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Revista de Life Extension

LE Magazine enero de 2009
Informes

Nanotecnología y palmo radicalmente duradero

Por Robert A. Freitas Jr.
Nanotecnología y palmo radicalmente duradero

Una revolución en tecnología médica asoma grande en el horizonte. El agente del cambio es microscópico pequeño y se define en nomenclatura de hoy como nanotecnología.

La nanotecnología es la ingeniería de estructuras molecular exactas y, en última instancia, de máquinas moleculares. El prefijo “nano” refiere a la escala de estas construcciones. Un nanómetro es uno-milmillonésima de un metro, la anchura de cerca de cinco átomos de carbono acurrucados de lado a lado. Nanomedicine es el uso de la nanotecnología a la medicina. La última herramienta del nanomedicine es el robot médico del nanorobot-al tamaño de una bacteria, integrado por molécula-tamaño parte algo asemejarse a los engranajes, a los transportes, y a los trinquetes de la macroescala. El nanorobotics médico mantiene la promesa más grande para curar enfermedad y extender el palmo de la salud. Con esfuerzo diligente, las primeras frutas del nanorobotics médico podían comenzar a aparecer en el tratamiento clínico ya desde el 2020s.

¿Cuál es un Nanorobot médico?

Como un robot regular, un nanorobot se puede hacer de muchos millares de partes mecánicas tales como transportes y engranajes integrados por el material tipo diamante fuerte. Un nanorobot tendrá motores para hacer movimiento de las cosas, y quizás los brazos del manipulante o las piernas mecánicas para la movilidad. Tendrá una fuente de alimentación para que la energía, los sensores para dirigir sus acciones, y un ordenador a bordo controlen su comportamiento. Pero a diferencia de un robot regular, un nanorobot será muy pequeño. Un nanorobot que viajaría a través de la circulación sanguínea debe ser bastante minúsculo exprimir a través incluso de los capilares más estrechos en el cuerpo humano. Tales máquinas deben ser más pequeñas que los glóbulos rojos en nuestra sangre. Una medida conveniente del tamaño es el micrón, o uno-millonésimo de un metro. Un glóbulo rojo tiene cerca de siete micrones de ancho. Un nanorobot médico sangre-llevado será típicamente no más grande de dos a tres micrones en su dimensión más grande. Las piezas que componen un nanorobot todavía serán mucho más pequeñas, típicamente un a diez nanómetros de tamaño. Por ejemplo, el engranaje planetario mostrado adentro (el cuadro 1 abajo) es un mecanismo simple propuesto que convierte una clase de movimiento rotatorio en otra. Es cerca de cuatro nanómetros de par en par y comprendería cerca de 4.000 átomos dispuestos en una estructura atómico exacta.

Herramientas futuras para luchar la infección

¿Qué pudo un nanorobot médico típico parecer? El “microbivore” mostrado adentro (el cuadro 2 abajo) actuaría como célula blanca mecánica artificial, buscando y digiriendo patógeno indeseados incluyendo bacterias, virus, u hongos en la circulación sanguínea. Un paciente con una infección del bloodborne pudo ser inyectado con una dosis de cerca de 100 mil millones microbivores (cerca de 1 cc). Cuando una bacteria apuntada topa en un microbivore, el microbio se pega a los nanorobot superficiales como una mosca cogida en el papel matamoscas. Resumiéndose ataca emergen del casco de los microbivore y transportan el patógeno hacia el frente del dispositivo, estilo del movimiento de página, y en boca de los microbivore la “.” Una vez dentro, el microbio es picadito y digerido en los aminoácidos, los mononucleótidos, los ácidos grasos simples y los azúcares. Estas moléculas básicas entonces se descargan inofensivo nuevamente dentro de la circulación sanguínea a través de un puerto de extractor en la parte posterior del dispositivo. El ciclo entero de la digestión tarda solamente 30 segundos. Un tratamiento completo pudo tardar minutos u horas, lejos más rápidamente que los días o las semanas necesarios a menudo para que los antibióticos trabajen. Cuando se acaba el tratamiento nanorobotic, el doctor utiliza una señal del ultrasonido de decir a los microbivores de circulación que su trabajo está hecho. Los nanorobots después salen el cuerpo a través de los riñones y se excretan con la orina a su debido tiempo. Los nanorobots relacionados se podían programar para reconocer y para digerir rápidamente incluso a los agregados más minúsculos de células cancerosas tempranas.

Cuadro 1. engranaje planetario de Nanoscale. Cuadro 2. Microbivore. Diseñador Robert A. Freitas Jr. , diseño adicional Forrest Bishop. Cuadro 3. Chromallocytes.
Cuadro 1. engranaje planetario de Nanoscale. Cuadro 2. Microbivore. Diseñador Robert A. Freitas Jr. , diseño adicional Forrest Bishop. Cuadro 3. Chromallocytes.
Cuadro 4. engranaje planetario de Nanoscale. Cuadro 5. Microbivore. Diseñador Robert A. Freitas Jr. , diseño adicional Forrest Bishop.
El cuadro 4. logotipo de IBM deletreó hacia fuera en átomos. El cuadro 5. átomos de carbono de los depósitos del tooltip de Mechanosynthetic en diamante emerge.

Reemplazo de las células gastadas o dañadas

Los nanorobots médicos se podían también utilizar para realizar cirugía en las células individuales. En un procedimiento, un nanorobot llamado un “chromallocyte” (el cuadro 3 antedicho), controlado por un médico, extraería todos los cromosomas existentes de una célula enferma e insertaría nuevos frescos en su lugar. Este proceso se llama terapia del reemplazo del cromosoma. Los cromosomas del reemplazo se fabrican anterior, fuera del cuerpo del paciente, usando un nanofactory de escritorio que incluya una planta de fabricación molecular. El propio genoma individual del paciente sirve como el modelo fabricar el nuevo material genético. Cada chromallocyte se carga con una sola copia de un sistema digital corregido del cromosoma. Después de la inyección, cada dispositivo viaja a su célula del tejido de la blanco, incorpora el núcleo, substituye genes gastados viejos por las nuevas copias del cromosoma, después sale la célula y se quita del cuerpo. Si el paciente elige, los genes defectuosos heredados se podrían substituir por las secuencias no defectivas de los base-pares, curando permanentemente cualquier enfermedad genética e incluso célula cacerígena de permiso que se reprogramarán a un estado sano. Quizás más importante, la terapia del reemplazo del cromosoma podría corregir el daño y las mutaciones genéticos de acumulación que llevan al envejecimiento en todos de nuestras células.

Construcción de un futuro emocionante

Ahora, los nanorobots médicos son apenas teoría. Para construirlos realmente, necesitamos crear una nueva tecnología llamada fabricación molecular. La fabricación molecular es la producción de estructuras atómico exactas del complejo usando la fabricación y el montaje posicional controlados de nanoparts dentro de un nanofactory. La primera prueba experimental que los átomos individuales podrían ser manipulados fue obtenida por los científicos de IBM detrás en 1989 cuando utilizaron un microscopio el hacer un túnel de la exploración para colocar exacto 35 átomos del xenón en una superficie del níquel para explicar el logotipo corporativo “IBM” (el cuadro 4 antedicho). Semejantemente, dentro de las moléculas simples nanofactory de la materia de base tales como metano (gas natural), el propano, o el acetileno será manipulado por extremidades minúsculas de la punta de prueba para construir las estructuras atómico exactas tales como el engranaje del nanoscale mostrado adentro (el cuadro 1 antedicho).

Aquí es cómo trabajará. Una herramienta del nanoscale con una extremidad químicamente reactiva se trae en contacto físico con un objeto. La extremidad fuerza mecánicamente un vínculo químico para formar en un lugar específico entre los átomos existentes en el objeto y uno o más átomos de la materia de base que están limitados temporalmente a la herramienta. Retirar la herramienta rompe mecánicamente el enlace entre la materia de base y la herramienta, dejando los átomos de la materia de base en el objeto, un proceso llamado mechanosynthesis (cuadro 5 antedicho). La herramienta después se recarga con materia de base fresca y está lista para ir otra vez. Tal herramienta es conceptual similar a la caja más familiar de un destornillador magnetizado que sostenga un tornillo. Después de que el tornillo sea girado en un agujero en un objeto dando vuelta al destornillador, retirar el destornillador deja el tornillo en el agujero porque se sostiene allí más firmemente que su atracción magnética relativamente débil a la extremidad del destornillador.

Con mis colegas científicos, hemos hecho el análisis extenso y las simulaciones por ordenador muy sofisticadas de la química del quántum (e.g., cuadro 5 antedicho) de un gran número de tooltips y de secuencias potenciales de la reacción. Publicamos recientemente la primera descripción de un conjunto completo de herramientas y posicional controlamos las reacciones que deben permitirnos construir pequeños pedazos del cristal perfecto del diamante. Las extensiones futuras de estas herramientas y reacciones deben dejarnos movernos encendido a objetos más complejos del diamondoid del nanoscale tales como el engranaje del nanoscale (mostrado en el cuadro 1 antedicho). En 2005, publiqué la primera oferta práctica para construir un tooltip mechanosynthetic que era el tema de la primera patente del mechanosynthesis archivado nunca. Con un colega en 2008, sometí la segunda patente del mechanosynthesis archivado nunca, describiendo las técnicas adicionales para construir más tooltips.

Hace varios años, Ralph Merkle y yo fundamos la colaboración de Nanofactory para coordinar un programa de R&D experimental y teórico combinado para diseñar y para construir el primer diamondoid de trabajo nanofactory. Este esfuerzo a largo plazo debe comenzar desarrollando la tecnología inicial del mechanosynthesis posicional controlado de las estructuras del diamondoid usando tooltips dirigidos y materia de base molecular simple. Nuestra colaboración ha llevado a los esfuerzos constantes que implicaban colaboraciones directas entre 23 investigadores y otros, incluyendo 17 candidatos de los doctorados o del doctorado en nueve organizaciones en cuatro países – los E.E.U.U., el Reino Unido, la Rusia, y la Bélgica. Docena papeles par-revisados están publicados o en curso 2008.

Qué usted necesita conocer: Life Extension y Nanorobotics médico

• La nanotecnología es la ingeniería de estructuras molecular exactas y, en última instancia, de máquinas moleculares.

• Nanomedicine es el uso de la nanotecnología a la medicina. La última herramienta del nanomedicine es el robot médico del nanorobot-al tamaño de una bacteria, integrado por molécula-tamaño parte.

• El nanorobotics médico mantiene la promesa más grande para curar enfermedad y extender el palmo de la salud.

• Los progresos actuales en nanomedicine llevarán en última instancia al diseño y a la fabricación de nanorobots médicos para la extensión de vida, posiblemente por el 2020s.

Pero ahora es hora de poner nuestras teorías a la prueba. Después de trabajar de cerca por tres años con Philip Moriarty, uno de los microscopistas principales de la punta de prueba de la exploración en el Reino Unido, nuestro colega internacional ahora está emprendiendo experimentos directos para construir y para validar varios de nuestros tooltips propuestos del mechanosynthesis en su laboratorio. También estamos preparando una oferta del programa de investigación nuestros los propio para solicitar la financiación adicional de diversas fuentes públicas o privadas de los E.E.U.U. para apoyar más lejos el trabajo experimental y de la teoría mechanosynthesis-relacionado sobre un horario grandemente acelerado. Esperamos que estos esfuerzos lleven en última instancia al diseño y a la fabricación de nanorobots médicos para la extensión de vida, posiblemente durante el 2020s.

Somos agradecidos al Life Extension Foundation para que los dineros que contribuyen ayuden a financiar nuestra investigación durante las etapas embrionarias del este desarrollo de proyecto. © 2008 Robert A. Freitas, JR. Todos los derechos reservados.

Si usted tiene cualesquiera preguntas sobre el contenido científico de este artículo, llame por favor a un consejero de la salud de Life Extension en 1-800-226-2370.

Web site útiles

  1. Web site personal de Robert Freitas: http://www.rfreitas.com.

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

  3. Web site de la colaboración de Nanofactory: http://www.MolecularAssembler.com/Nanofactory.

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

El Life Extension Foundation ha contribuido la financiación para apoyar el trabajo de Robert Freitas.

Robert Freitas es investigación mayor

Robert Freitas
Robert Freitas

La persona en el instituto para la fabricación molecular (IMM) en Palo Alto, California, y era científico de la investigación en Zyvex Corporation (Richardson, Tejas), la primera compañía molecular de la nanotecnología, durante 2000-2004. Él recibió grados de las BS en la física y psicología de Harvey Mudd College en 1974 y un grado de JD de la universidad de Santa Clara en 1979. Freitas co-corrigió el análisis el an o 80 de viabilidad de la NASA de las fábricas del espacio uno mismo-que replicaban y en 1996, sido autor el primer estudio del proyecto técnico detallado de un nanorobot médico publicado nunca en un diario par-revisado del biomedical de la corriente principal. Sus intereses de la investigación incluyen: nanomedicine, diseño médico del nanorobotics, sistemas moleculares de la máquina, mechanosynthesis del diamondoid (teoría y caminos experimentales), ensambladores y nanofactories moleculares, y uno mismo-réplica en sistemas de la máquina y de fábrica. Él ha publicado 35 publicaciones arbitradas del diario, capítulos contribuidos del libro, y ha cofundado la colaboración de Nanofactory. Su Home Page es www.rfreitas.com.

(Cuadro 6 abajo). Robert Freitas es el autor de Nanomedicine, la discusión técnica de la primera libro-longitud de los usos médicos potenciales de la nanotecnología molecular y del nanorobotics médico; los primeros dos volúmenes de esta serie del cuatro-volumen fueron publicados en 1999 y 2003 por la ciencia biológica de las Landas. Él también co-ha sido autor de las máquinas Uno mismo-que replicaban cinemáticas (ciencia biológica de las Landas, 2004)

 

Cuadro 6. engranaje planetario de Nanoscale. Cuadro 6. engranaje planetario de Nanoscale. Cuadro 6. engranaje planetario de Nanoscale.
Cuadro 6: Volumen 1 de Nanomedicine: Capacidades básicas Volumen 2A de Nanomedicine: Biocompatibility Máquinas Uno mismo-que replican cinemáticas
Referencias

1. Primer libro en el nanomedicine publicado nunca: Freitas RA Jr. Nanomedicine, volumen I:
Capacidades básicas. Georgetown, TX: Ciencia biológica de las Landas; 1999. También disponible en: http://www.nanomedicine.com/NMI.htm.
15 de octubre de 2008 alcanzado.

2. Freitas RA Jr. Nanomedicine, volumen IIA: Biocompatibility. Georgetown, TX: Ciencia biológica de las Landas; 2003. También disponible en:
http://www.nanomedicine.com/NMIIA.htm. 15 de octubre de 2008 alcanzado.

3. Primer papel médico del diseño del nanorobot publicado nunca: Freitas RA Jr. Diseño exploratorio en nanotecnología médica:
Un glóbulo rojo artificial mecánico. Sangre de células de Artif Substit Immobil Biotechnol. 1998; 26:411-30. También disponible en:
http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html. 15 de octubre de 2008 alcanzado.

4. Documento publicado del diseño sobre los microbivores: Freitas RA Jr. Microbivores: Fagocitos mecánicos artificiales usando el resumen y
Protocolo de la descarga. J Evol Technol. El 2005 de abril; 14:55-106. También disponible en:
http://www.jetpress.org/volume14/freitas.pdf. 15 de octubre de 2008 alcanzado.

5. Primera descripción técnica de un nanorobot de la reparación de la célula publicado nunca: Freitas RA Jr. El vector ideal de la entrega del gen: chromallocytes,
nanorobots de la reparación de la célula para la terapia del reemplazo del cromosoma. J Evol Technol. El 2007 de junio; 16:1-97.
También disponible en: http://jetpress.org/v16/freitas.pdf. 15 de octubre de 2008 alcanzado.

6. Libro de la encuesta en uno mismo-réplica: Freitas RA Jr, Merkle RC. Máquinas Uno mismo-que replican cinemáticas.
Georgetown, TX: Ciencia biológica de las Landas; 2004. También disponible en: http://www.MolecularAssembler.com/KSRM.htm.
15 de octubre de 2008 alcanzado.

7. Freitas RA Jr. ¡Diga ah! Las ciencias. El 2000 de julio/agosto; 40:26-31. También disponible en:
http://www.foresight.org/Nanomedicine/SayAh/index.html. 15 de octubre de 2008 alcanzado.

8. Freitas RA Jr. ¡La muerte es un ultraje! Conferencia invitada entregada en la quinta conferencia de Alcor sobre Life Extension extremo,
16 de noviembre de 2002, playa de Newport, CA. También disponible en: http://www.rfreitas.com/Nano/DeathIsAnOutrage.htm.
15 de octubre de 2008 alcanzado.

9. Freitas RA Jr. Nanomedicine. KurzweilAI.net. 17 de noviembre 2003. También disponible en: http://www.kurzweilai.net/meme/frame.
¿HTML? main=/articles/art0602.html. 15 de octubre de 2008 alcanzado.