ナノテクノロジーにおけるフェイルセーフ

ナノテクノロジーにおけるフェイルセーフとは、ナノテクノロジーに統合されたデバイスまたは機能であり、故障が発生した場合に、他のデバイスや人に害を及ぼさないか、少なくとも害が最小限になるように反応します。フェイルセーフの原理は、国家規格とエンジニアリングの慣行によって管理されており、従来のエンジニアリング設計で広く使用されています。マクロスケールのフェイルセーフの原理とデバイスを、ナノスケールの同様のアプリケーションに縮小することができます。 ^[1]ナノテクノロジーアプリケーションでのフェイルセーフの使用は、ユーザーへのリスクを軽減することで、それらのアプリケーションの社会的受容をサポートします。2009年現在、ナノテクノロジーでフェイルセーフ^{[アップデート]}設計を実装するための理論的および実用的な方法があります。 ^[要出典]

ナノテクノロジーの社会的受容に対する主な課題は、人体におけるナノ構造の医療用途に関するものです。医療用途の構造は生体適合性があり無害となるように開発されますが、健全な工学設計ではあらゆる故障の可能性を考慮する必要があります。したがって、設計には故障が発生した場合に体内の構造を操作する方法も含まれることになります。

多くの研究者が、人体の内部など、ナノスケールのロボットしか使用できない作業を行う目的で、ナノスケールのロボット（「ナノボット」）の作成を検討しています。これらのロボットは、他のナノ構造を構築したり、医療処置を実行したりする能力を持ち、注射によって体内に導入されます。 ^{[2]ロボットのシェルと回路は}鉄 ナノ粒子で作られ、磁場を使用して動きを防止または操作することができます。故障や誤動作が発生した場合は、小さなEMPまたはMRIを使用してナノボットを停止できます。両方の技術は電磁場を誘導し、範囲内の電子機器のメモリを破壊し、回路 をショートさせます。

研究者たちは、アミノ酸を使用したナノ構造の構築を追求しています。アミノ酸を使用して作成されるナノ構造は、合成タイプのアミノ酸のみを使用して構築され、これらの構造に独自の分子のタグが付けられます。これらの人工アミノ酸は、本質的に、人体に自然に発生するタンパク質とは異なる合成タンパク質を形成します。人工アミノ酸のこの違いにより、これらのタンパク質は簡単に分離して標的とすることができます。^[3]故障や誤動作が発生した場合、標的の場所を示すフラグとして機能する、特定の標的分子を使用してこれらのタンパク質を識別することができます。次に、別のメカニズムを使用してそれらを分離し、不活性化します。

私たちの体内のDNAは、細胞が分裂するたびに自然に分解され、複製され、補充されます。これらのプロセスはすべて、さまざまな酵素によって制御され、完了します。DNA分子は、対応する塩基対のヌクレオチドが二重らせん構造で構成されているため、これらのプロセスは非常に効率的で正確で、予測可能です。DNA分子は簡単に作れるため、学会ではDNAを使用したナノ構造の作成に焦点を当てた出版物が多くあります。^[4] DNAベースのナノデバイスを使用すると、ナノデバイスを非活性化するように設計された合成タンパク質を作成できます。これらの合成タンパク質を体内に注入すると、DNAが分解され、ナノデバイスに不具合が生じた場合に無害になります。

人体中の生物学的タンパク質は、構造的構成要素、酵素、細胞シグナル伝達の促進という3つの主な機能を果たします。合成タンパク質は、指標の1つの形として開発され、DNAベースのナノデバイスに取り付けられる可能性があります。^[5]この指標は、人体中のナノデバイスを監視するために使用されます。人体内のすべてのDNAベースのナノデバイスが厳密に監視されていれば、故障が発生した場合に迅速に制御できます。

ナノテクノロジー、特にナノボットでは、故障時に損傷のリスクが高くなる可能性があるため、健全なプログラミングアーキテクチャが重要です。ナノデバイスの制御には、2層のアプローチを使用できます。(1) 予期される障害に備えて事前にプログラムされたフェイルセーフ機能を提供する。(2) 予期しない状況で使用するためのリモート制御オーバーライド。^[6]「リモート」制御ナノデバイスでは、手順全体にわたってナノボットを誘導するために、室内に専門家が必要です。

多くの研究者が、細菌を使って薬剤を送達する方法を開発しています。 ^[7]これらの細菌は、特定のタスクを実行するように「プログラム」することができ、体内の標的の場所に行くように指示することができます。^[8]しかし、細菌は健康な臓器に損傷を与えたり、機能不全の場合は病気の臓器に薬剤を送達できなかったりする可能性があります。そのような場合、細菌を中和して損傷を防ぐためのフェイルセーフ機構が必要です。フェイルセーフ剤としては、一般的に抗生物質が適しています。