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什么是纳米波滴?了解Nanobot结构,操作和用途

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随着技术的进步,事情并不总是变得更大,物体也变得更小。事实上,纳米技术是增长最快的技术领域之一,价值超过1万亿美元,预计在未来半十年中将增长约17%。纳米波托是纳米技术领域的主要部分,但它们完全是什么以及如何运作?让我们仔细看看Nanobots以了解这种变革性技术如何工作以及它用于它的方法。

什么是纳米波滴?

纳米技术领域涉及技术的研究和开发大约一到100纳米的规模。因此,纳米藻醇学专注于围绕这种尺寸的机器人的创造。在实践中,难以在规模中为一个纳米和“纳米藻体”和“纳米泊素”的术语更加努力地工程应用到约0.1的设备–10微米的尺寸,仍然很小。

重要的是要注意,术语“纳米罗布”有时适用于与纳米级,操纵纳米物品的物体相互作用的装置。因此,即使设备本身要大得多,也可以被认为是纳米毒型仪器。本文将专注于纳米级机器人自己。

纳米藻和纳米波特的大部分仍然在理论阶段,研究专注于解决如此小规模的施工问题。但是,已经设计和测试了一些原型纳米机器和纳米运动机。

最目前现有的纳米菌斑设备落入四个类别之一:开关,电机,梭子和汽车。

纳米毒间开关通过提示从“关”状态切换到“ON”状态。环境因素用于使机器变化形状,是一个称为构象变化的过程。使用化学反应,UV光和温度等方法改变环境,并且纳米毒型开关作为结果转换成不同的形式,能够实现特定的任务。

纳米电机比简单的开关更复杂,并且它们利用通过构象变化的效果产生的能量,以便移动并影响周围环境中的分子。

梭是能够将药物等化学品作为特定的靶向区域运输的纳米皿。目标是将班车与纳米摩电机组合,使得梭子能够通过环境更大程度地移动。

纳米毒液“汽车”是目前最先进的纳米型,能够与化学或电磁催化剂的提示独立移动。需要控制驱动纳米毒液轿车车辆的纳​​米运动机,以便待转向车辆,研究人员正在尝试各种纳米毒液控制方法。

Nanorobotics研究人员旨在将这些不同的组件和技术综合成可以完成复杂任务的纳米载体,由纳米波特共同努力完成。

Photo: Photo: ” Comparison of the sizes of nanomaterials with those of other common materials.” Sureshup vai Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (//en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

纳米波特如何创建?

纳米藻醇类领域处于许多学科的十字路口,纳米波特的创建涉及创建传感器,执行器和电机。必须进行物理建模,也必须在纳米尺度完成所有这些。如上所述,纳米尺寸装置用于组装这些纳米级零件并操纵人工或生物分量,其包括对细胞和分子的操纵。

纳米藻醇工程师必须能够解决多种问题。他们必须解决有机和有机材料之间的感觉,控制电力,通信和相互作用的问题。

纳米多孔的尺寸大致与生物细胞相当,因此由于这一事实,未来的纳米波特可以在医学和环境保护/修复等学科中使用。今天存在的大多数“纳米纳米”只是已经操纵以完成某些任务的特定分子。 

复合纳米球基本上只是连接在一起并用化学方法操纵的简单分子。例如,一些纳米波特是由DNA组成, 和他们运输分子货物。

纳米波特如何运作?

鉴于纳米波特的仍然很重,关于纳米波特如何运作的问题是用预测而不是事实陈述回答。纳米波特的第一个主要用途可能是在医学领域,穿过人体,并完成诊断疾病,监测生命权和分配治疗的任务。这些纳米波特需要能够在人体周围导航,并通过血管等组织移动。

导航

在纳米米导航方面,纳米多尔研究人员和工程师正在调查各种技术。一种导航方法是利用超声信号进行检测和部署。纳米纳米可以发出可以追踪以定位纳米波特位置的超声信号,然后可以使用指示其运动的特殊工具引导机器人的特定区域。还可以采用磁共振成像(MRI)器件来追踪纳米波特的位置,以及早期实验与MRIS已经证明了该技术可用于检测甚至操纵纳米杆。检测和操纵纳米波特的其他方法包括使用X射线,微波和无线电波。目前,我们对纳米级的这些波的控制相当有限,因此必须发明新的利用这些波的方法。

上述导航和检测系统是外部方法,依赖于使用工具来移动纳米杆。随着船上传感器的添加,纳米波也可能是更自主的。例如,包括板载纳米波特的化学传感器可以允许机器人扫描周围环境并遵循某些化学标记到目标区域。

力量

在发电纳米杆时,还有各种各样的研究人员正在探索电力解决方案。供电Nanobots的解决方案包括外部电源和板载/内部电源。

内部电源解决方案包括发电机和电容器。在纳米旁的发电机可以使用血液中发现的电解质来产生能量,或者纳米波特甚至可以使用周围的血液作为化学催化剂来供电,当与化学物质结合纳米纸时产生能量的化学催化剂。电容器类似地操作到电池,存储可用于推动纳米氧基酚的电能。甚至考虑了微小的核电源等其他选择。

就外部电源来,令人难以置信的小,细线可以将纳米块系绳到外部电源。这种线可以由微型光纤电缆制成,向下透明的脉冲,并在纳米块内产生实际的电力。

其他外部电源解决方案包括磁场或超声波信号。 Nanobots可以采用称为压电膜的东西,该压电膜能够收集超声波并将它们转变为电力。磁场可用于催化包含在纳米底板上的闭合导电环内的电流。作为奖励,磁场也可以用于控制纳米块的方向。

机器人

解决问题Nanobot Locomotion.需要一些创造性解决方案。纳米波特没有被系在一起,或者不仅仅是在环境中的自由浮动,需要有一些方法可以移动到目标位置。推进系统需要强大且稳定,能够将纳米纳米推进其周围环境中的电流,如血液的流动。调查的推进解决方案通常受到自然界的启发,研究人员正在研究显微镜生物如何通过他们的环境。例如,微生物经常使用长,鞭状的尾巴称为鞭毛来推动自己,或者他们使用多个毛茸茸的四肢被称为纤毛。

研究人员也在试验机器人小手臂式附属物这可能让机器人游泳,抓握和爬行。目前,这些附属物通过身体外部的磁场控制,因为磁力促使机器人的臂振动。这种运动方法的增加的益处是它的能量来自外部来源。这种技术需要更小,以使其适用于真正的纳米波。

还在调查中还有其他更具创造性的推进策略。例如,一些研究人员已经提出了使用电容器来工程师将导电流体拉出并射出电磁泵像喷射器一样,推动纳米杆前进。

无论纳米波特的最终应用如何,它们都必须解决上述问题,处理导航,机器和电源。

什么是纳米波特?

如上所述,纳米波特的第一次用途可能会在 医疗领域。纳米波特可用于监测身体的损坏,并且可能甚至有助于修复这种损坏。未来的Nanobots可以直接向需要它们的细胞提供药物。目前,药物口服或静脉内递送,它们在整个身体上传播,而不是击中目标区域,导致副作用。配备有传感器的纳米波特可以很容易地用于监测细胞区域的变化,报告在损坏的第一个迹象或故障的迹象中的变化。

我们仍然远离这些假设的应用,但正在进行进展。例如,在2017年的科学家产生靶向癌细胞的纳米脂蛋白并用小型钻头攻击它们,杀死它们。今年,ITMO大学的一群研究人员设计了一种由DNA碎片组成的纳米多特,能够破坏致病性RNA链。基于DNA的纳米蛋白也能够运输分子量,纳米氧化物由三种不同的DNA切片制成,用DNA“腿”操纵并使用“臂”携带特定分子。

除了医学应用之外,在环境清理和修复目的的目的中,正在进行研究纳米波特。纳米波特可能会用于移除毒性重金属塑料从水体。纳米波特可以携带使有毒物质在一起时使有毒物质呈惰性的化合物,或者它们可以通过类似的方法来降低塑料废物。研究也在使用Nanobots方便生产极小的计算机芯片和处理器,基本上使用纳米波特来生产微观计算机电路。

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