خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





     نانو ربات های پزشکی 

    با استفاده از دانش نانوتکنولوژی محققان توانسته اند نانو ربات های زیستی طراحی کنند که در بدن انسان قرار می گیرند و نقش محافظ و درمانگر را ایفا می کنند. این ریز ماشین های هوشمند قادرند چندین نسخه از خودشان تهیه کنند و جایگزین بافت های فرسوده یا آسیب‌دیده کنند. این فرایند را خود تکثیری می‌نامند. در آینده نانو ربات های هوشمند در مغز و بدن هر انسانی به تعداد زیاد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بیماری ها مصون می دارند حتی روند پیر شدن بشر را به تعویق می اندازند و نیز قدرت جسمانی و حافظه را تقویت می کنند. با استفاده از نانوتکنولوژی دستیابی به انرژی خورشیدی امکان پذیر خواهد شد. انرژی خورشیدی قابل تبدیل و استفاده به اشکال مختلف انرژی است و بشر را از منابع دیگر انرژی بی نیاز می کند.
     نانوربات ها ماشین های کوچکی هستند که برای انجام عملیاتی خاص و بعضا تکرارشونده با دقت بسیار بالا طراحی شده اند. نانو ‌ به معنی یک بیلیونیوم یا یک میلیاردم است. نانو ربات ها نه تنها قادر به تشخیص محل دقیق سرطان خواهند بود بلکه داروی مناسب برای از بین بردن سلول های سرطانی را تزریق می کنند. امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه درمان بیماری هایی چون دیابت، بیماری های قلبی و ایدز در حال انجام است. نانوربات ها دارای امکانات بالقوه ای هستند که با اجتماع و قرارگیری به صورت کلونی قادرند به طور موشکافانه و دقیق از سیستم حفاظت کنند. در واقع با ساختاری اتمی یا مولکولی در یک فرایند شناخته شده قرار داده می شوند تا چرخه ای را کامل کنند. تکنولوژی نانورباتیک آنقدر سریع در حال پیشرفت است که به یقین زندگی انسان از اواسط قرن جاری به کلی متحول خواهد شد. این تغییرات شامل از بین رفتن بسیاری از بیماری ها، کاهش عوامل و عوارض بسیاری از امراض و حتی جراحی ها است. یکی از مهمترین برنامه های گسترش علوم رباتیک در جهان بیشتر کردن عمر بشر و مبارزه با پیری و عـواقب آن است. از دهه 80 میلادی تا کنون کوچک سازی (مینیاتورسازی) از اهم فعالیت ها در زمینه علوم کامپیوتری بوده است. سرعت رشد تکنولوژی هر بیست سال دو برابر خواهد شد، در نتیجه تکنولوژی در سال 2050 حدود 32 برابر از سال 1950 جلوتر خواهد بود. یکی از شاخه هایی که رشد تکنولوژی در آن بسیار چشمگیر است، دانش پزشکی است. با ساخت ابزار و وسایل پزشکی در آینده روند پیر شدن کند می شود و مبـارزه بـا بیمـاری هـا آسـان تـر و مطمئـن تـر خـواهـد شـد. در زمینه کالبدشناسی از نانوربات‌ها به منظور تعیین محل دقیق آسیب استفاده خواهد شد. در شرایطی استفاده از نانو ربات‌های زیستی ضروری به نظر می رسد که امکان دسترسی به عضو موردنظر دشوار بوده یا امکان پذیر نباشد یا حتی در مواردی که عواقب دردناک و دشواری توسط پزشک پیش بینی شود. برای طراحی یک نانوربات دانشمندان از مدل های طبیعی مثل ساختار رشته های DNAبهره می گیرند. با بهره گیری از دانش نانو تکنولوژی دانشمندان قادر به ساخت حسگرهای زیستی در ابعاد یک میلیاردم هستند.
    هم اکنون نانو ربات هایی که در مراکز تحقیقاتی ساخته می شود به اندازه ای کوچک هستند که هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بیرون پرتاب می شوند. یکی از اولین ریز ربات هایی که برای کمک به علم پزشکی ساخته شد سلئو نام داشت. این میکرو ربات برای جاسازی در داخل روده انسان طراحی شده بود. سئلو مجهز به یک چنگال و چند حسگر بود. حسگرها بدین منظور تعبیه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظیفه چنگال نیز برداشتن نمونه از سطح روده است. این ریز ماشین می توانست یا خود حرکت کند یا توسط پزشک با یک کنترل دستی به حرکت درآید. اسلوب کار نانو ربات هایی که در داخل بدن کار گذاشته می شوند، شبیه سازی از محیط در فضایی سه بعدی است و تجزیه و تحلیل اطلاعات در آن ها بر مبنای روش های عددی است. نانوربات ها مانند انسـان بـه اطـلاعـات اطـرافشـان نیاز دارند. به دلیل نوع کار این نانو ربات ها در بدن، تجهیزات و یا سخت افزار این ماشین های مولکولی بسیار پیشرفته و ابتکاری است. در ســاخــت سـنـســورهــای زیـسـتــی تـنـهــا روش هــای مـیـکــروالـکـتــرونیکـی کـاربـرد دارد. نانوربات‌های زیستی دارای سنسورهایی در ابعاد بسیار کوچک هستند و در عین حال به گونه ای طراحی شده اند که با شرایط زیستی بدن انسان سازگارند. نانوربات های زیستی با داشتن حسگرهای بسیار حساس از تجهیزاتی خواهند بود که امور پزشکی را به تدریج متحول می کند. در واقع مدلی از ماشین های مولکولی هستند که با روش های خاصی ارتباطات و اتصالات بین سلول های بیولوژیکی را کنترل کرده و بهبود می‌بخشد، به عبارتی روی نحوه عملکرد سلول ها نظارت کرده و کنترل صحیح آن‌ها را به عهده می‌گیرد. روش کار این مدل های مولکولی بر اساس شبیه سازی در محیط سه بعدی است. 
    ‌منابع انرژی برای نانو ربات ها 
    مؤثر ترین روش برای این که نانو ربات ها مدام در حال حرکت و فعالیت باشند(در هر محیطی نه صرفا محیط بیولوژیک)، ایجاد منابعی از انرژی است که از محیطی که نانو ربـات در آن مـشـغـول بـه کـار اسـت فـراهـم شـود. انـرژی جـنـبـشـی سـیـال، اشـعه های الکترومغناطیسی که از نور ساطع می شوند گزینه های مناسبی برای منبع انرژی هستند، که این اشعه ها برای فضای کاری باز مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین استفاده از تغییرات دمایی یا کم و زیاد شدن نور نیز گزینه مناسبی هستند. اما برای یک فضای کاری گسترده انرژی تولید شده از ارتعاش مناسب تر خواهد بود که در محیط های مختلف از جمله محیط بیولوژیک می توان از آن استفاده کرد.
    مزایا و مشکلات نانورباتیک 
    به طور کلی در ساخت نانو ربات دو مسئله مهم وجود دارند. اولا شبیه سازی و طـراحـی بـر اسـاس ربـات هـای مـاکـرو کـه شـامـل نـیـروی مـحرکه، برقراری ارتباط و جهت‌‌یابی است و ثانیا اسمبل کردن قطعات نانو ربات. تحقیقات در زمینه نانورباتیک جنبه تئوری داشته و تا کنون نانو ربات مصنوعی غیر بیولوژیک ساخته نشده است. اما از نظر تئوری مزایا و مشکلاتی مورد توجه واقع شده اند که عبارتند از:
    1- با دوام بودن نانو ربات ، که از نظر تئوری سال ها دوام دارند.
    1-زمان عملکرد آن‌ها بسیار کم است،زیرا جابجایی آن‌ها محدود بوده و اتفاقات بیولوژیک با همان سرعت رخ می دهند اما در زمان کمتر.
    2-احتمال می رود که نانو ربات ها به دلیل اندازه کوچک ،از سوی بدن به عنوان عوامل بیماری زا شناسایی نشوند.
    3-اندازه کوچک ، محدودیت هایی ایجاد می کند به این دلیل که اندازه های فوق العاده کوچک امکان عبور نانو ربات از هر ساختار نا مشخص و ناخواسته را می دهد بدون اینکه هدایت یا متوقف شود.
    اجزای نانو ربات
    بنا به نوع کاربری نانوربات، اجزای آن تغییر می کنند اما اجزای بیان شده در این قسمت، اجزای اصلی نانو ربات ها هستند که در هر نانوربات صرف نظر از نوع کاربرد وجود دارند.
    نانوسنسورها
    نسل جدید سنسور ها، در مقیاس نانو، به سه دسته تقسیم می شوند:
    1-سنسورهای فیبر نوری (اپتیکی)
    2-سنسورهای مکانیکی 
    3-سنسورهای الکترونیکی
    نانو سنسورهای اپتیکی
    ‌از این نانوسنسورها برای مطالعه متابولیسم در سلول های زنده استفاده می شود. پروب های فـــیـــبـــــر نـــــوری ســـــر بــســیـــــار نـــــازکـــــی دارنـــــد (500-20 نـانـومـتـر.) هنگامی که نور به این فیبر تابیده می شود، این سر نازک میدان ناپایداری تولید می کند.زیرا قطر این سر فیبر از طول موج نور کمتر است.وضوح تصویر با این پروب ها بسیار زیاد است. به دلیل این که این میدان ناپایدار حـجــم کــوچـکــی از اطــراف خــود را تـحــریـک می‌کند. 
    نانوسنسورهای مکانیکی
    در مقیاس نانو پیوندهایی قوی بین ساختار ها بـا خـواص مکانیکی یا الکترونیکی یا شیمیایی وجود دارد که ساخت وسائل نانومتریک بسیار حساس به محیط و مواد شیمیایی را امکان پذیر مـی سـازد. بـه وسیلـه ایـن حساسیت بسیار بالا تـغـیـیــر شـکــل هــای مـکــانیکـی و سیگنـال هـای گرمایی وآکوستیک قابل تشخیص هستند. 
    نانومدیسین
    نــــــانــــــومـــــدیـــســـیـــــن در واقـــــع اســـتـــفـــــاده از نــانـوتکنـولـوژی در درمـان، تشخیـص و کنتـرل سیستم های بیولوژیک است،که شامل شناسایی هـدف مـربـوطـه و انـتـخاب حامل های مناسب برای دست یابی به پاسخ های مناسب و حداقل سـاخـتـن اثـرات جـانـبی داروها است. در زمینه نـانـومـدیـسـیـن، نـیـازی بـه تـغـیـیـر دادن تـرکیبات دارویی نبوده و فقط طریقه حمل آن باید تغییر کند. این سیستم دارای یک حامل است که دارو توسط آن قسمت حمل می شود. مشخصه مهم یک سیستم دارو رسان مؤثر، توانایی برای انجام انتقال هدف دار و کنترل شده دارو است. برای ایـن مـنـظـور داروهـا باید باسرعت مناسبی آزاد شوند. آزاد شدن سریع دارو باعث عدم جذب مناسب و اثرات جانبی دیگر دارد. به علاوه باید توجه داشت که دارو هنگام حمل تجزیه نشود، بـرای هـمـیـن داروهـا را بـایـد در مـحـفـظـه هـایی (کپسول هایی) قرار داد. ماده حامل دارو باید با دارو سازگار بوده تا دارو به راحتی با آن پیوند برقرار کند. 
    ‌نانو جراحی
    روش های جراحی کلاسیک به صورت ماکرو هستند؛ اما بعضی از جراحی های خاص مثل جراحی چشم نیازمند وسایل و ابزار ظریف تر و کوچک تر شدند. لذا میکرو جراحی ظهور پیدا کرد و در چند سال اخیر کوچک سازی، پیشرفت های زیادی در جراحی ایجاد کرده است. اولین مزیت نانوجراحی کاهش شوک ها و زخم های ناشی از جراحی کلاسیک است. همچنین شکاف و برش در نانوجراحی وجود ندارند. همین مسائل باعث بهبودی سریع تر بیمار می شود. جراحی های معمولی سنگین و طاقت فرسا هستند؛ هم برای بیمار و هم برای جراح از یک طرف بیمار دچار ترس و دلهره، دردهای متعدد و زمان بهبودی طولانی شده و از طرف دیگر جراح به تمرکز، برای مدت طولانی احتیاج دارد تا جراحی را کامل و دقیق انجام دهد. اشتباهات جراح که ناشی از خستگی و دید کم هستند اجتناب نا پذیرهستند. در نانوجراحی، جراح از دسته هایی برای فرمان استفاده می کند تا بازوهای نانو ربات را که مجهز به ابزار جراحی کوچک هستند کنترل کرده و به محل مورد نظر برساند. بازوی دیگر نانو ربات دوربینی حمل می‌کند که جراح می تواند محیط درون بدن را مشاهده کند.
    نانو ربات عنکبوتی از جنس مولکول DNA
    دانشمنـدان در آمـریکـا یـک ربـات مـولکـولـی از جنـس مولکول وراثتی DNA خلق کرده‌اند که مانند عنکبوت در امتداد یک مسیر ساخته شده از کد شیمیایی برای حیات راه میرود. ‌این ربات فقط چهار نانو متر قطر دارد که چهار میلیاردیوم یک متر است. این نانوربات، شبیه به یک عنکبوت چهار پا طراحی شده است. این هیولای مینیاتوری در امتداد زنجیره‌های DNA متصل شده به هم حرکت می‌کند که درست به روش حرکت ربات‌های صنعتی در امتداد یک خط مونتاژ است. بدن این عنکبوت از پروتئین معمولی موسوم به <استرپتاویدین> ساخته شده است. این دستاورد که شرح آن در مجله علمی نیچر به چاپ رسیده گامی دیگر در آزمایشات مقیاس نانو است که در آینده به خلق ارتشی از نانوربات‌ها برای پاکسازی عروق و ترمیم بافت‌های آسیب دیده منجر خواهد شد.
    به کارگیری نانوربات برای جراحی
    نانوربات قابل کنترلی که قادر است در جراحی سرطان مورد استفاده قرار گیرد در حال ساخت است. دقت کار این نانوربات بیش از فناوری‌های رایج امروزی است. این نانوربات که دقت بالا تنها یکی از مزایای آن است، قادر است در طول 5 تا 10 سال آینده به خدمت جراحان درآید. داخل این دستگاه موتورهای بسیار کوچکی قرار دارد که این دستگاه را قادر میسازد تا به نقطه‌خاصی از تومور برود. این در حالی است که با هیچ دستگاه جراحی نمی‌تواند با دقت میلیمتری روی تومورها کار کرد؛ اما نانوربات‌ها این دقت را زیر نانو پایین میآورند. با این نانوربات میتوان تست‌های پاتولوژی یا تشخیص طبی را طی چند دقیقه انجام داد و حتی می‌توان دارویی را به‌منظور از بین بردن تومور با دقـت وارد بدن بیمار کرد. هم‌اکنون طراحی الگوریتم‌های حرکتی نانوربات تست فعالیت‌های مختلف این نانوربات در حال انجام است.
    استفاده از نانوربات به معنی کنار زدن جراحان در فرایند جراحی نیست بلکه جراحان باید به‌صورت ناظر روی فعالیت نانوربات‌ها در طول جراحی نظارت داشته باشند و مانند نقش هدایتی خلبان در این مسیر ایفای نقش کنند.
    ساخت نانو ربات کربنی برای حمل دارو در بدن بیماران 
    ‌نانو ربات کربنی به ابعاد 100 نانومتر به وسیله دستگاه های کنترل شده، داروهای تـزریقی را در بافت بدن بیماران هدایت می کند. نانو ربات کربنی قابلیت حمل هر دارویی را در بدن دارد. پس از تزریق دارو به این دستگاه دارو به تمام بافت های بیمار به خصوص بافت های سرطانی و ایدزی رسیده و آن ها را از بین می برد. در حال حاضر شبیه سازی کامپیوتری این طرح انجام شده است.
    تولید نانو رباتها
    ســاخــت نـانـوربـات‌هـا بـه کـار بـرده شـده در پزشکی مستلزم حصول پیشرفت‌هایی در مواد صــلـــب الــمـــاس‌گـــونـــه اســـت و ایـــن کـــار هــم امـکــان‌پــذیــر اســت و تــولـیــد نـانـو ابـزارهـا طـی سـال‌هـای اخیـر رو بـه رشـد بـوده اسـت. تـولید الـمــاس گــونــه‌هــا مــرحـلــه بــه مــرحلـه در حـال پـیشرفت است و برای حرکت به سمت تولید ربـات‌هـا در ابـعـادی قابل مقایسه با باکتری‌ها، لازم است درکی از این زمینه وجود داشته باشد. به عنوان مثال، چند ماه قبل، اولین ربات متحرک سـاخـتـه شـد کـه مـیـتـوانست تا ابعاد 60 در 250 میکرون را اندازه بگیرد.
    در ایـن مـقـیاس، می‌توان پیش‌بینی نمود که ابـعـاد ربـات‌هـایـی کـه در سـال‌هـای آیـنده پدید میآیند به سرعت به 100 میکرون و بعد از آن 50 میکرون و همین طور کاهش می‌یابند. هم‌اکنون نمونهِ اولیهِ وسیلهِ 90 نانومتری Intel، یک 52 SRAM مـگابیتی کاملا کاربردی تولید کرده که طول پایهِ ترانزیستور آن 50 نانو متر است و ابعاد سـلـول SRAMآن تـنـهـا حدود 1 یا تقریباً نصف اندازهِ سلول اغلب SRAMهای پیشرفتهِ امروزی است. 
    تـا سال 2016، ICهای با عملکرد بالا حاوی بـیـش از 8/8 مـیـلیارد ترانزیستور، در فضایی به مـساحت 280 میلی متر مربع خواهند بود. این رقم بیش از 25 برابر تعداد ترانزیستورهایی است که روی تراشه‌های امروزی با ابعاد 130 نانو متر قـــرار دارد. امـــا از آنــجــا کــه درون بــدن انـســان رگ‌های کوچکی به قطر 30 تا 60 میکرون وجود دارد، مـی‌تـوان پـیدایش اولین نانوربات طی ده سال آینده را کاملا طبیعی دانست.
    فناوری‌نانو در خدمت پزشکی
    در واقـع تـاکنـون نـانوابزارهای کاملا کاربردی بسیاری مانند موتورها، حسگرها، محاسبه‌گرهای زیست مولکولی و نانوترانزیستورها ساخته شده است. اما در حال حاضر عمده‌ترین چالش، مجتمع‌سازی چندین بخش مجزا از این نانوابزارها روی یک نانوربات قابل کنترل است. در این راه، شبیه‌سازی‌های نظری به عنوان ابزاری مفید و ارزشمند برای مجتمع‌سازی سیستم و آزمایش‌پذیر شدن آن به شمار میآید.
    به هر حال، اطمینان از دستیابی به کنترل مناسب بر چنین نانوماشین‌هایی یکی از موضوعات بحث‌انگیز در راه محقق شدن نانوربات‌ها است و در واقع می‌توان از طریق روش‌هـای نـانومکاترونیک )nanomechatronics( به ارزیابی و محاسبه آن پرداخت. استفاده از نانوربات‌ها در انسان پس از انجام صدها آزمایش با تمام جزئیات از ابتدا روی موش‌های آزمایشگاهی ممکن خواهد شد. در واقع، این روند طولانی آزمایشگاهی، برای هر فناوری زیست پزشکی جدیدی انجام می‌شود. مانند فناوری نانوپوسته‌ها که با موفقیت روی موش‌های آزمایشگاهی برای مبارزه با سرطان به کار گرفته شد.
    استفاده از این نانوپوسته‌ها نتیجهِ پیشرفت‌های به دست آمده در فناوری نانو است و بـه عنـوان یک روش درمانی- دارویی نتایج مثبت و امیدوارکنندهای داشته است. با پیشرفت بیشتر در حرکت به سمت نانوربات‌ها، می‌توان به نتایج مؤثرتر دیگری در زمینهِ مراقبت‌های بهداشتی امیدوار بود.
    نانوربات در بدن انسان
    بـــرای رســیـــدن بـــه بــیـشـتــریــن کــارایــی یــک ‌نانوربات در بدن انسان، نانوربات‌ها در حالت ایدهآل نباید قطری بزرگتر از 3 میکرون داشته بــاشـنــد. ایــن نــانـــوربــات بــایــد دارای مـبــدل‌هـا (transducers) و مــحـــــرک‌هـــــا (actuator)هــــای کـارآمـد بـا هـزینـه مصرفی کم بوده و بتوانند به محـض قـرار گـرفتـن درون بـدن انسـان بـه طور موثری با محیط پیرامون خود تعامل کنند.
    بــرای پــاســخ‌دهــی مـؤثـر در زمـان واقعـی بـه مـحیط، در این نانوربات باید سیستم مجتمعی تـعـبیه شده باشد. به همین دلیل انتظار می‌رود هنگام نیاز به چنین پاسخ‌های حرکتی با استفاده از مـوتورهایی برای کشش ربات حرکت‌های کـنـتـرلـی لازم را فـراهم کرد کاری که با برخی دخـــالـــت‌هـــای زیـســت پــزشـکــی قــابــل انـجــام است.کنترل نانورباتی مبتنی بر حسگرها را هم می‌توان با استفاده از نانوحسگرهای حرارتی یا شیمیایی انجام داد.

    تحقیقات در زمینه نانو ربات هایی که مجهز به حـسـگـرهای زیستی و دارویی باشند در سطح گسترده ای در حال انجام است.


    این مطلب تا کنون 13 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : نانو ,ربات ,نانوربات ,جراحی ,استفاده ,انجام ,نانو ربات ,شبیه سازی ,ربات هایی ,امکان پذیر ,کوچک هستند ,

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده

تگ های برتر