Was ist ein Respirozyt?
Ein Respirozyt ist ein Konstruktionsentwurf für eine Maschine, die mit der derzeitigen Technologie nicht gebaut werden kann: ein künstliches rotes Blutkörperchen mit einem Durchmesser von einem Mikrometer. Wenn die Fortschritte in der Nanotechnologie so schnell fortschreiten wie im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts, werden bis 2020 oder 2030 möglicherweise Respirozyten in der Medizin oder sogar in der Freizeit eingesetzt.
Das Interessanteste an einem Respirozyten ist sein Innendruck: ungefähr 1000 Atmosphären. Der Respirozyt wäre kugelförmig, die optimale Form für Hochdruckgefäße und aus reinem Diamant oder Saphir gefertigt, ideale Konstruktionsmaterialien für langlebige Nanosysteme. Der hohe Druck wird durch die Festigkeit dieser Materialien zugelassen.
Bei 1000 Atmosphären Druck können Respirozyten 200-mal mehr Sauerstoff und Kohlendioxid als unsere natürlichen roten Blutkörperchen speichern. Auf diese Weise kann eine Person vier Stunden lang am Boden eines Schwimmbeckens die Luft anhalten oder mindestens 15 Minuten lang mit Höchstgeschwindigkeit sprinten, ohne anzuhalten, um zu atmen. Solche Taten sind heute unmöglich.
Angetrieben von Glukose im Blut hat ein Respirozyt ein bemerkenswert einfaches Design. Alles, was für die spätere Realisierung erforderlich ist, ist die fortschreitende Miniaturisierung der Fertigung, ein Trend, der seit Jahrzehnten stabil ist und sich dem atomaren Maßstab nähert. Was benötigt wird, ist die Herstellung im 3D-Nanomaßstab, eine Fähigkeit, die durch die Verwendung von Rastertunnelmikroskopen zum Manipulieren einzelner Atome auf einer Oberfläche angedeutet wird.
Der Respirozyt besteht aus drei Hauptkomponenten: Rotoren, die Sauerstoff aus der Lunge aufnehmen und im Blutkreislauf freisetzen; Rotoren, um Kohlendioxid aus der Blutbahn zu gewinnen und in die Lunge freizusetzen; und Rotoren, die Glukose aus dem Blutkreislauf aufnehmen, um Energie in einem Prozess ähnlich der Zellatmung zu erzeugen. Vorläufige Studien haben ergeben, dass extrem glatte Diamantoidoberflächen für weiße Blutkörperchen praktisch unsichtbar sind, wodurch die Geräte biokompatibel werden.
Die Respirozyten wurden von Robert Freitas, einem Nanotechnologieforscher am Institut für molekulare Herstellung, detailliert entworfen und analysiert. Der Artikel, der das Konzept beschreibt, trägt den Titel "Eine mechanische künstliche rote Zelle: Erkundungsdesign in der medizinischen Nanotechnologie". Nanomedizinische Anwendungen, wie sie Freitas vorsieht, könnten mittel- bis langfristig für viele der heute lebenden Menschen alltäglich werden.