Znalezienie George'a Whitesidesa jest często trudne nawet dla George'a Whitesidesa. Więc trzyma kopertę w kieszeni kurtki. „Właściwie nie wiem, gdzie jestem, dopóki na to nie spojrzę” - mówi - „a potem stwierdzam, że jestem w Terre Haute, a wtedy tak naprawdę pytanie brzmi:„ Co dalej? ”. Podczas w ostatnim odcinku koperta ujawniła, że był w Bostonie, Abu Zabi, Bombaju, Delhi, Bazylei, Genewie, Bostonie, Kopenhadze, Bostonie, Seattle, Bostonie, Los Angeles i Bostonie.
powiązana zawartość
- Invisible Engineering
- Odkrycie sygnału?
Powodem, dla którego Boston pojawia się tak często, choć nie tak często, jak woli jego żona, jest to, że Whitesides jest profesorem chemii na Uniwersytecie Harvarda, a Boston Logan to jego rodzinne lotnisko. Powodem dla wszystkich innych miast jest to, że wkład Whitesides w naukę obejmuje biologię, inżynierię, fizjologię, materiałoznawstwo, fizykę, a zwłaszcza nanotechnologię. Inni naukowcy, przywódcy rządowi, wynalazcy i inwestorzy na całym świecie chcą się od niego dowiedzieć.
Wynalazki i pomysły Whitesides zrodziły kilkanaście firm, w tym giganta narkotykowego Genzyme. Żadne laboratorium na Harvardzie nie dorównuje liczbie patentów związanych z jego imieniem - „około 90”, mówi. Cytat „GM Whitesides” pojawia się częściej w artykułach naukowych niż prawie jakikolwiek inny chemik w historii.
Tak więc Whitesides jest czymś w rodzaju Bono nauki, choć wyższy, bardziej żylasty, aw wieku 70 lat mniej kosmaty. Szkocka czapka rybaka prawie zawsze zakrywa głowę, nawet przed widownią. Ma głęboki głos, bez śladu swojej rodzinnej Kentucky. Ostatnio głos ten wprowadza widzów w nowy projekt nanotechnologiczny mający na celu ratowanie życia w krajach rozwijających się. „Jaka jest najtańsza możliwa rzecz, z której można zrobić system diagnostyczny?” - pyta. "Papier."
Na kartce papieru nie grubszej ani szerszej niż znaczek pocztowy Whitesides zbudował laboratorium medyczne.
Któregoś dnia minionej zimy Whitesides obudził się we własnym łóżku. O 9 rano był w swoim biurze niedaleko Harvard Yard. Miał na sobie swój typowy strój: prążkowany garnitur, białą koszulę, bez krawata. Położył czapkę rybaka na stole konferencyjnym przed półką z książkami, w której znajdowały się komórki, materiały mikroelektroniczne, chemia fizyczna, zaawansowana chemia organiczna i znane cytaty Bartletta .
Tekst nie na półce to No Small Matter: Science on the Nanoscale, nowo wydana książka na temat stolików kawowych autorstwa Whitesides i fotografa naukowego Felice C. Frankel. Chodzi o naprawdę egzotyczne rzeczy, które wydają się bardzo duże, ale są wyjątkowo, absurdalnie, zadziwiająco małe - nanorurki, kropki kwantowe, maszyny do samodzielnego składania.
Nanotechnologia to po prostu nauka o strukturach mierzących od 1 nanometra lub miliardowej metra do 100 nanometrów. (Przedrostek „nano” pochodzi od greckiego słowa „karzeł”). Jednak dla większości ludzi ta definicja nie jest taka prosta. Próba zrozumienia nanometrów może szybko wywołać przekrwienie oczu. Arkusz papieru, na którym te słowa są wydrukowane, ma grubość 100 000 nanometrów - średnicę ludzkiego włosa, mniej więcej najmniejszy przedmiot, jaki osoba może zobaczyć gołym okiem. Bakteria siedząca na szczycie tego papieru ma około 1000 nanometrów średnicy - mikroskopijnie. Widzieć coś o wielkości zaledwie jednego nanometra było niemożliwe do 1981 r., Kiedy to dwaj fizycy IBM wymyślili pierwszy skanujący mikroskop tunelowy. Konwencjonalne mikroskopy wykorzystują soczewki do powiększania wszystkiego, co znajduje się w linii wzroku. Ale skanujące mikroskopy tunelowe działają bardziej jak osoba czytająca brajla, poruszająca się po powierzchni struktur za pomocą małego rysika. Fizycy, którzy zaledwie pięć lat później zdobyli Nagrodę Nobla, zbudowali rysik z końcówką o średnicy zaledwie jednego atomu (mniej niż jeden nanometr). Podczas ruchu rysik wykrywa strukturę materiału, rejestrując sprzężenie elektryczne, a następnie mikroskop przekształca nagrania w obrazy.
Teraz, gdy naprawdę małe rzeczy - aż do pojedynczych atomów - mogły w końcu być widoczne, Whitesides i inni chemicy bardzo zainteresowali się materiałami w nanoskali. I to, czego się nauczyli, zadziwiło ich. Okazuje się, że tak małe materiały mają nieoczekiwane właściwości - nie mieliśmy pojęcia, dopóki nie zobaczyliśmy ich z bliska. Cząsteczki o różnych powierzchniach - powierzchniach, które zwykle nie łączą się dobrze, jeśli w ogóle - mogą nagle się związać. Szkło, zwykle izolator prądów elektrycznych, może przewodzić prąd. Materiały, które nie mogły przenosić ładunków elektrycznych, nagle stają się półprzewodnikami. Metalowe złoto, w wystarczająco małych cząsteczkach, może wydawać się czerwone lub niebieskie.
„Jedną z fascynacji drobiazgami jest to, że okazują się one tak obce, pomimo powierzchownych podobieństw w kształcie lub funkcji do większych, bardziej znanych krewnych”, pisze Whitesides w swojej książce. „Odkrywanie tych różnic w najmniejszej skali jest niezwykle wciągające, a ich użycie może zmienić (i zmieniło) świat”.
Naukowcy stworzyli nanorurki węglowe, wydrążone cylindry o średnicy dwóch nanometrów lub mniejszej, które okazały się najsilniejszym materiałem na świecie, 100 razy mocniejszym niż stal o masie jednej szóstej. Stworzyli nanocząstki o szerokości mniejszej niż 100 nanometrów i przydatne do bardzo dokładnych obrazów biomedycznych. Naukowcy stworzyli także nanodruty - nici krzemowe o szerokości od 10 do 100 nanometrów i zdolne do przekształcania ciepła w elektryczność. Producenci elektroniki twierdzą, że nanodruty mogą wykorzystywać ciepło odpadowe z komputerów, silników samochodowych i elektrowni.
Już ponad 1000 produktów konsumenckich wykorzystuje jakąś formę nanotechnologii (mimo że raport National Academy of Sciences z 2008 r. Zalecał lepsze monitorowanie potencjalnych zagrożeń dla zdrowia i środowiska wynikających z nanotechnologii). Produkty obejmują mocniejsze i lżejsze ramy rowerowe, materiały, które odbijają płyny, filtry przeciwsłoneczne lepiej odpychające światło słoneczne, karty pamięci do komputerów oraz odporne na zaparowanie powłoki na soczewki okularowe.
Naukowcy opracowują nanocząsteczki, które mogą dostarczyć odpowiednią ilość leku do zabicia guza, ale nic więcej wokół niego. Inne nanocząstki mogą wykryć zanieczyszczenie rtęcią w wodzie; pewnego dnia cząsteczki można wykorzystać w filtrach do usunięcia toksycznego metalu.
Duże, zmieniające życie rzeczy wykonane z małych rzeczy wciąż przed nami. Rzeczy takie jak akumulatory, które mogą trwać miesiące i zasilające samochody elektryczne, wykonane z nanodrutów zbudowanych przez wirusy - pracuje nad tym Angela Belcher z MIT, a prezydent Obama jest tak podekscytowany technologią, że spotkał się z nią. (Zobacz „Niewidzialni inżynierowie”.) Laboratorium Hewlett-Packard, kierowane przez wizjonera nanotechnologii Stana Williamsa, właśnie ogłosiło partnerstwo z Shell w celu opracowania ultraczułych urządzeń do wykrywania ropy; w zasadzie mogą rejestrować zmiany w nanoskali na ziemi spowodowane ruchami pól naftowych. Williams nazywa ten produkt „centralnym układem nerwowym dla Ziemi”.
Perspektywa fundamentalnej zmiany świata z powodu nanotechnologii jest nadal bardziej marzycielska niż rzeczywista, ale dla ekspertów możliwości wydają się niemal nieograniczone. Naukowcy stworzyli nanostruktury, które mogą się samoorganizować, co oznacza, że mogą formować się w większe obiekty z niewielkim lub żadnym kierunkiem zewnętrznym. Pewnego dnia te drobne obiekty mogłyby teoretycznie przekształcić się w maszynę, która wytwarza więcej nanocząstek. Już teraz IBM stosuje techniki samoorganizacji do wytwarzania izolacji w chipach komputerowych. Centrum MIT o nazwie Instytut Nanotechnologii Żołnierzy pracuje nad niezniszczalnym pancerzem bojowym, który może reagować na broń chemiczną.
„Gdziekolwiek spojrzysz” - mówi Whitesides - „widzisz kawałki, a wszystkie one wskazują różne kierunki”.
Whitesides nie wie dokładnie, jak się tu dostał. Oto Harvard, to laboratorium, to życie. Dorastając w małym miasteczku Kentucky, syn gospodyni domowej i inżyniera chemika, utknął w szkole. Pewnego dnia nauczyciel zadzwonił do rodziców i powiedział, że chciałby z nimi porozmawiać o ich synu. Ich serca zamarły. „Co ten mały drań teraz zrobił?” Whitesides przypomina sobie reakcję rodziców.
Nauczyciel powiedział: „Musisz wydostać stąd swoje dziecko. Umówiłem go, żeby pojechał do Andover.
„Nigdy nie słyszałem o Andover” - mówi teraz Whitesides o elitarnej szkole przygotowawczej w Massachusetts. „Nawet nie wiedziałem, co to jest. Nie wiedziałem, gdzie jest Nowa Anglia.
A potem jakoś skończył na Harvardzie. „Nawet nie pamiętam, żeby się tutaj zgłosić. W pewnym momencie właśnie dostałem list z informacją. Więc przypuszczam, że przyjechałem tu przez przypadek. ”
Następnie podjął pracę dyplomową w California Institute of Technology. W części z podziękowaniami w swojej rozprawie doktorskiej podziękował swojemu doradcy, Johnowi D. Robertsowi, za „jego cierpliwe kierownictwo i pośrednictwo”. Większość doktorantów ceni kierunek mentora, jak twierdzi Whitesides. „W moim przypadku wcale mnie nie kierował. Nie sądzę, że widziałem go przez lata, kiedy tam byłem, ale mieliśmy fajny związek. ”
Whitesides uczył w MIT przez prawie 20 lat, zanim przyjechał w 1982 roku na Harvard, gdzie jest rzadkością. Na początek jest praktykującym kapitalistą. Mara Prentiss, profesor fizyki z Harvardu, który prowadzi z nim kurs nanotechnologii, koncentruje się na aplikacjach w świecie rzeczywistym, czego nie wszyscy podziwiają. „George jest bardzo podziwiany przez wielu ludzi, ale nie wszyscy doceniają jego styl”, mówi. Wygląda na to, że białych stron nie obchodzi. „Przypuszczam, że tam jest”, mówi o wszelkiej wrogości. Ale ma bardzo mało czasu dla tych, którzy myślą, że pojawienie się na CNN lub w firmach rozpoczynających działalność jest głupie. Mówi, że mogą „po prostu wziąć igłę do robienia na drutach i włożyć ją tutaj” - wskazuje na nos - „i wepchnąć”.
Tom Tritton, prezes Fundacji Dziedzictwa Chemicznego, organizacji zajmującej się historią i edukacją w Filadelfii, mówi, że jeśli poprosisz kogoś z tej branży o listę trzech najlepszych chemików na świecie, Whitesides sporządzi każdą listę. „Ogrom jego intelektu jest zdumiewający” - mówi Tritton. Po otrzymaniu najwyższej nagrody fundacji, Othmer Gold Medal, Whitesides spędził dzień z licealistami w mieście. Tritton mówi, że pewien uczeń później zaproponował tę obserwację: „Może jest naukowcem, ale jest naprawdę fajny”.
W sercu niemal wszystkiego, co robi Whitesides, jest sprzeczność: pracuje w złożonych dziedzinach fizyki, chemii, biologii i inżynierii, używając złożonych narzędzi - niewielu ludzi kiedykolwiek posługiwało się mikroskopem sił atomowych - a jednak ma obsesję na punkcie prostoty. Poproś go o przykład prostoty, a on powie: „Google”. Nie znaczy to, że powinieneś napisać w Google słowo „prostota”. Ma na myśli stronę główną Google, zapasowy prostokąt na białym polu, na którym miliony ludzi wpisz słowa, aby znaleźć informacje w Internecie. Whitesides jest zahipnotyzowany tym pudełkiem.
„Ale jak to działa?” - mówi. Zatrzymuje się, wciągając powietrze. Pochyla się na krześle. Jego oczy stają się duże. Czoło ma uniesione, a wraz z nim bardzo duże okulary. To ekscytuje George Whitesides.
„Zaczynasz od binarnego, a binarny jest najprostszą formą arytmetyki”, mówi o systemie zer i jedynek używanych do programowania komputerów. Następnie rozpoczyna zaimprowizowaną historyczną wycieczkę po przełącznikach, tranzystorach i układach scalonych, po czym wraca do Google, „która przyjmuje ideę tak niewiarygodnej złożoności - organizuje całą ludzkość - i umieszcza ją w tej małej rzeczy, w pudełko."
Pomysł Google'a - sprowadzenie ogromnych zasobów wiedzy do eleganckiej małej paczki - jest także pomysłem stojącym za tym, co Whitesides trzyma teraz w dłoni, tak zwanym laboratorium na chipie nie większym niż znaczek pocztowy, który został zaprojektowany diagnozować różne dolegliwości z niemal precyzją nowoczesnego laboratorium klinicznego.
Jest przeznaczony dla pracowników służby zdrowia w odległych częściach krajów rozwijających się. Na znaczku umieszczą kroplę krwi lub moczu pacjenta; jeśli dolegliwość jest jedną z 16 lub więcej, aby znaczek mógł rozpoznać, zmieni kolor w zależności od schorzenia. Wtedy pracownik służby zdrowia, a nawet pacjent, może zrobić zdjęcie pieczęci telefonem komórkowym. Zdjęcie można wysłać do lekarza lub laboratorium; pewnego dnia program komputerowy może pozwolić samemu telefonowi na postawienie wstępnej diagnozy.
„Aby leczyć chorobę, musisz najpierw wiedzieć, co leczysz - to jest diagnostyka - a potem musisz coś zrobić”, mówi Whitesides w standardowym przemówieniu na temat technologii. „Tak więc program, w który jesteśmy zaangażowani, to coś, co nazywamy diagnostyką dla wszystkich, lub diagnostyką zerową. W jaki sposób podajesz istotne z medycznego punktu widzenia informacje możliwie najbliżej zerowego kosztu? Jak ty to robisz?"
Zaczynasz od papieru, mówi. To jest tanie. Jest chłonny. Łatwo barwi. Aby zmienić papier w narzędzie diagnostyczne, Whitesides uruchamia go przez drukarkę woskową. Drukarka topi wosk na papierze, tworząc kanały z cząsteczkami wielkości nanometrów na końcach. Cząsteczki te reagują z substancjami w płynach ustrojowych. Płyn „rozprowadza się do różnych studni lub otworów i zmienia kolory”, wyjaśnia Whitesides. Pomyśl o teście ciążowym. Na przykład znaczek, który zmienia kolor na niebieski w jednym rogu, może ujawnić jedną diagnozę; wzór innych kolorów zdiagnozowałby inny. Koszt wyprodukowania stempli diagnostycznych wynosi 10 centów, a Whitesides ma nadzieję, że będą one jeszcze tańsze. Prawie każdy zaawansowany telefon komórkowy z aparatem można zaprogramować do przetwarzania obrazu pieczęci.
„Whitesides wykonuje tę wspaniałą pracę dosłownie przy użyciu papieru” - powiedział Bill Gates dwa lata temu. „I, wiesz, jest tak tani i tak prosty, że może wydostać się i pomóc pacjentom w tak głęboki sposób.” Tani i prosty: dokładnie plan Białych Stron. Założył grupę non-profit, Diagnostics for All, aby dostarczyć technologię do krajów rozwijających się. Fundacja Billa i Melindy Gatesów inwestuje w technologię pomiaru czynności wątroby, test niezbędny do zapewnienia, że silne AIDS i leki przeciw gruźlicy nie uszkodzą jednego z najważniejszych narządów. Obecnie testowanie czynności wątroby w odizolowanych częściach świata jest generalnie zbyt drogie, logistycznie trudne lub jedno i drugie. Znaczek Whitesides jest również opracowywany, aby wskazać przyczynę gorączki nieznanego pochodzenia i zidentyfikować infekcje. Prototyp znacznika funkcji wątroby jest testowany w laboratorium, a pierwsze wyniki, jak twierdzi Whitesides, są więcej niż obiecujące. Chip rozpocznie testy w terenie jeszcze w tym roku.
Spacerując po scenie w Bostonie - rzadkim wydarzeniu domowym - Whitesides w czapce rybaka przedstawia swoją wizję wykorzystania wynalazku, czasem w miejscach pozbawionych prawa: „Moje zdanie na temat pracownika służby zdrowia na przyszłość nie jest lekarz, ale 18-latek, poza tym bezrobotny, który ma dwie rzeczy. Ma plecak pełen tych testów i lancet do okazjonalnego pobierania próbki krwi oraz AK-47. I to są rzeczy, które prowadzą go przez cały dzień. ”
Jest to proste rozwiązanie w skomplikowanej sytuacji, w miejscu odległym od Harvardu, ale praca nad pieczęcią laboratoryjną jest dokładnie tam, gdzie chce być Whitesides. „Chcę rozwiązywać problemy” - mówi z powrotem w swoim laboratorium, trzymając laboratorium na chipie. „A jeśli nano jest właściwym sposobem rozwiązania problemu, wykorzystam to. Jeśli coś innego jest właściwym sposobem, skorzystam z tego. Nie jestem gorliwym fanem nanotechnologii. W rzeczywistości nie jestem gorliwym fanem czegokolwiek. Z wyjątkiem tego, że nadają sens rzeczom, których nikt nawet nie widzi. Jego praca może wcisnąć niewiarygodnie małą architekturę nanotechnologii w architekturę życia codziennego.
Michael Rosenwald napisał o poszukiwaniu nowych wirusów grypy w wydaniu Smithsonian ze stycznia 2006 roku.
W bardzo małych skalach najpopularniejsze materiały „okazują się tak obce”, mówi George Whitesides, trzymając prototyp układu diagnostycznego. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Liście polimerowe o długości kilku tysięcy nanometrów owijają nawet mniejsze kulki polimerowe. (Felice C. Frankel) 
Nanorurki węglowe, pokazane w modelu generowanym komputerowo, są najsilniejszymi i najsztywniejszymi materiałami, jakie kiedykolwiek stworzono - nawet jeśli atomy węgla w rurkach są utrzymywane razem przez rodzaj wiązań chemicznych występujących w ołówku. (Felice C. Frankel) 
Dziwne nanoskalowe struktury zwane „kropkami kwantowymi” emitują kolorowe światła i nie blakną. Pokazano tutaj kropki kwantowe, które barwią struktury w komórkach. (Felice C. Frankel) 
Prosty i tani jest tym, co Whitesides chce, aby jego wynalazki nanotechnologiczne były. To laboratorium na stemplu papierowym może służyć do testowania czynności wątroby. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Pomimo pozornego chaosu w jego laboratorium „jesteśmy przyzwyczajeni do tworzenia struktur z precyzją w skali nanometra i wiemy, gdzie jest każdy atom” - mówi Whitesides, pokazany tutaj jako stojący obok naukowca ds. Rozwoju produktu, Patricka Beattie. „Tak zarabiamy na życie”. (Paula Lerner / Aurora Photos)
