Ένα αναπνευστικό κύτταρο είναι ένας μηχανικός σχεδιασμός για ένα μηχάνημα που δεν μπορεί να κατασκευαστεί με την τρέχουσα τεχνολογία: ένα τεχνητό ερυθρό αιμοσφαίριο διαμέτρου ενός μικρού. Εάν η πρόοδος στη νανοτεχνολογία συνεχιστεί τόσο γρήγορα όσο ήταν για την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα, ενδέχεται να δούμε αναπνευστικά κύτταρα να χρησιμοποιούνται στην ιατρική ή ακόμα και στην ψυχαγωγία έως το 2020 ή το 2030.
Το πιο ενδιαφέρον πράγμα για ένα αναπνευστικό κύτταρο είναι η εσωτερική του πίεση: περίπου 1000 ατμόσφαιρες. Το αναπνευστικό κύτταρο θα ήταν σφαιρικό, το βέλτιστο σχήμα για δοχεία υψηλής πίεσης και κατασκευασμένο από καθαρό διαμάντι ή ζαφείρι, ιδανικά υλικά μηχανικής για ανθεκτικά νανοσυστήματα. Η υψηλή πίεση επιτρέπεται από την αντοχή αυτών των υλικών.
Σε 1000 ατμόσφαιρες πίεσης, τα αναπνευστικά κύτταρα μπορούσαν να συγκρατήσουν 200 φορές περισσότερο οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα από τα φυσικά μας ερυθρά αιμοσφαίρια. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει σε ένα άτομο να κρατήσει την αναπνοή του στο κάτω μέρος μιας πισίνας για τέσσερις ώρες ή να αφήσει κάποιον να σπεύσει με τελική ταχύτητα για τουλάχιστον 15 λεπτά χωρίς να σταματήσει να αναπνεύσει. Τέτοια κατορθώματα είναι αδύνατα σήμερα.
Τροφοδοτούμενο από τη γλυκόζη στο αίμα, ένα αναπνευστικό κύτταρο έχει εξαιρετικά απλό σχεδιασμό. Το μόνο που χρειάζεται για την τελική υλοποίησή του είναι η συνεχής πρόοδος της σμίκρυνσης στην κατασκευή, μια τάση που διατηρείται σταθερή εδώ και δεκαετίες και πλησιάζει στην ατομική κλίμακα. Αυτό που χρειάζεται είναι η κατασκευή τρισδιάστατης νανοκλίμακας, μια ικανότητα που προμηνύεται από τη χρήση μικροσκοπίων σάρωσης σήραγγας για τον χειρισμό μεμονωμένων ατόμων σε μια επιφάνεια.
Το αναπνευστικό κύτταρο αποτελείται από τρία κύρια στοιχεία σχεδιασμού: ρότορες που λαμβάνουν οξυγόνο από τους πνεύμονες και το απελευθερώνουν στην κυκλοφορία του αίματος. ρότορες για τη συλλογή διοξειδίου του άνθρακα από την κυκλοφορία του αίματος και την απελευθέρωση του στους πνεύμονες. και ρότορες για τη λήψη γλυκόζης από την κυκλοφορία του αίματος για την παραγωγή ενέργειας σε μια διαδικασία παρόμοια με την κυτταρική αναπνοή. Προκαταρκτικές μελέτες έχουν βρει ότι οι εξαιρετικά λείες διαμαντοειδείς επιφάνειες θα ήταν πρακτικά αόρατες στα λευκά αιμοσφαίρια, καθιστώντας τις συσκευές βιοσυμβατές.
Τα αναπνευστικά κύτταρα σχεδιάστηκαν και αναλύθηκαν λεπτομερώς από τον Robert Freitas, ερευνητή νανοτεχνολογίας στο Institute for Molecular Manufacturing. Η εργασία που περιγράφει την ιδέα τιτλοφορείται, «A Mechanical Artificial Red Cell:
Διερευνητικός Σχεδιασμός στην Ιατρική Νανοτεχνολογία». Νανοϊατρικές εφαρμογές όπως αυτές που οραματίστηκε ο Freitas θα μπορούσαν να γίνουν συνηθισμένες στο μεσοπρόθεσμο έως μακροπρόθεσμο μέλλον πολλών από αυτούς που ζουν σήμερα.