ศัลยแพทย์นาโน

จัดการกับเซลล์ที่เป็นโรคได้โดยตรง

ยาเกือบทุกชนิดถูกออกแบบมาเพื่อจัดการกับเซลล์อย่างจำเพาะ เช่น เซลล์มะเร็ง แต่เมื่อตัวยาถูกอัดเม็ดหรืออยู่ในรูปของยาฉีด ตัวยาเหล่านั้นจะออกฤทธิ์ต่อทุกส่วนของร่างกายและอาจเพิ่มความเสี่ยงอันเนื่องมาจากผลข้างเคียงของยาได้

พอล รอธมันด์ จากวิทยาลัยเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียในสหรัฐ พบวิธีการพับสายดีเอ็นเอเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ ส่งผลให้ดีเอ็นเอกลายมาเป็นหน่วยโครงสร้างสำคัญ ที่นักวิทยาศาสตร์นิยมนำมาสร้างหุ่นยนต์นาโน ด้วยเหตุว่าดีเอ็นเอสามารถเกี่ยวพันและยึดเหนี่ยวกับโมเลกุลที่มีโครงสร้างแตกต่างกันไปได้ ทำให้มันเหมาะสมอย่างยิ่งในการทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักของหุ่นยนต์นาโน ดังจะเห็นได้จากตัวอย่างการสร้างหุ่นยนต์นาโนจากสายดีเอ็นเอให้มีรูปร่างคล้ายกับกล่องสำหรับขนส่งตัวยา

เครื่องยนต์จิ๋วขับเคลื่อนหุ่นยนต์

สิ่งที่ท้าทายที่สุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการออกแบบหุ่นยนต์นาโน ก็คือ การทำให้มันเคลื่อนที่ไปมาได้ในร่างกายมนุษย์ ศัลยแพทย์ตัวน้อยๆ จะต้องพกเครื่องยนต์ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์นำทางติดตัวไปด้วยขณะเดินทางไปยังเซลล์ที่เกิดโรค อย่างไรก็ตาม อุปสรรคนี้ไม่ยากอย่างที่คิด และนักวิทยาศาสตร์ก็ใกล้ที่จะหาทางออกได้แล้ว

ปี ค.ศ. 2010 จางเหลียงฟาง และโจเซฟ แวง จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้พัฒนาหุ่นยนต์รูปร่างเหมือนจรวด ซึ่งใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นเชื้อเพลิง สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 2 มิลลิเมตรต่อวินาที ฟังดูไม่เร็วนัก แต่ถ้าหากพิจารณาขนาดของมันแล้วอาจเทียบได้กับรถยนต์ที่แล่นด้วยความเร็ว 600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

เคลื่อนไหวโดยไม่ใช้พลังงานจากภายนอก

บางกรณีหุ่นยนต์นาโนก็ทำงานได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานจากภายนอก เพราะกระบวนการทางชีวเคมีที่ทำให้คีมผ่าตัดนาโนสามารถ “กัด” และขาของหุ่นยนต์นาโนสามารถ “ก้าวเดิน” ได้ด้วยตัวมันเอง ขอเพียงมีอะไรบางอย่างที่เหมาะสมพอให้มันกัดหรือเดินผ่านไปได้ ในปี ค.ศ. 2012 มิลาน สโตจาโนวิค จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์ก ใช้หลักการนี้ในการออกแบบหุ่นยนต์นาโนตัวจิ๋วที่มีหน้าตาคล้ายกับแมงมุม 3 ขา มีความยาวเพียง 4 นาโนเมตรเท่านั้น ซึ่งเล็กกว่าแมงมุมจริงๆ ราว 5 ล้านเท่า

หุ่นยนต์นาโนจะพร้อมใช้งานเร็วๆ นี้

ยังมีนักวิทยาศาสตร์ท่านอื่นๆ ที่เสนอวิธีทำให้หุ่นยนต์นาโนเคลื่อนที่ไปยังจุดใดจุดหนึ่งของร่างกาย เช่น ในปี ค.ศ. 2009 ซิลเวน มาร์เทล จากวิทยาลัยโปลีเทคนิคมอนทรีออล ประเทศแคนาดา ได้คิดค้นวิธีการส่งหุ่นยนต์นาโนเข้าไปในกระแสเลือดโดยใช้แม่เหล็กที่อยู่ภายนอกร่างกายเป็นตัวบังคับทิศทาง

ส่วนในปี ค.ศ. 2011 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ประเทศอินเดีย ได้เสนอวิธีการที่จะทำให้หุ่นยนต์นาโนออกค้นหาลิ่มเลือดที่แข็งตัวโดยใช้สมมติฐานที่ว่าความดันของเลือดจะสูงขึ้นเมื่ออยู่รอบๆ ลิ่มเลือด ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงติดเส้นลวดนาโนที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความดันเข้ากับหุ่นยนต์นาโน หุ่นยนต์จึงสามารถรับรู้ได้ว่ากำลังมุ่งหน้าเข้าสู่ลิ่มเลือดหรือว่ายมาผิดทางกันแน่

ตัวหนอนนาโนออกตามหาเซลล์กลายพันธุ์

หุ่นยนต์นาโนตัวจิ๋วสามารถเคลื่อนที่ไปในเนื้อเยื่อทั่วร่างกายเพื่อค้นหาว่าแต่ละเซลล์ยังอยู่ในสภาพแข็งแรงหรือเริ่มกลายพันธุ์ไปเป็นเซลล์มะเร็งบ้างแล้ว ในปี ค.ศ. 2008 เอิร์คกิ รูออสลาห์ติ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา ได้ออกแบบตัวหนอนนาโนจากการเชื่อมต่ออนุภาคไอร์ออนออกไซด์ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก 5-10 อนุภาค เพื่อให้ได้เป็นสายโซ่สั้นๆ จากนั้นก็ติด “ขน” ที่ทำมาจากโปรตีนที่สามารถยึดเกาะกับเซลล์มะเร็งเข้าไป เมื่อเจ้าหนอนนาโนถูกฉีดเข้าไปในร่างกายมันจะออกค้นหาเซลล์มะเร็งและโอบล้อมเซลล์พวกนั้นไว้