Πολλοί δοκιμαστικοί έλεγχοι αποκαλύπτουν την παρουσία ενός μορίου ή ενός παθογόνου μικροοργανισμού ανιχνεύοντας την πρόσδεση ενός αντισώματος στο στόχο. Οταν τα αντισώματα που έχουν συνδεθεί με μαγνητικά νανοσωματίδια προσδεθούν πάνω στο στόχο τους σε μια επιφάνεια (πρώτο πλάνο), μια σύντομη έκθεση σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο κάνει αυτά τα σωματίδια να δημιουργήσουν ένα ανιχνεύσιμο μαγνητικό σήμα. Στο μεταξύ, τα σωματίδια - αντισώματα που δεν προσδέθηκαν αιωρούνται προς κάθε κατεύθυνση, αλληλοεξουδετερώνοντας το ένα το μαγνητικό πεδίο του άλλου. Γι' αυτό δεν είναι απαραίτητο το ξέπλυμα του αντιδραστηρίου που δεν προσδέθηκε στο στόχο, προτού μπορέσει να διαβαστεί το αποτέλεσμα.

Βιολογικά δείγματα μπορούν να ελεγχθούν για την παρουσία συγκεκριμένων γενετικών ακολουθιών χρησιμοποιώντας μικροσκοπικούς προβόλους (δοκούς που προεξέχουν) του ίδιου τύπου που χρησιμοποιούνται στα μικροσκόπια ατομικής δύναμης. Η επιφάνεια κάθε προβόλου επικαλύπτεται από DNA ικανό να συνδεθεί με την ανιχνευόμενη ακολουθία. Αν αυτή η ακολουθία υπάρχει στο δείγμα, τότε η σύνδεση των δύο τμημάτων DNA θα δημιουργήσει τάσεις, που θα κάνουν τον πρόβολο με το κατάλληλο DNA να λυγίσει - ελάχιστα, αλλά αρκετά για να αποκαλυφθεί ότι οι λυγισμένος πρόβολος βρήκε το στόχο του μέσα στο δείγμα.

Νανοσωματίδια χρυσού με προσκολλημένα μικρά τμήματα DNA θα μπορούσαν να γίνουν η βάση ενός εύκολα αναγνώσιμου ελέγχου ύπαρξης μιας γενετικής ακολουθίας (μαύρο) σε δείγμα DNA υπό εξέταση. DNA συμπληρωματικό προς αυτό το τμήμα ακολουθίας (κόκκινο) προσδένεται σε ένα μέρος σωματιδίων χρυσού σε αιώρηση και DNA συμπληρωματικό προς το άλλο μισό τμήμα ακολουθίας (μπλε) προσδένεται σε ίδια ποσότητα σωματιδίων. Αν η ακολουθία που ενδιαφέρει υπάρχει στο δείγμα, τότε θα συνδεθεί στα πλοκάμια DNA και στα δύο σύνολα σωματιδίων, παγιδεύοντάς τα σε ένα πυκνό δίκτυο. Αυτή η συσσωμάτωση θα έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή του χρώματος του αντιδραστηρίου (από κόκκινο σε μπλε).

Χάντρες από καουτσούκ γεμισμένες με διάφορα χρώματα ημιαγωγών νανοκλίμακας, γνωστά ως κβαντικές κουκκίδες, μπορούν να εξυπηρετήσουν ως μοναδικές ετικέτες για οσοδήποτε μεγάλο αριθμό διαφορετικών βιολογικών παραγόντων. Οταν φωτιστούν, οι χάντρες θα αποκαλύψουν την ταυτότητά τους (και εμμέσως και των συνδεδεμένων με αυτές παραγόντων) εκπέμποντας φως που διαχωρίζεται σε ένα διακριτό φάσμα χρωμάτων διαφορετικής έντασης, ανάλογα με το είδος και την ποσότητα κβαντικών κουκκίδων που περιέχουν, σαν ένα είδος φασματικού γραμμικού κώδικα (bar code).

Στην ταινία «Φανταστικό Ταξίδι», παραγωγής 1966, οι θεατές είχαν την ευκαιρία να δουν μια δραματοποίηση των τολμηρότερων οραμάτων εφαρμογής της νανοτεχνολογίας στην ιατρική: μέσω μυστηριωδών μέσων, μια ατρόμητη ομάδα γιατρών και το υψηλής τεχνολογίας υποβρύχιό τους σμικρύνεται τόσο πολύ που να μπορεί να ταξιδέψει μέσα στο κυκλοφορικό σύστημα ενός ασθενούς, για να αφαιρέσει τελικά με επιτυχία ένα θρόμβο αίματος από τον εγκέφαλό του. Τα τελευταία 35 χρόνια, έγιναν μεγάλες πρόοδοι στην κατασκευή σύνθετων συσκευών σε όλο και μικρότερη κλίμακα, οδηγώντας αρκετούς να πιστέψουν ότι τέτοιου είδους ιατρικές επεμβάσεις είναι δυνατές και ότι μικροσκοπικά ρομπότ σύντομα θα διατρέχουν τις φλέβες καθενός. Μάλιστα, ορισμένοι παίρνουν αρκετά σοβαρά το ενδεχόμενο αυτό, ώστε να ανησυχούν για τη σκοτεινή πλευρά αυτής της τεχνολογίας και συγκεκριμένα για το ενδεχόμενο αυτοαντιγραφόμενα αυτόματα μεγέθους νανόμετρου (δισεκατομμυριοστού του μέτρου) να βγουν εκτός ελέγχου και να καταστρέψουν οτιδήποτε ζωντανό.

Η γνώμη των περισσότερων ερευνητών, όπως και του Πολ Αλιβιζάτου, καθηγητή του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου του Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια, είναι ότι αυτές οι ελπίδες, αλλά και οι ανησυχίες, ανήκουν αποκλειστικά στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Κατά τον Αλιβιζάτο, η νανοτεχνολογία μπορεί, ωστόσο, να δώσει βελτιωμένα βιοϊατρικά ερευνητικά εργαλεία ή να αποκαλύψει ποια γονίδια είναι ενεργά στα κύτταρα κάτω από διάφορες συνθήκες. Οι νανοσυσκευές θα μπορούσαν να παίξουν ρόλο σε ταχύτατα διαγνωστικά και γενετικά τεστ, όπως αυτά που προορίζονται να αποκαλύψουν ποια γονίδια είναι εκείνα που λόγω της μετάλλαξής τους οδηγούν στην εμφάνιση καρκίνου. Βέβαια, ακόμα και αυτές οι ρεαλιστικές και πιο άμεσες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στην ιατρική δεν παύουν να έχουν σκοτεινές πλευρές, όχι αυτές καθαυτές, αλλά με βάση τη χρήση που μπορούν να βρουν στο πλαίσιο του εκμεταλλευτικού συστήματος όπου ζει το μεγαλύτερο μέρος της ανθρωπότητας. Σύστημα το οποίο μάλιστα περνά στις μέρες μας ένα μάλλον μακροπρόθεσμο παροξυσμό αυταρχισμού και προσπάθειας επίλυσης των προβλημάτων του με τον πόλεμο...

Με μια έννοια, όλη η βιολογία είναι μια μορφή νανοτεχνολογίας. Ακόμα και τα πιο πολύπλοκα βιολογικά όντα απαρτίζονται από μικροσκοπικά κύτταρα, που με τη σειρά τους απαρτίζονται από δομικά υλικά κλίμακας νανόμετρου: πρωτεΐνες, λιπίδια, νουκλεϊνικά οξέα και άλλα σύνθετα βιολογικά μόρια. Ομως, κατά σύμβαση, ο όρος νανοτεχνολογία χρησιμοποιείται συνήθως για τις τεχνητές κατασκευές που φτιάχνονται π.χ. από ημιαγωγούς, μέταλλα, πλαστικό ή γυαλί. Αρκετά τέτοια ανόργανα υλικά νανοκλίμακας, όπως μικροσκοπικοί κρύσταλλοι, πωλούνται ήδη εμπορικά σαν αντιδραστήρια.

Η ίδια η φύση προσφέρει ένα θαυμάσιο παράδειγμα της χρησιμότητας αυτών των ανόργανων κρυστάλλων στη βιολογία: τα ταπεινά μαγνητοτακτικά (ευαίσθητα στα μαγνητικά πεδία) βακτήρια. Αυτοί οι οργανισμοί ζουν σε όγκους υδάτων ή στη λάσπη των βυθών, αλλά μόνο σε ορισμένο βάθος. Πάνω από αυτό το βάθος υπάρχει περισσότερο οξυγόνο από αυτό που αντέχουν και πιο κάτω λιγότερο απ' όσο χρειάζονται. Οταν ένα βακτήριο παρασυρθεί από το ρεύμα πρέπει να ξανακολυμπήσει στη ζώνη με το κατάλληλο οξυγόνο. Αλλά πώς ξέρει προς ποια κατεύθυνση να κολυμπήσει, αφού επειδή βρίσκεται σε αιώρηση δε νιώθει πρακτικά τη δύναμη της βαρύτητας; Η απάντηση βρίσκεται στην αλυσίδα των 20 μαγνητικών νανοκρυστάλλων που περιέχει και που σχηματίζουν μια μικροσκοπική πυξίδα. Επειδή οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι κεκλιμένες στο μεγαλύτερο μέρος του βόρειου και του νότιου ημισφαιρίου, το βακτήριο δεν έχει παρά να ακολουθήσει αυτές τις δυναμικές γραμμές είτε προς τα πάνω, είτε προς τα κάτω, μέχρι που να φτάσει στην επιθυμητή συγκέντρωση οξυγόνου (όταν του λείπει πάει προς τα πάνω κι όταν του περισσεύει προς τα κάτω).

Τεχνητοί μαγνητικοί κρύσταλλοι ανάλογοι με αυτούς των μαγνητοτακτικών βακτηρίων ίσως σύντομα να χρησιμοποιούνται στη βιοϊατρική έρευνα με έναν πρωτοποριακό τρόπο: την ανίχνευση συγκεκριμένων βιολογικών παραγόντων, όπως οι παθογόνοι μικροοργανισμοί. Τα μαγνητικά σωματίδια συνδέονται χημικά με τα κατάλληλα αντισώματα, τα οποία στη συνέχεια όταν αναμειχθούν με το δείγμα προς εξέταση προσδένονται σε εξειδικευμένους στόχους. Για να διαπιστωθεί αν έγινε η πρόσδεση εφαρμόζεται για λίγο ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, που μαγνητίζει προσωρινά τα σωματίδια. Στη συνέχεια, το δείγμα εξετάζεται με ένα ευαίσθητο όργανο ικανό να ανιχνεύσει τα ασθενή μαγνητικά πεδία που δημιουργούν τα διατεταγμένα πια μαγνητικά σωματίδια. Οσα σωματίδια δεν έχουν προσδεθεί στο στόχο, αιωρούνται με τυχαίο τρόπο με αποτέλεσμα να αλληλοεξουδετερώνονται τα μαγνητικά τους πεδία. Τα συνδεδεμένα σωματίδια αντίθετα δεν μπορούν να περιστραφούν και γι' αυτό το μαγνητικό τους πεδίο είναι ανιχνεύσιμο.

Η τεχνική αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτεί το χρονοβόρο ξέπλυμα του ανιχνευτικού παράγοντα που δεν αντέδρασε, ενώ ήδη έχει καλύτερη ευαισθησία από τις συμβατικές τεχνικές ανίχνευσης και οι προοπτικές είναι ότι θα φτάσει να έχει μέχρι και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη ευαισθησία!

Παρά τις σχετικές προόδους, η μαγνητική μέθοδος δεν αναμένεται να αντικαταστήσει εξ ολοκλήρου τη διαδεδομένη πρακτική του χαρακτηρισμού των βιολογικών παραγόντων ανίχνευσης με μια φθορίζουσα ουσία που αντανακλά φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Αυτός ο τρόπος αναγνώρισης των βιολογικών αντιδραστηρίων είναι πολύ χρήσιμος όταν στο διάλυμα υπάρχουν περισσότερα του ενός τέτοια αντιδραστήρια. Η λύση που προσφέρει η νανοτεχνολογία είναι οι νανοκρύσταλλοι ημιαγωγών, γνωστοί και σαν «κβαντικές κουκκίδες», που ανακλούν ένα ορισμένο χρώμα φωτός, όπως η επιφάνεια ενός CD (compact disc) ανακλά την ακτίνα λέιζερ.