인간에게 초인적 능력을 줄 호흡세포

jin9978 (43)in #kr • 7 years ago

얼마전 한 기사를보고 궁금해져서 더찾아보다가 좋은 영문기사를봤는데 아직 변역본이없어서 여러분들을 위해 직접 변역을 해봤어연

소개

호흡세포(respirocyte)란 인간의 몸 속에서 적혈구처럼 행동할 수 있는 가상의 나노봇머신이다. 그것은 혈류속에서 산소와 이산화탄소를 운반하는 적혈구를 보조하거나 대체하여 쓰여질 수 있다.
호흡세포는 1990년대 후반에 미래학자, 로버트 프라이타스 주니어에 의해 처음 제안되었다. 그는 호흡세포의 요건들을 세부적으로 디자인한 논문을 발표하였고 그 논문은 곧 관련기술들의 모든 논의들과 실제로 다른 많은 종류의 의료용 나노봇들에게 참고기준이 되었다.

고안된 디자인의 특징들

호흡세포 디자인에 있어 첫번째로 고려해야 할 것은 나노봇의 전체 사이즈다. 나노봇이 혈류를 방해하지않을만큼 작아야한다는 것은 자명하기 때문이다. 사실, 프라이타스는 적혈구라면 보통 걸리적거리거나 아니면 매우 느리게 움직이는 가장 작은 모세혈관에서도 통과할 수 있도록 나노봇의 크기를 보통의 적혈구보다 현저하게 작게 디자인하였다.(각각 지름 1마이크로미터, 6~8마이크로미터)
이 점은 나노봇이 신체조직을 향한 산소운반을 자연적인 적혈구보다 더욱 효율적으로 하도록 해준다.

2-1)외피구조
호흡세포의 바깥껍질은 다이아몬드(또는 사파이어같이 다이아몬드와 비슷한 분자구조를 가진 아무 크리스탈)를 재료로 구성된다. 껍질은 완벽한 구조를 위해 개개의 원자들이나 작은 유닛(unit)들로부터 만들어져야만 할 가능성이 크다. 이러한 껍질의 견고함은 호흡세포가 증가한는 고압력의 가스를 최대 100,000기압까지 함유할 수 있게 한다. 이 능력으로, 나노봇은 적혈구보다 236배 더 많은 산소와 이산화탄소를 운반할 수 있다.

2-2)기능
호흡세포가 작동하기 위해선 다음의 구성성분들이 필요하다.

약 100,000개 정도의 원자들로 만들어진 분자 로터(molecular rotors)는 가스를 가압 저장 챔버의 안에서 밖으로 펌프질하고 에너지를 위해 포도당을 수집한다. 이들은 선택적 결합부위들(selective binding sties)로 기능하여 한 종류만의 분자를 제외한 다른 분자들까지 펌프질되는 것을 방지한다.

파워 제너레이터(Power generator)는 나노봇에 동력을 공급하기에 충분한 에너지를 생성하기 위해 선택적 펌프 로터(selective pump rotor)에 의해 수집된 포도당을 사용하는 일종의 발전기로서 연료 전지와 유사하게 작동한다.

부력을 제어하기 위한 워터 밸러스트 챔버(Water ballast chanbers)

주변의 산소 및 이산화탄소 농도를 측정하고 가스저장탱크 내의 압력을 모니터링하기 위한 다양한 종류의 센서.

초소형 컴퓨터(Tiny computer)는 센서로부터 오는 입력신호를 해석하고 가스 유량과 전력 분배를 관리하기위해 필요하다. 이런 컴퓨터는 일반 크기의 컴퓨터가 가지는 적당한 처리능력을 만족시키면 되지만 컴퓨팅 코어와 데이터 저장소의 크기는 124나노미터에 들어맞아야한다.

구조 외부의 압력변환기(pressure transducer)는 내과의사가 바깥에서 암호화된 일련의 압축 펄스(compression pulse)를 통해 전송하는 프로그래밍된 지시사항을 수신하기위해 고안되었다.

(사진설명: 호홉세포(Respirocyte)의 디자인 도안. 아직 이론적인 단계에 있지만 구현에 필요한 몇몇 기술들은 곧 실현될 것으로 보인다)

의학적 응용

우리의 이런 기술이 적절한 호흡세포를 만들기에 충분할 정도로 발전할 때 의학적 기회들은 명백하게 한계가 없어질 것이다.

나노봇의 가장 중요한 응용은 효율적이고 일반적이며 반영구적인 인공 대체혈액을 발명하는 것, 수혈에 사용하는것, 응급 처치등에 사용하는 것 등이다. 만약 어떤 사람이 물에 빠지거나 질식당했을때 또는 어떤 종류의 기절로부터 고통받을 때 재빠르게 호흡세포를 주사하면 그들이 의학적 도움을 받을 수 있을만큼 오래 버틸 수 있을것이다. 이것은 또한 환자가 단지 몇 분더 버티는게 곧 생존을 의미하는 심장마비같은 경우에도 크게 유용할 것이다.

호흡세포는 또한 폐렴같은 호흡기 질환들을 치료하는데에도 도움이 되고 어쩌면 빈혈이나 천식같은 만성질환에까지도 쓰일 수 있다.

스포츠용,레크리에이션용으로 강화(sporting or recreational enhancement)

당연하게도 나노봇들은 건강한 사람들의 능력을 전반적으로 강화시킬 수도 있다. 호흡세포들을 이용해 보통의 혈액을 보완하는 것은 다이버들이 물속에서 긴 시간동안 호흡없이 머무를 수 있게하고 등산가들이 고고도에서도 산소탱크가 필요없게 할 것이며 운동선수들은 몇 초가 아니라 몇 분동안 단거리 달리기를 할 수 있게한다.

올림픽같은 운동경기들은 도핑검사만큼이나 호흡세포들에 대한 엄격한 테스트를 해야할 것이다. 그렇지 않으면 강화시술을 받지않은 운동선수들은 막대한 불이익을 받을 것이기 때문에!

결론

호흡세포들을 만들기위한 기술은 여전히 매우 이론적인 단계에 있다. 프라이타스의 디자인은 어느 시점에서 실현될 것으로 보이지만 의학의 세계에 출현하기까지는 아직 수 년이 남았다. 또한 나노봇을 제작할 수 있을지라도 면역 반응과 독성이 적절히 다뤄지는지 확인하기위해 안전성 테스트가 필요할 것입니다. 인간의 순환계 시스템에 말그대로 초인적 힘(super human power)이 주워졌을때 그것이 신체의 다른 시스템에 장기적 스트레스를 가하는지도 살펴보아야 한다.

그러나 단기적 목표는 시제품(prototype)을 만드는 것이다. 이 공정은 엄청나게 비용이 많이들고 몇가지 주요 구성사항이 누락되어 있지만 나노기술이 발전하는 현재의 속도를 고려하면, 우리가 이런 작은 크기의 복잡한 구조를 구성하는 것을 고려하기까지는 긴 시간이 걸리지않을 것이며 그러할 것이라는걸 확신할 수 있다.

레퍼런스
"Exploratory Design in Medical Nanotechnology: A Mechanical Artificial Red Cell", Robert A. Freitas Jr., 1998.
"Emerging trends of nanomedicine – an overview", Sandhiya et al, 2009.

출처 - http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3034

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