امكان استفاده از نانوروبات‌ها در پزشكي
(21 نوامبر 2005) (30 ـبتم 84)- مجلة روبوتيك twov در شمارة ماه نوامبر خود مقاله‌اي در زمينة نانوروبات‌هاي پزشكي منتشر كرده است.
در اين مقاله سؤالاتي در زمينة امكانپذير بودن نانوروبوتيك وسايلي مانند كنترل حركت، ارتباط، برهم‌كنش وسايل پيرامون و زيست‌سازگاري آنها مطرح شده است. همچنين فوايد بسياري كه نانوروبات‌ها از طريق توسعة روش‌هاي درماني زيست‌پزشكي جديد به دنبال خواهند داشت ذكر شده است.
فناوري‌هاي جديد
در فيلم سفر اسرارآميز Fantastic Voyone ما غالباً شاهد صحنه‌هايي هستيم كه در آن از نانوروبات‌ها براي مبارزه با مشكلات بهداشتي استفاده مي‌شود. حال آيا واقعاً پيشرفت‌هاي به دست آمده در فناوري‌نانو اين كار را عملي خواهد كرد؟
كاوالكانتي: در واقع بسياري اوقات اين داستان‌‌هاي علمي تخيلي از واقعيت الهام گرفته و يا حداقل بر مبناي مباحث علمي مي‌باشند. به عنوان مثال ژول ورن در داستان از ”زمين به ماه (1865)“. سفر به ماه را كه توصيف مي‌كند از پيشرفت‌هاي واقعي علمي نجوم فيزيك آن زمان الهام گرفته بود. اگر چه در سالي كه آن كتاب نوشته شد اين كار به نظر بسياري از مردم غيرممكن به نظر مي‌رسيد. اما اكنون سفر به مريخ هم امكانپذير شده و اخيراً هم روبات‌هاي خود كنترلي را براي كاوش در سطح اين سياره سرخ به كار گرفته‌اند.
همچنين طي قرن 19، بسياري از دانشمندان تعيين تركيب شيميايي يك سياره را امري غيرممكن مي‌دانستند. اما در قرن 20، طيف‌سنجي با استفاده از فيزيك كوانتوم با موفقيت امكانپذير بودن آن را نشان داد. در سال 1966، بخشي از فيلم سفر اسرارآميز نهم، الهام گرفته از واقعيت و بحث و جدل‌هايي بود كه بر اثر سخنراني فيزيك‌دان مشهور و برندة جايزه نوبل يعني ريچارد فاينمن پديد آمد. وي در سخنان خود در سال 1959 امكانپذير بودن فناوري‌نانو را اعلام كرد و گفته بود توليد نانوماشين‌ها نتيجه‌اي كاملاً طبيعي از پيشرفت فناوري است و در واقع سرعت پيشرفت‌هاي جديد بسيار سريع‌تر از آن چيزي است كه تاكنون براي فناوري‌ها وجود داشته است.
توليد نانوروبوت‌ها
چه مراحلي براي ساخت نانوروباتي كه بتواند در پزشكي به كار رود بايد طي شود؟
كاوالكانتي: ساخت نانوروبوت‌ها مستلزم حصول پيشرفت‌هايي در مواد صلب الماس‌گونه است و اين كار هم امكانپذير است و توليد نانوابزارها طي سال‌هاي اخير روبه رشد بوده است. توليد الماس گونه‌ها مرحله به مرحله در حال پيشرفت است و براي حركت به سمت توليد روبات‌ها در ابعادي قابل مقايسه با باكتري‌ها، لازم است دركي از اين زمينه داشته باشيم. به عنوان مثال، چند ماه قبل، اولين روبات متحرك ساخته شد كه مي‌توانست تا ابعاد 60 در 250 ميكرون را اندازه بگيرد.
در اين مقياس، مي‌توان پيش‌بيني نمود كه ابعاد روبات‌هايي كه در سال‌هاي آينده پديد مي‌آيند به سرعت به 100 ميكرون و بعد از آن 50 ميكرون و همين طور كاهش مي‌يابند. هم‌اكنون نمونة اولية وسيلة 90 نانومتري Intel، يك SRAM 52 مگابيتيِ كاملاً كاربردي توليد كرده كه طول پاية ترانزيستور آن nm50 است و ابعاد سلول SRAM آن تنها حدود 1 يا تقريباً نصف اندازة سلول اغلب SRAMهاي پيشرفتة امروزي است. و اين كوچك‌سازي با توجه به نقشه راه اتحادية صنعت نيمه‌رساناها ادامه مي‌يابد.
تا سال 2016، ICهاي با عملكرد بالا حاوي بيش از 8/8 ميليارد ترانزيستور، در فضايي به مساحت 2mm280 خواهند بود. اين رقم بيش از 25 برابر تعداد ترانزيستورهايي است كه روي تراشه‌هاي امروزي با ابعاد nm130 قرار دارد. اما از آنجا كه درون بدن انسان رگ‌هاي كوچكي به قطر 30 تا 60 ميكرون وجود دارد، مي‌توان پيدايش اولين نانوروبات طي ده سال آينده را كاملاً طبيعي دانست.
فناوري‌نانو در خدمت پزشكي
آيا در حال حاضر هيچ كار آزمايشگاهي روي انسان يا حيوان در اين زمينه صورت گرفته است؟
كاوالكانتي: در واقع تاكنون نانوابزارهاي كاملاً كاربردي بسياري مانند موتورها، حسگرها، محاسبه‌گرهاي زيست مولكولي و نانوترانزيستورها ساخته شده است. اما در حال حاضر عمده‌ترين چالش، مجتمع‌سازي چندين بخش مجزا از اين نانوابزارها روي يك نانوروبات قابل كنترل است، كه براي انجام آن هم‌اكنون گروه‌هاي تحقيقاتي متعددي در نقاط مختلف جهان، طي پروژه‌هاي ميان رشته‌اي با يكديگر همكاري مي‌كنند. در اين راه، شبيه‌سازي‌هاي نظري به عنوان ابزاري مفيد و ارزشمند براي مجتمع‌سازي سيستم و آزمايش‌پذير شدن آن به شمار مي‌آيد.
به هر حال، اطمينان از دستيابي به كنترل مناسب بر چنين نانوماشين‌هايي يكي از موضوعات بحث‌انگيز در راه محقق شدن نانوروبات‌هاست و در واقع شما مي‌توانيد از طريق روش‌هاي نانومكاترونيك (nanomechatronics) به ارزيابي و محاسبه آن بپردازيد. استفاده از نانوروبات‌ها در انسان پس از انجام صدها آزمايش با تمام جزئيات از ابتدا روي موش‌هاي آزمايشگاهي ممكن خواهد شد. در واقع، اين روند طولاني آزمايشگاهي، براي هر فناوري زيست‌پزشكي جديدي انجام مي‌شود. مانند فناوري‌نانوپوسته‌ها كه با موفقيت روي موش‌هاي آزمايشگاهي براي مبارزه با سرطان به كار گرفته شد.
استفاده از اين نانوپوسته‌ها نتيجة پيشرفت‌هاي به دست آمده در فناوري‌نانو است و به عنوان يك روش درماني- دارويي نتايج مثبت و اميدواركننده‌اي داشته است. با پيشرفت بيشتر در حركت به سمت نانوروبات‌ها، مي‌توان به نتايج مؤثرتر ديگري در زمينة مراقبت‌هاي بهداشتي اميدوار بود.
ملزومات Customized
براي آن كه يك نانوروبات بتواند درون بدن انسان كار كند چه چيزهايي لازم است؟
كاوالكانتي: براي رسيدن به بيشترين كارآيي، نانوروبات‌ها در حالت ايده‌آل نبايد قطري بزرگ‌تر از 3 ميكرون داشته باشند. اين نانـوروبات بايد داراي مبـدل‌ها (transducers) و محرك‌ها (actuator)هاي كارآمد با هزينه مصرفي كم بوده و بتوانند به محض قرار گرفتن درون بدن انسان به طور موثري با محيط پيرامون خود تعامل نمايند.
براي پاسخ‌دهي مؤثر در زمان واقعي به محيط، در اين نانوروبات بايد سيستم مجتمعي تعبيه شده باشد. به همين دليل انتظار مي‌رود هنگام نياز به چنين پاسخ‌هاي حركتي با استفاده از موتورهايي براي كشش روبات حركت‌هاي كنترلي لازم را فراهم كرد كاري كه با برخي دخالت‌هاي زيست پزشكي قابل انجام است.كنترل نانوروباتيِ مبتني بر حسگرها را هم مي‌توان با استفاده از نانوحسگرهاي حرارتي و يا شيميايي انجام داد.
استفاده از نانوروبات‌ها
آيا شما مي‌توانيد زمان استفاده از نانوروبات‌ها را درون بدن بيماران پيش‌بيني كنيد؟
كاوالكانتي: هر دارويي قبل از آن كه براي مداوا به كار رود، لازم است پس از مجموعه‌اي از بررسي‌هاي آزمايشگاهي تأييدية لازم را به دست آورد. و هيچ تفاوتي هم بين داروهاي سنتي و داروهاي جديد مبتني بر فناوري‌نانو (نانوداروها) وجود ندارد.
بعد از طي اين مرحله و با به دست آمدن نتايج خوب از صدها مورد بررسي آزمايشگاهي و حتي انجام آزمايش‌هاي باليني بيشتر، به طور طبيعي، نسبت به اين روش‌ها در درمان بيماران اطمينان بيشتري پديد مي‌آيد.
به كار بردن فناوري‌هاي تاييد شده زيست‌پزشكي در زندگي روزانه از سوي مردم دور از انتظار نيست و اين شامل نانوپوسته‌ها، نانوداروهاي مبتني بر DNA و نانوروبات‌ها مي‌شود.