Нанотехнології у медицині Виконала студентка 2 курсу 21

Нанотехнології у медицині Виконала студентка 2 курсу 21 групи ПОМУ Галун Марина

Вступ • Останнім часом нанотехнології все активніше впроваджуються в багато сфер людської діяльності. Ця тенденція не оминула і медицину. Сьогодні макромолекули і штучно приготовлені частинки застосовуються для діагностики, лікування різних захворювань і відновлення пошкоджених тканин. Новий напрямок отримало назву наномедицина.

Вступ Нанотехнологія знаходиться поки на самому початку свого розвитку , проте вже зараз ясно , що крихітні наночастинки розміром в одну мільйонну частину шпилькової головки надають величезні можливості в різних областях медицини. Можна було б , наприклад , створити механізми , які знаходили б в організмі людини злоякісні клітини і доставляли до них ліки , що дозволило б уникнути побічних ефектів хіміотерапії та радіації. Лікування раку за допомогою нанотехнологій - це всього лише теорія , і для її втілення в життя потрібні багаторічні дослідження

ПЕРШІ КРОКИ • Вперше, ще в 400 р. до н. е. , грецький філософ Демокріт задумався про самих малих частинках, з яких складається речовина, . Саме він ввів поняття атом, що означає нераскаливаемий. • У 1905 році великий Ейнштейн висловив припущення, що розмір молекули цукру становить 1 нанометр. • У 1931 році німецькі фізики створили електронний мікроскоп, який нарешті дозволив побачити людині нанооб'єктів. • У 1974 році японський фізик Норіо Танігучі пропонує назвати механізми розміром менше одного мікрона, словом нанотехнології.

ПЕРШІ КРОКИ • У 1981 році німецькі фізики створили мікроскоп, за допомогою якого вдалося розглянути окремі атоми. • У 1986 році футуролог Ерк Дрекслер публікує книгу, в якій пророкує величезне майбутнє нанотехнологій. З тих пір нанотехногіі отримали широкого суспільного розголосу. • У 1998 році голландський фізик Сеез Деккер знаходить вже практичне застосування нанооб'єктів. Він створює транзистор на основі нанотехнологій.

ПЕРШІ КРОКИ Медикам область нано знайома давно. Багато досліджувані ними біологічні об'єкти менше мікрометра. Наприклад, пептиди мають розмір 1 нм, білки - від 10 до 100 нм.

ПЕРШІ КРОКИ ДНК людської клітини в довжину досягає 1, 5 м, проте в «упакованому» стані її поперечник становить лише 100 нм. Приблизно такі розміри мають антитіла, віруси, органели, а клітки і бактерії належать уже микромиру. Для наочності можна навести таке порівняння: якщо клітку збільшити до розмірів озера, то білки, антитіла, віруси будуть як дрібна риба, плаваюча в ньому.

ПЕРШІ КРОКИ • Саме такі розміри характерні для основних біологічних структур - клітин , їх складових частин ( органел ) і молекул. Вперше думка про застосування мікроскопічних пристроїв в медицині була висловлена в 1959 р. Р. Фейнманом у своїй знаменитій лекції "Там внизу - багато місця " ( з посиланням на ідею Альберта Р. Хіббс ). Але тільки в останні кілька років пропозиції Фейнмана наблизилися до реальності. Сьогодні нанотехнології ще досить далекі від описаного Фейнманом микроробота , здатного через кровоносну систему проникнути всередину серця і призвести там операцію на клапані.

Наноструктуровані матеріали Наноматеріали - це матеріали, структуровані на рівні молекулярних розмірів або близькому до них. Структура може бути більш-менш регулярній або випадковою. Поверхні з випадковою наноструктурою можуть бути отримані обробкою пучками частинок, плазмовим травленням і деякими іншими методами.

Наночастки Речовина може мати зовсім нові властивості, якщо взяти дуже маленьку частинку цієї речовини. Частинки розмірами від 1 до 100 нанометрів зазвичай називають «наночастинками» . Так, наприклад, виявилося, що наночастинки деяких матеріалів мають дуже хороші каталітичні та адсорбційні властивості. Інші матеріали показують дивовижні оптичні властивості, наприклад, надтонкі плівки органічних матеріалів, застосовують для виробництва сонячних батарей.

Наночастки Нанооб'єкти діляться на 3 основні класи: тривимірні частинки, одержувані вибухом провідників, плазмовим синтезом, відновленням тонких плівок і т. д. ; двовимірні об'єкти - плівки, одержувані методами молекулярного нашарування, методом іонного нашарування і т. д. ; одномірні об'єкти - вискер, ці об'єкти виходять методом молекулярного нашарування, введенням речовин в циліндричні мікропори.

Наночастки Також існують нанокомпозити - матеріали, отримані введенням наночастинок в будь матриці. На даний момент широке застосування отримав тільки метод мікролітографії, що дозволяє отримувати на поверхні матриць плоскі острівкові об'єкти розміром від 50 нм, застосовується він в електроніці. Інші методи в основному використовуються в наукових цілях. Особливо слід відзначити методи іонного і молекулярного нашарування, оскільки з їх допомогою можливе створення реальних монослоев

Наночастки Фулерени - молекулярні сполуки, що належать класу аллотропних форм вуглецю (інші - алмаз, карбін і графіт) і представляють собою опуклі замкнуті багатогранники.

Наночастки Для доставки лікарських засобів в потрібне місце організму можуть бути використані мініатюрні (~ 1 мк) капсули з нанопори. Вже випробовуються подібні мікрокапсули для доставки і фізіологічно регульованого виділення інсуліну при діабеті 1 -го типу. Використання пір з розміром порядку 6 нм дозволяє захистити вміст капсули від впливу імунної системи організму. Це дає можливість поміщати в капсули інсулін-продукують клітини тварини, які інакше були б відірвані організмом.

Нанотехнологічні сенсори і аналізатори Використання мікро - і нанотехнологій дозволяє багаторазово підвищити можливості з виявлення та аналізу надмалих кількостей різних речовин. Одним з варіантів такого роду пристрої є "лабораторія на чіпі" (lab on a chip). Це платівка, на поверхні якої впорядковано розміщені рецептори до потрібних речовин, наприклад, антитіла. Прикріплення молекули речовини до рецептора виявляється електричним шляхом або по флюоресценції. На одній платівці можуть бути розміщені датчики для багатьох тисяч речовин.

Наноманіпулятори Наноманіпулятор можна назвати пристрої, призначені для маніпуляцій з нанооб'єктів - наночастинками, молекулами і окремими атомами. Прикладом можуть служити скануючі зондові мікроскопи, які дозволяють переміщати будь-які об'єкти аж до атомів.

Мікро і нанопристрої різного ступеня автономності В даний час все більшого поширення набувають мініатюрні пристрої, які можуть бути поміщені всередину організму для діагностичних, а можливо, і лікувальних цілей. Сучасне пристрій, призначений для дослідження шлунково-кишкового тракту, має розмір кілька міліметрів, несе на борту мініатюрну відеокамеру і систему освітлення.

Наночастки У медицині проблема застосування нанотехнологій полягає в необхідності змінювати структуру клітини на молекулярному рівні, тобто здійснювати "молекулярну хірургію" за допомогою наноботів. Очікується створення молекулярних роботів-лікарів, які можуть "жити" всередині людського організму, усуваючи всі виникаючі ушкодження, або запобігаючи виникненню таких.

Основні напрямки застосування нанотехнологій • Виділяють кілька напрямків успішного застосування нанотехнологій: • 1. Доставка лікарських засобів (молекул) до мішені. • 2. Лікування та протезування з використанням наноматеріалів. • 3. Діагностика.

Основні напрямки застосування нанотехнологій Доставка ліків Незважаючи на широкий арсенал ліків, що застосовуються в медицині, однією з найважливіших проблем залишається їх адресна доставка з метою підвищення ефективності лікування. Розрізняють три види: захистити ліки від деградації і небажаних взаємодій з біологічними молекулами; збільшити селективну абсорбцію ліків пухлинними клітинами; збільшити доступність ліків всередину пухлинних клітин.

Основні напрямки застосування нанотехнологій Наноматеріали в якості лікарських засобів Наноматеріали можливо використовувати не тільки як засіб доставки лікарських молекул до мішеней, їх можна безпосередньо використовувати як ліки. Це забезпечується унікальними магнітними і оптичними властивостями наноматеріалів

Основні напрямки застосування нанотехнологій Біосенсори Розвиток нанотехнологій у біомедицині пов'язано з удосконаленням технологій і методів візуалізації, характеристики та аналізу біоматеріалу, що забезпечують високий ступінь дозволу порядку менше 10 -6 м. Магнітні наноматеріали є важливим джерелом для отримання біосенсорів. Найчастіше використовують наночастинки на основі оксиду заліза, покриті оболонкою з різних полімерів. При цьому оболонка захищає наночастинки оксиду заліза від хімічної взаємодії з молекулами клітин і тканин.

Висновки Нанотехнології можуть привести світ до нової технологічної революції і цілком змінити не тільки економіку, а й середовище проживання людини. Для досягнення цих цілей людству необхідно вирішити три основні питання: 1. Розробити і створити молекулярних роботів, які зможуть ремонтувати молекули. ? 2. Розробити і створити нанокомп'ютер, які управлятимуть наномашинами. ? 3. Створити повний опис всіх молекул в тілі людини, інакше кажучи, створити карту людського організму на атомному рівні.