Jak wykorzystać potencjał nanotechnologii i uniknąć ich potencjalnych negatywnych konsekwencji? Takie było pytanie Christine Peterson, kiedy trzydzieści lat temu zakładała Foresight Institute, non-profit zajmujący się nanotechnologią, think tank. A teraz, mówi, to pytanie nadal ją prowadzi. W ciągu ostatnich dziesięciu lat nanotechnologia poczyniła znaczne postępy i znalazła praktyczne zastosowanie. Niektórzy opracowują projekty implantów medycznych w nanoskali, które mogłyby stymulować wzrost komórek kostnych i pozytywną ekspresję genów. Inni pracują nad stworzeniem łatwych do zarządzania nanocząstek, które mogłyby wykrywać, a nawet niszczyć komórki rakowe.
Idea nanomaszyn, które przemieszczają się przez twoje ciało i naprawiają je na poziomie komórkowym, zbliżyła się do rzeczywistości dzięki opracowaniu nanomotorów i nanorakiet. Ale zanim do nich dotrzemy, Peterson uważa, że istnieją inne interesujące implikacje dla nanotechnologii. Na przykład samoczyszczące się powierzchnie i nanotechnologiczne katalizatory, które zatrzymują gazy cieplarniane i przekształcają dwutlenek węgla w substancje potrzebne fabrykom.
Pod koniec zeszłego miesiąca Peterson przemawiał na Światowym Szczycie w San Francisco. W tym wywiadzie dowiesz się, jak jej zdaniem nanotechnologia pomoże nam rozwiązać problem wody, leczenia raka i poprowadzi nas w lepszą przyszłość.
Nanotechnologia dzisiaj: niejasny punkt na krzywej wykładniczej?
Nanotechnologię dzielę na trzy etapy: materiały, urządzenia, systemy. Każdy z nich ma własną krzywą. W tym momencie widzimy głównie produkty nanocząsteczkowe, ale nie mają one dokładności w skali molekularnej - nie są atomowo dokładne. Wraz z poprawą tego parametru zobaczymy pojawienie się materiałów o takiej precyzji, zwłaszcza w filtracji i katalizie.
Gdy takie produkty trafią na rynek, zobaczymy, jak eksplodują jak rakieta. Zapotrzebowanie na czystą wodę jest ogromne. Zapotrzebowanie na zarządzanie gazami cieplarnianymi jest ogromne. Kto pierwszy dojdzie do tych celów, wynik będzie pozytywny.
Film promocyjny:
Wyjaśnij w skrócie nanotechnologię nieznajomemu na ulicy
Natura manipuluje pojedynczymi cząsteczkami, aby stworzyć najbardziej złożone rzeczy na świecie - rośliny, zwierzęta i nasze własne ciała. Wyzwaniem dla nanotechnologii jest wykorzystanie molekularnych systemów maszynowych do tworzenia wszystkiego, co chcemy, z taką samą precyzją i robienie tego tak czysto, jak natura.
W 2013 r. Przewidziałeś, że postępy w nanotechnologii w ciągu najbliższych dziesięciu lat w medycynie będą miały znaczący wpływ na wykrywanie, obrazowanie i leczenie raka. Jakie postępy w nanotechnologii były najważniejsze dla medycyny w ciągu ostatnich kilku lat?
Wykorzystanie nanotechnologii do walki z rakiem wymagało ogromnego wysiłku - setek milionów dolarów - i wysiłek ten się opłaca.
Wiele różnych grup, takich jak Stanford Center for the Advancement of Onkonanotechnology, eksperymentuje z nanocząsteczkami, próbując uzyskać od nich użyteczne zachowania, takie jak przesyłanie sygnału koloru, gdy komórka rakowa zostanie znaleziona lub przyczepienie się do komórki rakowej, dopóki nie zostanie zbadana. Można je również zaprogramować tak, aby uwalniać specjalną cząsteczkę sygnalizacyjną po wykryciu komórki rakowej.
W laboratorium można stworzyć wiele bardziej nietypowych reakcji. Na przykład nanocząstka może pochłaniać światło i wytwarzać wibracje akustyczne o małej mocy po wykryciu guza lub może uwalniać ciepło, aby zniszczyć komórkę.
Które badania kliniczne są dla Ciebie najbardziej zachęcające?
Jednym z moich ulubionych jest MagArray. Dołącza nanomagnesy do komórek rakowych, a następnie identyfikuje je za pomocą próbki na chipie. Zajmuje mniej niż godzinę i wymaga minimalnego szkolenia technicznego. Oprócz raka metoda ta może służyć do monitorowania cytokin, co jest przydatne przy pracy z chorobą Alzheimera i chorobami autoimmunologicznymi.
Oczywiście, jeśli możemy walczyć z rakiem - a na pewno możemy - choroba Alzheimera stanie się jeszcze większym problemem niż obecnie. Sama walka z rakiem nie wystarczy. Musimy dalej pracować i radzić sobie ze wszystkimi chorobami przewlekłymi.
Czy istnieją nowe „inteligentne materiały”, które są testowane w urządzeniach nanotechnicznych i które mogą wkrótce zastąpić nowoczesne technologie? Jeśli tak, które?
Na przykład: Podoba mi się idea materiałów samoczyszczących. Uniwersytet Cambridge pracuje nad stworzeniem powierzchni, w których osadzone są fotokatalityczne nanocząsteczki dwutlenku tytanu. Używają światła ultrafioletowego do przekształcania brudu powierzchniowego w dwutlenek węgla i wodę. Kropla oleju wielkości odcisku palca na takiej powierzchni jest usuwana w ciągu półtorej godziny.
Pewnego dnia będziemy mieć metalowe implanty, które nie będą się nadawać do wielu celów. Uniwersytet Montrealski i partnerzy znaleźli sposób na tworzenie nanoskalowych wzorów na powierzchni takich implantów, które mogą zwiększać wzrost komórek kostnych, zmniejszać wzrost niepożądanych komórek, stymulować rozwój komórek macierzystych i pozytywnie zmieniać ekspresję genów. Niesamowity. Wiele z tych zastosowań dosłownie zniknęło ze stron science fiction.
W Australii RMIT i University of Adelaide pracują nad materiałami wykorzystującymi nanokryształy - rezonatory dielektryczne - do przesyłania lub blokowania światła o określonej długości fali. Może to prowadzić do powstania soczewek kontaktowych, które zmieniają to, co widzimy, a nawet do stworzenia wyświetlacza head-up, który pokazuje dodatkowe informacje w naszym polu widzenia. Wreszcie przypominam sobie nazwiska osób, które spotkałem wcześniej.
Kiedy współtworzyłeś Foresight Institute, jakie były Twoje inspiracje? Jakie pytanie cię wtedy martwiło?
Wtedy martwiło mnie pytanie: jak wyciągnąć kolosalne korzyści z możliwości nanotechnologii i uniknąć ewentualnych negatywnych konsekwencji, tak samo kolosalnych?
Chcielibyśmy przyspieszyć rozwój zaawansowanych zastosowań medycznych i innych, pozytywnych, i uniemożliwić rozwój wojska w takim samym tempie. Zrozumienie mocy nanotechnologii w poprawianiu jakości życia, a zwłaszcza medycyny, przeszło długą drogę, ale z powodu różnych ograniczeń zastosowanie medyczne jest stale opóźniane. W sferze wojskowej jest odwrotnie: wojsko uzyskuje wczesny dostęp do nowych technologii, a zastosowania wojskowe są finansowane dziesięciokrotnie lepiej.
Łącząc te trendy, staje się jasne, dlaczego trudno jest przyspieszyć rozwój medycznych zastosowań tej technologii i jednocześnie spowolnić rozwój wojska. To trudne zadanie.
Był rok 2025, w jaki sposób nanotechnologia poprawiła stan środowiska?
W tym czasie, a być może nawet wcześniej, mogą nastąpić dwa główne przełomy. Po pierwsze, możemy rozwiązać problem wody za pomocą precyzyjnej filtracji molekularnej. Ta technologia jest już rozwijana przez prywatną firmę AquaVia przy wsparciu Narodowej Fundacji Nauki.
Po drugie, możemy oczyścić powietrze z zanieczyszczeń, w tym gazów cieplarnianych, za pomocą nanotechnicznych katalizatorów, które usuwają dwutlenek węgla z powietrza i przekształcają go w chemikalia, które można wykorzystać w przemyśle. Nad tym pracuje Christian Schaffmeister z Temple University.
Niemal każdy problem środowiskowy, jaki można sobie wyobrazić, można teoretycznie rozwiązać za pomocą zaawansowanej nanotechnologii. To marzenie o odnowie środowiska naturalnego pchnęło mnie w tę dziedzinę dziesiątki lat temu i dobrze jest widzieć, że w końcu zaczyna się spełniać.
Co może nas powstrzymać w ciągu najbliższych 10 lat?
Obie te perspektywy są zdecydowanie w drodze. Pytanie tylko, kiedy. Musimy zainwestować więcej środków w badania i rozwój. Są talenty, są pomysły, kwestia finansowania.
Jaki jest Twój ulubiony „inteligentny obiekt” przyszłości?
Zwykle przechodzę do eksperymentu myślowego. Wyobraź sobie krzesło złożone z molekularnych systemów maszynowych. Te maszyny można zmienić w inny kształt, na przykład stół. Jak długo zajmie im zmiana formy z jednej na drugą? Możesz łatwo wyobrazić sobie ten eksperyment, ponieważ ty sam składasz się z molekularnych maszyn.
Wyobraź sobie, że kucasz, tworząc krzesło, a następnie opadasz na czworakach i stajesz się „stołem”. Cała operacja zajmuje mniej niż sekundę. Jest to maksymalny czas, w jakim zaawansowane krzesło z nanomateriału zamieni się w stół. Może być szybciej, jeśli wyznaczysz sobie taki cel.
Ale moim marzeniem jest „maszyna do naprawy komórek”, która może poruszać się po ciele i naprawiać DNA, białka i inne cząsteczki. Zbudowanie takiego samochodu nie będzie łatwe. Będzie to wymagało wielu wymiennych narzędzi, które można załadować i rozładować w razie potrzeby. Ale mogła przeanalizować, a następnie rozwiązać prawie każdy problem fizyczny w naszym ciele, w tym starzenie się.
ILYA KHEL