Nanoroboter sind Geräte, die typischerweise eine Größe von 0,1 bis 10 Mikrometern haben und aus Molekülen im Nanobereich bestehen. Da bisher keine nicht-biologischen Nanoroboter entwickelt wurden, bleiben sie ein hypothetisches Konzept, werden aber in naher Zukunft Realität werden. Immer mehr Forschungsgruppen entwickeln verschiedene Disziplinen wie Nanofertigung, Nanosensoren, Nanomotoren etc.
Wenn wir jetzt über Nanoroboter sprechen, bezieht sich die Referenz hauptsächlich auf selbstfahrende Nanomotoren und andere biologisch abbaubare Nanogeräte, die aus biologisch abbaubaren Komponenten bestehen, die die Ladung der benötigten Materialien zu den Zielorten transportieren.
Wie funktionieren Nanoroboter?
Die größte Herausforderung für die Ingenieure besteht darin, dass ein Nanoroboter klein und wendig genug sein muss, um den menschlichen Kreislauf zu steuern, Medikamente in den betroffenen Bereich zu transportieren und sich selbst aus dem Körper zu navigieren. Bei der Entwicklung dieses komplexen mikroskopischen Geräts müssen Navigation, Leistung und Transportmethode richtig bewertet werden.
Nanotechnologen prüfen verschiedene Optionen für jede dieser Überlegungen. Die meisten der geplanten Navigationstechniken lassen sich in externe Systeme und Onboard-Systeme unterteilen. Externe Systeme beinhalten Magnetresonanztomographie, Ultraschallwellen, radioaktive Farbstoffe oder Röntgenstrahlen und das Onboard oder die Sensoren helfen bei der Navigation mit Hilfe von chemischen Spuren und können Proben des Gewebes in der Nähe entnehmen, um festzustellen, ob es die richtige Stelle erreicht hat.
Wie bei einem Navigationssystem suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, den Roboter sowohl extern als auch intern zu betreiben. Mit Hilfe von montierten Elektroden könnten die Roboter die Körperwärme als Energiequelle nutzen. Eine andere Möglichkeit könnten Reaktionen mit Chemikalien am Roboter und der Blutbahn als Kraftstoff sein. Für externe Methoden kann ein vernetztes System verwendet werden.
Eine weitere Herausforderung ist es, seine Fortbewegung zu gestalten. Es braucht ein Mittel des starken Vortriebs, um manchmal gegen den Blutfluss zu reisen. Das System sollte auch vernachlässigbare Schäden für den menschlichen Körper aufweisen. Zur Bekämpfung dieser Wissenschaftler, inspiriert von Protozoen, werden Anhängsel verwendet, die mit Magnetfeldern manipuliert werden. Eine weitere Möglichkeit, wie sich Nanoroboter bewegen könnten, ist die Verwendung einer schwingenden Membran. Durch abwechselndes Anziehen und Entspannen der Spannung auf einer Membran könnte ein Nanoroboter kleine Mengen an Schub für Bewegungen erzeugen.
Arten von Nanorobotern
Respirozyten – Respirozyten sind die Nanoroboter, die als künstliche l rote Blutkörperchen konzipiert sind, die kugelförmig und etwa 1 um sind. Sie transportieren Sauerstoff und Kohlendioxid durch den Körper. Die Respirozyten würden 236 mal mehr Sauerstoff an das Körpergewebe liefern als menschliche rote Blutkörperchen und auch den Kohlensäuregehalt kontrollieren.
Mikrofresser – Diese Nano-Roboter würden ähnlich wie weiße Blutkörperchen in unserem Körper funktionieren, aber mit einer viel schnelleren Rate. Diese Art von Nanorobotern sollte in der Lage sein, bakterielle Infektionen bei einem Patienten innerhalb von Minuten zu beseitigen, im Gegensatz zu den Wochen, die für die Wirkung von Antibiotika erforderlich sind. Solche Roboter könnten auch nützlich sein, um Krebszellen zu zerstören und damit zu heilen.
Gerinnselzellen – Diese Roboter funktionieren ähnlich wie Blutplättchen in unserem Blut, die ein Gerinnsel bilden, um den Blutfluss zu stoppen. Dieser Nanoroboter könnte den Blutverlust deutlich reduzieren. Ein System würde Fasern speichern, die sich verteilen, um ein Gerinnsel zu bilden, wenn eine Wunde erkannt wird, intern oder extern.
Zelluläre Reparatur-Nanoroboter – Diese Roboter könnten gebaut werden, um Operationen mit Genauigkeit durchzuführen, da sie auf zellulärer Ebene arbeiten. Diese Nano-Roboter könnten viel Schaden verhindern und die Erholungszeit verkürzen.
Nanoroboter und ihre Anwendung in der Medizin
Chirurgie
Chirurgische Nanoroboter werden in den menschlichen Körper eingeführt und diese Roboter fungieren als Vor-Ort-Chirurg im menschlichen Körper. Die Roboter werden von einem Humanchirurgen programmiert oder angewiesen, um verschiedene Funktionen wie die Suche nach Krankheitserregern, die Diagnose und Korrektur durch codierte Ultraschallsignale durchzuführen.
Diagnose und Prüfung
Medizinische Nanoroboter werden zur Diagnose, Prüfung und Überwachung der Körperfunktionen, der vorhandenen Mikroorganismen, des Gewebezustandes usw. eingesetzt. Sie sind in der Lage, die Vitalfunktionen und andere Beobachtungen zur genauen Diagnose aufzuschreiben.
Gentherapie
Diese Art von Nanorobotern sind bei der Behandlung genetischer Krankheiten einsetzbar, indem sie sich auf die DNA und Proteine in der Zelle beziehen. Sie modifizieren die Unregelmäßigkeiten in der DNA und korrigieren dann die Proteinsequenzen. Die chromosomale Ersatztherapie ist sehr effizient. Die Nanomaschine zieht den Strang, spult ihn ab und vergleicht ihn mit den in der Datenbank gespeicherten Informationen: Anomalien in den Strukturen werden korrigiert, und die wieder an die DNA-Kette gebundenen Proteine reformieren sich wieder in ihre ursprüngliche Form.
Krebserkennung und -behandlung
Einer der wichtigsten Aspekte von Nanorobotern, um eine erfolgreiche Behandlung von Patienten zu erreichen, ist die effiziente Umsetzung der angestrebten Ergebnisse und die deutliche Verringerung der Nebenwirkungen der Chemotherapie. Nanoroboter mit chemischen Biosensoren können eingesetzt werden, um Tumorzellen im Frühstadium zu erkennen und das erforderliche Medikament zu liefern, um nur die Krebszellen zu töten.
Zahnmedizin
Nanoroboter in der Zahnmedizin induzieren orale Analgesie, desensibilisierende Zähne, Manipulation des Gewebes, um unregelmäßige Gebisse neu auszurichten und zu glätten. Es geht um viele Gewebezüchtungen und größere Zahnreparaturen. Sie werden auch zur Behandlung von Karies und zur allgemeinen Verbesserung der Haltbarkeit des Zahnes eingesetzt.
Management von Diabetes
Der richtige Glukosewert, der durch den Blutkreislauf transportiert wird, ist die wichtigste Rolle bei der Aufrechterhaltung des menschlichen Stoffwechsels. Um einen angemessenen und gesunden Lebensstil zu gewährleisten, muss der Glukosespiegel innerhalb der Standardgrenzen liegen. Ein plötzlicher Abfall oder ein extremer Anstieg auf seinem Niveau kann das Leben eines Patienten gefährden. Nanoroboter können jedoch ständig den Blutzucker messen und bei Überschreitung des Grenzwertes alarmieren.