در آینده نانو ربات‌های هوشمند در مغز و بدن هر انسانی به تعداد زیاد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بیماری‌ها مصون می‌دارند، حتی روند پیر شدن بشر را به تعویق می‌اندازند و نیز قدرت جسمانی و حافظه را تقویت می‌کنند.

انواع نانو رباتها و کاربرد آنها

انواع نانو ربات با توجه به کارایی متفاوت به دو دسته پرنده و خزنده تقسیم می‌شوند. ربات‌ها و نانو ربات‌ها دارای انواع مختلفی هستند. از انواع نانو ربات در زمینه‌های نظامی، پزشکی و جراحی، پزشکی و دارویی، پزشکی و زیستی و…، استفاده می‌شود.

پزشکی

از انواع نانو ربات های پزشکی در زمینه‌های:

1. دارورسانی (Delivery)
2. جراحی (Surgery)
3. حسگری (Sensing)
4. سم‌زدایی (Detoxification)

استفاده میشود.

1.دارورسانی (Delivery)

Pharmacyte ها نانوربات‌هایی هستند که برای رساندن دارو استفاده می‌شوند. دارو با دوز مناسب در این نانو ربات بارگیری می‌شود و این نانو ربات قادر است محموله دارو را با دقت بالا به اهداف سلولی خاص برساند. هنگامی که Pharmacyte ها به تومور یا هر سلول هدف دیگری می‌رسند، دارو را از طریق تزریق نانو یا نفوذ سلولی پیش‌رونده، آزاد می‌کنند.

وسایل تحویل داروی موجود که به نانوکاره‌ها متکی هستند، به گردش سیستمیک وابسته‌اند و از نیروی کافی و ناوبری برای تحویل محلی و نفوذ به بافت فراتر از محدودیت‌های حمل و نقل جرمی غیرفعال برخوردار نیستند. برای دستیابی به تحویل دقیق بارهای درمانی به نقاط هدف‌دار بیماری، وسایل تحویل دارو, نیازمند داشتن قابلیت‌های منحصر به فردی هستند، از جمله:

– نیروی محرکه

– ناوبری کنترل‌شده

– کشش و آزادسازی بار

– نفوذ به بافت

اگرچه این چالش‌ها هنوز برای سیستم‌های تحویل داروی کنونی حل نشده‌اند، ربات‌های نانو به عنوان یک کلاس جدید و جذاب از وسایل تحویل، می‌توانند این ویژگی‌های مطلوب را برآورده سازند. ربات‌های نانو با قابلیت موتور مانند خود، پتانسیل این را دارند که بارهای درمانی را به سرعت مستقیماً به نقاط بیماری تحویل دهند و بدین ترتیب اثربخشی درمان را افزایش دهند و عوارض جانبی سیستمیک داروهای بسیار سمی را کاهش دهند.

خط لوله توسعه نانوربات‌ها برای دارورسانی بسیار غنی است که توسط بسیاری از سیستم‌های نوظهور در مراحل اولیه توسعه تأیید شده است. در این میان، تحویل درون سلولی یک منطقه تحقیقاتی فعال و هیجان انگیز را نشان می دهد، جایی که نانوروبات ها از طریق غشای سلولی نفوذ می کنند و مستقیماً ترکیبات درمانی مختلف را به سلول ها می رسانند. به عنوان مثال، درونی‌سازی سریع و حرکت موتورهای نانوسیم طلا با نیروی فراصوت در سلول‌های زنده بیشتر برای تحویل سریع RNA مداخله‌گر درون سلولی (siRNA) مورد استفاده قرار گرفته است، نشان داده شد که این نانوسیم‌های بارگذاری‌شده با siRNA به سرعت به خطوط سلولی مختلف نفوذ می‌کنند و کارایی و سرعت فرآیند خاموش کردن ژن را در مقایسه با همتایان نانوسیم استاتیک خود به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشند. میکروشناگرهای مارپیچ مغناطیسی نیز برای تحویل هدفمند DNA پلاسمید (pDNA)به سلول های کلیه جنینی انسان استفاده شده است . موتورهای حاوی pDNA به‌صورت بی‌سیم به سمت سلول‌ها هدایت شدند و محموله‌های ژنتیکی خود را در سلول‌ها آزاد کردند.

مزیت این نوع دارورسانی این است که دارو فقط به قسمت بیمار بدن می‌رسد و عوارض جانبی نیز از بین می‌رود.به این دلیل دیگر درمان بیماری‌هایی که نیاز به شیمی درمانی دارند، کاری طاقت‌فرسا نیست و به راحتی انجام می‌شود و اثرات مخرب آن نیز از بین می‌رود. از دیگر مزیت‌های این نوع دارورسانی مصرف کمتر دارو و سرعت بالای آن است.زیرا سرعت دارورسانی با سرعت گردش خون که بسیار بالاست برابر می‌باشد.

مثال‌های نماینده‌ای از تحویل دارو مبتنی بر روبات‌های نانو:

الف) میکرو موتورهای روی پایه روی، که با استفاده از اسید کار می‌کنند تا ماندگاری بیشتری در معده موش داشته باشند.

ب) میکرو موتورهای روده‌ای، پوشیده شده با یک مانع پلیمری حساس به pH پوشش روده‌ای برای دور زدن محیط اسیدی معده و به‌طور انتخابی در GI )روده بزرگ) جای‌گذاری و خودبه‌خود به حرکت درآیند.

ج) شنا کردن کنترل‌شده درون‌زویی یک دسته از فلگلاهای میکرو رباتیک شبیه باکتری .

د) باکتری‌های موتوری مغناطیسی-هوازی که داروهای حاوی نانو لیپوزوم‌ها را به مناطق هیپوکسی تومور تحویل می‌دهند.

     2.جراحی (Surgery)

نانوربات جراحی می‌تواند به عنوان یک جراح نیمه مستقل در محل، در داخل بدن عمل جراحی کند. این نانوربات می‌تواند طیف وسیعی از وظایف مانند تشخیص محل آسیب و یا برطرف کردن ضایعات درونی را برعهده بگیرد.

به زودی می‌توان میکروجراحی چشم و جراحی های شبکیه و غشاهای اطراف آن را با نانو ربات‌ها انجام داد. علاوه بر این به جای تزریق مستقیم دارو به چشم می‌توان از نانوربات‌ها برای هدایت دارو از جای دیگری از بدن استفاده کرد. از آن‌جایی که نانورباتها می‌توانند با کمترین ضربه به ناحیه مورد نیاز دسترسی بهتری داشته باشند، جراحی جنین، که در حال حاضر یکی از خطرناکترین جراحی ها به دلیل مرگ و میر بالای نوزاد یا مادر به شمار می‌رود، به زودی به کمک این نانو ربات‌ها می‌تواند با احتمال ۱۰۰ درصد موفقیت انجام گیرد. به طور مشابه، پیشرفت در نانو رباتیک منجر به پیشرفت در سایر جراحی‌های دشوار می‌شود.

سیستم های رباتیک برای کاهش مشکلات مربوط به روش های جراحی پیچیده و برای گسترش قابلیت های جراحان انسانی معرفی شده اند. چنین جراحی به کمک ربات، زمینه‌ای است که به سرعت در حال تکامل است که به پزشکان اجازه می‌دهد تا انواع روش‌های کم تهاجمی را با دقت، انعطاف‌پذیری و کنترل بالا انجام دهند . برخلاف همتایان روباتیک بزرگ خود، ربات‌های کوچک می‌توانند به طور بالقوه در سراسر بدن انسان حرکت کنند، در بسیاری از مکان‌های بافتی که دسترسی به آن‌ها سخت است عمل کنند و از این رو بسیاری از مشکلات سلامتی خاص را هدف قرار دهند.

پیشرفت‌های اخیر درنانوروبات‌ها نوید قابل‌توجهی را برای رفع این محدودیت‌ها و استفاده از این دستگاه‌های کوچک برای جراحی‌های دقیق نشان داده است. ابزارهای نانوروباتیک بدون اتصال، از نانو مته گرفته تا ریزگیر و میکروگلوله، قابلیت های منحصر به فردی را برای جراحی با حداقل تهاجم ارائه می دهند. نانوروبات ها با ابعادی سازگار با ابعاد موجودات کوچک بیولوژیکی که نیاز به درمان دارند، مزایای عمده ای را برای جراحی با دقت بالا و کم تهاجمی ارائه می دهند. با استفاده از منابع انرژی متنوع، نانوربات‌های متحرک با اجزای جراحی در مقیاس نانو قادر به نفوذ مستقیم یا بازیابی بافت‌های سلولی برای جراحی دقیق هستند. بر خلاف همتایان روباتیک بزرگ خود، این ربات‌های کوچک می‌توانند از میان باریک‌ترین مویرگ‌های بدن حرکت کنند و مراحل را تا سطح سلولی انجام دهند.

نمونه‌های نمایشی از جراحی‌های با دقت بالا با استفاده از ربات‌های نانو:

الف)میکروگرفترهای بدون tether با عملگرهای ترموبیوشیمیایی که سلول‌های فیبروبلاست زنده را ضبط می‌کنند.

ب)الکتروفورمینگ روبات‌های میکرو مغناطیسی لوله‌ای قابل کاشت برای جراحی چشم بدون سیم .

ج)تبخیر قطرات صوتی و پیشرفت گلوله‌های میکرو پر از پرفلوروکربن برای سوزاندن بافت .

د)نانودرلی خودران که بر روی یک سلول کار می‌کند.

ه) میکروچاقوهای زیستی با دو عمل برای جراحی تک‌سلولی.

3.حسگری (Sensing)

نانوربات‌ها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود در حرکت مستقل، عملکرد آسان سطح، و همچنین جذب و جداسازی موثر آنالیت‌های هدف در محیط‌های زیستی پیچیده، نوید قابل‌توجهی برای انجام کاربردهای مختلف حسگر زیستی برای تشخیص دقیق بیماری‌ها نشان داده‌اند. استراتژی سنجش نانوروبات متکی به تحرک نانوموتورهای مصنوعی است که با گیرنده‌های زیستی مختلف عملکردی دارند، از طریق نمونه برای تحقق برهم‌کنش‌های بیومولکولی خاص “در حال پرواز”. چنین نانوموتورهای دارای عملکرد گیرنده، قابلیت‌های اتصال و انتقال قدرتمندی را ارائه می‌دهند که به مسیرهای جدیدی برای شناسایی و جداسازی اهداف بیولوژیکی، مانند پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و سلول‌های سرطانی در مایعات بدن فرآوری نشده منجر شده است . حرکت مداوم این موتورهای سنتزی عامل دار منجر به اختلاط محلول داخلی در نمونه های بالینی میکرولیتری می شود که کارایی اتصال هدف را تا حد زیادی افزایش می دهد و پیشرفت های عمده ای در حساسیت و سرعت سنجش های بیولوژیکی ارائه می دهد. علاوه بر این، توانایی یدک‌کشی کارآمد چنین نانوموتورهای خودکششی، همراه با کنترل حرکت دقیق آن‌ها در شبکه‌های میکروکانال، می‌تواند به ریزتراشه‌های تشخیصی پزشکی جدید منجر شود که با حمل و نقل فعال نیرو می‌گیرند.

استراتژی‌ها و مثال‌هایی از نانو ربات‌ها برای حس‌گری:

الف) عملکردی‌سازی نانو ربات‌ها با بیورسپتورها مختلف برای حس‌گری آنالیت‌های هدف، از جمله سلول‌ها، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک.

ب) میکروراکت‌های عملکردی‌سازی شده با ssDNA برای هیبریداسیون و ایزولاسیون انتخابی اسیدهای نوکلئیک .

ج) تشخیص خاص درون سلولی miRNA در سلول‌های سرطانی سالم با استفاده از نانو موتورها با پیشرانه فراصوت.

4-سم‌زدایی (Detoxification)

نانوروبات های خودکششی نیز به عنوان ابزارهای سم زدایی قدرتمند با قابلیت تمیز کنندگی بالا مورد استفاده قرار گرفته اند. مانند حس زیستی، استراتژی‌های سم‌زدایی به نانوربات‌های خودکششی متکی هستند که به سرعت سم را جذب و حذف می‌کنند تا محیط را غیرسمی کنند. حرکت کارآمد برخورد و اتصال سموم به موتورها را که با مواد کاربردی مورد نظر پوشانده شده اند، تسهیل می کند. به عنوان مثال، نانوموتورها با مواد طبیعی مشتق از سلول ترکیب شده اند – که قادر به تقلید از خواص طبیعی سلول های مبدا خود هستند – به سمت دستگاه های جدید سم زدایی زیستی در مقیاس نانو. در میان مشتقات مختلف سلولی، گلبول‌های قرمز خون (RBCs)توانایی بسیار خوبی برای عملکرد به عنوان نانواسفنج‌های جاذب سم برای خنثی کردن و حذف سموم خطرناک منافذ ((PFTsاز جریان خون نشان داده‌اند. با انگیزه خواص بیولوژیکی گلبول های قرمز، انواع مختلفی از میکروموتورهای شبیه ساز سلولی برای سم زدایی ساخته شده اند.

نمونه‌های نمایندگی از نانو ربات‌ها برای سم‌زدایی:

الف)میکروسکوپ الکترونی انتقالی از نانو اسفنج پوشیده شده با غشای سلولی برای خنثی‌سازی سم

ب)طرح میکرو موتور Janus RBC-Mg در حال حرکت در مایع زیستی  و ظرفیت آن برای پاک‌سازی .

ج) میکروسکوپ الکترونی اسکنینگ از میکروفیش با فناوری چاپ سه‌بعدی و تصویر فلورسانس از میکروفیش در حال انکوباسیون در محلول سم ملتین .

:Resources

-1

https://ariananasr.ir/%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88-%D8%B1%D8%A8%D8%A7%D8%AA-%D9%88-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D8%A2%D9%86/

-2

https://pishnam.com/%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88-%D8%B1%D8%A8%D8%A7%D8%AA-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D8%9F-%D8%A2%D8%B4%D9%86%D8%A7%DB%8C%DB%8C-%D8%A8%D8%A7-%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88-%D8%B1/

-3

http://www.exos.ir/%D9%86%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%B1%D8%A8%D8%A7%D8%AA-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D9%BE%D8%B2%D8%B4%DA%A9%DB%8C-%D8%B3%D8%B1%D8%B7%D8%A7%D9%86-%D8%AF%DB%8C%D8%A7%D8%A8%D8%AA-%D8%AC%D8%B1%D8%A7/

-4

https://akharinkhabar.ir/science/8693503

-5

https://robotics.sciencemag.org/content/4/2/eaam6431