nizova kontrolnih signala.
  • Bukilopta “buckyball” je buckminsterfullerene C60 – reprezentativni član ugljenikovih struktura, poznatih kao fulereni. Članovi porodice fulerena su trenutno glavni subjekti istraživanja u nanotehnologiji.
  • Bionanotehnologija je korišćenje biomolekula za primenu u nanotehnologiji

Nanomedicina

Nanomedicina je grana medicine koja se zasniva na medicinskoj primeni nanotehnologija, kroz primenu nanomaterijala, nanoelektronskih biosenzora i molekulske nanotehnologije. Poseban deo nanomedicine predstavlja nanomedicina usmerena na inženjerstvo tkiva, koja će omogućiti reparaciju i potpunu zamenu oštećenih tkiva novim tkivima. Time će biti otvoren put sanacije obolelih organa, koji neće zahtevati donatore i koji će imunološki biti u bliskoj vezi sa tkivom pacijenata kod kojih se vrši zamena oštećenih tkiva i organa. Jedna od delatnosti, za koju se očekuje da će biti posebno atraktivna u decenijama koje dolaze, biće repariranje obolelih tkiva i organa i uzgajanje tkiva pogodnih za njihovu reparaciju. Govori se o tzv. fabrikama tkiva i organa, kao o jednoj potpuno novoj grani delatnosti. U fitofarmaciji to će biti proizvodnja i ekstrakcija humanih biopolimera iz biljaka nastalih ukrštanjem DNK biljaka i čoveka. Takav korak će imati izuzetan značaj u približavanju medicine jednom potpuno novom konceptu koji je umesto na hemiji, zasnovan ne celovitom prilagođavanju prirodnih resursa čoveku. U nekoj sasvim naprednoj fazi razvoja nanomedicine očekuje se da će čovek ovladati postupcima samoorganizacije vrlo složenih funkcionalnih uređaja, koji će sledeći logiku bioloških mašina u ljudskom telu biti u stanju (slično enzimima, koji umeju da prepoznaju različite ćelijske receptore), umeti da dijagnostifikuju promene na ćelijama, da se samoorganizuju i samorepliciraju do nivoa koji će obezbediti funkcionalno izvršenje različitih složenih zadataka, vezanih za reparaciju zidova ćelija, a potom i celih organa, kojima te ćelije pripadaju. Zbog svega navedenog, nanomedicinska istraživanja u svetu u tehnološki najnaprednijim zemlajma – imaju apsolutni prioritet u strategijama razvoja i strategijama istraživanja na nacionalnom nivou. U SAD ona su kontrolisana od strane Nacionalnog instituta za zdravlje, EU ima svoje nadnacionalno telo za Istraživanje i razvoj Mikro i Nanotehnologija, Rusija već niz godina intenzivno razvija naučnu bazu za široku primenu nanotehnologije u različitim sferama, a naročito u sferi očuvanja zdravlja, kosmičkih istraživanja i najnaprednijih vojnih programa. Sve veći značaj ove grane medicine pokazuje nagli porast broja centara za nanomedinska istraživanja (u 2005-oj u celom svetu bilo ih je samo 5, da bi do polovine 2006. godine, osnovalo se još dodatnih 130 centara). Danas, broj takvih centara lociranih u raznim tehnološki razvijenim delovima sveta broji se na hiljade.

Nano-cevčice u lečenju raka pluća

Nanomedicina

Američki naučnici sa Stanford Univerziteta su uz pomoć nanotehnologije razvili novi tretman protiv raka pluća koji ne oštećuje zdravo tkivo. Tretman se sastoji od umetanja sintetičkih nano-cevčica u ćelije raka i njihovog zagrevanja uz pomoć lasera.

Te nanocevčice imaju polovinu prečnika molekule DNK te ih u prosečnu ćeliju može stati nekoliko hiljada. Nakon što se cevčice proizvedene od ugljenika izlože laserskom svetlu bliskom infracrvenom delu spektra u roku od 2 minute dolazi do njihovog zagrevanja na 70 stepeni C i do smrti kancerogenih ćelija u kojima se nalaze. Naučnici dodaju kako je pričvršćivanjem antitela za nanocevčice moguće precizno naciljati tačno određeni tip ćelija kancera. Standardna hemoterapija uzrokuje smrt i ćelija tumora i zdravih ćelija.

Nano čestice u lečenju raka pluća

Kanadski naučnici sa Univerziteta Alberta razvili su nanočestice koje su u laboratorijskim uslovima uspešno uništavale ćelije raka pluća. Iako tek predstoje istraživanja na životinjama, čestice bi se u ljudski organizam mogle uvesti uz pomoć inhalatora sličnog onom kakav koriste astmatičari. Za rak pluća je karakterističan nekontrolisani rast abnormalnih ćelija u jednom ili oba plućna krila. Inhaliranje nano čestica moglo bi funkcionisati bolje od tradicionalnih načina lečenja, zbog toga što te čestice napadaju samo ćelije raka i ne utiču na zdravo tkivo. Slično lekovima koje koriste astmatičari novi lek je u obliku praha, ali za razliku od njih, on se razlaže u nanočestice kad dođe do kontakta. Naučnici očekuju da bi se ovaj način upotrebe lekova mogao primeniti i u lečenju drugih bolesti.

Zanimljivosti iz Nano Medicine

Veštački mišići koji pokreću nanobotove kroz telo.

Nanotehnologija je već ostavila značajan pečat na svet medicinske nauke. Međutim, novine su u domenu naučne fantastike. Naučnici sa univerziteta British Columbia trenutno rade na nanobotovima koji će dijagnostikovati bolest i lečiti je iznutra. Da bi to omogućili morali su da naprave veoma fleksibilne veštačke mišiće, dovoljno jake da rotiraju objekte hiljadu puta teže od njih samih. Mišić će biti ubacivan u nanobotove kao veštački bič ili rep koji će se rotirati i pokretati ih.

Nanotehnologija
Nano tehnologija

Nedavno su se u prodaji našli nano-flasteri, koji ubrzavaju proces zarastanja.


Nanoigle

Naučnici sa Norveškog univerziteta nauke i tehnologije u Trondhajmu uspeli su da naprave – nanoigle koje omogućavaju da se lekovi daju direktno u ćelije, kada ćelijske membrane ne propuštaju lekovite supstance. Profesor Pavel Sikorskii koji predvodi tim naučnika, objašnjava da će nanoigle znatno olakšati istraživanja i razvoj novih lekova i da njihova primena u medicini pruža velike mogućnosti.

Nanopreliv za zarastanje rana

Istraživački tim koji predvodi profesor Poll T.Haemond sa poznatog Institiuta za tehnologiju u Masačusetsu (MIT) napravio je – nanopreliv – za hanzaplaste, gaze i zavoje koji može da pokreće RNK baš na mestima na kojima je to potrebno. Ovaj tim istraživača razvio je specifičan mali interferentni RNK (siRNK) koji je u stanju da isključi specifične gene u ćelijama vezujući se za druge RNK molekule sa kodovima tih gena. Na taj način siRNK nišani gene koje su potrebni za regeneraciju povređenog tkiva i pokreće ih – čime se ubrzava proces zarastanja rana.