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纳米技术的伟大构想:从肿瘤捕捉器到太空电梯

艺术家的太空电梯系统概念,从22000英里(36000公里)的高空俯瞰地球。NASA)

当今一些最大的科学创新正在以最小的尺度发生。

纳米技术-“nano”是“nano”的缩写,指以十亿分之一米为单位的长度尺度-描述了为执行复杂任务而构建的技术,但以分子甚至原子为尺度。从这个角度来看,一种叫做纳米管的结构直径为1纳米——根据国家纳米技术倡议(National Nanotechnology Initiative)的说法,这种结构大约是人类头发宽度的10万倍,

由于采用了纳米技术,工程师们可以为你的智能手机设计比以往任何时候都更小、更高效的微处理器。此外,在不远的将来,这些小玩意可能会包含由纳米技术提供动力的复杂安全保护措施。科学家也在探索纳米技术如何提供针对基因本身的医疗治疗。或者建造足够坚固的电缆来支撑太空电梯,根据未来会议的专家小组,一个强调科幻和尖端科学交叉的会议于6月16日至18日在华盛顿举行国家标准与技术研究所首席科学家劳埃德·惠特曼说,制造能在纳米级运行的机器需要“遵循生物蓝图”,6月17日,惠特曼在题为“与魔法无可区分:科幻中的纳米技术”的小组会议上对观众说,

任何一种在纳米尺度上制造的机器人都不会看起来像一个典型的机器人——它会看起来更像一种病毒。进化论已经找到了如何在微观层面构建功能性的、自主的形式,工程师们可以从研究这些微小的成功案例中学到很多东西,从而为他们自己在纳米尺度上的粒子研究提供信息,惠特曼说,

寻找病毒的灵感对于医学工程、眼科学、肿瘤学、神经外科副教授乔丹·格林说,科学家们正在研究纳米技术在医学和人类健康中的潜在用途,格林说,马里兰州约翰霍普金斯大学医学院的材料科学和工程,

直接传递到细胞的

病毒通过将自己的基因插入我们的细胞以复制自己而影响我们的基因组。研究人员也许能设计出一种能够以同样方式传递遗传信息的合成粒子吗?由无毒和水溶性物质制成的粒子可以被设计成直接将DNA输送到细胞,将它们编码成细胞核外的RNA分子,在那里,它们将被翻译成蛋白质以传达一种功能。根据KDSPE“KDSPs”“这可以改变细胞的基因组成,或者它可以有短期治疗。效果,”他说。

对于患有血友病或囊性纤维化等遗传疾病的人来说,这种方法可以将健康的基因传递给靶细胞,并修复导致疾病的DNA错误,格林告诉小组听众,

纳米技术也可以为更有效的癌症治疗提供信息,格林说。格林说,癌细胞中的一种突变会使控制开关失活,这种开关告诉癌细胞停止生长,但使用纳米颗粒的靶向基因治疗可以重新激活它们的自毁按钮,阻止癌细胞在其轨道上的生长。

通过将纳米颗粒定向到特定组织并提供精确的指令正确的细胞,“纳米工程和医学中的纳米技术可以帮助药物变得更精确,”他解释道,

到月球

纳米技术也可以帮助实现一个至少从19世纪末就吸引和阻碍工程师的想法——如何建造一个从地球延伸到太空的电梯,Lourdes Salamanca Riba,a.James Cla的教授