A nanotechnológia atyja, a szakterületet elindító „Teremtés
motorjai” című könyv szerzője, Eric Drexler az 1980-as években a szervezetbe juttatható
parányi és annál is kisebb orvosi eszközökről, nanobotokról elmélkedett. Az
emberi szemmel láthatatlan gépecskék mini műtéteket végeznének, gyógyítanának,
gyógyszert szállítanának és juttatnának el rendeltetési helyükre. Harminc éve
tudományos-fantasztikumnak tűntek ezek a gondolatok, mára lekopott róluk a
fantasztikum, csak a tudomány maradt. A kérdés immáron nem az, hogy
lehetséges-e ez, hanem hogy mikor.
A probléma és a megoldás
Orvosi készülékek – apró elektronikus kütyük – emberi testbe
juttatásával egyre gyakrabban foglalkoznak. A célok is ugyanazok, mint Drexler
nanobotjainál: figyelni a biológiai folyamatokat, hajszálpontos terápiával
megszüntetni betegségeket, vagy legalább csökkenteni a fájdalmat. Csakhogy az
eddigi kísérletek nem hoztak áttörést. A készülékek nem elég kicsik, nem elég
hasznosak. A legnagyobb problémát az energiaellátásuk jelenti: vezetékekkel
vagy elemekkel az implantátumnak is felfogható szerkezetek túl nagyok, túl
ügyetlenek.
Úgy tűnik, egy stanfordi kutatás hasznosítható megoldást kínál,
és közelebb visz a drexleri látomás megvalósulásához. Kitaláltak egy módszert,
amellyel biztonságosan és vezeték nélkül generálható elektromos áram az orvosi
feladatok kivitelezésére és az eredmény visszaigazolására programozott „okos
chiphez.”
Működő prototípus állapotban lévő
fejlesztésük a testben dolgozó gyógyító gépecskék különféle területeken
alkalmazható új generációját előlegezi. A golyóstoll-fej méretű prototípus 1×1
milliméteres piezoelektromos „adóvevőből”, 65 nanométeres cmos-technológiával
készült 1×2 milliméteres chipből és egy 2,5×2,5 milliméteres antennából áll.
Emberi szövetet „utánzó” csirkén tesztelték: 3 centiméteres körzetben működött.
A működési elv
|
Több évtizede ad energiát a piezoelektromosság – az öngyújtókban
és a gáz- (barbecue-) gyújtókban. Egy (nagy) ütés hatására szikrázik. Második
leggyakrabban hangkeltésre használják: az elektromos töltés hatására alakját
változtató speciális anyagra (kerámiára, műanyagszivacsra) változó feszültséget
kötnek, mire az rezegni kezd. A stanfordi megoldás fordított: ultrahangot
(magas frekvenciájú mechanikus rezgést) irányítanak a piezoelektromos anyagra,
mire az áramot bocsát ki.
A kutatók azért választották az ultrahangot a vezeték nélküli
áramtovábbításhoz, mert az eddigi alkalmazások (diagnosztikai képalkotás stb.)
hatásosnak és biztonságosnak bizonyultak, tehát jó eséllyel meg fog felelni a
milliméternyi vagy még kisebb implantátumok energiaellátására. Életszerű, hogy
néhány percnyi ultrahangos besugárzás elegendő energiával tölti fel a nanobot
akkumulátorait, hogy néhány óráig (később napig, hétig...) képes legyen az
utasítások rádióhullámú fogadására, végrehajtására, rádióhullámú
visszajelzésre.
|
|
Találkozni fogunk vele
A hangalapú megoldást az idegrendszer tanulmányozásától a
Parkinson-kór kezeléséig terjedő, szerteágazó területeken szeretnék
hasznosítani. A későbbiekben többféle szenzort pakolnának bele, de a
fájdalomgócokat kisebb elektrosokkal is megszüntethetné.
„Ezek a parányi vezeték nélküli eszközök kulcsszereplőkké
válhatnak idegi alapú betegségek kezelésében” – jelentette ki a fejlesztésről
Florian Solzbacher, a Utah Egyetem Mérnöki
Innovációs Központjának igazgatója.
„Sok bioérzékelő és stimulációs alkalmazáshoz mikroimplantátumok
kellenek, mélyen az emberi szervezetben. Platformunk kiindulási alap lehet
ilyen szerkezetek fejlesztéséhez” – nyilatkozta a stanfordi kutatást vezető Amin Arbabian.
Mivel a félvezetőgyártásban az 1963-ban kitalált
cmos-technológia az előrejelzések szerint a miniatürizáció miatt nagyjából 10
éven belül háttérbe szorulhat, az új generációt egyre gyorsabban fogják követni
a még újabbak. A következő méretét például a jelenlegi tizedére tervezik. Egyre
kisebbek lesznek, majd valamikor elektródahálózattá állnak össze. Ezeket a
hálózatokat állatokon fogják tesztelni, agyukat jelenlegi eljárásokkal
megvalósíthatatlan módon tanulmányozzák vele.