George Whitesidesin löytäminen on usein hankalaa jopa George Whitesidesille. Joten hän pitää kirjekuoren takkitaskussa. "En oikeastaan tiedä missä olen yleensä ennen kuin katson sitä", hän sanoo, "ja sitten huomaan, että olen Terre Hautessa, ja sitten kysymys todella on:" Mitä seuraavaksi? " Äskettäin osoitetussa kirjekuoressa paljastettiin, että hän oli Bostonissa, Abu Dhabissa, Mumbaissa, Delhissä, Baselissa, Genevessä, Bostonissa, Kööpenhaminassa, Bostonissa, Seattlessa, Bostonissa, Los Angelesissa ja Bostonissa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Näkymätön suunnittelu
- Signaalien löytäminen?
Syynä siihen, että Boston esiintyy niin usein, vaikka ei niin usein kuin hänen vaimonsa mieluummin, on se, että Whitesides on kemian professori Harvardin yliopistossa ja Boston Logan on hänen kotilentokenttä. Kaikkien muiden kaupunkien syynä on, että Whitesidesin panos tieteeseen kattaa biologian, tekniikan, fysiologian, materiaalitieteen, fysiikan ja etenkin nykyään nanoteknologian. Muut tutkijat, hallituksen johtajat, keksijät ja sijoittajat ympäri maailmaa haluavat kuulla hänestä.
Whitesidesin keksinnöt ja ideat ovat syntyneet yli tusina yritystä, mukaan lukien huumeiden jättiläinen Genzyme. Yksikään Harvardin laboratorio ei ole lähellä hänen nimensä liitteenä olevien patenttien määrän - ”noin 90”, hän sanoo. Sitaatti “GM Whitesides” esiintyy useammin akateemisissa papereissa kuin melkein mikään muu historian kemisti.
Joten Whitesides on jotain kuin tieteen bono, vaikkakin pidempi, raikkaampi ja 70-vuotiaana vähemmän karvainen. Skotlantilaisen kalastajan lippis peittää melkein aina päänsä, jopa yleisön edessä. Hänellä on syvä ääni, jolla on vähän vihjeitä syntyperäisestä Kentuckysta. Viime aikoina tuo ääni on tuonut yleisölle uutta nanoteknologiaprojektia, jonka tavoitteena on pelastaa ihmisiä kehitysmaissa. ”Mikä on halvin mahdollinen tavara, josta voisit tehdä diagnoosijärjestelmän?” Hän kysyy. "Paperi."
Paperilehdelle, joka ei ole paksumpaa tai leveämpää kuin postimerkki, Whitesides on rakentanut lääketieteellisen laboratorion.
Eräänä päivänä tänä talvena Whitesides heräsi omassa sängyssään. Kello 9 mennessä hän oli toimistossaan aivan Harvard Yardin lähellä. Hän pukeutui tyypilliseen asuunsa: pinstrippi-puku, valkoinen paita, ei solmioa. Hän asetti kalastajansa korkin neuvottelupöydälle kirjahyllyn eteen, jossa oli The Cell, mikroelektroniset materiaalit, fysikaalinen kemia, orgaaninen kemia Advanced ja Bartlettin tutut tarjoukset .
Ei hyllyllä olevaa tekstiä oli No Small Matter: Science on Nanoscale, Whitesidesin ja tiedevalokuvaajan Felice C. Frankelin vasta julkaistu sohvapöytäkirja. Kyse on todella eksoottisista asioista, jotka näyttävät olevan erittäin suuria, mutta jotka ovat poikkeuksellisen, järjetöntä, hämmästyttävän pieniä - nanoputket, kvanttipisteet, itse koottavat koneet.
Nanoteknologia on yksinkertaisesti määritelty tiede rakenteista, joiden mitat ovat välillä 1 nanometri tai metrin miljardi ja 100 nanometriä. (Etuliite “nano” tulee kreikan sanasta kääpiö.) Useimmissa ihmisissä tämä määritelmä ei ole kuitenkaan niin yksinkertainen. Yritettäessä ymmärtää nanometrit voivat nopeasti aiheuttaa ristissä olevat silmät. Paperiarkki, johon nämä sanat on painettu, on 100 000 nanometriä paksu - ihmisen hiuksen halkaisija, suunnilleen pienin esine, jonka henkilö voi nähdä ilman apua. Tämän paperin päällä istuvan bakteerin halkaisija on noin 1 000 nanometriä - mikroskooppinen. Vain yhden nanometrin koon nähdä jotain oli mahdotonta vasta vuoteen 1981, jolloin kaksi IBM: n fyysikkoa keksi ensimmäisen skannaustunnelomikroskoopin. Perinteiset mikroskoopit käyttävät linssejä suurentamaan mitä tahansa näkölinjassa. Mutta skannaavat tunnelimikroskoopit toimivat enemmän kuin pistekirjoitusta lukeva henkilö, ja ne liikkuvat rakenteiden pinnan yli pienen kynän avulla. Fyysikot, jotka voittivat Nobel-palkinnon vain viisi vuotta myöhemmin, rakensivat kynän kärjellä, jonka kärki oli vain yksi atomi (alle yksi nanometri). Liikkuessaan kynä havaitsee materiaalin rakenteen tallentamalla sähköistä palautetta, ja sitten mikroskooppi muuntaa tallenteet kuviin.
Nyt, kun todella pienet asiat - aina yksittäisiin atomiin asti - voitiin vihdoin nähdä, Whitesides ja muut kemistit kiinnostuivat nanomittakaavan materiaaleista. Ja mitä he oppivat, hämmästyttää heitä. Vaikuttaa siltä, että tällä pienellä materiaalilla on odottamattomia ominaisuuksia - olimme vain avuttomia, kunnes näimme ne läheltä. Eri pintojen molekyylit - pinnat, jotka eivät yleensä yhdisty hyvin, jos ollenkaan - voivat yhtäkkiä sitoutua. Lasi, tavallisesti sähkövirtojen eriste, voi johtaa sähköä. Materiaaleista, jotka eivät voineet kantaa sähkövarauksia, tulee yhtäkkiä puolijohteita. Metallikulta voi olla punainen tai sininen riittävän pieninä hiukkasina.
"Yksi pienten asioiden kiehtovista asioista on, että ne osoittautuvat niin vieraiksi huolimatta muodollisista tai toiminnallisista pinnallisista samankaltaisuuksista suurempiin, tutumpiin sukulaisiin", Whitesides kirjoittaa kirjassaan. "Näiden erojen löytäminen pienimmässä mittakaavassa on ihanan houkuttelevaa, ja niiden käyttäminen voi muuttaa (ja on muuttanut) maailmaa."
Tutkijat ovat luoneet hiilinanoputkia, onttoja sylintereitä, joiden halkaisija on enintään kaksi nanometriä, jotka osoittavat olevan maailman vahvin materiaali, sata kertaa vahvempi kuin teräs, jonka paino on kuudesosa. He ovat luoneet nanohiukkasia - alle 100 nanometriä leveitä ja hyödyllisiä erittäin tarkkoihin lääketieteellisiin kuviin. Tutkijat ovat myös tehneet nanoradat - piikierteet, joiden leveys on 10–100 nanometriä ja jotka kykenevät muuttamaan lämpöä sähköksi. Elektroniikan valmistajat sanovat, että nanojohdot voivat hyödyntää tietokoneiden, autojen moottoreiden ja voimalaitosten hukkalämpöä.
Jo yli 1 000 kuluttajatuotetta käyttää jonkinlaista nanoteknologiaa (vaikka Kansallisen tiedeakatemian vuoden 2008 raportissa kehotettiinkin paremmin seuraamaan nanoteknologian mahdollisia terveys- ja ympäristöriskejä). Tuotteita ovat vahvemmat ja kevyemmät pyöräkehykset, nesteitä poistelevat kangaskäsittelyt, auringonvaloa paremmin hylkivät aurinkovoiteet, muistikortit tietokoneille ja sumukestävät pinnoitteet silmälasilinsseille.
Tutkijat kehittävät nanohiukkasia, jotka voivat toimittaa juuri oikean määrän lääkettä tuumorin tappamiseen, mutta ei mitään muuta sen ympärillä. Muut nanohiukkaset voivat havaita veden elohopeakontaminaation; yhtenä päivänä hiukkasia voidaan käyttää suodattimissa myrkyllisen metallin poistamiseksi.
Pienistä asioista tehdyt suuret, elämää muuttavat asiat ovat vielä edessämme. Asiat, kuten paristot, jotka kestävät kuukausia, ja virvoittavat sähköautot, jotka on valmistettu virusten rakentamista nanojohdoista - Angela Belcher MIT: ssä työskentelee asiaan, ja presidentti Obama on innoissani tekniikasta, jonka hän on tavannut hänen kanssaan. (Katso ”Näkymättömät insinöörit”.) Hewlett-Packard-laboratorio, jota johtaa nanotekniikan visionääri Stan Williams, ilmoitti juuri yhteistyöstä Shellin kanssa ultraherkkien laitteiden kehittämiseksi öljyn havaitsemiseksi; Periaatteessa he voivat rekisteröidä nanomittakaavan muutokset maan päällä, jotka johtuvat öljykenttien liikkeistä. Williams kutsuu tuotetta ”maan keskushermostoksi”.
Mahdollisuudet muuttua perusteellisesti nanoteknologian takia ovat edelleen unelmoisempia kuin todelliset, mutta asiantuntijoille mahdollisuudet vaikuttavat melkein loputtomilta. Tutkijat ovat luoneet nanorakenteita, jotka voivat koota itsensä, eli ne voivat muodostua isommiksi esineiksi, joilla on vain vähän tai ei lainkaan ulkosuuntaa. Joskus nämä pienet esineet voisivat teoriassa rakentaa itsensä koneeksi, joka tekee enemmän nanohiukkasia. IBM käyttää jo itsekokoonpanotekniikoita eristämään tietokonepiirejä. MIT: n keskus, nimeltään Sotilas Nanoteknologian instituutti, työskentelee tuhoamattomissa taisteluaseissa, jotka voivat reagoida kemiallisiin aseisiin.
"Whitesides sanoo", kaikkialla, missä näytät ", näet kappaleita ja ne kaikki osoittavat eri suuntiin."
Whitesides ei tiedä tarkalleen kuinka hän pääsi tänne. Tässä on Harvard, tämä laboratorio, tämä elämä. Kasvatessaan pienessä Kentuckyn kaupungissa, kodinvalmistajan ja kemian insinöörin poikaa, hän jäi koulusta. Eräänä päivänä opettaja soitti vanhemmilleen ja sanoi, että haluaisi puhua heidän kanssaan heidän pojastaan. Heidän sydämensä upposi. ”" Mitä pieni paskiainen nyt tekee? "" Whitesides muistelee vanhempiensa reaktiota.
Opettaja sanoi: ”Sinun on poistettava lapsesi täältä. Olen järjestänyt hänen menevän Andoveriin. "
"En ollut koskaan kuullut Andoverista", Whitesides sanoo nyt Massachusettsin eliitin koulusta. ”En edes tiennyt mitä se oli. En tiennyt missä Uusi Englanti oli. ”
Ja sitten, jotenkin, hän päätyi käymään Harvardissa. ”En edes muista, että olisiin hakeutunut tänne. Sain vain jossain vaiheessa kirjeen, jossa tunnustetaan minut. Joten luulen, että tulin tänne vahingossa. ”
Hän jatkoi jatkotöitä Kalifornian teknillisessä instituutissa. Hän kiitti väitöskirjansa tunnustusosassa neuvonantajaansa John D. Robertsia "potilaan suunnasta ja itsenäisyydestä". Useimmat jatko-opiskelijat arvostavat mentorin ohjausta, Whitesides sanoo. ”Minun tapauksessani hän ei ohjannut minua ollenkaan. En usko, että olen nähnyt häntä vuosina, jolloin olin siellä, mutta meillä oli mukava suhde. ”
Whitesides opetti MIT: ssä lähes 20 vuotta ennen saapumistaan 1982 Harvardiin, missä hän on jotain harvinaisuutta. Hän on käytännöllinen kapitalisti aloittelijoille. Se keskittää hänet reaalimaailman sovelluksiin, mitä kaikki hänen kollegansa eivät ihastele, sanoo Harvardin fysiikan professori Mara Prentiss, joka opettaa hänen kanssaan nanoteknologian kurssia. "Monet ihmiset ihailevat Georgea suuresti, mutta kaikki eivät arvosta hänen tyyliään", hän sanoo. Whitesides ei näytä välittävän. "Oletan, että se on siellä", hän sanoo kaikesta vihamielisyydestä. Mutta hänellä on hyvin vähän aikaa niille, jotka ajattelevat, että esiintyminen CNN: ssä tai perustamisyrityksissä on gauche. Hän sanoo, että he "voivat vain ottaa neulan ja laittaa sen tänne" - osoittavat nenään - "ja ajaa sen".
Philadelphian historia- ja koulutusorganisaation Chemical Heritage Foundationin presidentti Tom Tritton sanoo, että jos pyydät kenenkään alan edustajaa luettelemaan maailman kolme kemiaa, Whitesides laatii jokaisen luettelon. "Hänen älynsä pelkkä leveys on hämmästyttävä", Tritton sanoo. Saatuaan säätiön korkeimman palkinnon, Othmer-kultamitalin, Whitesides vietti päivän kaupungin lukiolaisten kanssa. Tritton sanoo, että yksi opiskelija tarjosi myöhemmin tämän havainnon: "Hän voi olla tutkija, mutta hän on todella siisti."
Melkein kaiken, jota Whitesides tekee, ytimessä on ristiriita: hän työskentelee monimutkaisilla fysiikan, kemian, biologian ja tekniikan aloilla monimutkaisilla työkaluilla - monet ihmiset eivät ole koskaan halunneet atomivoimamikroskooppia - ja silti hän on pakkomielle yksinkertaisuudesta. Pyydä häntä esimerkki yksinkertaisuudesta, ja hän sanoo: "Google". Hän ei tarkoita, että sinun pitäisi Googlella sanaa "yksinkertaisuus". Hän tarkoittaa Googlen etusivua, vaakasuoraa suorakaiteen valkoisella kentällä, johon miljoonat ihmiset kirjoita sanoja löytääksesi tietoa Internetistä. Whitesides on lumottu tämän laatikon avulla.
”Mutta miten se toimii?” Hän sanoo. Hän pysähtyy vetämällä hengitystä. Hän nojaa eteenpäin tuolissaan. Hänen silmänsä saavat suuren. Hänen otsa nousee, ja sen kanssa myös erittäin suuret lasit. Tämä on George Whitesides innostunut.
"Aloitat binaarilla, ja binaari on yksinkertaisin aritmeettisten muotojen muoto", hän kertoo tietokoneiden ohjelmointiin käytetyistä järjestelmistä ja noloista. Sitten hän aloittaa ekspromptisen historiallisen opastetun kierroksen kytkimistä, transistoreista ja integroiduista piireistä ennen paluutaan lopulta Googlelle, joka “ottaa idean sellaisesta uskomattomasta monimutkaisuudesta - järjestää kaiken ihmiskunnan tiedot - ja laittaa sen tähän pieneen asiaan, laatikko."
Google-ajatus - valtavien tietomyymälöiden keittäminen elegantiksi pikkupakkaukseksi - on myös idea, jonka Whitesides pitää nyt kädessään, ns. Laboratorio sirulla, joka ei ole suurempi kuin postimerkki, joka on suunniteltu diagnosoida erilaisia vaivoja lähes modernin kliinisen laboratorion tarkkuudella.
Se on tarkoitettu kehitysmaiden syrjäisten osien terveydenhuollon työntekijöille. He sijoittavat pisaran potilaan verta tai virtsaa leimoon; Jos sairaus on yksi 16: sta tai niin, että leima voi tunnistaa, se muuttaa väriä vaivan mukaan. Sitten terveydenhoitoalan työntekijä tai jopa potilas voi ottaa kuvan leimasta matkapuhelimella. Kuva voidaan lähettää lääkärille tai laboratorioon; Joskus tietokoneohjelma voi antaa matkapuhelimen itse tehdä alustavan diagnoosin.
"Sairauksien hoitamiseksi sinun on ensin tiedettävä, mitä hoitot - se on diagnoosi - ja sitten sinun on tehtävä jotain", Whitesides sanoo vakiona pitämässään puheessa tekniikasta. ”Joten ohjelma, johon osallistumme, on jotain, jota kutsumme kaikkien diagnostiikoiksi tai nollakustannuksisiksi diagnostiikoiksi. Kuinka annat lääketieteellisesti merkityksellistä tietoa mahdollisimman lähellä nollaa? Miten teet sen?"
Aloitat paperilla, hän sanoo. Se on edullinen. Se on imukykyinen. Se värii helposti. Paperin muuttamiseksi diagnostiikkatyökaluksi Whitesides ajaa sitä vahatulostimen läpi. Tulostin sulattaa vahan paperille luomaan kanavia, joiden päissä on nanometrin kokoiset molekyylit. Nämä molekyylit reagoivat kehon nesteiden aineiden kanssa. Neste "jakaa itsensä näihin erilaisiin kaivoihin tai reikiin ja muuttaa värejä", Whitesides selittää. Ajattele raskaustestiä. Esimerkiksi leima, joka muuttuu sinisenä yhdessä nurkassa, saattaa paljastaa yhden diagnoosin; muiden värien kuvio diagnoosisi toisen. Diagnostisten leimojen tuotantokustannukset ovat 10 senttiä, ja Whitesides toivoo voivan tehdä niistä vielä halvempaa. Melkein kaikki kameran kanssa edistyneet matkapuhelimet voidaan ohjelmoida käsittelemään leiman kuvaa.
"Whitesides tekee tämän loistavan työn kirjaimellisesti paperilla", Bill Gates sanoi kaksi vuotta sitten. "Ja tiedätkö, se on niin halpaa ja niin yksinkertaista, että se voi todella päästä ulos ja auttaa potilaita tällä syvällä tavalla." Halpa ja yksinkertainen: Whitesidesin suunnitelma täsmälleen. Hän perusti voittoa tavoittelemattoman ryhmän, Diagnostics for All, tuomaan teknologiaa kehitysmaihin. Bill & Melinda Gates -säätiö investoi maksan toiminnan mittaustekniikkaan, testi, jota tarvitaan tehokkaiden aids- ja tuberkuloosilääkkeiden varmistamiseksi, eivät vahingoita yhtä kehon tärkeimmistä elimistä. Tällä hetkellä maksan toiminnan testaaminen eristetyissä maailman osissa on yleensä liian kallista tai liian logistisesti vaikeaa tai molempia. Whitesides-leimaa kehitetään myös tuntemattoman alkuperän kuumeiden syyn selvittämiseksi ja infektioiden tunnistamiseksi. Maksan toimintaleiman prototyyppi testataan laboratoriossa, ja varhaiset tulokset, Whitesides sanoo, ovat enemmän kuin lupaavia. Sirulle tehdään kenttätestaus myöhemmin tänä vuonna.
Kävellen Bostonin lavan yli - harvinainen kotipuhuva tapahtuma - Whitesides esittää kalastajansa korissa näkemyksensä siitä, miten keksintöä käytetään, toisinaan laittomissa paikoissa: ”Minun näkemysni tulevaisuuden terveydenhuollon työntekijästä ei ole lääkäri, mutta 18-vuotias, muuten työtön, jolla on kaksi asiaa. Hänellä on reppu täynnä näitä testejä, ja lansetti, joka ottaa satunnaisesti verinäytteen, ja AK-47. Ja nämä ovat asioita, jotka saavat hänet läpi päivänsä. "
Se on yksinkertainen ratkaisu monimutkaiseen tilanteeseen kaukana Harvardista, mutta laboratorioleiman laatiminen on tarkalleen missä Whitesides haluaa olla. "Mitä haluan tehdä, on ratkaista ongelmat", hän sanoo takaisin laboratorioonsa pitäen laboratoriota sirulla. ”Ja jos nano on oikea tapa ratkaista ongelma, käytän sitä. Jos jokin muu on oikea tapa, käytän sitä. En ole nanoteknologian innokas. En oikeastaan ole innostunut mistään. ”Paitsi että tarkoitus tuoda asioille, joita kukaan ei voi edes nähdä. Hänen työnsä voisi työntää uskomattoman pienen nanoteknologian arkkitehtuurin arjen arkkitehtuuriin.
Michael Rosenwald kirjoitti uusien influenssavirusten etsinnästä Smithsonianin tammikuun 2006 numerossa.
Hyvin pienissä mittakaavoissa yleisimmät materiaalit "osoittautuvat niin muukalaisiksi", sanoo George Whitesides, jolla on prototyyppi diagnoosisirusta. (Paula Lerner / Aurora-valokuvat) 
Muutaman tuhannen nanometrin pituiset polymeeririntamaiset käärivät jopa pienempiä polymeeripalloja. (Felice C. Frankel) 
Hiilinanoputket, jotka on esitetty tietokoneella luodussa mallissa, ovat vahvimpia ja jäykeimpiä materiaaleja, jotka koskaan on luotu - vaikka putkien hiiliatomeja pitävätkin samanlaiset kemialliset sidokset kynän lyijyssä. (Felice C. Frankel) 
Oudot nanosuuntaiset rakenteet, joita kutsutaan "kvanttipisteiksi", säteilevät värillisiä valoja eivätkä haalistu. Tässä näytetään kvanttipisteet, jotka värjäävät solujen rakenteet. (Felice C. Frankel) 
Yksinkertainen ja halpa on mitä Whitesides haluaa hänen nanoteknologian keksintönsä olevan. Tätä paperileiman laboratoriota voidaan käyttää maksan toiminnan testaamiseen. (Paula Lerner / Aurora-valokuvat) 
Huolimatta hänen laboratorionsa näennäisestä kaaoksesta, "olemme tottuneet tekemään rakenteita nanometrin mittatarkkuudella ja tiedämme, missä jokainen atomi on", sanoo Whitesides, joka näkyy tässä seisomassa tuotekehitystutkijan Patrick Beattien kanssa. "Se on mitä me elämme." (Paula Lerner / Aurora-valokuvat)
