Как да се възползваме от потенциала на нанотехнологиите и да избегнем потенциалните им негативни последици? Това беше въпросът, който Кристин Питърсън зададе, когато преди тридесет години основа Форезитския институт, нестопанска научна база за нанотехнологии. И сега, казва тя, този въпрос продължава да я ръководи. През последните десет години нанотехнологиите постигнаха значителен напредък и намериха някои практически приложения. Някои разработват наноразмерни дизайни за медицински импланти, които биха могли да стимулират растежа на костните клетки и положителната генна експресия. Други работят за създаването на управляеми наночастици, които биха могли да открият и дори унищожат раковите клетки.
Идеята за наномашини, които пътуват през тялото ви и го поправят на клетъчно ниво, се доближи до реалността благодарение на развитието на наномотори и нано-ракети. Но преди да стигнем до тях, Питърсън вярва, че има и други интересни последици за нанотехнологиите. Например самопочистващи се повърхности и нанотехнологични катализатори, които ще улавят парниковите газове и ще преобразуват въглеродния диоксид в веществата, от които се нуждаят фабриките.
В края на миналия месец Питърсън говори на Глобалната среща на върха в Сан Франциско. В това интервю ще разберете как според нея нанотехнологиите ще ни помогнат да решим проблема с водата, лечението на рака и ще ни доведат до по-светло бъдеще.
Нанотехнологиите днес: Неясна точка на експоненциалната крива?
Разделям нанотехнологиите на три етапа: материали, устройства, системи. Всеки от тях следва своята собствена крива. В този момент ние виждаме предимно продукти от наночастици, но те нямат точност в молекулярна скала - не са атомно точни. Тъй като този параметър се подобрява, ще видим появата на материали с такава точност, особено при филтриране и катализация.
След като подобни продукти попаднат на пазара, ще ги видим да избухват като ракета. Търсенето на чиста вода е огромно. Търсенето на управление на парникови газове е огромно. Който стигне първо до тези цели, резултатът ще бъде положителен.
Промоционално видео:
Обяснете накратко нанотехнологиите на непознат на улицата
Природата манипулира отделни молекули, за да създаде най-сложните неща в света - растения, животни и собствени тела. Предизвикателството пред нанотехнологиите е да използваме молекулярни машинни системи, за да създаваме каквото искаме със същото ниво на точност и да го правим толкова чисто, колкото природата.
През 2013 г. вие прогнозирахте, че напредъкът в нанотехнологиите през следващите десет години в медицината ще има значително влияние върху откриването, изобразяването и лечението на рака. Кой напредък в нанотехнологиите беше най-важен за медицината през последните няколко години?
Отнеха огромни усилия - стотици милиони долари - за да се използват нанотехнологиите за борба с рака, а усилията се отплащат.
Много различни групи, като например Станфордският център за развитие на онконанотехнологиите, експериментират с наночастици, за да се опитат да получат полезно поведение от тях, като предаване на цветен сигнал при откриване на ракова клетка или прикрепване към ракова клетка, докато не се изучи. Те също могат да бъдат програмирани да освобождават специална сигнална молекула, когато бъде открита ракова клетка.
Много повече необичайни реакции могат да бъдат създадени в лабораторията. Например, една наночастица може да абсорбира светлина и да създаде акустична вибрация с ниска мощност, когато се открие тумор или може да отдели топлина, за да унищожи клетката.
Кои клинични изпитвания са най-обнадеждаващи за вас?
Един от любимите ми е MagArray. Той прикрепя наномагнетиците към раковите клетки и след това ги идентифицира с проба на чип. Това отнема по-малко от час и изисква минимално техническо обучение. В допълнение към рака, този метод може да се използва за наблюдение на цитокини, което е полезно при работа с болести на Алцхаймер и автоимунни заболявания.
Разбира се, ако успеем да се преборим с рака - и със сигурност можем - болестта на Алцхаймер ще се превърне в още по-голям проблем, отколкото е сега. Просто борбата с рака няма да е достатъчна. Трябва да продължим да работим и да се справим с всички хронични заболявания.
Има ли нови „интелигентни материали“, които се тестват в нанотехнически устройства и които скоро могат да заменят съвременните технологии? Ако да, кои от тях?
Например: Харесва ми идеята за самопочистващи се материали. Университетът в Кеймбридж работи за създаването на повърхности, в които са вградени фотокаталитични наночастици от титанов диоксид. Те използват ултравиолетова светлина за преобразуване на повърхностните замърсявания във въглероден диоксид и вода. Капка масло с големина на пръстов отпечатък върху такава повърхност се отстранява за час и половина.
Един ден ще имаме метални импланти, които не са подходящи за много цели. Университетът в Монреал и партньорите са намерили начин да създадат наноразмерни модели на повърхността на такива импланти и те могат да увеличат растежа на костните клетки, да намалят растежа на нежеланите клетки, да стимулират развитието на стволови клетки и да променят генната експресия по положителен начин. Невероятно. Много от тези употреби буквално са изчезнали от страниците на научната фантастика.
В Австралия RMIT и Университетът в Аделаида работят върху материали, които използват наноразмерни кристали - диелектрични резонатори - за предаване или блокиране на светлина със специфична дължина на вълната. Това може да доведе до създаването на контактни лещи, които променят това, което виждаме, или дори до създаването на дисплей с главата, който показва допълнителна информация в нашето зрително поле. Накрая мога да си спомня имената на хора, които съм срещал преди.
Когато създадохте Института за далновидност, какви бяха вашите вдъхновения? Какъв въпрос ви притесни по това време?
Тогава се притесних от въпроса: как да извлека колосални ползи от възможностите на нанотехнологиите и да избегна възможни негативни последици, също като колосални?
Бихме искали да ускорим развитието на съвременни медицински и други положителни приложения и да попречим на военните да се развиват със същата скорост. Разбирането на силата на нанотехнологиите в подобряването на качеството на живот и най-вече на медицината измина дълъг път, но поради различни ограничения медицинската употреба непрекъснато се забавя. Във военната сфера е точно обратното: военните получават ранен достъп до нови технологии и военните приложения се финансират десет пъти по-добре.
Комбинирайте тези тенденции и става ясно защо е трудно да се ускори разработването на медицински приложения на тази технология и едновременно да се забави развитието на военните. Това е трудна задача.
Беше 2025 г., как нанотехнологиите подобриха околната среда?
До този момент, а може би и по-рано, може да има два големи пробива. Първо, можем да решим проблема с водата, като използваме молекулярно прецизна филтрация. Тази технология вече се разработва от частната компания AquaVia с подкрепата на Националната научна фондация.
Второ, можем да почистим въздуха от замърсяване, включително парникови газове, с помощта на нанотехнически катализатори, които отстраняват въглеродния диоксид от въздуха и го превръщат в химикали, които могат да бъдат използвани в промишлеността. За това работи Кристиан Шафмайстер от университета в Темпъл.
Почти всеки екологичен проблем, който може да си представим, теоретично може да бъде решен с помощта на модерни нанотехнологии. Именно тази мечта за възстановяване на околната среда ме тласна в това поле преди десетилетия и е добре да се види, че най-накрая започва да се сбъдва.
Какво може да ни спре през следващите 10 години?
И двете перспективи определено са на път. Единственият въпрос е кога. Трябва да инвестираме повече ресурси в НИРД. Има таланти, има идеи, въпросът е в финансирането.
Кой е любимият ти „умен обект“на бъдещето?
Обикновено се обръщам към мисловен експеримент. Представете си стол, изграден от молекулярни машинни системи. Тези машини могат да бъдат пренаредени в друга форма, например маса. Колко време ще отнеме те да променят формата си от една в друга? Можете лесно да си представите този експеримент, тъй като вие сами сте съставени от молекулярни машини.
Представете си, че клякате надолу, за да оформите стол и след това да се спуснете на четворки и да се превърнете в „маса“. Цялата операция отнема по-малко от секунда. Това е максималното време, необходимо за напреднал наноматериален стол, за да се превърне в маса. Може да стане по-бързо, ако си поставите такава цел.
Но мечтата ми е "машина за ремонт на клетки", която може да се движи по тялото и да поправя ДНК, протеини и други молекули. Изграждането на такава кола няма да е лесно. Ще са необходими много подвижни инструменти, които могат да бъдат заредени и разтоварени според нуждите. Но тя можеше да анализира и след това да реши почти всеки физически проблем в нашите тела, включително стареене.
ИЛЯ КХЕЛ
