Nalezení George Whitesides je často obtížné i pro George Whitesides. Takže má v kapse saka obálku. "Já vlastně nevím, kde jsem obecně, dokud se na to nedívám, " říká, "a pak zjistím, že jsem v Terre Haute, a pak otázka opravdu zní:" Co bude dál? " nedávný úsek, obálka odhalila, že byl v Bostonu, Abú Dhabí, Bombaji, Dillí, Basileji, Ženevě, Bostonu, Kodani, Bostonu, Seattlu, Bostonu, Los Angeles a Bostonu.
Související obsah
- Neviditelné inženýrství
- Objev signálu?
Důvod, proč se Boston objevuje tak často, i když ne tak často, jak preferuje jeho manželka, je ten, že Whitesides je profesor chemie na Harvardské univerzitě a Boston Logan je jeho domovským letištěm. Důvodem pro všechna ostatní města je to, že příspěvky Whitesides do vědy sahají do biologie, strojírenství, fyziologie, vědy o materiálech, fyzice a zejména v těchto dnech do nanotechnologií. Ostatní vědci, vládní představitelé, vynálezci a investoři z celého světa od něj chtějí slyšet.
Vynálezy a nápady společnosti Whitesides vytvořily více než tucet společností, včetně drogového gigantu Genzyme. Žádná laboratoř Harvardu se blíží počtu patentů připojených k jeho jménu - „přibližně 90, “ říká. Citace „GM Whitesides“ se v akademických časopisech objevuje častěji než téměř jakýkoli jiný chemik v historii.
Takže Whitesides je něco jako Bono vědy, i když vyšší, drátovější a ve věku 70 let méně hirsute. Čepice skotského rybáře téměř vždy zakrývá hlavu, a to i před publikem. Má hluboký hlas s malým nádechem své rodné Kentucky. V poslední době tento hlas přináší divákům nový nanotechnologický projekt zaměřený na záchranu životů v rozvojovém světě. "Co je nejlevnější možné věci, ze kterých bys mohl udělat diagnostický systém?" Zeptá se. "Papír."
Na kus papíru, který není tlustší nebo širší než poštovní známka, postavil Whitesides lékařskou laboratoř.
Jednoho dne tuto minulou zimu se Whitesides probudil ve své vlastní posteli. V 9 hodin byl ve své kanceláři hned vedle Harvard Yardu. Měl na sobě svůj typický oblek: střihový oblek, bílou košili, žádnou kravatu. Položil čepici svého rybáře na konferenční stůl před polici, která obsahovala články The Cell, Microelectronic Materials, Physical Chemistry, Advanced Organic Chemistry a Bartlett Familiar Quotations .
Textem, který nebyl na polici, byl No Small Matter: Science on the Nanoscale, nově publikovaná kniha konferenčního stolu Whitesides a fotografka vědy Felice C. Frankel. Jde o skutečně exotické věci, které se zdají být velmi velké, ale jsou výjimečně, absurdně, úžasně malé - nanotrubice, kvantové tečky, samoskládací stroje.
Nanotechnologie je jednoduše definována jako věda o strukturách měřících mezi 1 nanometrem nebo miliardtinou metru a 100 nanometrů. (Předpona „nano“ pochází z řeckého slova trpaslíka.) Pro většinu lidí však tato definice není tak jednoduchá. Snaha porozumět nanometrům může rychle vyvolat zkřížené oči. List papíru, na který jsou tato slova vytištěna, je tlustý 100 000 nanometrů - průměr lidských vlasů, což je zhruba nejmenší předmět, který může člověk vidět bez očí. Bakterie sedící na vrcholu tohoto papíru má průměr asi 1 000 nanometrů - mikroskopický. Až do roku 1981, kdy dva fyzici IBM vynalezli první skenovací tunelovací mikroskop, bylo nemožné vidět něco o velikosti jen jednoho nanometru. Konvenční mikroskopy používají čočky ke zvětšování všeho, co je v dohledu. Ale skenovací tunelové mikroskopy fungují spíš jako člověk, který čte Braillovo písmo, pohybují se po povrchu struktur pomocí malého doteku. Fyzici, kteří získali Nobelovu cenu jen o pět let později, postavili stylus se špičkou, která měla průměr jen jeden atom (méně než jeden nanometr). Když se pero pohybuje, detekuje strukturu materiálu zaznamenáním elektrické zpětné vazby a poté mikroskop převádí nahrávky do obrázků.
Nyní, když bylo konečně vidět opravdu malé věci - až po jednotlivé atomy -, se Whitesides a další chemici velmi zajímali o nanomateriály. A to, co se naučili, je ohromilo. Ukázalo se, že tyto malé materiály mají neočekávané vlastnosti - byli jsme bezradní, dokud jsme je neviděli zblízka. Molekuly s různými povrchy - povrchy, které se obvykle nekombinují dobře, pokud vůbec - se mohou náhle vázat. Sklo, obvykle izolátor elektrických proudů, může vést elektřinu. Materiály, které nemohly nést elektrické náboje, se náhle staly polovodiči. Kovové zlato, v dostatečně malých částicích, se může objevit červené nebo modré.
"Jednou z fascinací malých věcí je to, že se ukázalo být tak cizí, navzdory povrchním podobnostem ve tvaru nebo funkci s většími, známějšími příbuznými, " píše Whitesides ve své knize. "Objevování těchto rozdílů v nejmenším měřítku je úžasně úžasné a jejich použití může změnit (a změnilo) svět."
Vědci vytvořili uhlíkové nanotrubice, duté válce o průměru dvou nanometrů nebo méně, které se ukázaly být nejsilnějším materiálem na světě, 100krát silnějším než ocel s šestinou váhou. Vytvořili nanočástice - široké méně než 100 nanometrů a užitečné pro velmi přesné biomedicínské obrazy. Vědci také vyrobili nanowire - křemíkové nitě široké 10 až 100 nanometrů a schopné přeměnit teplo na elektřinu. Výrobci elektroniky tvrdí, že nanovlákna by mohla využívat odpadní teplo z počítačů, motorů automobilů a elektráren.
Určitou formu nanotechnologií již používá více než 1 000 spotřebitelských produktů (i když zpráva Národní akademie věd z roku 2008 naléhavě vyzvala k lepšímu sledování možných zdravotních a environmentálních rizik vyplývajících z nanotechnologií). Mezi produkty patří silnější a lehčí rámy kol, ošetření textilií, které odvádějí tekutiny, opalovací krémy, které lépe odpuzují sluneční světlo, paměťové karty pro počítače a povlaky odolné proti mlze pro brýlové čočky.
Vědci vyvíjejí nanočástice, které mohou dodávat správné množství léku k zabití nádoru, ale nic jiného kolem něj. Jiné nanočástice mohou detekovat kontaminaci rtutí ve vodě; jednoho dne mohou být částice použity ve filtrech k odstranění toxického kovu.
Velké věci měnící život vyrobené z malých věcí jsou stále před námi. Věci, jako jsou baterie, které mohou vydržet poslední měsíce, a pohánět elektrické automobily vyrobené z nanowirů vyrobených z virů - Angela Belcher na MIT na tom pracuje a prezident Obama je natolik nadšený technologií, že se s ní setkal. (Viz „Invisible Engineers“.) Laboratoř Hewlett-Packard, vedená nanotechnickým vizionářem Stanem Williamsem, právě oznámila partnerství se společností Shell na vývoji ultracitlivých zařízení pro detekci oleje; v zásadě mohou zaznamenávat posuny v nanoměrech na Zemi způsobené pohyby v ropných polích. Williams nazývá produkt „centrálním nervovým systémem pro Zemi“.
Vyhlídky na svět, který se zásadně mění kvůli nanotechnologiím, jsou stále snivější než skutečné, ale pro odborníky se možnosti zdají téměř nekonečné. Vědci vytvořili nanostruktury, které se mohou samy sestavit, což znamená, že se mohou formovat do větších objektů s malým nebo žádným vnějším směrem. Jednoho dne se tyto nepatrné objekty mohou teoreticky zabudovat do stroje, který vytváří více nanočástic. Společnost IBM již používá techniky samočinné montáže k výrobě izolace v počítačových čipech. Centrum na MIT s názvem Institut pro vojáky Nanotechnologie pracuje na nezničitelném bitevním brnění, které může reagovat na chemické zbraně.
"Kamkoli se podíváš, " říká Whitesides, "vidíš kousky a všichni míří různými směry."
Whitesides přesně neví, jak se sem dostal. Tady je Harvard, tato laboratoř, tento život. Vyrůstal v malém městečku v Kentucky, syn v domácnosti a chemický inženýr, a vyrazil ve škole. Jednoho dne učitel zavolal svým rodičům a řekl, že by s nimi rád mluvil o jejich synovi. Jejich srdce klesla. "Co teď ten malý bastard udělal?" "Whitesides vzpomíná na reakci rodičů."
Učitel řekl: „Musíš odtud dostat své dítě. Zařídil jsem mu, aby šel do Andover. “
"Nikdy jsem neslyšel o Andoverovi, " říká Whitesides nyní o elitní Massachusetts přípravné škole. "Ani jsem nevěděl, co to je." Nevěděl jsem, kde je Nová Anglie. “
A pak nějak skončil na Harvardu. "Ani si nepamatuji, že jsem se sem přihlásil." Dostal jsem dopis, který mě v určitém okamžiku přiznal. Takže jsem sem přišel náhodou. “
Pokračoval v postgraduální práci na Kalifornském technologickém institutu. V části poděkování své doktorské disertační práce poděkoval svému poradci Johnu D. Robertsovi za „směr a trpělivost svého pacienta“. Většina studentů postgraduálního studia si cení směru mentora, říká Whitesides. "V mém případě mě vůbec neřídil." Nemyslím si, že jsem ho viděl v letech, kdy jsem tam byl, ale měli jsme pěkný vztah. “
Whitesides učil na MIT téměř 20 let před příjezdem v roce 1982 na Harvard, kde je něco vzácného. Pro začátečníky je praktikujícím kapitalistou. To ho zaměřuje na aplikace v reálném světě, což ne všichni jeho kolegové obdivují, tvrdí Mara Prentissová, profesorka fyziky Harvardu, která s ním vyučuje nanotechnologický kurz. "George je velmi obdivován mnoha lidmi, ale ne každý oceňuje jeho styl, " říká. Nezdá se, že by se Whitesides staral. "Předpokládám, že je tam venku, " říká o jakékoli nepřátelství. Má však velmi málo času pro ty, kteří si myslí, že objevování se na CNN nebo začínajících společnostech je gauche. Říká, že si „mohou vzít pletací jehlu a dát ji sem“ - ukazuje na jeho nos - „a strčit ji.“
Tom Tritton, prezident Nadace chemického dědictví, historie a vzdělávací organizace ve Philadelphii, říká, že pokud požádáte někoho v terénu, aby uvedl tři nejlepší světové chemiky na světě, Whitesides vytvoří každý seznam. "Šíra jeho intelektu je ohromující, " říká Tritton. Po obdržení nejvyšší ceny nadace, Othmerské zlaté medaile, strávil Whitesides den se studenty středních škol ve městě. Tritton říká, že jeden student později nabídl toto pozorování: „Může to být vědec, ale je opravdu v pohodě.“
V jádru téměř všeho, co Whitesides dělá, je rozpor: pracuje ve složitých oborech fyziky, chemie, biologie a inženýrství, používá složité nástroje - mnoho lidí nikdy nemělo mikroskop atomové síly - a přesto je posedlý jednoduchostí. Zeptejte se ho na příklad jednoduchosti a on řekne: „Google.“ Nemyslí tím, že byste měli Google slovo „jednoduchost“. Znamená domovskou stránku Google, náhradní obdélník na bílém poli, do kterého miliony lidí zadejte slova a vyhledejte informace na internetu. Whitesides je tímto oknem uchvácen.
"Ale jak to funguje?" Říká. Zastavil se a nadechl se. Naklání se dopředu ve své židli. Jeho oči jsou velké. Čelo mu stoupá as ním i jeho velké brýle. To je George Whitesides stále nadšený.
"Začínáte s binárními a binární je nejjednodušší forma aritmetiky, " říká o systému těch a nul používaných k programování počítačů. Poté se pustí do improvizované historické prohlídky výhybek, tranzistorů a integrovaných obvodů, než se nakonec vrátí společnosti Google, „která vezme představu o takové neuvěřitelné složitosti - uspořádat všechny informace lidstva - a vloží to do této maličkosti, do krabice."
Myšlenka za Googlem - zredukování obrovských zásob znalostí do elegantního malého balíčku - je také myšlenkou toho, co Whitesides nyní drží v ruce, tzv. Laboratoř na čipu, který není větší než poštovní známka, která je navržena diagnostikovat celou řadu nemocí s téměř přesností moderní klinické laboratoře.
Je určen pro zdravotníky ve vzdálených částech rozvojových zemí. Na razítko umístí kapku krve nebo moči pacienta; pokud je onemocnění jednou ze 16 nebo tak, že známka dokáže rozpoznat, změní barvu podle trápení. Poté může zdravotnický pracovník, nebo dokonce pacient, vyfotit razítko pomocí mobilního telefonu. Obrázek může být zaslán lékaři nebo laboratoři; jednou může počítačový program umožnit samotnému mobilnímu telefonu provést předběžnou diagnózu.
"K léčbě nemoci musíte nejprve vědět, co léčíte - to je diagnostika - a pak musíte něco udělat, " říká Whitesides ve standardní řeči, kterou o technologii říká. "Takže program, do kterého jsme zapojeni, je něco, čemu říkáme diagnostika pro všechny, nebo diagnostika s nulovými náklady." Jak poskytujete lékařsky relevantní informace co nejblíže k nulovým nákladům? Jak to děláš?"
Začnete s papírem, říká. Je to levné. Je to savé. Barví se snadno. Chcete-li papír přeměnit na diagnostický nástroj, provede ho Whitesides pomocí voskové tiskárny. Tiskárna roztaví vosk na papír a vytvoří kanály s molekulami velikosti nanometrů na koncích. Tyto molekuly reagují s látkami v tělesných tekutinách. Tekutina „se distribuuje do těchto různých jamek nebo děr a mění barvy, “ vysvětluje Whitesides. Myslíte si, těhotenský test. Například známka, která se v jednom rohu změní na modrou, by mohla odhalit jednu diagnózu; vzor jiných barev by diagnostikoval další. Náklady na výrobu diagnostických razítek jsou 10 centů a Whitesides doufá, že je ještě levněji. Téměř každý pokročilý mobilní telefon s kamerou by mohl být naprogramován tak, aby zpracoval obraz razítka.
"Whitesides dělá tuto skvělou práci doslova pomocí papíru, " řekl Bill Gates před dvěma lety. "A víte, je to tak levné a je to tak jednoduché, že by to vlastně mohlo pomoci a pomoci pacientům tímto hlubokým způsobem." Levné a jednoduché: Whitesidesův plán přesně. Vytvořil neziskovou skupinu Diagnostics for All, která technologii přivedla do rozvojových zemí. Nadace Bill & Melinda Gates investuje do technologie měření funkce jater. Test potřebný k zajištění toho, aby silné léky na AIDS a tuberkulózu nepoškozovaly jeden z nejdůležitějších orgánů v těle. Právě teď je testování funkce jater v izolovaných částech světa obecně příliš drahé nebo příliš logisticky obtížné nebo obojí. Whitesidesova známka se také vyvíjí, aby určila příčinu horečka neznámého původu a identifikovala infekce. V laboratoři se testuje prototyp známky funkce jater a první výsledky, jak říká Whitesides, jsou více než slibné. Čip se začne podrobovat terénnímu testování koncem tohoto roku.
Whitesides, v čepici svého rybáře, prochází napříč pódiem v Bostonu - vzácnou domácí řečí, stanoví svou vizi, jak bude vynález použit, někdy na místech bez zákona: „Můj pohled na zdravotnického pracovníka budoucnosti není doktor, ale 18letý, jinak nezaměstnaný, který má dvě věci. Má batoh plný těchto testů a lancet, který občas odebere vzorek krve, a AK-47. A to jsou věci, které ho dostanou přes jeho den. “
Je to jednoduché řešení složité situace na místě daleko od Harvardu, ale práce na laboratorním razítku je přesně tam, kde chce být Whitesides. "Chci vyřešit problémy, " říká zpět do své laboratoře a drží laboratoř na čipu. "A pokud je nano tím správným způsobem řešení problému, použiji to." Pokud je něco jiného správná cesta, použiji to. Nejsem fanatik pro nanotechnologie. Nejsem vlastně fanatikem na nic. “Až na to, že přináší smysl věcem, které nikdo nevidí. Jeho práce by mohla vtlačit neuvěřitelně malou architekturu nanotechnologií do architektury každodenního života.
Michael Rosenwald psal o hledání nových chřipkových virů pro vydání Smithsoniana z ledna 2006.
Ve velmi malém měřítku jsou „nejběžnější materiály„ tak cizí “, říká George Whitesides, který drží prototyp diagnostického čipu. (Fotografie Paula Lerner / Aurora) 
Polymer lístí několik tisíc nanometrů dlouhý obal kolem dokonce jemnější polymer koule. (Felice C. Frankel) 
Uhlíkové nanotrubice, znázorněné na počítači vytvořeném modelu, jsou nejsilnějšími a nejpevnějšími materiály, jaké kdy byly vytvořeny - přestože atomy uhlíku v trubkách jsou drženy pohromadě druhem chemických vazeb nalezených v olovnatém olovu. (Felice C. Frankel) 
Zvláštní struktury nanoscale nazývané „kvantové tečky“ vyzařují barevná světla a nezmizí. Zde jsou znázorněny kvantové tečky, které barví struktury v buňkách. (Felice C. Frankel) 
Jednoduché a levné je to, co Whitesides chce, aby jeho vynálezy nanotechnologií byly. Tuto laboratoř na papírovém razítku lze použít k testování funkce jater. (Fotografie Paula Lerner / Aurora) 
Navzdory zdánlivému chaosu v jeho laboratoři „jsme zvyklí vytvářet struktury s přesností v nanometrovém měřítku a víme, kde je každý atom, “ říká Whitesides, který zde stojí s vědcem pro vývoj produktů Patrickem Beattiem. "To děláme pro život." (Fotografie Paula Lerner / Aurora)
