Полдень, XXI век, 2010 № 04

Пока что механизмы, сконструированные в рамках этого проекта, нанороботами назвать нельзя — слишком уж они велики, размером с копеечную монету, — но ученые уверены, что в ближайшем будущем их размеры удастся уменьшить.

Управление роботами производится посредством инфракрасных датчиков, помещенных в их тела, — камера отслеживает местоположение роботов и направляет к месту выполнения задания. Некоторые крошечные машины оснащены микроскопами, которые позволяют им получать и транслировать изображение атома, над которым предстоит потрудиться.

По словам Мартеля, нынешняя квалификация его подопечных только определяется. Уже созданы модели, которые теоретически могут использоваться в фармакологии и осуществлять синтез химических препаратов и лекарств.

«Умная пыль» и «квантовые точки»

Появились и более экзотические варианты наносистем. Так, прототипом роя наночастиц может стать «умная пыль» (Smart Dust). Ее создала группа исследователей под руководством профессора химии и биохимии Майкла Сейлора из Университета Калифорнии в Сан-Диего.

«Эти пылинки — ключ к разработке роботов размером с песчинку, — говорит Сейлор. — В будущем можно будет создать миниатюрные устройства, передвигающиеся в крошечных средах, вроде вен или артерий, к определенным целям, обнаруживать там химические или биологические составы и передавать информацию о них во внешний мир… Такие устройства могли бы использоваться, чтобы контролировать чистоту питьевой или морской воды, обнаруживать опасных химических или биологических агентов в воздухе и даже находить и уничтожать поврежденные клетки в организме человека».

Создание «умной пыли» — это комбинирование электрохимического процесса механической обработки и химических модификаций. Берется кремниевый чип, из которого химикатами получается пористая фотонная структура. Затем эта структура модифицируется, чтобы получилось цветное двустороннее зеркало: красное с одной стороны, зеленое — с другой. Стороны пористой зеркальной поверхности ученые наделили практически противоположными свойствами. Одна — гидрофоб, то есть водоотталкивающая, но «любящая» маслянистые вещества, другая — гидрофил, привлекательная для воды. При появлении воды пылинки начинаются поворачиваться «гидрофилической» красной стороной к воде, а зеленой «гидрофобической» — к воздуху. Когда же появляется маслянистое (нерастворимое в воде) вещество, частички окружают каплю, прижимаясь к ней «гидрофобической» стороной. А поскольку стороны разноцветные, то по окраске можно определить, что творится в такой «пыльной» среде. И это лишь один из вариантов. Частицы могут быть запрограммированы на миллионы различных реакций, что дает возможность обнаружить присутствие тысяч химикалий одновременно. Длины волн света, отраженного от поверхностей пылинок, после того как поры отреагируют на химического или биологического агента, станут своего рода штрихкодом, который можно считать с помощью специального сканера. В то время как каждая частичка слишком мала, чтобы по ее цвету определить изменения, коллектив из сотен или тысяч пылинок уже достаточно «заметен» для лазера.

На похожем принципе действуют «квантовые точки», которые разрабатываются учеными из Департамента биомедицинской инженерии, созданного совместно Американским университетом Эмори и Технологическим институтом Джорджии.

«Квантовые точки» — это кристаллы полупроводников нанометрового размера, которые имеют уникальные химические и физические свойства, не характерные для тех же веществ в макромасштабе.

«Если вы дробите леденец на две части, каждая часть будет всё еще сладкой. Но если вы продолжите дробление, пока не достигнете масштаба нанометров, полученные части будут отличными по вкусу и обладать разными свойствами, — объясняет профессор Шумин Не, занимающийся этими исследованиями. — Например, крупинки золота нанометрового масштаба не желтые, а красные. Но нас интересует другое свойство, характерное именно для нанокристаллов полупроводников. Это интенсивная люминесценция в ответ на облучение с определённой частотой».

Именно её ученые и используют для нахождения и визуализации различных опухолей. Дело в том, что опухоли выращивают дополнительные кровеносные сосуды и система этих сосудов очень пористая и разветвленная, что позволяет микроскопическим кристалликам в ней накапливаться.

«Квантовые точки» могут быть химически связаны с биологическими молекулами типа антител, пептидов, белков или ДНК. И эти комплексы могут быть спроектированы так, чтобы обнаруживать другие молекулы, типичные для поверхности раковых клеток.