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Magazine de prolongation de la durée de vie utile

LE Magazine en janvier 2009
Rapports

Nanotechnologie et envergure radicalement durable

Par Robert A. Freitas Jr.
Nanotechnologie et envergure radicalement durable

Une révolution en technologie médicale apparaît indistinctement grand sur l'horizon. L'agent du changement est au microscope petit et est défini dans la nomenclature d'aujourd'hui comme nanotechnologie.

La nanotechnologie est l'ingénierie des structures moléculairement précises et, finalement, des machines moléculaires. Le préfixe « nano » se rapporte à l'échelle de ces constructions. Un nanomètre est un-milliardième d'un mètre, la largeur d'environ cinq atomes de carbone nichés côte à côte. Nanomedicine est l'application de la nanotechnologie à la médecine. L'outil final du nanomedicine est le robot médical de nanorobot-a la taille d'une bactérie, composée de molécule-taille partie ressembler légèrement à des vitesses, à des incidences, et à des rochets de macro-échelle. Le nanorobotics médical tient la plus grande promesse pour guérir la maladie et prolonger l'envergure de santé. Avec l'effort diligent, les premiers fruits du nanorobotics médical ont pu commencer à apparaître dans le traitement clinique dès le 2020s.

Quel est un Nanorobot médical ?

Comme un robot régulier, un nanorobot peut être fait de beaucoup de milliers de parties mécaniques telles que des incidences et des vitesses composées de matériel diamantaire fort. Un nanorobot aura des moteurs pour entreprendre la démarche de choses, et peut-être les bras de manipulateur ou les jambes mécaniques pour la mobilité. Il aura une alimentation d'énergie pour que l'énergie, des sondes pour guider ses actions, et un ordinateur embarqué commande son comportement. Mais à la différence d'un robot régulier, un nanorobot sera très petit. Un nanorobot qui voyagerait par la circulation sanguine doit être assez minuscule pour serrer par même les capillaires les plus étroits au corps humain. De telles machines doivent être plus petites que les cellules rouges dans notre sang. Une mesure commode de taille est le micron, ou un-millionième d'un mètre. Une cellule rouge est d'environ sept microns de large. Un nanorobot médical sang-soutenu ne sera typiquement pas plus grand que deux à trois microns dans sa plus grande dimension. Les pièces qui composent un nanorobot seront toujours beaucoup plus petites, en général un à dix nanomètres dans la taille. Par exemple, l'engrenage planétaire montré dedans (le schéma 1 ci-dessous) est un mécanisme simple proposé qui convertit un genre de mouvement rotatoire en des autres. C'est environ quatre nanomètres au loin et comporterait environ 4.000 atomes disposés dans une structure atomique précise.

Futurs outils pour combattre l'infection

À quoi un nanorobot médical typique pourrait-il ressembler ? Le « microbivore » montré dedans (le schéma 2 ci-dessous) agirait en tant que globule blanc mécanique artificiel, cherchant et digérant les agents pathogènes non désirés comprenant des bactéries, des virus, ou des champignons dans la circulation sanguine. Un patient présentant une infection de bloodborne pourrait être injecté avec une dose d'environ 100 milliards de microbivores (environ 1 cc). Quand une bactérie visée se cogne dans un microbivore, le microbe colle aux nanorobot extérieurs comme une mouche attrapée sur l'attrape-mouches. Télescopant attaque émergent de la coque des microbivore et transportent l'agent pathogène vers l'avant du dispositif, style de chapelet, et dans bouche des microbivore la « . » Une fois à l'intérieur, le microbe est haché et digéré dans des acides aminés, des mononucléotides, des acides gras simples et des sucres. Ces molécules de base alors sont déchargées sans danger de nouveau dans la circulation sanguine par un port d'échappement à l'arrière du dispositif. Le cycle entier de digestion prend seulement 30 secondes. Un traitement complet pourrait prendre des minutes ou des heures, bien plus rapidement que les jours ou les semaines souvent requis pour que les antibiotiques travaillent. Quand le traitement nanorobotic est de finition, le docteur emploie un signal d'ultrason pour dire aux microbivores de circulation que leur travail est effectué. Les nanorobots alors sortent le corps par les reins et sont excrétés avec l'urine en temps utile. Des nanorobots relatifs ont pu être programmés rapidement pour identifier et digérer même les agrégats les plus minuscules de premières cellules cancéreuses.

Le schéma 1. engrenage planétaire de Nanoscale. Le schéma 2. Microbivore. Concepteur Robert A. Freitas Jr. , conception supplémentaire Forrest Bishop. Le schéma 3. Chromallocytes.
Le schéma 1. engrenage planétaire de Nanoscale. Le schéma 2. Microbivore. Concepteur Robert A. Freitas Jr. , conception supplémentaire Forrest Bishop. Le schéma 3. Chromallocytes.
Le schéma 4. engrenage planétaire de Nanoscale. Le schéma 5. Microbivore. Concepteur Robert A. Freitas Jr. , conception supplémentaire Forrest Bishop.
Le schéma 4. logo d'IBM a défini en atomes. Le schéma 5. atomes de carbone de dépôts de tooltip de Mechanosynthetic sur le diamant apprêtent.

Remplacement des cellules usées ou endommagées

Des nanorobots médicaux ont pu également être employés pour exécuter la chirurgie sur différentes cellules. D'une procédure, un nanorobot appelé un « chromallocyte » (le schéma 3 ci-dessus), commandé par un médecin, extrairait tous les chromosomes existants à partir d'une cellule malade et insérerait des neufs frais dans leur endroit. Ce processus s'appelle la thérapie de remplacement de chromosome. Les chromosomes de rechange sont fabriqués plus tôt, en dehors de du corps du patient, utilisant un nanofactory de bureau qui inclut une chaîne de montage moléculaire. Le propre génome individuel du patient sert de modèle pour fabriquer le nouveau matériel génétique. Chaque chromallocyte est chargé avec une copie simple d'un ensemble digitalement corrigé de chromosome. Après injection, chaque dispositif voyage à sa cellule de tissu de cible, écrit le noyau, remplace de vieux gènes usés par de nouvelles copies de chromosome, puis sort la cellule et est enlevé du corps. Si le patient choisit, des gènes défectueux hérités pourraient être remplacés par des ordres non-défectueux de base-paires, traitant de manière permanente toutes les maladie génétique et même cellules cancéreuses laissantes à reprogrammer à un état sain. Peut-être avant tout, la thérapie de remplacement de chromosome pourrait corriger les dommages et les mutations génétiques de accumulation qui mènent au vieillissement dans chacune de nos cellules.

Établir un avenir passionnant

En ce moment, les nanorobots médicaux sont juste théorie. Pour les construire réellement, nous devons créer une nouvelle technologie appelée la fabrication moléculaire. La fabrication moléculaire est la production des structures atomique précises de complexe utilisant la fabrication et l'ensemble de position commandés des nanoparts à l'intérieur d'un nanofactory. La première preuve expérimentale que différents atomes pourraient être manoeuvrés a été obtenue par des scientifiques d'IBM de retour en 1989 quand ils ont utilisé un microscope de perçage d'un tunnel de balayage pour placer avec précision 35 atomes de xénon sur une surface de nickel pour définir le logo d'entreprise « IBM » (le schéma 4 ci-dessus). De même, à l'intérieur des molécules simples nanofactory de matière de base telles que le méthane (gaz naturel), le propane, ou l'acétylène sera manoeuvré par des bouts minuscules de sonde pour établir les structures atomique précises telles que la vitesse de nanoscale montrée dedans (le schéma 1 ci-dessus).

Voici comment cela fonctionnera. Un outil de nanoscale avec un bout chimiquement réactif est mis en contact physique avec un objet. Le bout force mécaniquement une liaison chimique pour former à un endroit spécifique entre les atomes existants sur l'objet et un ou plusieurs atomes de matière de base qui sont temporairement liés à l'outil. Le retrait de l'outil casse mécaniquement le lien entre la matière de base et l'outil, laissant les atomes de matière de base sur l'objet, un processus appelé le mechanosynthesis (le schéma 5 ci-dessus). L'outil est alors rechargé avec la matière de base fraîche et est prêt à aller encore. Un tel outil est conceptuellement semblable à la caisse plus familière d'un tournevis magnétisé qui tient une vis. Après que la vis soit tournée dans un trou sur un objet en tournant le tournevis, le retrait du tournevis laisse la vis dans le trou parce qu'on le tient là plus étroitement que son attraction magnétique relativement faible au bout de tournevis.

Avec mes collègues scientifiques, nous avons fait l'analyse étendue et les simulations sur ordinateur très sophistiquées de chimie de quantum (par exemple, le schéma 5 ci-dessus) d'un grand nombre de tooltips et d'ordres potentiels de réaction. Nous avons récemment édité la première description d'un ensemble complet d'outils et avons de position contrôlé les réactions qui devraient nous permettre d'établir le petit peu du cristal parfait de diamant. Les futurs prolongements de ces outils et réactions devraient nous laisser passer à des objets plus complexes de diamondoid de nanoscale tels que la vitesse de nanoscale (représentée sur le schéma 1 ci-dessus). En 2005, j'ai édité la première proposition pratique pour établir un tooltip mechanosynthetic qui était le sujet du premier brevet de mechanosynthesis jamais classé. Avec un collègue en 2008, j'ai soumis le deuxième brevet de mechanosynthesis jamais classé, décrivant des techniques supplémentaires pour établir plus de tooltips.

Il y a plusieurs années, Ralph Merkle et moi avons fondé la collaboration de Nanofactory pour coordonner un programme de R&D expérimental et théorique combiné pour concevoir et établir le premier diamondoid fonctionnant nanofactory. Cet effort à long terme doit commencer par développer la technologie initiale du mechanosynthesis de position commandé des structures de diamondoid utilisant les tooltips machinés et la matière de base moléculaire simple. Notre collaboration a mené aux efforts de continuation comportant des collaborations directes parmi 23 chercheurs et d'autres, y compris 17 candidats de doctorats ou de doctorat à neuf organismes dans quatre pays – les USA, le R-U, la Russie, et Belgique. Douzaine papiers pair-passés en revue sont édités ou en cours à partir de 2008.

Ce que vous devez connaître : Prolongation de la durée de vie utile et Nanorobotics médical

• La nanotechnologie est l'ingénierie des structures moléculairement précises et, finalement, des machines moléculaires.

• Nanomedicine est l'application de la nanotechnologie à la médecine. L'outil final du nanomedicine est le robot médical de nanorobot-a la taille d'une bactérie, composée de molécule-taille partie.

• Le nanorobotics médical tient la plus grande promesse pour guérir la maladie et prolonger l'envergure de santé.

• Les développements actuels dans le nanomedicine mèneront finalement à la conception et à la fabrication des nanorobots médicaux pour la prolongation de la durée de vie utile, probablement par le 2020s.

Mais maintenant il est temps de mettre nos théories à l'essai. Après avoir travaillé étroitement pendant trois années avec Philip Moriarty, un des principaux microscopistes de sonde de balayage au R-U, notre collègue international entreprend maintenant des expériences directes pour construire et valider plusieurs de nos tooltips proposés de mechanosynthesis dans son laboratoire. Nous disposons également une proposition de programme de recherche de nos propres moyens pour solliciter le placement supplémentaire du divers public des USA ou des sources privées pour soutenir davantage de travail lié mechanosynthesis expérimental et de théorie sur un programme considérablement accéléré. Nous prévoyons que ces efforts mèneront finalement à la conception et à la fabrication des nanorobots médicaux pour la prolongation de la durée de vie utile, probablement pendant le 2020s.

Nous sommes reconnaissants à la base de prolongation de la durée de vie utile pour que les argents de contribution aident à financer notre recherche pendant les étapes embryonnaires de ce développement de projet. © 2008 Robert A. Freitas, JR. Tous droits réservés.

Si vous avez n'importe quelles questions sur le contenu scientifique de cet article, appelez svp un conseiller de santé de prolongation de la durée de vie utile à 1-800-226-2370.

Sites Web utiles

  1. Site Web personnel de Robert Freitas : http://www.rfreitas.com.

  2. Site Web de Nanomedicine : http://www.nanomedicine.com.

  3. Site Web de collaboration de Nanofactory : http://www.MolecularAssembler.com/Nanofactory.

  4. Nanomedicine Art Gallery : http://www.foresight.org/Nanomedicine/Gallery/index.html.

La base de prolongation de la durée de vie utile a contribué le placement pour soutenir le travail de Robert Freitas.

Robert Freitas est recherche supérieure

Robert Freitas
Robert Freitas

Le camarade à l'institut pour la fabrication moléculaire (IMM) en Palo Alto, la Californie, et était un scientifique de recherches à Zyvex Corporation (Richardson, Texas), la première société moléculaire de nanotechnologie, pendant 2000-2004. Il a reçu des degrés des BS en physique et psychologie de Harvey Mudd College en 1974 et un degré de JD d'université de Santa Clara en 1979. Freitas Co-a édité l'analyse 1980 de faisabilité de la NASA des usines de auto-réplique de l'espace et en 1996, écrite la première étude de projet technique détaillée d'un nanorobot médical jamais publié à un journal pair-passé en revue de biomedical de courant principal. Ses intérêts de recherches incluent : nanomedicine, conception médicale de nanorobotics, systèmes moléculaires de machine, mechanosynthesis de diamondoid (théorie et voies expérimentales), assembleurs et nanofactories moléculaires, et auto-reproduction dans des systèmes de machine et d'usine. Il a édité 35 publications arbitrées de journal, chapitres contribués de livre, et Co-a fondé la collaboration de Nanofactory. Sa page d'accueil est www.rfreitas.com.

(Le schéma 6 ci-dessous). Robert Freitas est l'auteur de Nanomedicine, le premier examen technique de la longueur du livre des applications médicales potentielles de la nanotechnologie moléculaire et du nanorobotics médical ; les deux premiers volumes de cette série de quatre-volume ont été édités en 1999 et 2003 par des biosciences des Landes. Il Co-a également écrit les machines de Auto-réplique cinématiques (biosciences des Landes, 2004)

 

Le schéma 6. engrenage planétaire de Nanoscale. Le schéma 6. engrenage planétaire de Nanoscale. Le schéma 6. engrenage planétaire de Nanoscale.
Le schéma 6 : Volume 1 de Nanomedicine : Capacités de base Volume 2A de Nanomedicine : Biocompatibility Machines de Auto-réplique cinématiques
Références

1. Premier livre sur le nanomedicine jamais édité : Freitas RA Jr. Nanomedicine, volume I :
Capacités de base. Georgetown, TX : Biosciences des Landes ; 1999. En outre disponible à : http://www.nanomedicine.com/NMI.htm.
Accédé le 15 octobre 2008.

2. Freitas RA Jr. Nanomedicine, volume IIA : Biocompatibility. Georgetown, TX : Biosciences des Landes ; 2003. En outre disponible à :
http://www.nanomedicine.com/NMIIA.htm. Accédé le 15 octobre 2008.

3. Premier document médical de conception de nanorobot jamais édité : Freitas RA Jr. Conception exploratoire en nanotechnologie médicale :
Une cellule rouge artificielle mécanique. Sang Substit Immobil Biotechnol de cellules d'Artif. 1998 ; 26:411-30. En outre disponible à :
http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html. Accédé le 15 octobre 2008.

4. Document édité de conception sur les microbivores : Freitas RA Jr. Microbivores : Phagocytes mécaniques artificiels utilisant le résumé et
Protocole de décharge. J Evol Technol. 2005 avril ; 14h55 - 106. En outre disponible à :
http://www.jetpress.org/volume14/freitas.pdf. Accédé le 15 octobre 2008.

5. Première description technique d'un nanorobot de réparation de cellules jamais édité : Freitas RA Jr. Le vecteur idéal de la livraison de gène : chromallocytes,
nanorobots de réparation de cellules pour la thérapie de remplacement de chromosome. J Evol Technol. 2007 juin ; 16:1-97.
En outre disponible à : http://jetpress.org/v16/freitas.pdf. Accédé le 15 octobre 2008.

6. Livre d'enquête sur l'auto-reproduction : Freitas RA Jr, Merkle RC. Machines de Auto-réplique cinématiques.
Georgetown, TX : Biosciences des Landes ; 2004. En outre disponible à : http://www.MolecularAssembler.com/KSRM.htm.
Accédé le 15 octobre 2008.

7. Freitas RA Jr. Dites oh ! Les sciences. 2000 juillet/août ; 40:26-31. En outre disponible à :
http://www.foresight.org/Nanomedicine/SayAh/index.html. Accédé le 15 octobre 2008.

8. Freitas RA Jr. La mort est un outrage ! Conférence invitée fournie à la cinquième conférence d'Alcor sur la prolongation de la durée de vie utile extrême,
16 novembre 2002, plage de Newport, CA. En outre disponible à : http://www.rfreitas.com/Nano/DeathIsAnOutrage.htm.
Accédé le 15 octobre 2008.

9. Freitas RA Jr. Nanomedicine. KurzweilAI.net. 17 novembre 2003. En outre disponible à : http://www.kurzweilai.net/meme/frame.
HTML ? main=/articles/art0602.html. Accédé le 15 octobre 2008.