Безопасные ситуации в нанотехнологиях

Предохранители в нанотехнологиях — это устройства или функции, интегрированные с нанотехнологиями, которые в случае сбоя реагируют таким образом, чтобы не причинить вреда или, по крайней мере, минимального вреда другим устройствам или персоналу. Принципы отказоустойчивости регулируются национальными стандартами и инженерной практикой и широко используются в обычном инженерном проектировании. Можно уменьшить макромасштабные принципы и устройства отказоустойчивости для аналогичных приложений до наномасштаба. ^[1] Использование отказоустойчивых средств в приложениях нанотехнологий поддерживает социальное признание этих приложений за счет снижения рисков для пользователей; по состоянию на 2009 год ^[update]Существуют как теоретические, так и практические способы реализации отказоустойчивых конструкций в нанотехнологиях. ^{[ нужна ссылка ]}

Основная проблема общественного признания нанотехнологий связана с медицинским использованием наноструктур в организме человека. Хотя любая конструкция для медицинского использования должна разрабатываться как биосовместимая и безвредная, разумный инженерный проект должен учитывать все возможности отказа. Таким образом, проект будет включать в себя способы манипулирования структурами тела в случае отказа.

Наночастицы железа

Многие исследователи изучают возможность создания нанороботов (« наноботов ») с целью выполнения задач, в которых можно использовать только роботов наномасштаба, например, внутри человеческого тела. Эти роботы смогут создавать другие наноструктуры или выполнять медицинские процедуры и будут введены в организм посредством инъекции. ^[2] Корпуса и схемы роботов будут изготовлены из железа наночастиц , чтобы магнитное поле можно было использовать для предотвращения или управления их движением. В случае сбоя или неисправности небольшой ЭМИ или МРТ для дезактивации нанороботов можно использовать . Оба метода создают электромагнитное поле, повреждающее память и замыкающее цепи любого электронного устройства в пределах досягаемости.

Аминокислоты

Исследователи занимаются созданием наноструктур с использованием аминокислот . Наноструктуры, созданные с использованием аминокислот, создаются с использованием только синтетических типов аминокислот, что помечает эти структуры уникальными молекулами. Эти модифицированные аминокислоты по существу образуют синтетические белки, которые отличаются от белков, встречающихся в организме человека в природе. Эта разница в сконструированных аминокислотах позволяет легко изолировать и нацеливаться на эти белки. ^[3] В случае сбоя или неисправности эти белки можно идентифицировать с помощью специально нацеленных молекул, которые действуют как флаг, указывающий местоположение цели. Затем будет использован другой механизм для их изоляции и деактивации.

ДНК

ДНК в нашем организме естественным образом разрушается, воспроизводится и пополняется каждый раз, когда клетка делится. Все эти процессы контролируются и завершаются различными ферментами . Молекулы ДНК состоят из соответствующих пар оснований нуклеотидов в форме двойной спирали, что делает эти процессы очень эффективными, точными и предсказуемыми. Из-за легкости, с которой можно создавать молекулы ДНК, многие публикации в академическом сообществе посвящены созданию наноструктур с использованием ДНК. ^[4] С помощью наноустройства на основе ДНК можно создать синтетические белки, предназначенные для деактивации наноустройства. Эти синтетические белки будут вводиться 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 передачу клеточных сигналов . Синтетические белки могут быть разработаны как индикаторы и прикреплены к наноустройствам на основе ДНК. ^[5] Этот индикатор затем будет использоваться для мониторинга наноустройств в организме человека. Если бы все наноустройства на основе ДНК тщательно контролировались в человеческом организме, их можно было бы быстро контролировать в случае неисправности.

Программирование

В нанотехнологиях, особенно в наноботах, необходимость в надежной архитектуре программирования важна из-за потенциально более высокого риска повреждения в случае неисправности. Для управления наноустройствами можно использовать двухуровневый подход: (1) путем предоставления заранее запрограммированных функций обеспечения безопасности в случае ожидаемых сбоев; и (2) дистанционное управление для использования в непредвиденных ситуациях. ^[6] Для наноустройства с «дистанционным» управлением потребуется присутствие специалиста в помещении, который будет направлять нанобота на протяжении всей процедуры.

Клеточная инженерия

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

Ссылки

^ Уайтсайдс, Джордж М. и Дж. Кристофер Лав. «Искусство строить мало». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 13–21.
^ Шафарик, Иво и Мирка Шафаржикова. «Магнитные наночастицы и биологические науки». Chemical Monthly 133.6 (2002): 737-759.
^ Шафмайстер, Кристиан Э. «Молекулярное Лего». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 22–29.
^ Симан, Надриан К. «Нанотехнологии и двойная спираль». Научные американские отчеты. Сентябрь 2007 г.: 30–39.
^ Мэй, Майк (1999). «Нанотехнологии: думая о малом» . Перспективы гигиены окружающей среды . 107 (9): А450–А451. дои : 10.2307/3434647 . ISSN 0091-6765 . ПМК 1566468 .
^ Шапиро, Эхуд и Бенесон, Яаков. «Воплощение ДНК-компьютеров в жизнь». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 41–47.
^ Кнапп, Луиза. «Плохие бактерии – ключ к доставке лекарств» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 11 августа 2023 г.
^ Цао, Гочжун. Наноструктуры и наноматериалы: синтез, свойства и применение. Лондон, Великобритания: Imperial College Press, 2004.

[1] Уайтсайдс, Джордж М. и Дж. Кристофер Лав. «Искусство строить мало». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 13–21.

[2] Шафарик, Иво и Мирка Шафаржикова. «Магнитные наночастицы и биологические науки». Chemical Monthly 133.6 (2002): 737-759.

[3] Шафмайстер, Кристиан Э. «Молекулярное Лего». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 22–29.

[4] Симан, Надриан К. «Нанотехнологии и двойная спираль». Научные американские отчеты. Сентябрь 2007 г.: 30–39.

[5] Мэй, Майк (1999). «Нанотехнологии: думая о малом» . Перспективы гигиены окружающей среды . 107 (9): А450–А451. дои : 10.2307/3434647 . ISSN 0091-6765 . ПМК 1566468 .

[6] Шапиро, Эхуд и Бенесон, Яаков. «Воплощение ДНК-компьютеров в жизнь». Отчеты Scientific American, сентябрь 2007 г.: 41–47.

[7] Кнапп, Луиза. «Плохие бактерии – ключ к доставке лекарств» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 11 августа 2023 г.

[8] Цао, Гочжун. Наноструктуры и наноматериалы: синтез, свойства и применение. Лондон, Великобритания: Imperial College Press, 2004.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]