Nanotechnologia

Nanotechnologia i jej początki jako konceptu sięgają końcówki lat 50 ubiegłego wieku. Wówczas, podczas wykładu na Caltechu przed publicznością składającą się z członków Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, amerykański fizyk – noblista Richard Feynman, przedstawił pomysł, który wyewoluował w jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi nauki przełomu XX i XXI wieku. Feynman swój występ zatytułował: „There’s Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics” i przedstawił tezy, które zainspirowały badaczy z całego świata.

Feynman przedstawił wizję, w której naukowcy mogą wykorzystywać inżynierię na poziomie atomowym, aby tworzyć dowolne struktury materii, łącząc pojedyncze atomy danych pierwiastków. Szczególnie interesujące, według autora, były zastosowania tego rodzaju technologii do miniaturyzacji komputerów (zajmujących wówczas całe pomieszczenia), a także stworzenia nowych rodzajów mikroskopii, tak żeby móc zajrzeć jeszcze „głębiej” aniżeli było to możliwe. Amerykanin dostrzegł możliwość opracowania maszyn molekularnych, zdolnych do „układania atomów według naszej woli”, przedstawił również koncept „połknięcia lekarza” – stworzenia robota chirurgicznego w nanoskali, zdolnego do nieinwazyjnej „naprawy” organizmu od wewnątrz [1].

Feynman, choć sam w badania nad nanotechnologią nie był zaangażowany, zdecydował się ufundować dwie nagrody, po tysiąc dolarów każda. Pierwsza z nich, ku rozczarowaniu fundatora, została przyznana zaledwie rok później, za skonstruowanie silnika mieszczącego się wewnątrz sześcianu o boku krótszym niż 1/64 cala (ok. 400 nm). Druga nagroda na przyznanie czekała do 1985 roku, a dotyczyła zmniejszenia strony tekstu pisanego do rozmiaru w skali 1:25000 [2].

Kolejne przełomowe odkrycia w rozwoju tej gałęzi nauki przypisać można badaczom z całego świata – w 1974 r. Norio Taniguchi po raz pierwszy użył terminu nanotechnologia, w 1977 roku Eric Drexler przedstawił bardziej szczegółową wizję molekularnego assemblera – urządzenia zdolnego do chwytania atomów i układania ich według zadanego programu [3, 4].

Opracowanie nowych metod wysokorozdzielczej mikroskopii było kamieniem milowym w rozwoju nanotechnologii, szczególnie w badaniu jej możliwych zastosowań. Szczególną uwagę zwrócić należy na opracowanie i rozwój skaningowej mikroskopii tunelowej (STM), a także mikroskopii sił atomowych (AFM). Zastosowanie takich technik umożliwiło precyzyjne pokazanie nanostruktur, co z kolei spowodowało powstanie nowych dziedzin nauki, skupionych konkretnie na nanoskali [3, 4].

Feynman bez wątpienia ściągnął zainteresowanie i pobudził ciekawość badaczy na całym świecie. Zauważalny stał się podział na dwa możliwe podejścia do tematu: „z góry na dół”, o którym wspomniał Amerykanin, które zakłada stopniową miniaturyzację narzędzi, tak aby osiągnąć skalę nanometrów. Podejście przeciwne, „od dołu do góry”, zakładało tworzenie struktur w skali nanometrycznej, z pojedynczych atomów bądź grup. Druga z powyższych teorii, stała się popularna w 1986 roku, wraz z publikacją Erica Drexlera, zatytułowaną „Engines of Creation. The Coming Era of Nanotechnology”, gdzie autor zawarł ten pomysł na „inżynierię molekularną” [4].

Temat możliwego zastosowania w medycynie nanorobotów oraz „maszyn molekularnych” rozwinięto w 1991 roku, w publikacji pt. „Unbounding the Future. The Nanotechnology Revolution” autorstwa Erica Drexlera, Chrisa Patersona oraz Gayle’a Pergamita, gdzie również po raz pierwszy użyto sformułowani „nanomedycyna”. Termin ten został usystematyzowany dopiero w roku 1999, wraz z publikacją Roberta A. Freitasa, zatytułowaną „Nanomedicine” [4].

Można popuścić wodze fantazji i wyobrazić sobie świat, w którym o zdrowie dbają bioinformatycy oraz specjaliści od medycznych nanourządzeń. Wizja nanobotów, będących w stanie „patrolować” organizm, rozpoznawać stany chorobowe i dokonywać „napraw” w organizmie jest jednak w dalszym ciągu kwestią odległej przyszłości, zatem aktualne starania w dziedzinie nanomedycyny skupione są na kontrolowaniu i manipulowaniu procesów komórkowych, za pomocą celowanych terapii. Szczególnie interesujące są zagadnienia związane z możliwością zamknięcia cząsteczek leków, szczepionek czy genów w nośnikach z nanomateriałów, które dzięki niewielkim rozmiarom, mogą dotrzeć do konkretnych miejsc w organizmie, aby uwolnić substancje czynne w odpowiednim miejscu w organizmie, zwiększając tym samym wydajność terapii [4].

Wszystkie te osiągnięcia nauki doprowadziły do momentu, w którym nanotechnologia, nie jest jedynie konceptem w książkach i filmach gatunku science fiction, ale jest obecna w życiu codziennym. Choć jej użyteczność w dniu dzisiejszy jest ograniczona, nie można zapomnieć, iż jest to bardzo młoda dziedzina, a rozwój przebiega tak szybko, że przyszłość może nadejść szybciej niż się spodziewamy.


Źródła:

  • [1] – Feynman R.P. – There’s Plenty of Room at the Bottom – An Invitation to Enter a New Field of Physics, 1959 http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
  • [2] – Sokół J.L. – Nanotechnologia w życiu człowieka, 2012
  • [3] – Szymański P., Markowicz M., Mikiciuk Olasik E. – Zastosowanie nanotechnologii w medycynie i farmacji, 2012
  • [4] – Krukemeyer M.G., Krenn V., Huebner F., Wagner W., Resch R. – History and Possible Uses of Nanomedicine Based on Nanoparticles and Nanotechnological Progress, 2015

Autor: Michał Gołąbek, ExecMind – International Executive Search

Michał Gołąbek jest absolwentem Inżynierii Biomedycznej na AGH, w specjalności bionanotechnologie, kontynuował również edukację na studiach podyplomowych z Biologii Molekularnej na Uniwersytecie Jagiellońskim. Obecnie pracuje w firmie ExecMind, gdzie zajmuje się łączeniem czołowych talentów naukowych, z całego świata, z możliwościami rozwoju w sektorze Life Science i technologii medycznych, a także analizą rynku biotechnologicznego.

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska

PODZIEL SIĘ