Отказоустойчивые в нанотехнологиях - Fail-safes in nanotechnology

Часть цикла статей о
Влияние
нанотехнологии
Здоровье и безопасность
Относящийся к окружающей среде
Другие темы
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

Сейфы в нанотехнологии являются устройствами или функциями, интегрированными с нанотехнологиями, которые в случае отказ, реагируйте таким образом, чтобы не причинить вреда или, по крайней мере, минимизировать вред другим устройствам или персоналу. Принципы отказоустойчивости регулируются национальными стандартами и инженерными практиками и широко используются в традиционном инженерном проектировании. Можно уменьшить масштаб отказоустойчивых принципов и устройств в макромасштабе для аналогичных приложений в наномасштабе.[1] Использование отказоустойчивых приложений в нанотехнологических приложениях поддерживает общественное признание этих приложений за счет снижения рисков для пользователей; по состоянию на 2009 год, есть как теоретические, так и практические способы реализации безотказный конструкции в нанотехнологиях.[нужна цитата ]

Преобладающий вызов общественному восприятию нанотехнологий связан с медицинское использование наноструктур в теле человека. В то время как любая структура для медицинского использования будет разработана так, чтобы быть биосовместимой и безвредной, при проектировании качественной инженерии необходимо учитывать все возможности отказа. Таким образом, конструкция будет включать способы манипулирования структурами тела в случае отказа.

Наночастицы железа

Многие исследователи изучают возможность создания наноразмерных роботов («наноботы ”) Для выполнения задач, в которых могут использоваться только роботы наноуровня, например, внутри человеческого тела. Эти роботы будут иметь возможность создавать другие наноструктуры или выполнять медицинские процедуры, и их вводят в организм посредством инъекции.[2] Корпуса и схемы роботов будут состоять из железо наночастицы так, чтобы магнитное поле могут использоваться для предотвращения или управления их движением. В случае выхода из строя или неисправности небольшой EMP или МРТ может использоваться для дезактивации наноботов. Оба метода вызывают электромагнитное поле, искажающее объем памяти и короткое замыкание схемы любого электронного устройства в пределах досягаемости.

Аминокислоты

Исследователи занимаются созданием наноструктур с использованием аминокислоты. Наноструктуры, созданные с использованием аминокислот, создаются с использованием только синтетических типов аминокислот, которые маркируют эти структуры уникальными молекулами. Эти модифицированные аминокислоты по существу образуют синтетические белки, которые отличаются от белков, встречающихся в природе в организме человека. Это различие в созданных аминокислотах позволяет легко выделить эти белки и нацелить их.[3] В случае сбоя или неисправности эти белки можно идентифицировать с помощью специально нацеленных молекул, которые действуют как флаг, указывающий на местонахождение мишени. Затем будет использован другой механизм для их изоляции и деактивации.

ДНК

ДНК внутри нашего тела естественным образом разрушается, воспроизводится и перестраивается каждый раз, когда клетка делится. Все эти процессы контролируются и выполняются различными ферменты. Молекулы ДНК состоят из соответствующей пары оснований нуклеотиды в форме двойной спирали, что делает эти процессы очень эффективными, точными и предсказуемыми. Из-за легкости, с которой можно моделировать молекулы ДНК, многие публикации в академическом сообществе ориентированы на создание наноструктур с использованием ДНК.[4] С помощью наноустройства на основе ДНК можно создавать синтетические белки, предназначенные для деактивации наноустройства. Эти синтетические белки вводятся в организм, чтобы разрушить ДНК и обезвредить наноустройство в случае неисправности.

Биологические белки в организме человека выполняют три основные функции: они являются структурными строительными блоками, ферментами и облегчают сотовая сигнализация. Синтетические белки могут быть разработаны как индикатор и прикреплены к наноустройству на основе ДНК.[5] Затем этот индикатор будет использоваться для мониторинга наноустройств в организме человека. Если бы все наноустройства на основе ДНК тщательно контролировались в организме человека, ими можно было бы быстро управлять в случае неисправности.

Программирование

В нанотехнологиях, особенно в наноботах, потребность в надежной архитектуре программирования очень важна из-за потенциально более высокого риска повреждения в случае сбоя. Двухуровневый подход может быть использован для управления наноустройствами: (1) путем предоставления предварительно запрограммированной отказоустойчивой функции в случае ожидаемых отказов; и (2) дистанционное управление для использования в непредвиденных ситуациях.[6] «Дистанционное» управляемое наноустройство потребует присутствия в комнате специалиста, который будет направлять наноробота на протяжении всей процедуры.

Сотовая инженерия

Многие исследователи разрабатывают методы, использующие бактерии доставлять лекарства.[7] Эти бактерии могут быть «запрограммированы» на выполнение определенной задачи, и их можно направить в определенные места в организме.[8] Однако бактерии могут повредить здоровые органы или не доставить лекарство к больному органу в случае неисправности. В таких случаях требуется надежный механизм для нейтрализации бактерий и предотвращения повреждений. В качестве средства защиты от сбоев обычно подходит антибиотик.

Рекомендации

  1. ^ Whitesides, Джордж М. и Дж. Кристофер Лав. «Искусство строительства малых». Scientific American Reports, сентябрь 2007: 13–21.
  2. ^ Шафаржик, Иво и Мирка Шафаржикова. «Магнитные наночастицы и биологические науки». Chemical Monthly 133.6 (2002): 737-759.
  3. ^ Шафмайстер, Кристиан Э. «Молекулярное лего». Scientific American Reports, сентябрь 2007: 22-29.
  4. ^ Симан, Надриан К. «Нанотехнологии и двойная спираль». Scientific American Reports. Сентябрь 2007: 30–39.
  5. ^ Май, Майк. «Нанотехнологии: малое мышление». Перспективы гигиены окружающей среды, Vol. 107, No. 9 (сентябрь 1999 г.), стр. A450-A451 Издатель: Национальный институт наук об окружающей среде (NIEHS). Стабильный URL: <https://www.jstor.org/stable/3434647 >.
  6. ^ Шапиро, Эхуд, и Бенесон, Яаков. «Оживление компьютеров с ДНК». Scientific American Reports, сентябрь 2007: 41-47.
  7. ^ Кнапп, Луиза. «Плохие бактерии - ключ к доставке лекарств». Проводной. 28 февраля 2003 г. CondéNet, Inc. 10 октября 2008 г. <https://www.wired.com/medtech/health/news/2003/02/57547 >.
  8. ^ Цао, Гочжун. Наноструктуры и наноматериалы: синтез, свойства и применение. Лондон, Великобритания: Imperial College Press, 2004.