brodbg.com | БРОД ЗА БЪЛГАРИЯ
   

Опасности от нанотехнологии в биологията

проф. Александър Трифонов 04 Ноември 2018 

Физици и микробиолози са открили неизвестни до момента свойства на произвеждани от бактерия нановлакна да пренасят електроните на дълги разстояния.Това свойство може да доведе до революция в нанотехнологиите и биоелектрониката.


1. Бионано проводници
Физици и микробиолози са открили неизвестни до момента свойства на произвеждани от бактерия нановлакна да пренасят електроните на дълги разстояния. Това свойство може да доведе до революция в нанотехнологиите и биоелектрониката. На базата на произвежданите от бактерията Geobacter sulfurreducens1 , нановлакна могат да се произведат по-евтини и нетоксични електронни компоненти за биосензори и електроника на твърди схеми, която да взаимодейства с тези биологични системи. За пръв път се наблюдава пренос на електрически заряд по протеинови нишки, по подобен на металните проводници начин. Бактериални протеинови нишки, известни като микробни нановлакна, могат да пренасят електричество толкова ефек- тивно, колкото и синтетичните органични и метални наноструктури, често използвани в електрониката. Те правят това на невероятни разстояния, хиляди пъти по-дълги от дължината на самите бактерии. По този начин те изпълняват функцията на метални проводници, които могат да се използват във влажна среда или дори във вода.

Опасност:
1. Водни среди вече не са препятствие за работа на устройства за терористични действия.
2. Изключително трудно е да се установи работата на такива устройства(базирани на бионановлакна), ако те работят във водна среда.
3. Тези проводници са елемент от моделирането на изкуствен мозък и създаване на нови биообекти, непознати във фауната на света. Нанотехнологиите могат да въздействат на биологични обекти чрез: • Влияние върху ДНК; • Възпроизвеждане на изкуствени копия на биологични обекти; • Използване на биологични обекти като носител на наноустройства; • Влияние върху околната среда; • Върху хората

2. ДНК като обект на влияние
Това влияние може да се проявява чрез:

2.1 Въздействие върху ДНК
Когато митохондриална ДНК съдържа генетични дефекти, митохондриите не работят правилно и не произвеждат достатъчно енергия.Това води до т.н.ми- • Учени от университета Кронел под ръководството на професора Дан Луо (Dan Luo) са създали хидрогел на основата на ДНК, който е в състояние напълно да възстанови своята форма след премахването и добавянето на вода. Той може да се използва за доставка на лекарства ( кухините ще бъдат запълнени с избраното вещество, което ще се освободи при деградация на хидрогела) или като скелет за регенерация на тъкани.

2.3 Нанотехнологии на основата на ДНК
Под нанотехнология на основата на ДНК . на англ. DNA nanotechnology) се разбира разработката и производството на изкуствени структури от нуклеинови киселини за технологично приложение. Нуклеиновите киселини не се използват за пренос на генетична информация в живите клетки, а като носител на материал за нуждите на небиологичен инженеринг с наноматериали.

ДНК-компютер
Биоавтоматът / Биокомпютерът на Бененсон-Шапиро3 представлява многоцелеви ДНК-компютер, разработен през 2002 г. от израелските професори Ехуд Шапиро и Яаков Бененсон от института Вайцман. През януари 2013 г. те успяват да запишат в ДНК-код няколко фотографии във формат JPEG и звуков файл. През март е създаден и транскриптор 4 (биологическия транзистор). Методът ДНК позволява веднага да се генерират всички възможни решения с помощта на биохимични реакции, след което е възможно да се отфилтрира именно тази молекула-нишка, в която е закодиран верният отговор. Според прогнозата на агенцията IDC, до 2020 г. обемът на данните, създадени и съхранявани от човечеството да достигне 40,000 екзабайта.Това е 40 трилиона гигабайта, или 5200 гигабайта на глава от населението. За да съхраните цялата тази информация ще бъде достатъчно по-малко от 100 грама ДНК.Този факт дава основание да се вярва в бъдещото развитие на ДНК-базирани компютри.

Опасност:
Биокомпютарът със своите миниатюрни размери и с възможността за логически операции и реакция на звук и картина могат да се използват за управле- Опасности от нанотехнологии в биологията Проф. Александър Трифонов август 2018 22 23 експерти експерти нието на „спящи“ бомби/устройства, които ще се задействат автоматично при поява на предвари- телно зададени параметри като звук и картина.

ДНК-кола
ДНК-колата е конструирана от ДНК-молекули, с помощта на ДНК-технологии и имат размери около 100 пъти по-малки от микрона. Те могат да работят като лечители – да диагностират болната клетка, да й доставят лекарство, а така също принужда да работят като „боклуджийски“ транспортьори на нежелани вещества. Именно те стоят в основата на новите науки – „Молекулярна диагностика“ и „ Молекулярна хирургия“.
Създадените молекулярни механизми с помощта на нанотехнологиите се наричат наноасемблери. А най-важната задача на нанотехнологиите и нанобиотиката е създаването на робот с размер на бактерия и да може този робот да се възпроизвежда( репликира) и да създава други механизми по предварително зададена му програма.

Опасност:
1. Без да подозира всеки човек може да изпие един сок, в който има конструкции, които след попадането в кръвта може да се самоорганизират в зададена структура. И например ако той е погълнал с тях атоми на водорода след програмираното време, този водород се освобождава и с кислорода в кръвта се образува „гърмящ газ“. Т.е., съвсем случаен човек може да стане бомба/терорист.
2. Чрез наноколите би могло да се заразят клетки или да се внесат частици в организма на конкретната мишена, които да увредят негови органи или да влошат до летално състояние болни такива. Това доказва, колко е важно да се пазят стриктно данните за физическото състояние на населението.

3.1 Изкуствен черен дроб
Черният дроб е особено чувствителен към вируси и отрови. Учени от института са създали чип, който съдържа 1,5 мил. живи клетки на черен дроб и се състои от две изключително тънки силициеви пластини с много микроканали. На повърхността им са разположени живите клетки, които са разположени в килийки с микронни размери. Те представляват „биореактор“, който може да изработва специфични вещества, когато върху него се въздейства с други вещества и микроорганизми. През чипа постоянно циркулира вода, чрез която се снабдява клетките с хранителни вещества. Произтича самоорганизация на клетките в структури като в истинския черен дроб и чипа/биореактора започва да работи като черен дроб. По този начин той може да неутрализира отрови попаднали в кръвта на войника и да сигнализира своевременно за такава опасност. В Русия използват т.н. нанокентаври – неорганически и органически наночастици, които са въведени в специално подбрани или синтезирани биополимери. Те са в състояние да прихващат вредните свободни радикали, които увреждат мембраните на живите клетки.

3.2 Око
Имплантирането на неврони от мишки върху топка от въглеродни тръбички (сферичен фулерен) става с помощта на електрически ток. По този начин се изгражда невроелектрически интерфейс между невроните и нанотръбичките. Въглеродните тръбички са отличен електропроводник, притежават добри топлопроводими свойства и имат висока биологическа съвместимост. Това е първият опит в областта на имплантанти за нервна тъкан.

3.3 Скелет
В костната тъкан на човека се съдържат 20 костни морфогенетични белтъци. Засега е трудно да се възпроизведат в лабораторни условия, но учените успяват да контролират/моделират механизма на регенерация и чрез нанотехнологиите да доставят на травмираното място необходимия „строителен“ материал на база на рекомбинантен белтък, аналогичен на човешкия.Паралелно с този подход учени използват биоматериал на полимерна основа (полиметилметакрилат-по- ликапролактан-хидроксиапатит), около който намотават стоманени проводници с диаметър 0,3 mm чрез метода „електропредене“. Този метод представлява нанотехнологически процес за получаване на тъканоподобни структури от микровлакна под въздействието на електрически заряд. Получените структури представляват изкуствени кости с поресто вещество, което се получава с помощта на стандартна методика от циркониев оксид и калциев фосфат. След това се отстраняват стоманените проводници и остава композит, който значително наподобява човешките кости. Навлиза в практиката и изграждането на кости от свръхтвърд материал чрез лазерна фотолитография или 3D печат.

3.4 Мускули6
Учени от САЩ и Канада са създали от изкуствени белтъчни молекули полимерен материал с уникалните свойства на мускулна тъкан – комбинация от здравина и еластичност. Разчита се на склонността на електрическия заряд да кара въглеродните нанотръбовидни нишки да се привличат една с друга, в зависимост от тяхната конфигурация. Естествените мускули се свиват до 10 % за секунда, докато нанотръбовидните нишки се свиват до 40000 % за същото време, защото се използва електрически заряд вместо сегашното йонно движение в електролитна течност. Тези мускулни нишки запазват свооите свойства в температурния диапазон от -1950 С (температурата на втечняване на азота) до +15000 С (точката на топенето на желязото). 3.5 Кожа Чрез фотополимеризация на хиалуроновата киселина, която се намира в кожата на човека и служи за нейната регенерация е получен биоматериал като еластична тъкан, която притежава оптималните биоинженерни свойства – еластичност, адхезия, механична здравина. На вид тя изглежда като истинска. За да бъде „умна“ , т.е да може да предава информация на нервната система между 2 слоя кожа, се поставят въглеродни тръбички, които произвеждат електричество при натиск. За да повишат нейната „интелигентност“ се разработват специални клетки, които да реагират на определени светлинни честоти като използват оптогенетиката („optogenetics“), а също така и на други външни дразнители.

3.5 Кожа
Чрез фотополимеризация на хиалуроновата киселина, която се намира в кожата на човека и служи за нейната регенерация е получен биоматериал като еластична тъкан, която притежава оптималните биоинженерни свойства – еластичност, адхезия, механична здравина. На вид тя изглежда като истинска. За да бъде „умна“ , т.е да може да предава информация на нервната система между 2 слоя кожа, се поставят въглеродни тръбички, които произвеждат електричество при натиск. За да повишат нейната „интелигентност“ се разработват специални клетки, които да реагират на определени светлинни честоти като използват оптогенетиката („optogenetics“), а също така и на други външни дразнители.

3.6 Мозък
Както беше отбелязано по-горе вече е създаден биокомпютър. От друга страна въглеродни нанотръбички могат да заместят силиция, който отдавна е главната съставка в производството на микропроцесори. Учени от IBM са доказали, че един 10-нано- метров транзистор, изработен от въглеродни нанотръбички е по-добър от един обикновен транзистор, направен от силиций. Освен, че са по-мощни, тези транзистори ще консумират много по-малко енергия от традиционните. Размерите им пък ще ги направят идеални за малки устройства, които имат нужда от голяма процесорна памет. Компанията Intel е обявила, че ще започне да използва 3D транзистори в 22-нанометровия производствен процес. Опасност: Основните елементи за създаване на биоробот са вече създадени и остава само да се свържат в обща информационно-управляваща система. Тогава трудно ще се различава бъдещия терорист, но поне в началото това ще бъде скъпо мероприятие, но всичко зависи от целта. Биороботът може да служи и за наблюдение на специални обекти и анализ на ситуации, без активна намеса и без да предизвиква съмнение. Трябва паралелно да се разработват методи и технологии за разпознаване на биороботите от нормалните хора.

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12620842
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4428042/
3. http://www.dna.caltech.edu/courses/cs191/paperscs191/benenson_ review2004.pdf
4.https://www.google.bg/search?q=nanotechnology+machi nes&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwi7 7auC-dHWAhXnC5oKHT_wAkwQsAQILg&biw=1066&bih=598
5. Солдать будущего, 11.http://www.nanonewsnet.ru/articles/2007/ soldat-budushchego-chast-vo-chto-odetsya 6.https://www.google.bg/search?q=nano+muscle&tbm=isch&tbo=u&so urce=univ&sa=X&ved=0ahUKEwiJjZL7-dHWAhWmE5oKHZCJAF4QsAQIJ Q&biw=1066&bih=598#imgrc=jEoGeJ_bnsWKLM:

   Този текст не може да бъде препечатван и копиран в други медии без разрешение от редакцията на БРОД за България

  „Брод за България”   ©2019 Всички права запазени.
Общи условия | Рекламирайте тук