1

NANOTEHNOLOGIA

Elev:MARINAC ADRIAN

            Dezvoltarea ştiinţei a demonstrat că progresele cele mai spectaculoase se obţin prin cercetare pluridisciplinară, situată la graniţa dintre diferite discipline. Cu cât numărul acestor discipline concurente este mai mare, cu atât este mai rapidă dezvoltarea noii ştiinţe iar impactul pe care îl va avea asupra societăţii va fi mai mare.

Dicţionarul Webster defineşte cuvântul “nanotehnologie” ca fiind “arta manipulării unor dispozitive minuscule, de dimensiuni moleculare”. Guvernul american însă a investit în ultimii ani miliarde de dolari în cercetarea în domeniul nanotehnologiilor, în încercarea de a transforma-o dintr-o artă într-o “ştiinţă”. Ca urmare, activitatea de cercetare din domeniu este prodigioasă. Progresele rapide, mai ales din chimie, au pus la îndemâna cercetătorilor în domeniu o varietate de unelte miniaturale minunate.

            Ştiinţa doreşte să ne ţină la curent cu ceea ce se întâmplă în zona nanotehnologiei. Ritmul descoperirilor este atât de accelerat, încât oricât  de repede ar încerca el să ne informeze, tot s-ar constata că este depăşit de realitate. Dar o viziune generală asupra nanotehnologiei se poate face fară doar şi poate.

În cele ce urmează vor fi prezentate câteva străpungeri tehnologice, care vor schimba lumea.

Nu de puţine ori s-a afirmat că există două direcţii în nanotehnologie. Una care încearcă să transforme marele în mic, apelând la miniaturizarea extremă. Pe această cale s-ar putea ajunge la nanoroboţi, acele nanomaşinării, capabile să manipuleze obiecte alcătuite din numai câţiva atomi. Această direcţie pare a nu avea prea mulţi sorţi de izbândă. Probabil evoluţia în această direcţie se va opri undeva, la nivelul micro. Dar, mult mai simplu ar fi dacă s-ar aborda şi o a doua direcţie, o direcţie bazată mai degrabă pe imitarea viului. În fond, de ce ar trebui să se inventeze mecanisme noi, când avem în faţă rezultatul a miliarde de ani.... de evoluţie. În fond, fiecare celulă vie poate fi privită drept un nanorobot care este capabil să execute anumite sarcini, anumite instrucţiuni, programate în codul genetic. A imita viul, probabil că aceasta va fi calea ce va fi urmată în viitorul imediat. Este acum cât se poate de clar, nanoinginerul viitorului va trebui să posede o pregătire serioasă în domeniul biochimiei celulare.

Spionul din nucleul celulei

 ,, Am găsit, pentru prima oară, să observăm pe perioade lungi, fenomenele ce se produc în interiorul nucleului celulei”, anunţa FANQING CHEN de la Laboratoarele Berkeley. Punctul de plecare pentru a obţine un astfel de rezultat spectaculos îl reprezintă aşa-numitele ,,nano-dots”, nano-puncte, realizate din cristale semiconductoare, alcătuite din numai câteva sute sau mii de atomi. Pentru a ne face o idee, voi spune că acestea au diametrul de 20 mm, adică 0,02 microni,..... adică de multe sute de mii de ori mai mici decât punctul de deasupra unui ,,i”.

           Sunt folosite cristale semiconductoare, pentru că acestea au calitatea de a emite lumină de diferite culori (în funcţie de compoziţia lor) atunci când sunt iluminate cu radiaţii laser. Deoarece sunt foarte mici din punct de vedere chimic, nanodots-urile pot pătrunde atât prin porii membranei celulare, cât şi prin cei ai membranei nucleare. Deşi aceste lucruri erau cunoscute de mai multă vreme, rămânea totuşi o mare problemă: cum să facem ca aceste nanopuncte să se îndrepte către ţinta aleasă de noi?! Aici a fost necesară o strânsă colaborare între chimişti şi biologi. 

În prima etapă chimiştii au reuşit să realizeze nanopuncte  din sulfura de seleniu – zinc acoperite cu un strat subţire de dioxid de siliciu. Gândindu-ne că acesta tehnologie se aplică la obiecte de 20 mm ,vom avea o imagine asupra dificultăţilor cu care s-au confruntat cercetătorii. Si lucrurile nu se puteau opri aici.  „Era uşor să introducem nanodots-urile  in interiorul celulei , dar a ajunge in interiorul nucleului era cumplit de dificil „ ,explică F.Chen .

       Iată de ce a venit si rândul biologilor . Ei aveau sarcina sa dreseze nanodots-urile , astfel încat acestea sa se ducă exact acolo unde sunt trimise.

       „ Am invatat de la virusi ! „ ,rezuma Chen.

       Se stie ca virusurile au capacitatea de a penetra membrana nucleară, replicandu-se prin modificarea ADN-ului celulei gazdă . Aceasta părea, pe scurt,  calea de urmat. Dar nu era una simplă, pentru ca nu se putea pur si simplu să se apeleze direct la un anumit virus. Trebuia identificată „acea componentă” capabilă sa indeplinească scopul propus. Dupa încercari repetate a fost identificată o anumită proteină a virusului SV 40 , care îl ajută sa patrundă nestanjenit în interiorul nucleului celular . Imediat ce acesta proteină a fost identificată , Fanqing Chen impreună cu colega sa , Daniele Gerion , au putut trece la pasul urmator . Proteina respectivă a fost atasată la nano-punctele obţinute in prima etapa. Astfel a fost fabricat un nanopunct hibrid , o îmbinare intre biologic si anorganic. Desi lucrurile nu au fost deloc simple, rezultatul a fost un succes total: nano-punctele pătrunde acum cu usurinţa, in interiorul nucleului celular, fara a-i dauna cu ceva. Acum cercetătorii pot avea imagini de inaltă rezoluţie al fenomenelor ce se produc acolo, în zona misterioasă a mecanismelor de comandă ale viului. Este suficient ca celula să fie iluminată cu raze laser, pentru ca nanopunctul să inceapă să emita lumina uşor de detectat cu ajutorul unui microscop de inaltă rezoluţie .

Reuşita celor de la Berkeley este remarcabilă. Puteam vedea şi pană acum ce se intamplă in nucleul celular, dar numai pentru perioade foarte, forte scurte de   timp. Se foloseau anumiţi coloranţi pentru marcare, dar acestea aveau dezavantajul ca erau toxici si practic , ucideau celula , in loc să ne facă să o observăm mai uşor .

Si acum a sosit momentul să vedem mai departe in domeniul nanopunctelor hibride. Sa rezumăm cele spuse pană  acum: Suntem in stare sa realizam obiecte foarte mici, cu dimensiuni de ordinul zecilor de nanometri, care devin florescente atunci când sunt luminate cu o radiaţie laser. Am dresat aceste obiecte să patrundă într-un loc din celulă , imitind procese din lumea vie .

Nu am putea să dăm, oare, sarcini mai precise acestor obiecte?! Si anume ,   ce-ar fi daca le-am pune sa identifice celulele canceroase? Am putea astfel să le ucidem mai usor. Ar putea fi “dresate” sa corecteze instructiunile continute in AND, deschizand cale unor noi soluţii pentru ingineria genetică .

Exista de fapt si confirmarea afirmaţiilor de mai sus. Cercetătorii de la Universitatea de Medicina din SF. Louis au realizat un tip particular de  nanopuncte , care au forma proiectată cu precizie . Acestea nu mai sunt sferice , ci au o suprafaţa aparent  neregulată, dar aleasă astfel încat să se ataşeze de vasele se sânge nou formate .

Tumorile canceroase cresc relative rapid,  ceea ce duce la apariţia de vase sangvine noi, pentru a fi alimentate. Schematic si foarte apoximativ noile nanoparticule au suprafată plina de “ carlige “ ce se agată  de “ laturile “ prezente pe noile vase sangvine. Asfel, cu ajutorul tehnicilor de imagistica medicală, aceste nanoparcticule au permis identificarea de TUMORI cu diametrul de numai câţiva milimetri. Si, de aici, se anunţa perspective interesante. Totul este să fie aduse URGENT in practică …