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Articulo de referencia

Nanorrobótica

Un ribosoma es una máquina biológica . La dinámica de los dominios proteicos ahora se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones . La robótica nanoide (...

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Un ribosoma es una máquina biológica . La dinámica de los dominios proteicos ahora se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones .

La robótica nanoide ( o nanorobótica, para abreviar) es un campo tecnológico emergente que crea robots cuyos componentes tienen un tamaño cercano al de un nanómetro (10⁻⁹ metros ). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Más específicamente, la nanorobótica (a diferencia de la microrobótica ) se refiere a la disciplina de ingeniería nanotecnológica que diseña y construye nanorobots con dispositivos que varían en tamaño de 0,1 a 10 micrómetros y que están construidos con componentes a nanoescala o moleculares . [ 4 ] [ 5 ] Los términos nanobot , nanoide , nanite , nanomáquina y nanomite también se han utilizado para describir dichos dispositivos que actualmente se encuentran en investigación y desarrollo. [ 6 ] [ 7 ]

Las nanomáquinas se encuentran mayormente en la fase de investigación y desarrollo , [ 8 ] pero se han probado algunas máquinas moleculares primitivas y nanomotores . Un ejemplo es un sensor con un interruptor de aproximadamente 1,5 nanómetros de diámetro, capaz de contar moléculas específicas en la muestra química. Las primeras aplicaciones útiles de las nanomáquinas podrían estar en la nanomedicina . Por ejemplo, [ 9 ] las máquinas biológicas podrían usarse para identificar y destruir células cancerosas. [ 10 ] [ 11 ] Otra aplicación potencial es la detección de sustancias químicas tóxicas y la medición de sus concentraciones en el medio ambiente. La Universidad de Rice ha demostrado un automóvil de una sola molécula desarrollado mediante un proceso químico e incluyendo buckminsterfullerenos (buckybolas) para las ruedas. Se acciona controlando la temperatura ambiente y posicionando la punta de un microscopio de efecto túnel .

Otra definición [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] es la de un robot que permite interacciones precisas con objetos a nanoescala, o que puede manipularlos con resolución nanométrica . Estos dispositivos se relacionan más con la microscopía o la microscopía de sonda de barrido , en lugar de la descripción de los nanorobots como máquinas moleculares . Según la definición de microscopía, incluso un aparato grande como un microscopio de fuerza atómica puede considerarse un instrumento nanorrobótico cuando se configura para realizar nanomanipulación. Desde este punto de vista, los robots macroscópicos o los microrobots que pueden moverse con precisión nanométrica también pueden considerarse nanorobots.

La kinesina utiliza la dinámica de los dominios proteicos a nanoescala para desplazarse a lo largo de un microtúbulo .

"Tragándose al cirujano"

Según Richard Feynman , fue su antiguo alumno de posgrado y colaborador Albert Hibbs quien le sugirió originalmente (alrededor de 1959) la idea de una aplicación médica para las micromáquinas teóricas de Feynman (véase máquina biológica ). Hibbs sugirió que ciertas máquinas de reparación podrían algún día reducirse de tamaño hasta el punto de que, en teoría, sería posible que un paciente (como lo expresó Feynman) " se tragara al cirujano ". La idea se incorporó al ensayo de Feynman de 1959 , "Hay mucho espacio en el fondo ", un estudio de caso . [ 15 ]

Dado que los nanorobots serían microscópicos, probablemente sería necesario que un gran número de ellos trabajara en conjunto para realizar tareas microscópicas y macroscópicas. Estos enjambres de nanorobots, tanto los que no pueden replicarse (como en la niebla de utilidad ) como los que pueden replicarse sin restricciones en el entorno natural (como en la sustancia gris y la biología sintética ), aparecen en muchas historias de ciencia ficción, como las nanosondas Borg en Star Trek y el episodio " La nueva raza " de The Outer Limits .

Algunos defensores de la nanorrobótica, en reacción a los escenarios de "materia gris" que ellos mismos ayudaron a propagar, sostienen que los nanorobots capaces de replicarse fuera de un entorno de fábrica restringido no constituyen una parte necesaria de una supuesta nanotecnología productiva, y que el proceso de autorreplicación, de desarrollarse alguna vez, podría hacerse intrínsecamente seguro. Afirman además que sus planes actuales para desarrollar y utilizar la fabricación molecular no incluyen, de hecho, replicadores de libre acceso. [ 16 ] [ 17 ]

Robert Freitas ha presentado una discusión teórica detallada de la nanorrobótica, incluyendo cuestiones de diseño específicas como detección, comunicación de energía, navegación , manipulación, locomoción y computación a bordo, en el contexto médico de la nanomedicina . [ 18 ] [ 19 ] Algunas de estas discusiones permanecen en el nivel de generalidad no construible y no se acercan al nivel de ingeniería detallada.

Tecnología abierta

Se ha enviado a la Asamblea General de las Naciones Unidas un documento con una propuesta sobre el desarrollo de la nanobiotecnología mediante métodos de diseño abierto , como el hardware y el software de código abierto . [ 20 ] Según el documento enviado a las Naciones Unidas , del mismo modo que el código abierto ha acelerado en los últimos años el desarrollo de los sistemas informáticos , un enfoque similar debería beneficiar a la sociedad en general y acelerar el desarrollo de la nanorrobótica. El uso de la nanobiotecnología debería establecerse como patrimonio de la humanidad para las generaciones futuras y desarrollarse como una tecnología abierta basada en prácticas éticas con fines pacíficos . La tecnología abierta se afirma como una clave fundamental para tal objetivo.

carrera de nanorobots

De la misma manera que la investigación y el desarrollo tecnológico impulsaron la carrera espacial y la carrera armamentística nuclear , se está produciendo una carrera por los nanorobots. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Hay mucho terreno que permite incluir a los nanorobots entre las tecnologías emergentes . [ 26 ] Algunas de las razones son que grandes corporaciones, como General Electric , Hewlett-Packard , Synopsys , Northrop Grumman y Siemens han estado trabajando recientemente en el desarrollo e investigación de nanorobots; [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] los cirujanos se están involucrando y comenzando a proponer formas de aplicar nanorobots para procedimientos médicos comunes; [ 32 ] las universidades e institutos de investigación recibieron fondos de agencias gubernamentales que superan los 2 mil millones de dólares para la investigación que desarrolla nanodispositivos para la medicina; [ 33 ] [ 34 ] Los banqueros también están invirtiendo estratégicamente con la intención de adquirir de antemano derechos y regalías sobre la futura comercialización de nanorobots. [ 35 ] Ya han surgido algunos aspectos de los litigios sobre nanorobots y cuestiones relacionadas vinculadas al monopolio. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] Recientemente se han concedido numerosas patentes sobre nanorobots, principalmente a través de agentes de patentes, empresas especializadas exclusivamente en la creación de carteras de patentes y abogados. Tras una larga serie de patentes y, finalmente, litigios, como por ejemplo la invención de la radio o la guerra de las corrientes , los campos tecnológicos emergentes tienden a convertirse en monopolios , que normalmente están dominados por grandes corporaciones. [ 39 ]

Enfoques para la fabricación

La fabricación de nanomáquinas ensambladas a partir de componentes moleculares es una tarea sumamente compleja. Debido a su dificultad, numerosos ingenieros y científicos colaboran continuamente mediante enfoques multidisciplinarios para lograr avances significativos en este nuevo campo de desarrollo. Actualmente, se aplican las siguientes técnicas para la fabricación de nanorobots:

Biochip

El uso conjunto de nanoelectrónica , fotolitografía y nuevos biomateriales proporciona un enfoque para la fabricación de nanorobots para usos médicos comunes, como instrumentación quirúrgica, diagnóstico y administración de fármacos. [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] Este método de fabricación a escala nanotecnológica se utiliza en la industria electrónica desde 2008. [ 43 ] Por lo tanto, los nanorobots prácticos deberían integrarse como dispositivos nanoelectrónicos, lo que permitirá la teleoperación y capacidades avanzadas para la instrumentación médica. [ 44 ] [ 45 ]

Nubots

Un robot de ácido nucleico (nubot) es una máquina molecular orgánica a nanoescala. [ 46 ] La estructura del ADN puede proporcionar medios para ensamblar dispositivos nanomecánicos 2D y 3D. Las máquinas basadas en ADN pueden activarse utilizando moléculas pequeñas, proteínas y otras moléculas de ADN. [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Se han diseñado compuertas de circuitos biológicos basadas en materiales de ADN como máquinas moleculares para permitir la administración de fármacos in vitro para problemas de salud específicos. [ 50 ] Estos sistemas basados ​​en materiales funcionarían de manera más similar a la administración de fármacos mediante sistemas inteligentes de biomateriales, [ 51 ] aunque no permitirían la teleoperación in vivo precisa de dichos prototipos diseñados.

Sistemas ligados a la superficie

Diversos informes muestran la fijación de motores moleculares sintéticos a superficies. [ 52 ] [ 53 ] Se ha demostrado que estas nanomáquinas primitivas realizan movimientos mecánicos cuando se encuentran confinadas a la superficie de un material macroscópico. Estos motores anclados a la superficie podrían utilizarse para mover y posicionar materiales a nanoescala sobre una superficie, de forma similar a una cinta transportadora.

nanoensamblaje posicional

Nanofactory Collaboration, [ 54 ] fundada por Robert Freitas y Ralph Merkle en 2000 e involucrando a 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 países, se centra en desarrollar una agenda de investigación práctica [ 55 ] específicamente dirigida al desarrollo de la mecanosíntesis de diamantes controlada posicionalmente y una nanofábrica de diamantoides que tendría la capacidad de construir nanorobots médicos de diamantoides.

Biohíbridos

El campo emergente de los sistemas biohíbridos combina elementos estructurales biológicos y sintéticos para aplicaciones biomédicas o robóticas. Los elementos constituyentes de los sistemas bionanoelectromecánicos (BioNEMS) son de tamaño nanométrico, por ejemplo, ADN, proteínas o piezas mecánicas nanoestructuradas. Las resinas de tiol-eno para haces de electrones permiten la escritura directa de características a nanoescala, seguida de la funcionalización de la superficie de la resina, que es intrínsecamente reactiva, con biomoléculas. [ 56 ] Otros enfoques utilizan un material biodegradable unido a partículas magnéticas que permiten guiarlas alrededor del cuerpo. [ 57 ]

A base de bacterias

Este enfoque utiliza microorganismos biológicos, como la bacteria Escherichia coli [ 58 ] y Salmonella typhimurium [ 59 ] . Por lo tanto, el modelo utiliza un flagelo para la propulsión. Los campos electromagnéticos normalmente controlan el movimiento de este tipo de dispositivo biológico integrado [ 60 ] . Químicos de la Universidad de Nebraska han creado un medidor de humedad fusionando una bacteria a un chip de silicio [ 61 ] .

Basado en virus

Los retrovirus pueden usarse para unirse a las células y reemplazar el ADN . Pasan por un proceso llamado transcripción inversa para entregar el empaquetamiento genético en un vector . [ 62 ] Por lo general, estos dispositivos son los genes Pol-Gag del virus para la cápside y el sistema de entrega. Este proceso se llama terapia génica retroviral , que tiene la capacidad de rediseñar el ADN celular mediante el uso de vectores virales. [ 63 ] Este enfoque ha aparecido en forma de sistemas de entrega de genes retrovirales, adenovirales y lentivirales . [ 64 ] [ 65 ] Estos vectores de terapia génica se han utilizado en gatos para enviar genes al organismo genéticamente modificado (OGM), haciendo que muestre el rasgo. [ 66 ]

Nanorobots helicoidales magnéticos

Imagen de microscopio electrónico de barrido de un nanomotor helicoidal.

La investigación condujo a la creación de partículas de sílice helicoidales recubiertas con materiales magnéticos que pueden ser manipuladas mediante un campo magnético giratorio. [ 67 ]

Estos nanorobots no dependen de reacciones químicas para su propulsión. Una bobina de Helmholtz triaxial puede proporcionar un campo rotatorio dirigido en el espacio. Se ha demostrado cómo estos nanomotores pueden utilizarse para medir la viscosidad de fluidos no newtonianos con una resolución de unas pocas micras. [ 68 ] Esta tecnología promete la creación de un mapa de viscosidad dentro de las células y el medio extracelular. Estos nanorobots se mueven en la sangre. [ 69 ] Los investigadores han logrado mover de forma controlada estos nanorobots dentro de células cancerosas, lo que les permite trazar patrones dentro de una célula. [ 68 ] Los nanorobots que se mueven a través del microambiente tumoral han demostrado la presencia de ácido siálico en la matriz extracelular secretada por el cáncer . [ 70 ]

Resumen de nanorobots helicoidales

Un nanorobot helicoidal magnético consta de al menos dos componentes: un cuerpo helicoidal y un material magnético. El cuerpo helicoidal proporciona al nanorobot una estructura capaz de desplazarse a lo largo de su eje. El material magnético, por su parte, permite que la estructura rote siguiendo un campo magnético rotatorio aplicado externamente. Los nanorobots helicoidales utilizan métodos de actuación magnética y propulsión helicoidal.

Los nanorobots helicoidales magnéticos transforman un movimiento de rotación en un movimiento de traslación a través de un fluido en entornos con bajo número de Reynolds. Estos nanorobots se han inspirado en microorganismos naturales como los flagelos, los cilios y Escherichia coli (también conocida como E. coli), que rotan en una onda helicoidal. [ 71 ]

Movimiento de nanorobots helicoidales magnéticos

Un método para la manipulación inalámbrica de nadadores helicoidales consiste en la aplicación externa de un campo magnético rotatorio con gradiente. Esto se puede lograr mediante una bobina de Helmholtz, ya que los nadadores helicoidales se accionan mediante un campo magnético giratorio. Todos los objetos magnetizados dentro de un campo magnético externo experimentarán fuerzas y pares de torsión. Los nadadores helicoidales pueden rotar debido al campo magnético que recibe el cabezal magnético y a las fuerzas que actúan sobre él. Una vez que toda la estructura percibe el campo, la forma helicoidal de su cuerpo convierte este movimiento rotatorio en una fuerza propulsora. Las fuerzas magnéticas (fm) son proporcionales al gradiente del campo magnético (∇B) sobre el objeto magnetizado y actúan para mover el objeto hacia máximos locales. Asimismo, los pares de torsión magnéticos (τ) son proporcionales al campo magnético (B) y actúan para alinear la magnetización interna de un objeto (M) con el campo. Las ecuaciones que expresan las interacciones son las siguientes, donde V es el volumen del objeto magnetizado. [ 72 ]

F=V⋅(METRO⋅∇B){\displaystyle {\boldsymbol {F}}=V\cdot ({\boldsymbol {M}}\cdot \nabla {\boldsymbol {B}})}(Ecuación 1)

τ=V⋅(METRO×B){\displaystyle {\boldsymbol {\tau }}=V\cdot ({\boldsymbol {M}}{\boldsymbol {\times }}{\boldsymbol {B}})}(Ecuación 2)

La ecuación uno indica que, al aumentar el volumen del material magnético, la fuerza que actúa sobre él aumentará proporcionalmente. Si el volumen se duplica, la fuerza también se duplicará, suponiendo que la magnetización (M) y el gradiente del campo magnético (∇B) permanezcan constantes. Esto también se aplica al torque del material magnético, ya que es proporcional al volumen.

Este aumento de dipolos magnéticos mejora la respuesta magnética general del material a un campo magnético externo, lo que resulta en mayor fuerza y ​​torsión. Por lo tanto, cuando el material magnético se vuelve más grande que el nadador helicoidal, puede moverse más rápido.

Movimiento de un nadador helicoidal con cabeza magnética cuadrada

Para utilizar el campo magnético rotatorio, se puede colocar un imán permanente en la cabeza helicoidal del nadador, cuya dirección de magnetización sería perpendicular al cuerpo del nadador. Cuando se aplica un campo magnético rotatorio, la cabeza del nadador experimenta un par magnético que provoca su rotación. La forma helicoidal convierte este movimiento rotatorio en una fuerza propulsora. A medida que la cabeza del nadador rota, su cola helicoidal genera una fuerza contra el fluido circundante, impulsándolo hacia adelante. [ 73 ] Según la ecuación 2, el par magnético alrededor del eje x es cero.

(METRO×B)∗túincógnita=0{\displaystyle ({\boldsymbol {M}}{\boldsymbol {\times }}{\boldsymbol {B}})*{\boldsymbol {ux}}=0}

en la posición inicial. Después de que el manipulador magnético gira 45°, el campo magnético cerca de la posición de la cabeza del imán cuadrado gira en un ángulo alrededor del eje x , como se muestra en

la figura siguiente. Si el imán cuadrado permanece en su posición inicial, estará sujeto a un par magnético alrededor del eje x.

(METRO×B)∗túincógnita≠0{\displaystyle ({\boldsymbol {M}}{\boldsymbol {\times }}{\boldsymbol {B}})*{\boldsymbol {ux}}\neq 0}

De este modo, el nadador helicoidal seguirá el campo magnético. Si el manipulador magnético gira una vuelta, el campo magnético cerca de la posición de la cabeza del nadador, proyectado en el plano yoz, gira una vuelta completa alrededor del eje x. [ 74 ] Esto provoca que la forma helicoidal se mueva, generando la propulsión de la siguiente manera:

ipagtúsh=pecado⁡φinortepecado⁡θinorteporque⁡φinorteporque⁡θinorteporque⁡φinorte{\displaystyle i_{push}=\sin {\varphi _{in}}\sin {\theta _{in}}\cos {\varphi _{in}}\cos {\theta _{in}}\cos {\varphi _{in}}}

Esta propulsión permite que la estructura helicoidal gire en la misma dirección que la fuerza aplicada. Como resultado, el robot magnético gira alrededor del eje x gracias a la acción del campo magnético giratorio.

Ejemplos de aplicaciones biomédicas

Debido a su pequeña escala y forma helicoidal que proporciona propulsión, los nadadores helicoidales pueden utilizarse en algunas aplicaciones biomédicas, como la administración dirigida de fármacos y la administración dirigida de células. En 2018, se propuso un micro/nanosnadador helicoidal biocompatible y biodegradable a base de quitosano cargado con doxorrubicina (DOX), un fármaco anticancerígeno común, diseñado para administrar su carga útil en una ubicación deseada. Utilizando radiación de luz UV de intensidad 3,4 × 10 –1 W/cm 2 , cuando el nadador se acercaba a la ubicación objetivo, se liberaba una dosis del 60 % de la DOX total en 5 minutos. Sin embargo, se observó que la tasa de liberación de la dosis disminuía después de los 5 minutos iniciales. Se teorizó que esto se debía a una disminución de la tasa de difusión de las moléculas de DOX provenientes del centro del nadador. [ 75 ] Otro grupo desarrolló un micro/nanosnadador helicoidal a base de espirulina que también transportaba DOX y que utilizaba un método diferente para la liberación controlada del fármaco. Una vez que el nadador llegó a su destino, se utilizó irradiación láser de infrarrojo cercano (NIR) para calentar el lugar y disolverlo en partículas individuales, liberando así el fármaco. Mediante múltiples pruebas, se descubrió que los entornos externos ligeramente ácidos aumentaban la velocidad de liberación de la dosis. [ 76 ]

El uso de micro/nanorrobots helicoidales magnéticos para el transporte celular también puede ofrecer oportunidades para resolver la infertilidad masculina, reparar tejidos dañados y ensamblar células. En 2015, se utilizó un micro/nanomotor helicoidal con un anillo de sujeción en la cabeza para capturar y transportar con éxito espermatozoides con deficiencias de movimiento. El dispositivo helicoidal se acercaba a la cola del espermatozoide y lo confinaba con el cuerpo del micro/nanomotor. Luego, el anillo de sujeción capturaba la cabeza del espermatozoide para evitar su escape. Tras alcanzar la ubicación objetivo, el espermatozoide se liberaba en la membrana del ovocito invirtiendo la rotación del dispositivo helicoidal. Esta estrategia se consideró eficiente y, además, redujo el riesgo de dañar los espermatozoides. [ 77 ]

Impresión 3D

La impresión 3D es el proceso mediante el cual se construye una estructura tridimensional a través de diversos procesos de fabricación aditiva. La impresión 3D a nanoescala implica muchos de los mismos procesos, incorporados a una escala mucho menor. Para imprimir una estructura en la  escala de 5 a 400 μm, es necesario mejorar considerablemente la precisión de la máquina de impresión 3D. Se incorporó un proceso de impresión 3D de dos pasos, que utiliza un método de impresión 3D y placas grabadas con láser, como técnica de mejora. [ 78 ] Para lograr una mayor precisión a nanoescala, el proceso de impresión 3D utiliza una máquina de grabado láser, que graba los detalles necesarios para los segmentos de los nanorobots en cada placa. La placa se transfiere luego a la impresora 3D, que rellena las regiones grabadas con la nanopartícula deseada . El proceso de impresión 3D se repite hasta que el nanorobot se construye de abajo hacia arriba.

Este proceso de impresión 3D tiene muchas ventajas. Primero, aumenta la precisión general del proceso de impresión. Segundo, tiene el potencial de crear segmentos funcionales de un nanorobot. [ 78 ] La impresora 3D utiliza una resina líquida, que se endurece en los puntos exactos mediante un haz láser enfocado. El punto focal del haz láser es guiado a través de la resina por espejos móviles y deja tras de sí una línea endurecida de polímero sólido, de tan solo unos cientos de nanómetros de ancho. Esta fina resolución permite la creación de esculturas con estructuras intrincadas tan pequeñas como un grano de arena. Este proceso se lleva a cabo utilizando resinas fotoactivas, que se endurecen mediante el láser a una escala extremadamente pequeña para crear la estructura. Este proceso es rápido para los estándares de la impresión 3D a nanoescala. Se pueden crear características ultrapequeñas con la técnica de microfabricación 3D utilizada en la fotopolimerización multifotónica. Este enfoque utiliza un láser enfocado para trazar el objeto 3D deseado en un bloque de gel. Debido a la naturaleza no lineal de la fotoexcitación, el gel se solidifica únicamente en los puntos donde se enfocó el láser, mientras que el resto se elimina mediante lavado. Se pueden producir fácilmente estructuras con tamaños inferiores a 100 nm, así como estructuras complejas con partes móviles e interconectadas. [ 79 ] 

Desafíos en el diseño de nanorobots

Al diseñar y construir máquinas a nanoescala con partes móviles, es necesario abordar varios desafíos. El más evidente es la necesidad de desarrollar herramientas y técnicas de manipulación muy precisas, capaces de ensamblar nanoestructuras individuales con alta exactitud para formar un dispositivo operativo. Un desafío menos evidente se relaciona con las peculiaridades de la adhesión y la fricción a nanoescala. Es imposible simplemente reducir el diseño de un dispositivo macroscópico con partes móviles. Este enfoque no funciona porque la alta energía superficial de las nanoestructuras provoca que todas las partes en contacto se adhieran entre sí para minimizar la energía. La adhesión y la fricción estática entre las partes pueden superar fácilmente la resistencia de los materiales, provocando su rotura antes de que se produzca cualquier movimiento. Esto exige diseñar estructuras móviles con un área de contacto mínima. [ 80 ]

A pesar del rápido desarrollo de los nanorobots, aquellos diseñados para la administración de fármacos "tienen un largo camino por recorrer antes de que se pueda lograr su comercialización y aplicaciones clínicas". [ 81 ] [ 82 ]

Usos potenciales

Nanomedicina

Los usos potenciales de la nanorrobótica en medicina incluyen el diagnóstico temprano y la administración dirigida de fármacos para el cáncer , [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] instrumentación biomédica, [ 86 ] cirugía , [ 87 ] [ 88 ] farmacocinética , [ 10 ] monitorización de la diabetes , [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] y atención médica.

En estos planes, se prevé que la nanotecnología médica del futuro emplee nanorobots inyectados en el paciente para realizar funciones a nivel celular. Dichos nanorobots destinados a uso médico deben ser no replicantes, ya que la replicación aumentaría innecesariamente la complejidad del dispositivo, reduciría su fiabilidad e interferiría con la misión médica.

La nanotecnología proporciona una amplia gama de nuevas tecnologías para desarrollar medios personalizados para optimizar la administración de fármacos . Hoy en día, los efectos secundarios nocivos de tratamientos como la quimioterapia suelen ser el resultado de métodos de administración de fármacos que no localizan con precisión sus células objetivo. [ 92 ] Sin embargo, investigadores de Harvard y el MIT han logrado unir hebras especiales de ARN , de casi 10  nm de diámetro, a nanopartículas, llenándolas con un fármaco quimioterapéutico. Estas hebras de ARN son atraídas por las células cancerosas . Cuando la nanopartícula encuentra una célula cancerosa, se adhiere a ella y libera el fármaco en su interior. [ 93 ] Este método dirigido de administración de fármacos tiene un gran potencial para tratar a pacientes con cáncer evitando los efectos negativos (comúnmente asociados con una administración inadecuada de fármacos). [ 92 ] [ 94 ] La primera demostración de nanomotores operando en organismos vivos se llevó a cabo en 2014 en la Universidad de California, San Diego. [ 95 ] Las nanocápsulas guiadas por resonancia magnética son un precursor potencial de los nanorobots. [ 96 ]

Otra aplicación útil de los nanorobots es ayudar en la reparación de células tisulares junto con los glóbulos blancos . [ 97 ] El reclutamiento de células inflamatorias o glóbulos blancos (que incluyen granulocitos neutrófilos , linfocitos , monocitos y mastocitos ) al área afectada es la primera respuesta de los tejidos a una lesión. [ 98 ] Debido a su pequeño tamaño, los nanorobots podrían adherirse a la superficie de los glóbulos blancos reclutados, abrirse paso a través de las paredes de los vasos sanguíneos y llegar al sitio de la lesión, donde pueden ayudar en el proceso de reparación del tejido. Ciertas sustancias podrían usarse para acelerar la recuperación.

La ciencia que subyace a este mecanismo es bastante compleja. El paso de células a través del endotelio sanguíneo , un proceso conocido como transmigración, es un mecanismo que implica la unión de receptores de la superficie celular a moléculas de adhesión, la aplicación de fuerza activa, la dilatación de las paredes vasculares y la deformación física de las células migrantes. Al adherirse a las células inflamatorias migrantes , los robots pueden, en efecto, "aprovechar" el viaje a través de los vasos sanguíneos, evitando así la necesidad de un complejo mecanismo de transmigración propio. [ 97 ]

A partir de 2016En Estados Unidos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) regula la nanotecnología en función del tamaño. [ 99 ]

También se desarrollaron nanopartículas compuestas controladas remotamente por un campo electromagnético . [ 100 ] Esta serie de nanorobots, que ahora figuran en el Libro Guinness de los Récords , [ 100 ] pueden utilizarse para interactuar con las células biológicas . [ 101 ] Los científicos sugieren que esta tecnología puede utilizarse para el tratamiento del cáncer . [ 102 ] [ 70 ] [ 103 ]

Los nanorobots magnéticos han demostrado su capacidad para prevenir y tratar bacterias resistentes a los antimicrobianos. Se ha propuesto la aplicación de implantes de nanomotores para lograr una desinfección completa de la dentina. [ 104 ] [ 105 ]

Referencias culturales

Los Nanites son personajes del programa de televisión Mystery Science Theater 3000. Son organismos bioingenierizados autorreplicantes que trabajan en la nave y residen en los sistemas informáticos de la SOL. Hicieron su primera aparición en la octava temporada.

Los nanobots se utilizan en varios episodios de la serie de televisión Travelers . Se programan y se inyectan en personas heridas para realizar reparaciones, y aparecen por primera vez en la primera temporada.

Los nanobots también aparecen en la expansión Rise of Iron de 2016 para el videojuego Destiny, en la que SIVA, una nanotecnología autorreplicante, se utiliza como arma.

Los nanobots (más conocidos como nanomáquinas) se mencionan con frecuencia en la serie Metal Gear de Konami , donde se utilizan para mejorar y regular las habilidades y las funciones corporales.

En las series de televisión de la franquicia Star Trek, los nanobots desempeñan un papel importante en la trama. A partir del episodio " Evolution " de la tercera temporada de La Nueva Generación , las nanoprobas Borg se encargan del mantenimiento de los sistemas cibernéticos Borg, así como de la reparación de los daños en sus partes orgánicas. Generan nueva tecnología en el interior de un Borg cuando es necesario y, además, lo protegen de diversas enfermedades.

Los nanobots desempeñan un papel importante en la serie de videojuegos Deus Ex , ya que son la base de la tecnología de nanoaumentación que otorga a las personas aumentadas habilidades sobrehumanas.

Los nanobots también se mencionan en la serie de libros Arc of a Scythe de Neal Shusterman y se utilizan para curar todas las lesiones no mortales, regular las funciones corporales y disminuir considerablemente el dolor.

Los nanobots también son una parte integral de Stargate SG1 y Stargate Atlantis , donde se representan escenarios con materia gris .

Las nanomáquinas son fundamentales en la trama de la serie de libros Silo , donde se utilizan como arma de destrucción masiva que se propaga por el aire y penetra sin ser detectada en el cuerpo humano. Al recibir una señal, matan a quien las recibe. Posteriormente, se utilizan para aniquilar a la mayor parte de la humanidad.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

  • Haken, Hermann ; Paul, Levi (2012). Agentes sinérgicos: De los sistemas multirobot a la robótica molecular . Weinheim, Alemania: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-41166-5OCLC 812066392​​ 
  • Una revisión en nanorrobótica – Departamento de Energía de EE. UU.