Съдържание:

Името им е легион: Нобеловият лауреат каза дали нанороботите ще унищожат Земята - Алтернативен изглед
Името им е легион: Нобеловият лауреат каза дали нанороботите ще унищожат Земята - Алтернативен изглед
Видео: Името им е легион: Нобеловият лауреат каза дали нанороботите ще унищожат Земята - Алтернативен изглед
Видео: Настя и сборник весёлых историй 2023, Февруари
Anonim

Учените отдавна създават и тестват различни наномашини в лаборатории. Всъщност това са молекулярни конструкции, чиято задача е да изпълняват някаква полезна функция: например да доставят лекарства на болен орган, да идентифицират патоген или да поправят нещо. Когато се появят първите „полезни“нанороботи, ще помогнат ли за колонизирането на Марс и други планети?

На тези въпроси отговаря Бен Фиринга, професор от университета в Гронинген в Холандия. През 2016 г. той, заедно с французина Жан-Пиер Соваж и Скотсман Фрейзър, печели Нобелова награда за проектиране и създаване на молекулярни машини. „Вашите наномашини са изработени от много общи елементи като въглерод, азот или сяра. Можем ли да очакваме повече екзотични компоненти в тях - например рядкоземни метали или радиоактивни вещества?- На този въпрос е много трудно да се отговори по една проста причина: ние все още не знаем какво могат и не могат да правят такива молекулярни конструкции. В същото време, въпреки големите разлики в структурата на нашите наномотори, ротори и други елементи, всички ние - моята група, Stoddart, Sauvage и много други колеги - все още работим изключително с органични молекули. Разбира се, нищо не ни пречи да си представим, че нещо подобно може да се създаде, използвайки изключително неорганични съединения. Например, за да се изгради сложна връзка и да се накара, подобно на нашите молекулни двигатели, да се върти около собствената си ос. Никой обаче все още не е сглобил такива наномотори.

Причината е проста. Благодарение на развитието на фармацевтичните продукти и полимерната химия, ние се научихме много бързо и добре да синтезираме сложни съединения, състоящи се от въглеводородни вериги. Сигурен съм, че същото може да се направи и с неорганичните съединения, но за да направим това, първо трябва да разберем как да съберем такива молекули.

Що се отнася до радиоактивните изотопи, не мисля, че те някога ще станат част от наномашините. Техните необичайни свойства и нестабилност вероятно ще ги направят неподходящи за работа като част от стабилни молекулярни системи, които използват светлина или електричество като свой източник на енергия.

В това отношение ние се интересуваме повече от биологичните молекулни двигатели, стотици разновидности от които присъстват в човешкото тяло. Всички те са протеинови машини, много от които съдържат метални атоми.

Най-често те играят ключова роля в реакциите, които карат тези биомашини да се движат. Следователно ми се струва, че комбинация от метални комплекси и органични съединения около тях изглежда най-обещаващата.

Тази година отбелязваме 150-годишнината на периодичната таблица. Бихте ли обяснили как това постижение от век и половина ви помага да направите открития днес?

- Периодичната таблица и законите, присъщи на нея, всъщност винаги ни помагат да преценим как се държат различните съседни в нея атоми и да предвидим свойствата на някои съединения.

Например, някои видове наши двигатели имат вградени кислородни атоми. Благодарение на таблицата разбираме, че сярата ще бъде подобна на нея по свойствата си, но в същото време е с малко по-големи размери. Това ни позволява гъвкаво да контролираме поведението на такива молекулярни машини, обменяйки кислород за сяра и обратно.

Промоционално видео:

Това, разбира се, не завършва с нашите възможности за прогнозиране. Наскоро са открити много други закони, които позволяват да се предскаже някои от характеристиките на наномашините.

От друга страна се съмнявам, че можем да създадем нещо като периодична таблица за такива наноструктури. Тук ние, ако е възможно по принцип, нямаме достатъчно знания.

Така че можем приблизително да предвидим как ще се държат молекулярни двигатели с различни размери, сходни по структура, но не можем да направим това за коренно различни системи или да проектираме нещо от нулата, без да провеждаме експерименти.

Наскоро казахте, че първите пълноценни нанороботи ще се появят след около петдесет години. От друга страна, само преди година и половина във Франция се проведе първото „състезание“на такива наномашини. Докъде сме далеч от появата на автономни наноустройства?

- Трябва да се разбере, че всички съществуващи днес молекулярни машини са много примитивни както по структура, така и по предназначение. Всъщност, както нашата кола, която сглобихме през 2011 г., така и тези „състезателни коли“бяха създадени не за да решат практически проблеми, а за да задоволят любопитството.

И ние, и нашите колеги разработваме такива устройства за решаване на много прости проблеми - опитваме се да разберем как да накараме молекулите да се движат в една или друга посока, да спрем и да изпълняваме други прости команди. Това е интересен, но все пак чисто академичен проблем.

Следващата стъпка е много по-трудна и сериозна. Важно е да се разбере дали е възможно да ги ангажирате с наистина практически задачи: транспортиране на стоки, сглобяване в по-сложни структури и реагиране на външни стимули.

Например, наномашините могат да се използват за създаване на интелигентни прозорци, които отговарят на нивата на уличното осветление и могат да се поправят; антибиотици, които действат само когато се появи определен химичен или светлинен сигнал. Такива неща, струва ми се, ще се появят много по-рано, отколкото си мислите - в следващите десет години.

* Наноболид * на състезателната писта от меден субстрат
* Наноболид * на състезателната писта от меден субстрат

* Наноболид * на състезателната писта от меден субстрат.

Създаването на пълноценни нанороботи, способни да извършват операции вътре в тялото или да решават сложни проблеми, разбира се, ще отнеме повече време. Но аз отново съм сигурен, че и ние можем да го направим. В човешкото тяло има безброй такива роботи и нищо не ни пречи да конструираме техните изкуствени копия.

От друга страна, както вече казах неведнъж, ние сме в същото ниво на развитие като човечеството в дните на братя Райт. Първо трябва да решим какво и защо ще създадем, а след това да помислим как да го направим.

Струва ми се, че не бива безмислено да копирате това, което природата е измислила. Понякога напълно изкуствени системи, като самолети или компютърни чипове, се създават много по-лесно, отколкото аналози на крило или човешки мозък.

В други случаи е по-лесно да се вземат онези живи организми, които вече са създали, например някои антитела, и да прикачите към тях лекарство или част от наномашина. Подобни подходи вече се използват в медицината. Следователно не може да се каже еднозначно, че някой от тях ще бъде по-обещаващ и правилен за всички възможни приложения на нанороботите.

През последните години се появиха два "класа" наномашини - сравнително прости структури, които получават енергия отвън, и по-сложни структури, пълноценни аналози на двигатели, способни да я произвеждат независимо. Кои са по-близо до реалността?

- Химическите двигатели, донякъде подобни на аналозите в живите клетки, наистина започнаха да се появяват. Наскоро създадохме няколко подобни устройства в нашата лаборатория.

Например успяхме да съберем наномашина, способна да използва глюкоза и водороден пероксид като гориво и да транспортира нанотръби, наночастици и други тежки структури във всяка посока.

Трудно е да се каже колко обещаващи са - всичко зависи от задачите, които трябва да бъдат решени. Ако трябва да организираме „транспортирането“на някои молекули, то те са идеални за това. За да създадете умни прозорци или други джаджи, от своя страна, вече трябва да търсите друг материал.

Освен това ние все още не разбираме какво точно ни липсва, какви аналози на класическите машини могат да бъдат създадени с помощта на молекули и къде като цяло ще се движи цялата ни сфера. Всъщност току-що започнахме да го развиваме. Засега е ясно само едно - наномашините се различават от биомашините в нашите клетки и от техните „големи сестри“в макрокосмоса.

Ако говорим за далечното бъдеще, възможно ли е да се използват молекулни машини, способни да се копират, за да решат глобални проблеми, например, да завладеят Марс или други планети?

- Трудно ми е да говоря за други светове, тъй като този въпрос надхвърля моята компетентност. Независимо от това, мисля, че наномашините вероятно няма да бъдат използвани за такива цели на първо място. Когато се опитваме да овладеем някаква нова и много сурова среда, се нуждаем от много надеждна технология, а не от нещо експериментално.

Затова ми се струва, че такива машини първо ще намерят приложение на Земята. Можем да кажем, че това вече се случва: през последните години химиците създадоха стотици много сложни структури от много молекули, така наречените надмолекулни структури, които могат избирателно да се свързват с определени йони и да игнорират всичко останало.

Например, наскоро моят колега Франсис Стодард основал стартъп, в който разработва комплекси, които могат да извличат злато от минни отпадъци и отпадъчни скални сметища. В миналото създаването на такива съединения би било смятано за фантазия на алхимиците.

Говоренето за наномашините най-често предизвиква истински страх сред обществеността, опасявайки се, че бъдещите микроскопични роботи ще унищожат цивилизацията и целия живот на Земята. Възможно ли е по някакъв начин да се преборим с това?

„Тези проблеми имат много общо с Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, написан от Ерик Дрекслер през 1986 г. Сценарият със смъртта на човечеството в резултат на саморазпространението на „сивата слуз“, представен в него, е познат днес на почти всички.

Всъщност тук няма нищо необичайно - когато създаваме нови наномашини, ние вземаме същите предпазни мерки, както при работа с нови и потенциално токсични химикали.

В това отношение компонентите на нанороботите не се различават по своя разрушителен потенциал от „градивните елементи“, от които се събират молекули от нови лекарства, полимери, катализатори и други „обикновени“химически продукти.

Подобно на всеки друг наркотик или хранителен продукт, тези молекулярни структури ще трябва да преминат през огромен брой тестове за безопасност, които ще покажат дали могат да „въстанат“и унищожат човечеството.

Всъщност няма нищо изненадващо в подобни страхове - хората са свикнали да се страхуват от нещо ново и необичайно. Всяко десетилетие има нова „история на ужасите“от света на физиката, химията или биологията, която замества нещата, към които вече сме свикнали. Сега, например, стана модерно да се страхувате и критикувате генетичния редактор на CRISPR / Cas9 и изкуствения интелект.

Какво трябва да правят учените? Струва ми се, че нашата задача е проста: трябва да помогнем на обществото да разбере какво е истина и кое е измислица. Важно е да се разберат практическите ползи от тези нови открития и къде се крие тяхната реална опасност.

Например, ако хората разберат, че CRISPR / Cas9 може да ги излекува от заболявания, свързани с генетични дефекти, или да повиши производителността на растенията, те ще имат по-малко причини да се страхуват от тази технология. Същото важи и за наномашините на бъдещето.

Популярни по теми