რა არის ნანოტექნოლოგია და ნანომედიცინა — მოკლედ, გამოყენების სფეროები და მაგალითები

სტატიების სერია

ნანოტექნოლოგია ატომურ და მოლეკულურ დონეზე ნივთიერების კონტროლია და მეცნიერების შედარებით ახალი დარგია. იგი აგრეთვე განისაზღვრება, როგორც ნივთიერების კონტროლი, რომლის სულ მცირე ერთი განზომილება 1 ნანომეტრიდან 100 ნანომეტრამდეა. სამედიცინო, სამრეწველო და სამხედრო გამოყენების მრავალფეროვნების გამო სახელმწიფოებმა კვლევებში მილიარდები ჩადეს. ზომით განსაზღვრული ნანოტექნოლოგია გეომეცნიერებას, ორგანულ ქიმიას, მოლეკულურ ბიოლოგიას, ნახევარგამტარების ფიზიკასა და მიკროფაბრიკაციას მოიცავს და ფართოა. კვლევები და გამოყენებაც მრავალფეროვანია. ბოლო ხანს მან კლინიკურ მედიცინაში, განსაკუთრებით ონკოლოგიაში, მნიშვნელოვანი წვლილის შეტანა დაიწყო.

ნანომასალებს ონკოლოგიისთვის იდეალური თვისებები აქვს. განსაკუთრებით ორი — სიმსივნეში უპირატესი დაგროვება და ნორმალურ ქსოვილში მცირე განაწილება — მათ მცირე მოლეკულებზე ხელსაყრელს ხდის. ეს თვისებები რადიაციულ ონკოლოგიაში კარგად შეისწავლეს და გამოსახულების, მკურნალობის დაგეგმვისა და დასხივებისადმი მგრძნობელობის ზრდისთვის სასარგებლოა. ამ სერიაში განვიხილავთ ონკოლოგიისთვის შესაფერის ნანომასალებსა და კიბოს მკურნალობის მომავალ შესაძლო სარგებელს.

ისტორია

პირველი კონცეფციები ცნობილმა ფიზიკოსმა Richard Feynman-მა, რომელიც ატომური ბომბის შექმნაშიც მონაწილეობდა, 1959 წელს ცნობილ გამოსვლაში There is Plenty of Room at the Bottom („ქვემოთ ბევრი ადგილია“) განიხილა, როცა ატომების უშუალო კონტროლით სინთეზის შესაძლებლობაზე საუბრობდა.

1980-იან წლებამდე ძირითადად თეორიული განხილვის შემდეგ, 2000-იანი წლების დასაწყისში სამეცნიერო, პოლიტიკური და კომერციული ინტერესი გაიზარდა. სახელმწიფოებმა კვლევების მხარდაჭერა და დაფინანსება დაიწყეს ამერიკის National Nanotechnology Initiative-იდან, რომელმაც ნანომასშტაბის კვლევების ფონდი შექმნა.

ნანოტექნოლოგიის გამოყენება

ნანოტექნოლოგიამ დისკუსიებიც წარმოშვა: საკვებში გამოყენების რისკები, ნაწილაკების ზემოქმედების შესაძლო ჯანმრთელობის შედეგები და სხვა. ამავდროულად დაიწყო ნანომასშტაბის ტექნოლოგიებზე დაფუძნებული პროდუქტების კომერციალიზაცია. ისინი ატომური კონტროლის ნაცვლად ძირითადად ნანომასალების მოცულობით გამოყენებას ეფუძნება. Project on Emerging Nanotechnology-ის შეფასებით, საზოგადოებისთვის 1600-ზე მეტი პროდუქტი ხელმისაწვდომია და კვირაში 3-4-ჯერ ახალი გამოდის. პროექტი ყველა პროდუქტს საჯარო ონლაინ ბაზაში აღრიცხავს. უმეტესობა პირველი თაობის პასიურ ნანომასალებს იყენებს: ტიტანის ოქსიდი მზის კრემში, კოსმეტიკაში, საფარებსა და ზოგ საკვებში; ნახშირბადის ალოტროპები gecko tape-ისთვის; ვერცხლი შეფუთვაში, ტანსაცმელში, სადეზინფექციო საშუალებებსა და ტექნიკაში; თუთიის ოქსიდი კოსმეტიკასა და მზის კრემში და ცერიუმის ოქსიდი საწვავის კატალიზატორად. უფრო განვითარებული გამოყენება ჩოგბურთის ბურთს გამძლეს, გოლფის ბურთის ფრენას სწორს, ბოულინგის ბურთს კი გამძლესა და მაგარზედაპირიანს ხდის. შარვლებსა და წინდებში გამძლეობისა და ზაფხულში სიგრილისთვის გამოიყენება. სახვევებში ვერცხლის ნაწილაკები შეხორცებას აჩქარებს. მანქანებიც ნანომასალებით მზადდება და მომავალში ნაკლები მეტალი და საწვავი შეიძლება დასჭირდეს. სათამაშო კონსოლები და პერსონალური კომპიუტერები შეიძლება იაფი, სწრაფი და მეტი მეხსიერების მქონე გახდეს.

The Institute for Global Futures ნანოტექნოლოგიას მომავალ 10 წელიწადში ყველაზე დიდი სოციალურ-ეკონომიკური გავლენის სფეროდ ასახელებს. 2010 წელს საბოლოო ნანოპროდუქტების დამატებული ღირებულება მსოფლიო ეკონომიკაში 150 მილიარდი USD იყო, 2014 წელს კი 2.6 ტრილიონი USD გახდა.

დიდიდან პატარისკენ: მასალების პერსპექტივა

სისტემის შემცირებასთან ერთად ზოგი მოვლენა თვალსაჩინო ხდება. ნანომასშტაბის მასალები მაკრომასშტაბისგან განსხვავებულ თვისებებს ავლენს და უნიკალურ გამოყენებას იძლევა. გაუმჭვირვალე შეიძლება გამჭვირვალე გახდეს (სპილენძი), სტაბილური — აალებადი (ალუმინი), უხსნადი — ხსნადი (ოქრო). ჩვეულებრივ ქიმიურად ინერტული ოქრო ნანომასშტაბზე შესაძლო კატალიზატორია. ინტერესის დიდი ნაწილი ნანომასშტაბის კვანტური და ზედაპირული მოვლენებიდან მოდის.

მარტივიდან რთულისკენ: მოლეკულური პერსპექტივა

თანამედროვე სინთეზური ქიმია თითქმის ნებისმიერი სტრუქტურის მცირე მოლეკულის შექმნას აღწევს. მეთოდებით სამედიცინო პროდუქტები და კომერციული პოლიმერების მსგავსი სასარგებლო ქიმიკატები მზადდება. ეს მიდგომები ქვემოდან ზემოთ მოლეკულური თვითაწყობით და/ან სუპრამოლეკულური ქიმიით ავტომატურად სასარგებლო ფორმებად გარდაქმნას იყენებს.

მნიშვნელოვანი გამოყენების სფერო: მედიცინა

ნანომასშტაბზე ნივთიერების ინჟინერიამ შეიძლება ნანონაწილაკები მოგვცეს — 100 nm-ზე მცირე ნანომასალები. მათ მცირე მოლეკულებისგან განსხვავებული საკუთარი თვისებები აქვს, რომლებიც ახალი დიაგნოსტიკური და თერაპიული ნივთიერებების შესაქმნელად გამოიყენეს. მაგალითად, რკინის ოქსიდის ნანონაწილაკებს სხვა რკინის ოქსიდებში არმყოფი სუპერპარამაგნიტური თვისებები აქვს. გარე მაგნიტური წყაროსას დაბალ დოზაშიც პარამაგნიტურ სიგნალს იძლევა და მაგნიტურ-რეზონანსული (MR) გამოსახულებისთვის შესანიშნავ კონტრასტს ქმნის.

ნანომასალებს ონკოლოგიისთვის ასევე აქვს გაზრდილი გამტარობისა და შეკავების ეფექტი (enhanced permeability and retention (EPR) effect), განსხვავებული ბიოგანაწილება, ფარმაკოკინეტიკა და კონტროლირებული გამოყოფა. სიმსივნის ჟონვადი სისხლძარღვები და არაეფექტიანი ლიმფური სისტემა ნაწილაკებს შესვლის, მაგრამ უკან დაბრუნების საშუალებას არ აძლევს. ამას EPR ეფექტი ეწოდება და უპირატეს დაგროვებას იწვევს, რაც დიაგნოსტიკასა და მკურნალობაში სასარგებლოა. მცირე მოლეკულებისგან განსხვავებით ნაწილაკები ნორმალურ სისხლძარღვებსა და კაპილარებს არ ეკვრის. ამით ნორმალურ ორგანოებში, კანში, ფილტვებსა და გულში არასასურველი წამლის დაგროვება ძალიან მცირეა. მრავალი ნაწილაკი ნელი, კონტროლირებული გამოყოფისთვის შეიძლება შეიქმნას და სიმსივნის უჯრედების შიგთავსის კიბოს საწინააღმდეგო წამალთან შეხვედრის ალბათობა გაიზარდოს.

მიუხედავად ამისა, ონკოლოგიური ნანოკვლევების უმეტესობა დიაგნოსტიკასა და ქიმიოთერაპიის გადატანას ეხება. რადიაციული ონკოლოგიის განვითარებისთვის გამოყენების მიმართ ძლიერი ინტერესი გაჩნდა.

დაკავშირებული თემა

- ნანოტექნოლოგიის საფუძვლები, სტატია 2: ნანონაწილაკების პლატფორმები, ნანოტექნოლოგია გამოსახულებასა და დიაგნოსტიკაში