Ein Respirozyten ist ein Konstruktionsentwurf für eine Maschine, die mit der aktuellen Technologie nicht gebaut werden kann: ein künstliches rotes Blutkörperchen mit einem Durchmesser von einem Mikrometer. Wenn der Fortschritt in der Nanotechnologie so schnell voranschreitet wie im ersten Jahrzehnt des 21.
Das Interessanteste an einem Respirozyten ist sein Innendruck: etwa 1000 Atmosphären. Der Respirocyt wäre kugelförmig, die optimale Form für Hochdruckgefäße, und aus reinem Diamant oder Saphir, ideale technische Materialien für langlebige Nanosysteme. Der hohe Druck wird durch die Festigkeit dieser Materialien ermöglicht.
Bei einem Druck von 1000 Atmosphären könnten Respirozyten 200-mal mehr Sauerstoff und Kohlendioxid aufnehmen als unsere natürlichen roten Blutkörperchen. Dies könnte es einer Person ermöglichen, vier Stunden lang am Boden eines Schwimmbeckens den Atem anzuhalten oder jemanden mindestens 15 Minuten lang mit Höchstgeschwindigkeit sprinten zu lassen, ohne zu atmen. Solche Leistungen sind heute unmöglich.
Angetrieben durch Glukose im Blut, hat ein Respirozyten ein bemerkenswert einfaches Design. Für die letztendliche Realisierung ist lediglich die fortschreitende Miniaturisierung in der Fertigung erforderlich, ein Trend, der seit Jahrzehnten stabil ist und sich der atomaren Skala nähert. Was benötigt wird, ist die 3D-Fertigung im Nanomaßstab, eine Fähigkeit, die durch den Einsatz von Rastertunnelmikroskopen zur Manipulation einzelner Atome auf einer Oberfläche ahnen lässt.
Der Respirozyten besteht aus drei Hauptkomponenten: Rotoren, die Sauerstoff aus der Lunge aufnehmen und in den Blutkreislauf abgeben; Rotoren, um Kohlendioxid aus dem Blutkreislauf zu sammeln und in die Lunge freizugeben; und Rotoren zur Aufnahme von Glukose aus dem Blutkreislauf zur Energieerzeugung in einem Prozess ähnlich der Zellatmung. Vorläufige Studien haben ergeben, dass extrem glatte diamantartige Oberflächen für weiße Blutkörperchen praktisch unsichtbar wären, was die Geräte biokompatibel macht.
Respirozyten wurden von Robert Freitas, einem Nanotechnologie-Forscher am Institut für Molekulare Fertigung, entworfen und detailliert analysiert. Das Papier, das das Konzept beschreibt, trägt den Titel „A Mechanical Artificial Red Cell:
Exploratives Design in der medizinischen Nanotechnologie.“ Nanomedizinische Anwendungen, wie sie sich Freitas vorstellen, könnten in der mittel- bis langfristigen Zukunft vieler der heute Lebenden alltäglich werden.