نا نو ربا تها در علم پزشکی
امکان استفاده از نانوروبات‌ها در پزشکی
(21 نوامبر 2005) (30 ـبتم 84)- مجلة روبوتیک twov در شمارة ماه نوامبر خود مقاله‌ای در زمینة نانوروبات‌های پزشکی منتشر کرده است.
در این مقاله سؤالاتی در زمینة امکانپذیر بودن نانوروبوتیک وسایلی مانند کنترل حرکت، ارتباط، برهم‌کنش وسایل پیرامون و زیست‌سازگاری آنها مطرح شده است. همچنین فواید بسیاری که نانوروبات‌ها از طریق توسعة روش‌های درمانی زیست‌پزشکی جدید به دنبال خواهند داشت ذکر شده است.
فناوری‌های جدید
در فیلم سفر اسرارآمیز Fantastic Voyone ما غالباً شاهد صحنه‌هایی هستیم که در آن از نانوروبات‌ها برای مبارزه با مشکلات بهداشتی استفاده می‌شود. حال آیا واقعاً پیشرفت‌های به دست آمده در فناوری‌نانو این کار را عملی خواهد کرد؟
کاوالکانتی: در واقع بسیاری اوقات این داستان‌‌های علمی تخیلی از واقعیت الهام گرفته و یا حداقل بر مبنای مباحث علمی می‌باشند. به عنوان مثال ژول ورن در داستان از ”زمین به ماه (1865)“. سفر به ماه را که توصیف می‌کند از پیشرفت‌های واقعی علمی نجوم فیزیک آن زمان الهام گرفته بود. اگر چه در سالی که آن کتاب نوشته شد این کار به نظر بسیاری از مردم غیرممکن به نظر می‌رسید. اما اکنون سفر به مریخ هم امکانپذیر شده و اخیراً هم روبات‌های خود کنترلی را برای کاوش در سطح این سیاره سرخ به کار گرفته‌اند.
همچنین طی قرن 19، بسیاری از دانشمندان تعیین ترکیب شیمیایی یک سیاره را امری غیرممکن می‌دانستند. اما در قرن 20، طیف‌سنجی با استفاده از فیزیک کوانتوم با موفقیت امکانپذیر بودن آن را نشان داد. در سال 1966، بخشی از فیلم سفر اسرارآمیز نهم، الهام گرفته از واقعیت و بحث و جدل‌هایی بود که بر اثر سخنرانی فیزیک‌دان مشهور و برندة جایزه نوبل یعنی ریچارد فاینمن پدید آمد. وی در سخنان خود در سال 1959 امکانپذیر بودن فناوری‌نانو را اعلام کرد و گفته بود تولید نانوماشین‌ها نتیجه‌ای کاملاً طبیعی از پیشرفت فناوری است و در واقع سرعت پیشرفت‌های جدید بسیار سریع‌تر از آن چیزی است که تاکنون برای فناوری‌ها وجود داشته است.
تولید نانوروبوت‌ها
چه مراحلی برای ساخت نانوروباتی که بتواند در پزشکی به کار رود باید طی شود؟
کاوالکانتی: ساخت نانوروبوت‌ها مستلزم حصول پیشرفت‌هایی در مواد صلب الماس‌گونه است و این کار هم امکانپذیر است و تولید نانوابزارها طی سال‌های اخیر روبه رشد بوده است. تولید الماس گونه‌ها مرحله به مرحله در حال پیشرفت است و برای حرکت به سمت تولید روبات‌ها در ابعادی قابل مقایسه با باکتری‌ها، لازم است درکی از این زمینه داشته باشیم. به عنوان مثال، چند ماه قبل، اولین روبات متحرک ساخته شد که می‌توانست تا ابعاد 60 در 250 میکرون را اندازه بگیرد.
در این مقیاس، می‌توان پیش‌بینی نمود که ابعاد روبات‌هایی که در سال‌های آینده پدید می‌آیند به سرعت به 100 میکرون و بعد از آن 50 میکرون و همین طور کاهش می‌یابند. هم‌اکنون نمونة اولیة وسیلة 90 نانومتری Intel، یک SRAM 52 مگابیتیِ کاملاً کاربردی تولید کرده که طول پایة ترانزیستور آن nm50 است و ابعاد سلول SRAM آن تنها حدود 1 یا تقریباً نصف اندازة سلول اغلب SRAMهای پیشرفتة امروزی است. و این کوچک‌سازی با توجه به نقشه راه اتحادیة صنعت نیمه‌رساناها ادامه می‌یابد.
تا سال 2016، ICهای با عملکرد بالا حاوی بیش از 8/8 میلیارد ترانزیستور، در فضایی به مساحت 2mm280 خواهند بود. این رقم بیش از 25 برابر تعداد ترانزیستورهایی است که روی تراشه‌های امروزی با ابعاد nm130 قرار دارد. اما از آنجا که درون بدن انسان رگ‌های کوچکی به قطر 30 تا 60 میکرون وجود دارد، می‌توان پیدایش اولین نانوروبات طی ده سال آینده را کاملاً طبیعی دانست.
فناوری‌نانو در خدمت پزشکی
آیا در حال حاضر هیچ کار آزمایشگاهی روی انسان یا حیوان در این زمینه صورت گرفته است؟
کاوالکانتی: در واقع تاکنون نانوابزارهای کاملاً کاربردی بسیاری مانند موتورها، حسگرها، محاسبه‌گرهای زیست مولکولی و نانوترانزیستورها ساخته شده است. اما در حال حاضر عمده‌ترین چالش، مجتمع‌سازی چندین بخش مجزا از این نانوابزارها روی یک نانوروبات قابل کنترل است، که برای انجام آن هم‌اکنون گروه‌های تحقیقاتی متعددی در نقاط مختلف جهان، طی پروژه‌های میان رشته‌ای با یکدیگر همکاری می‌کنند. در این راه، شبیه‌سازی‌های نظری به عنوان ابزاری مفید و ارزشمند برای مجتمع‌سازی سیستم و آزمایش‌پذیر شدن آن به شمار می‌آید.
به هر حال، اطمینان از دستیابی به کنترل مناسب بر چنین نانوماشین‌هایی یکی از موضوعات بحث‌انگیز در راه محقق شدن نانوروبات‌هاست و در واقع شما می‌توانید از طریق روش‌های نانومکاترونیک (nanomechatronics) به ارزیابی و محاسبه آن بپردازید. استفاده از نانوروبات‌ها در انسان پس از انجام صدها آزمایش با تمام جزئیات از ابتدا روی موش‌های آزمایشگاهی ممکن خواهد شد. در واقع، این روند طولانی آزمایشگاهی، برای هر فناوری زیست‌پزشکی جدیدی انجام می‌شود. مانند فناوری‌نانوپوسته‌ها که با موفقیت روی موش‌های آزمایشگاهی برای مبارزه با سرطان به کار گرفته شد.
استفاده از این نانوپوسته‌ها نتیجة پیشرفت‌های به دست آمده در فناوری‌نانو است و به عنوان یک روش درمانی- دارویی نتایج مثبت و امیدوارکننده‌ای داشته است. با پیشرفت بیشتر در حرکت به سمت نانوروبات‌ها، می‌توان به نتایج مؤثرتر دیگری در زمینة مراقبت‌های بهداشتی امیدوار بود.
ملزومات Customized
برای آن که یک نانوروبات بتواند درون بدن انسان کار کند چه چیزهایی لازم است؟
کاوالکانتی: برای رسیدن به بیشترین کارآیی، نانوروبات‌ها در حالت ایده‌آل نباید قطری بزرگ‌تر از 3 میکرون داشته باشند. این نانـوروبات باید دارای مبـدل‌ها (transducers) و محرک‌ها (actuator)های کارآمد با هزینه مصرفی کم بوده و بتوانند به محض قرار گرفتن درون بدن انسان به طور موثری با محیط پیرامون خود تعامل نمایند.
برای پاسخ‌دهی مؤثر در زمان واقعی به محیط، در این نانوروبات باید سیستم مجتمعی تعبیه شده باشد. به همین دلیل انتظار می‌رود هنگام نیاز به چنین پاسخ‌های حرکتی با استفاده از موتورهایی برای کشش روبات حرکت‌های کنترلی لازم را فراهم کرد کاری که با برخی دخالت‌های زیست پزشکی قابل انجام است.کنترل نانوروباتیِ مبتنی بر حسگرها را هم می‌توان با استفاده از نانوحسگرهای حرارتی و یا شیمیایی انجام داد.
استفاده از نانوروبات‌ها
آیا شما می‌توانید زمان استفاده از نانوروبات‌ها را درون بدن بیماران پیش‌بینی کنید؟
کاوالکانتی: هر دارویی قبل از آن که برای مداوا به کار رود، لازم است پس از مجموعه‌ای از بررسی‌های آزمایشگاهی تأییدیة لازم را به دست آورد. و هیچ تفاوتی هم بین داروهای سنتی و داروهای جدید مبتنی بر فناوری‌نانو (نانوداروها) وجود ندارد.
بعد از طی این مرحله و با به دست آمدن نتایج خوب از صدها مورد بررسی آزمایشگاهی و حتی انجام آزمایش‌های بالینی بیشتر، به طور طبیعی، نسبت به این روش‌ها در درمان بیماران اطمینان بیشتری پدید می‌آید.
به کار بردن فناوری‌های تایید شده زیست‌پزشکی در زندگی روزانه از سوی مردم دور از انتظار نیست و این شامل نانوپوسته‌ها، نانوداروهای مبتنی بر DNA و نانوروبات‌ها می‌شود.