Nanoştiinţa şi nanotehnologia transformă ştiinţifico-fantasticul în realitate

Boris Zhitkov a scris în anul 1931 o nuvelă în care povestitorul creează mâini în miniatură pentru a efectua intervenţii chirurgicale complicate. Chiar dacă nuvela respectivă a fost scrisă în urmă cu aproape 100 de ani, ea ilustrează conceptele fundamentale ale nanoştiinţei.

Nanoştiinţa aplicată în medicină are ca obiect de studiu molecule care măsoară o miliardime dintr-un metru, adică un nanometru. Pentru comparaţie, grosimea unui fir de păr uman este cuprinsă între 50.000 și 100.000 de nanometri.

Cu toate acestea, oamenii de ştiinţă şi inginerii au reuşit să creeze materiale la scara nanometrică care devin foarte reactive și din acest motiv ele pot să fie folosite drept catalizatori.

Chiar dacă conceptele de bază ale nanoștiinței pot fi mai ușor de înțeles dacă ne referim în special la modul cum se schimbă proprietățile unor materiale la scara nanometrică, domeniul nanoştiinţei nu este limitat doar la aceste cercetări. În prezent sunt concepute terapii medicale și vehicule mai mici decât un fir de praf care sunt utilizate în medicină.

Datorită nanoştiinţei şi nanotehnologiei, ceea ce odată era considerat de domeniul ştiinţifico-fantasticului, astăzi a devenit realitate.

1. Geluri medicale

În unele jocuri video, cum ar fi Mass Effect creat de BioWare, jucătorii pot să vindece rănile personajelor din jocuri cu ajutorul unor geluri miraculoase.

În mod similar, oamenii de ştiinţă au reuşit să creeze un gel medical, denumit Vetigel, care poate opri o sângerare arterială în doar câteva secunde. Acesta conţine polizaharide care pot fi găsite în pereții celulari ai plantelor şi care atunci când sunt aplicate pe răni pot reface structura matricei extracelulare, oprind astfel hemoragia.

2. Molecule care vindecă

Cercetătorii au creat diferite produse medicale care pot vindeca leziunile pielii, similar cu „regeneratorul epidermic” din serialul Star Trek. Astfel, există nanoparticule de gel care ţintesc o anumită enzimă specifică (FL2) care încetinește migrarea unor celule specializate, denumite fibroblaşti, la locul leziunii. Cercetătorii cred că prin scăderea concentraţiei acestei enzime s-ar putea mări viteza de vindecare a rănilor de la nivelul pielii.

Cu toate acestea, livrarea către celule a unor molecule SiRNA (Silencing RNA), care au rolul să reducă concentraţia enzimei FL2, este dificilă, deoarece lanțurile neprotejate de ARN se degradează rapid. În consecinţă, cercetătorii au adăugat aceste molecule SiRNA în interiorul unor nanoparticule de gel pentru ca acestea să poată fi mai uşor transferate în celule. Plăgile tratate în acest mod s-au vindecat de două ori mai repede decât cele care nu au fost tratate.

3. Tehnologia de autoreparare

Aşa cum probabil vă amintiţi, robotul rău din filmul Terminator 2 avea capacitatea să se repare singur în doar câteva secunde. Din fericire, realitatea nu este nici pe departe la fel de înfricoșătoare, deşi nu mai este mult până când vom dispune de tehnologia de autoreparare.

Chimiștii au inventat fibre de carbon care se pot autorepara. Atunci când acestea se rup, ele eliberează o rășină epoxidică care se amestecă cu un catalizator. Atunci când rășina și catalizatorul intră în contact se formează un material plastic, rezistent, care reface fibra de carbon. Această tehnologie este comparabilă cu vindecarea unei vânătăi, doar că în acest caz nu se refac nişte vase de sânge care s-au spart, ci se eliberează o rășină specială care repară locul unde s-au rupt fibrele de carbon.

Acest lucru înseamnă că în viitor s-ar putea să nu ne mai îngrijorăm prea mult dacă ecranul dispozitivului mobil pe care îl utilizăm se va sparge.

4. Microvehicule moleculare

În anul 1966, cinefilii au fost uimiţi de scenariul filmului Călătorie fantastică (Fantastic Voyage) în care echipajul unui submarin este micşorat până la o dimensiune microscopică înainte de a fi injectat în corpul unui om de știință.

În prezent oamenii de știință au reuşit să creeze microvehicule moleculare care pot fi conduse în anumite direcții.

Microvehicule moleculare. Credit: www.shutterstock.com

În anul 2011, Bernard L. Feringa, care a primit Premiul Nobel pentru Chimie în anul 2016, a construit o nanomaşină cu patru roți, formată din patru motoare moleculare amplasate pe un șasiu din lanţuri de carbon. Având  dimensiunea roților echivalentă cu cea a 60 de atomi şi o lățime de 666.666.666 ori mai mică decât a unei maşini de Formula 1, este greu să ne imaginăm cum ar putea fi condus un astfel de vehicul minuscul.

Cu toate acestea, în acest an va avea loc prima cursă de nanomaşini. Acestea vor concura pe un traseu realizat în întregime din aur, care a fost construit cu migală atom cu atom. Pe traseu vor fi amplasaţi atomi suplimentari care vor avea rol de obstacole pe care nanomaşinile trebuie să le ocolească în timpul cursei.

5. Alimente incredibile

Producătorii de alimente sunt interesaţi de tehnologia moleculară pe care vor să o folosească pentru a modifica gustul şi textura unor alimente.

Nanotehnologia a fost deja folosită în produsele alimentare de mai mulți ani, emulgatorii din maioneză fiind un exemplu în acest sens, dar acum oamenii de ştiinţă încearcă să înţeleagă cum poate fi utilizată această tehnologie pentru a îmbunătăți gustul și aspectul unor alimente.

Astfel, în brutăriile Tip-Top din Australia se folosesc nanocapsule pentru a adăuga Omega-3 în pâine. Capsulele se deschid numai în anumite condiţii de mediu, adică în stomac, și astfel clienții Tip-Top se pot bucura de beneficiile aduse de Omega-3 fără a simţi gustul şi mirosul neplăcut specific uleiului de peşte.

De asemenea, companii precum Nestle și Unilever efectuează cercetări privind utilizarea nanocapsulelor în scopul îmbunătățirii aspectului unor alimente.

Chiar dacă deocamdată nanotehnologia nu ne oferă tot ceea ce ştiinţifico-fantasticul ne-a promis, pas cu pas nanotehnologia schimbă lumea în care trăim.

Traducere și adaptare după Five ways nanoscience is making science fiction into fact