George Whitesidesi leidmine on sageli keeruline isegi George Whitesidesi jaoks. Nii hoiab ta ümbrikut oma jope taskus. "Ma ei tea tegelikult üldse, kus ma praegu olen, kuni ma seda vaatan, " ütleb ta, "ja siis ma leian, et olen Terre Haute'is, ja siis on tõesti küsimus:" Mis edasi? " Hiljutise venituse ajal selgus ümbrikust, et ta viibis Bostonis, Abu Dhabis, Mumbais, Delhis, Baselis, Genfis, Bostonis, Kopenhaagenis, Bostonis, Seattle'is, Bostonis, Los Angeleses ja Bostonis.
Seotud sisu
- Nähtamatu tehnika
- Signaali avastus?
Bostoni esinemine nii sageli, kuigi mitte nii tihti, kui tema naine eelistab, on põhjus, et Whitesides on Harvardi ülikooli keemiaprofessor ja Boston Logan tema kodulennujaam. Kõigi teiste linnade põhjuseks on see, et Whitesidesi panus teadusesse ulatub bioloogiasse, inseneriteadustesse, füsioloogiasse, materjaliteadusesse, füüsikasse ja eriti tänapäeval nanotehnoloogiasse. Teised teadlased, valitsusjuhid, leiutajad ja investorid kogu maailmas tahavad temast kuulda.
Whitesidesi leiutised ja ideed on tekitanud enam kui tosin ettevõtet, sealhulgas uimastihiiglane Genzyme. Ükski Harvardi labor ei ole lähedane tema nimele lisatud patentide arvuga - umbes 90, - ütleb ta. Tsitaat “GM Whitesides” ilmub akadeemilistes töödes sagedamini kui peaaegu kõigi teiste ajaloo ajaloo keemikute oma.
Nii on Whitesides midagi teaduse Bono taolist, ehkki pikem, õrnem ja 70-aastaselt vähem karvane. Šoti kaluri müts katab pea alati pea, isegi publiku ees. Tal on sügav hääl, kus on vähe vihjeid oma sünnimaale Kentuckyle. Viimasel ajal on see hääl tutvustanud publikule uut nanotehnoloogia projekti, mille eesmärk on säästa inimelu arengumaades. “Mis on kõige odavam kraam, millest võiksite diagnoosimissüsteemi teha?” Küsib ta. "Paber."
Paberitükile, mis pole paksem ega laiem kui postmark, on Whitesides ehitanud meditsiinilabori.
Ühel möödunud talvel ühel päeval ärkasid Whitesides omas voodis. Kella 9ks oli ta oma kabinetis vahetult Harvard Yardi lähedal. Ta kandis oma tüüpilist riietust: näputäis ülikond, valge särk, lipsu ei olnud. Ta püstitas oma kaluri korgi konverentsilauale raamaturiiuli ette, kus leidus The Cell, mikroelektroonilised materjalid, füüsikaline keemia, orgaaniline keemia ja Bartlett'i tuttavad tsitaadid .
Riiulil mitte olnud tekst oli No Small Matter: Science on Nanoscale, Whitesidesi ja teadusfotograafi Felice C. Frankeli äsjailmunud kohvilauaraamat. See puudutab tõeliselt eksootilisi asju, mis tunduvad olevat väga suured, kuid on erakordselt, absurdselt ja hämmastavalt väikesed - nanotorud, kvantpunktid, isekomplekteeruvad masinad.
Nanotehnoloogia on lihtsalt määratletud teadus teadusest struktuuride kohta, mille mõõtmed on vahemikus 1 nanomeeter ehk meetri miljardik kuni 100 nanomeetrit. (Eesliide “nano” pärineb kreeka sõnast kääbus.) Enamiku inimeste jaoks pole see määratlus siiski nii lihtne. Nanomeetritest aru saamine võib risti silmi kiiresti esile kutsuda. Paberileht, millele need sõnad trükitakse, on 100 000 nanomeetrit paks - inimese juuste läbimõõt, mis on umbes väikseim objekt, mida inimene võib palja silmaga näha. Selle paberi peal istuva bakteri läbimõõt on umbes 1000 nanomeetrit - mikroskoopiline. Ainult ühe nanomeetri suuruse asja nägemine oli võimatu kuni 1981. aastani, kui kaks IBMi füüsikut leiutasid esimese skaneeriva tunnelimikroskoobi. Tavalised mikroskoobid kasutavad läätsi läätsede suurendamiseks vaateväljas. Kuid skaneerivad tunnelmikroskoobid toimivad rohkem nagu punktkirja lugev inimene, liikudes pisikese pliiatsi abil üle konstruktsioonide pinna. Füüsikud, kes võitsid vaid viis aastat hiljem Nobeli preemia, ehitasid pliiatsi otsaga, mille ots oli vaid ühe aatomiga (vähem kui üks nanomeeter). Liigutades tuvastab puutepliiats materjali struktuuri elektrilise tagasiside salvestamise abil ja seejärel teisendab mikroskoop salvestised piltideks.
Nüüd, kui lõpuks võis näha tõesti väikseid asju - kuni üksikute aatomiteni -, hakkasid Whitesides ja teised keemikud nanomõõtmeliste materjalide vastu väga huvi tundma. Ja see, mida nad õppisid, hämmastas neid. Selgub, et väikestel materjalidel on ootamatuid omadusi - olime lihtsalt abitu, kuni nägime neid lähedalt. Erinevate pindadega molekulid - pinnad, mis tavaliselt hästi ei kombineeru, kui üldse - võivad järsku siduda. Klaas, tavaliselt elektrivoolude isolaator, võib elektrit juhtida. Materjalid, mis ei suutnud elektrilaenguid kanda, muutuvad ootamatult pooljuhtideks. Metallkuld, mis on piisavalt väikeste osakestena, võib olla punane või sinine.
"Väikeste asjade üks põnevust on see, et vaatamata kuju või funktsiooni pealiskaudsetele sarnasustele suuremate, rohkem tuttavate sugulastega, osutuvad nad nii võõraks, " kirjutab Whitesides oma raamatus. "Nende erinevuste avastamine väikseimas mõõtkavas on imeliselt haarav ja nende kasutamine võib muuta (ja on muutnud) maailma."
Teadlased on loonud süsiniknanotorud, õõnsad silindrid, mille läbimõõt on vähemalt 2 nanomeetrit või vähem, mis osutuvad kõige tugevamaks materjaliks maailmas, 100 korda tugevamad kui teras, mille mass on kuuendik. Nad on loonud nanoosakesi - alla 100 nanomeetri laiusi ja neist on kasu väga täpsete biomeditsiiniliste piltide tegemiseks. Teadlased on teinud ka nanojuhtmeid - 10–100 nanomeetri laiused räni niidid, mis on võimelised soojust elektriks muundama. Elektroonikaseadmete tootjad väidavad, et nanojuhtmed võivad ära kasutada arvutite, automootorite ja elektrijaamade heitsoojust.
Juba nanotehnoloogiat kasutab enam kui 1000 tarbekaupa (ehkki Riikliku Teaduste Akadeemia 2008. aasta aruandes kutsuti üles nanotehnoloogia võimalike tervise- ja keskkonnariskide paremat jälgimist). Toodete hulka kuuluvad tugevamad ja heledamad rattaraamid, vedelikke varjavad kangahooldused, päikesevalgust paremini tõrjuvad päikesekaitsekreemid, arvutite mälukaardid ja prilliklaaside udukindlad katted.
Teadlased töötavad välja nanoosakesi, mis suudavad kasvaja tapmiseks anda just parajas koguses ravimit, kuid selle ümber pole midagi muud. Teised nanoosakesed suudavad tuvastada elavhõbeda saastumise vees; ühel päeval võib osakesi kasutada filtrites toksilise metalli eemaldamiseks.
Väikestest asjadest valmistatud suured, elumuutvad asjad on veel ees. Sellised asjad nagu patareid, mis võivad vastu võtta mitu kuud, ja elektriautod, mis on valmistatud viiruste ehitatud nanojuhtmetest - Angela Belcher MITis töötab selle kallal ja president Obama on tehnoloogiast nii vaimustatud, et on temaga kohtunud. (Vt “Nähtamatud insenerid”.) Nanotehnoloogia visionäär Stan Williamsi juhitud Hewlett-Packardi labor teatas äsja partnerlusest Shelliga ultratundlike seadmete väljatöötamiseks õli tuvastamiseks; põhimõtteliselt saavad nad registreerida nanomõõtmelisi nihkeid maapõues, mille põhjustavad naftaväljade liikumised. Williams nimetab toodet „maa kesknärvisüsteemiks”.
Nanotehnoloogia tõttu põhjalikult muutuva maailma väljavaade on endiselt unistavam kui reaalne, kuid ekspertide jaoks näivad võimalused olevat peaaegu lõputud. Teadlased on loonud nanostruktuure, mis saavad ise kokku monteeruda, mis tähendab, et need võivad moodustuda suuremateks objektideks, millel on vähe suunda või üldse mitte. Kunagi võiksid need miniobjektid teoreetiliselt ehitada masina, mis teeb rohkem nanoosakesi. Juba kasutab IBM arvutikiipide isolatsiooni tootmiseks isekomplekteerimise tehnikaid. MIT-i keskus, mida nimetatakse sõdurite nanotehnoloogiate instituudiks, töötab hävimatute lahingukanalite peal, mis suudavad reageerida keemiarelvadele.
"Kõikjal, kuhu vaatate, " ütleb Whitesides, "näete tükke ja nad kõik on suunatud eri suundadesse."
Whitesides ei tea täpselt, kuidas ta siia sattus. Siin on Harvard, see labor, see elu. Kasvanud väikeses Kentucky linnas, kodutütre ja keemiainseneri poeg, takerdus ta kooli. Ühel päeval helistas õpetaja oma vanematele ja ütles, et tahaks nendega rääkida nende pojast. Nende süda vajus. „Mida on nüüd väike värdjas teinud?” “Meenutab Whitesides oma vanemate reaktsiooni.
Õpetaja ütles: „Sa pead oma lapse siit minema viima. Olen korraldanud, et ta läheb Andoverisse. ”
"Ma polnud Andoverist kunagi kuulnud, " räägib Whitesides Massachusettsi eliitkoolist. “Ma isegi ei teadnud, mis see on. Ma ei teadnud, kus Uus-Inglismaa on. ”
Ja siis sattus ta kuidagi Harvardisse. “Ma isegi ei mäleta, et oleksin siia kandideerinud. Sain lihtsalt mingil hetkel mulle tunnistuse. Nii et ma arvan, et tulin siia juhuslikult. ”
Ta jätkas kraadiõpet California Tehnoloogiainstituudis. Doktoriväitekirja tunnustuste osas tänas ta oma nõustajat John D. Robertsit "tema patsiendi suuna ja ükskõiksuse" eest. Enamik kraadiõppuritest hindab mentori suunda, vahendab Whitesides. “Minu puhul ei suunanud ta mind üldse. Ma ei usu, et nägin teda seal käinud aastate jooksul, aga meil olid toredad suhted. ”
Valgevenelased õpetasid MIT-is ligi 20 aastat enne saabumist 1982. aastal Harvardisse, kus ta on midagi haruldust. Ta on praktiliselt alustav kapitalist. Temaga nanotehnoloogia kursust õpetava Harvardi füüsikaprofessori Mara Prentissi sõnul keskendub ta reaalmaailma rakendustele, mida kõik tema kolleegid ei imetle. "Paljud inimesed imetlevad George'i väga, kuid mitte kõik ei hinda tema stiili, " ütleb naine. Tundub, et valged ei hooli. "Ma eeldan, et see on seal, " ütleb ta igasugusest vaenulikkusest. Kuid neil on väga vähe aega neile, kes arvavad, et CNN-is näitamine või alustavate ettevõtete näitamine on ebaõige. Ta ütleb, et nad saavad "lihtsalt kudumisvarda võtta ja siia panna" - osutavad tema ninale - "ja ajavad selle käest".
Philadelphia ajaloo ja haridusorganisatsiooni Keemilise Heritage Foundationi president Tom Tritton ütleb, et kui palute valdkonna kellelgi loetleda maailma kolm parimat keemikut, koostab Whitesides iga nimekirja. "Tema intellekti laius on jahmatav, " ütleb Tritton. Pärast sihtasutuse kõrgeima autasu, Othmeri kuldmedali saamist veetis Whitesides päeva koos linna keskkooliõpilastega. Tritton ütleb, et üks õpilane pakkus hiljem seda tähelepanekut: "Ta võib olla teadlane, kuid ta on tõesti lahe."
Peaaegu kõige selle keskmes, mida Whitesides teeb, on vastuolu: ta töötab keerukates füüsika, keemia, bioloogia ja tehnika valdkondades keerukate tööriistade abil - mitte paljud pole kunagi aatomijõudude mikroskoopi kasutanud - ja ometi on ta lihtsuse pärast kinnisideeks. Küsige temalt näidet lihtsuse kohta ja ta ütleb: "Google". Ta ei tähenda, et peaksite Google'ile kasutama sõna "lihtsus". Ta peab silmas Google'i avalehte, tagaküljel asuvat varu ristkülikut, kuhu miljonid inimesed tippige sõnad Internetist teabe leidmiseks. Whitesides on selle kasti poolt mesmeriseeritud.
"Aga kuidas see töötab?" Ütleb ta. Ta teeb pausi, tõmmates hinge. Ta kummardub oma toolil edasi. Ta silmad lähevad suureks. Tema otsmik tõuseb üles ja koos sellega ka tema väga suured prillid. See on George Whitesides elevil.
"Alustate binaarsest ja binaarne on aritmeetika lihtsaim vorm, " räägib ta arvutite programmeerimiseks kasutatavate nullide ja nullide süsteemist. Seejärel alustab ta eksklusiivse ajaloolise giidiga ekskursiooniga lülitite, transistoride ja integraallülituste kohta, enne kui lõpuks naaseb Google'ile, "mis võtab aimu sellisest uskumatust keerukusest - kogu inimkonna teabe korraldamiseks - ja paneb selle selle pisiasja sisse kasti. ”
Google'i idee - tohutute teadmistepoodide keetmine elegantseks väikeseks pakendiks - on ka idee, mida Whitesides praegu käes hoiab - nn labor kiibil, mis pole suurem kui postmark, mis on loodud diagnoosida mitmesuguseid vaevusi peaaegu tänapäevase kliinilise labori täpsusega.
See on ette nähtud arengumaade äärealade tervishoiutöötajatele. Nad panevad templile tilga patsiendi verd või uriini; kui vaev on üks 16-st või nii, et tempel saaks seda ära tunda, muudab see värvi vastavalt vaevusele. Siis saab tervishoiutöötaja või isegi patsient mobiiltelefoniga templist pilti teha. Pilt võib saata arsti või laborisse; Ühel päeval võib arvutiprogramm lubada mobiiltelefonil endal esialgse diagnoosi teha.
"Haiguse ravimiseks peate kõigepealt teadma, mida ravitate - see on diagnostika - ja siis peate midagi tegema, " ütleb Whitesides tavakõnes, mida ta tehnoloogia kohta räägib. „Nii et programm, milles me osaleme, on midagi, mida me nimetame kõigi diagnostikaks või nullkuluga diagnostikaks. Kuidas pakkuda meditsiiniliselt olulist teavet võimalikult lähedal nullkuludele? Kuidas sa seda teed?"
Alustate paberist, ütleb ta. See on odav. See on imav. See värvub kergesti. Paberi muutmiseks diagnostiliseks tööriistaks töötab Whitesides selle läbi vahaprinteri. Printer sulatab vaha paberile, et luua kanalid, mille otstes on nanomeetri suurused molekulid. Need molekulid reageerivad kehavedelikes sisalduvate ainetega. Vedelik jaotub end nendesse kaevudesse või aukudesse ja muudab värve, ”selgitab Whitesides. Mõelge rasedustestile. Näiteks ühes nurgas siniseks muutuv tempel võib paljastada ühe diagnoosi; teiste värvide muster diagnoosiks teise. Diagnostiliste templite valmistamise hind on 10 senti ja Whitesides loodab neid veelgi odavamalt teha. Peaaegu iga täpsema kaameraga mobiiltelefoni saab programmeerida tempelpildi töötlemiseks.
"Whitesides teeb seda hiilgavat tööd sõna otseses mõttes paberi abil, " ütles Bill Gates kaks aastat tagasi. "Ja teate, see on nii odav ja nii lihtne, et see võib tegelikult välja pääseda ja aidata patsiente sel sügaval viisil." Odav ja lihtne: Whitesidese plaan täpselt. Ta moodustas mittetulundusliku rühma Diagnostics for All, et viia tehnoloogia arengumaadesse. Bill & Melinda Gates'i sihtasutus investeerib maksafunktsiooni mõõtmise tehnoloogiasse. Test, mis on vajalik võimsate AIDSi ja tuberkuloosiravimite tagamiseks, ei kahjusta keha ühte tähtsamat organit. Praegu on maksafunktsiooni testimine maailma isoleeritud osades üldiselt liiga kallis või logistiliselt keeruline või mõlemat pidi. Valgevene tempel on väljatöötamisel ka teadmata päritolu palaviku põhjuste väljaselgitamiseks ja nakkuste tuvastamiseks. Maksafunktsiooni templi prototüüpi testitakse laboris ja varasemate tulemuste kohaselt on Whitesides sõnul rohkem kui lootustandev. Kiip hakkab välitesti tegema sel aastal hiljem.
Jalutuskäik Bostoni laval - haruldane kodus rääkimise sündmus - kirjeldab Whitesides oma kaluri mütsis oma visiooni, kuidas leiutist kasutatakse, mõnikord seadusteta kohtades: „Minu vaade tuleviku tervishoiutöötajale pole arst, kuid 18-aastane, muidu töötu, kellel on kaks asja. Tal on neid katseid täis seljakott ja lantsett aeg-ajalt vereproovi võtmiseks ning AK-47. Ja need on asjad, mis teda päeva jooksul läbi saavad. ”
See on lihtne lahendus keerukale olukorrale, Harvardist kaugel asuvas kohas, kuid laboritempli kallal töötamine on täpselt seal, kus Whitesides tahab olla. "See, mida ma tahan teha, on probleemide lahendamine, " ütleb ta tagasi oma laborisse, hoides laborit kiibil. “Ja kui nano on õige viis probleemi lahendamiseks, siis kasutan seda. Kui midagi muud on õige, siis kasutan seda. Ma ei ole nanotehnoloogia harrastaja. Ma ei ole tegelikult millegi poole püüdleja. ”Välja arvatud see, mis tähendab asjade tähenduse toomist, mida keegi isegi ei näe. Tema tööd võiksid lükata nanotehnoloogia uskumatult väikese arhitektuuri igapäevaelu arhitektuuri.
Michael Rosenwald kirjutas Smithsoniani 2006. aasta jaanuari numbris uute gripiviiruste otsimisest.
Väga väikeste skaalade korral osutuvad kõige tavalisemad materjalid "nii võõraks", ütleb George Whitesides, kellel on diagnostilise kiibi prototüüp. (Paula Lerner / Aurora fotod) 
Mõne tuhande nanomeetri pikkused polümeerrullid ümbritsevad veelgi õhemaid polümeerkerasid. (Felice C. Frankel) 
Süsiniknanotorud, mis on näidatud arvutil loodud mudelis, on kõige tugevamad ja jäigemad materjalid, mis iial loodud - isegi kui torude süsinikuaatomeid hoiavad koos pliiatsipliinis leiduvad keemilised sidemed. (Felice C. Frankel) 
Kummaliste punktidena kutsutud imelikud nanomõõtmelised struktuurid kiirgavad värvilisi tulesid ega tuhmu. Siin on näidatud kvantpunktid, mis värvivad rakkude struktuure. (Felice C. Frankel) 
Lihtne ja odav on see, mida Whitesides soovib, et tema nanotehnoloogia leiutised oleksid. Seda paberitempli laborit saab kasutada maksafunktsiooni testimiseks. (Paula Lerner / Aurora fotod) 
Vaatamata tema labori näilisele kaosele on "me harjunud nanomeetrise täpsusega struktuure tegema ja teadma, kus iga aatom on", ütleb Whitesides, keda siin näidatakse koos tootearendusteadlase Patrick Beattiega. "Seda me teeme elatiseks." (Paula Lerner / Aurora fotod)
