Kuinka hyödyntää nanoteknologian potentiaalia ja välttää niiden mahdolliset negatiiviset seuraukset? Se oli kysymys, jonka Christine Peterson kysyi perustaessaan Foresight Institute -järjestön, joka on voittoa tavoittelematon nanoteknologian asiantuntijaryhmä kolmekymmentä vuotta sitten. Ja nyt, hän sanoo, tämä kysymys ohjaa edelleen häntä. Nanoteknologia on viimeisen kymmenen vuoden aikana edistynyt merkittävästi ja löytänyt käytännön sovelluksen. Jotkut kehittävät nanomittakaavan malleja lääketieteellisille implantteille, jotka voisivat stimuloida luusolujen kasvua ja positiivista geeniekspressiota. Toiset pyrkivät luomaan hallittavissa olevia nanohiukkasia, jotka voisivat havaita ja jopa tuhota syöpäsolut.
Kehosi läpi kulkevien ja sitä solutasolla korjaavien nanosäiliöiden idea on lähemmäksi todellisuutta nanomotorien ja nanorakettien kehityksen ansiosta. Mutta ennen kuin pääsemme heihin, Peterson uskoo olevan muita mielenkiintoisia vaikutuksia nanoteknologiaan. Esimerkiksi itsepuhdistuvat pinnat ja nanotekniset katalyytit, jotka vangitsevat kasvihuonekaasut ja muuttavat hiilidioksidin tehtaiden tarvitsemiksi aineiksi.
Viime kuun lopulla Peterson puhui San Franciscossa pidetyssä maailman huippukokouksessa. Tässä haastattelussa saat selville, kuinka hänen mielestään nanoteknologia auttaa meitä ratkaisemaan vesi-, syöpähoidon ongelman ja johtaa meidät valoisampaan tulevaisuuteen.
Nanoteknologia tänään: epämääräinen piste eksponentiaalikäyrällä?
Jaotan nanoteknologian kolmeen vaiheeseen: materiaalit, laitteet, järjestelmät. Jokainen niistä seuraa omaa käyräänsä. Tässä vaiheessa näemme enimmäkseen nanohiukkastuotteita, mutta niillä ei ole tarkkuutta molekyyliskaalassa - ne eivät ole atomiatarkkoja. Kun tämä parametri paranee, näemme materiaalien syntymistä tällaisella tarkkuudella, erityisesti suodattamisessa ja katalysoinnissa.
Kun tällaiset tuotteet osuvat markkinoille, näemme niiden räjähtävän kuin raketti. Puhtaan veden kysyntä on valtava. Kasvihuonekaasujen hallinnan kysyntä on valtava. Kuka saavuttaa nämä tavoitteet ensin, tulos on positiivinen.
Mainosvideo:
Selitä nanoteknologia vieraalle kadulla pähkinänkuoressa
Luonto manipuloi yksittäisiä molekyylejä luodakseen maailman monimutkaisimmat asiat - kasvit, eläimet ja omat ruumiimme. Nanoteknologian haasteena on käyttää molekyylikonejärjestelmiä luodaksemme mitä haluamme samalla tarkkuudella ja tehdä se niin puhtaasti kuin luonto.
Ennustit vuonna 2013, että nanoteknologian kehityksellä seuraavien kymmenen vuoden aikana lääketieteessä on merkittävä vaikutus syövän havaitsemiseen, kuvantamiseen ja hoitoon. Mitkä nanoteknologian edistykset ovat olleet lääketieteen kannalta tärkeimpiä parin viime vuoden aikana?
Nanoteknologian käyttäminen syövän torjumiseen on vaatinut valtavia ponnisteluja - satoja miljoonia dollareita -, ja vaivaa kannattaa.
Monet eri ryhmät, kuten Stanford-keskus onkonanoteknologian kehittämiseksi, kokeilevat nanohiukkasia yrittääkseen saada niistä hyödyllisiä käyttäytymismalleja, kuten värisignaalin lähettäminen, kun syöpäsolu löytyy, tai kiinnittyminen syöpäsoluun, kunnes sitä tutkitaan. Ne voidaan myös ohjelmoida vapauttamaan erityinen signalointimolekyyli, kun syöpäsolu havaitaan.
Laboratoriossa voidaan luoda paljon enemmän epätavallisia reaktioita. Esimerkiksi nanohiukkaset voivat absorboida valoa ja luoda pienitehoisen akustisen värähtelyn, kun kasvain havaitaan, tai se voi vapauttaa lämpöä solun tuhoamiseksi.
Mitkä kliiniset tutkimukset ovat rohkaisevimpia sinulle?
Yksi suosikeistani on MagArray. Se kiinnittää nanomagneetit syöpäsoluihin ja identifioi sitten ne sirulla olevan näytteen kanssa. Se kestää alle tunnin ja vaatii vähän teknistä koulutusta. Syövän lisäksi tätä menetelmää voidaan käyttää sytokiinien seuraamiseen, mikä on hyödyllistä työskennellessään Alzheimerin ja autoimmuunisairauksien kanssa.
Tietysti, jos pystymme torjumaan syöpää - ja voimme todellakin - Alzheimerista tulee vielä suurempi ongelma kuin se on nyt. Pelkkä syövän torjunta ei riitä. Meidän on jatkettava työskentelyä ja hoidettava kaikki krooniset sairaudet.
Onko olemassa uusia”älykkäitä materiaaleja”, joita testataan nanoteknisissä laitteissa ja jotka voisivat pian korvata nykyaikaisen tekniikan? Jos on, mitkä niistä?
Esimerkiksi: Pidän ajatuksesta itsepuhdistuvista materiaaleista. Cambridgen yliopisto pyrkii luomaan pintoja, joihin fotokatalyyttiset titaanidioksidinanohiukkaset upotetaan. He käyttävät ultraviolettivaloa muuntaakseen lian hiilidioksidiksi ja vedeksi. Pisara öljyä, sormenjäljen kokoinen, sellaiselle pinnalle poistetaan puolentoista tunnin sisällä.
Eräänä päivänä meillä on metalliimplantteja, jotka eivät sovellu moniin tarkoituksiin. Montrealin yliopisto ja kumppanit ovat löytäneet tavan luoda nanomittakaavat kuvioiden muodossa tällaisten implanttien pinnalle. Ne voivat lisätä luusolujen kasvua, vähentää ei-toivottujen solujen kasvua, stimuloida kantasolujen kehitystä ja muuttaa geenien ilmentymistä positiivisella tavalla. Hämmästyttävä. Monet näistä käyttötavoista ovat kirjaimellisesti kadonneet tieteiskirjallisuuden sivuilta.
Australiassa RMIT ja Adelaiden yliopisto työskentelevät materiaaleissa, jotka käyttävät nanomittakaavaisia kiteitä - dielektrisiä resonaattoreita - tietyn aallonpituuden valon lähettämiseen tai estämiseen. Tämä voi johtaa piilolinssien luomiseen, jotka muuttavat näkemäämme, tai jopa head-up-näytön, joka näyttää lisätietoja näkökentästämme. Lopuksi muistan niiden ihmisten nimet, jotka olen tavannut aiemmin.
Kun olet perustanut Foresight Institute -instituutin, mitkä inspiroivat sinua? Mikä kysymys huolestasi sinua tuolloin?
Sitten olin huolissani kysymyksestä: miten saada nanoteknologian mahdollisuuksista valtavia hyötyjä ja välttää mahdolliset kielteiset seuraukset, niin kuin kolosiaalisina?
Haluamme nopeuttaa edistyneiden lääketieteellisten ja muiden positiivisten sovellusten kehittämistä ja estää armeijan kehitystä samalla tahdilla. Nanoteknologian voiman ymmärtäminen elämänlaadun ja erityisesti lääketieteen parantamisessa on edennyt pitkälle, mutta erilaisten rajoitusten takia lääketieteellinen käyttö viivästyy jatkuvasti. Sotilasalalla on päinvastoin: armeija pääsee varhain uuteen tekniikkaan ja sotilassovellukset rahoitetaan kymmenen kertaa paremmin.
Yhdistä nämä suuntaukset, ja käy selväksi, miksi on vaikea nopeuttaa tämän tekniikan lääketieteellisten sovellusten kehittämistä ja samalla hidastaa armeijan kehitystä. Tämä on vaikea tehtävä.
Oli vuosi 2025, kuinka nanoteknologia paransi ympäristöä?
Tähän mennessä ja ehkä jopa aiemmin voi olla kaksi suurta läpimurtoa. Ensinnäkin voimme ratkaista vesiongelman käyttämällä molekyylitarkkaa suodatusta. Tätä tekniikkaa on jo kehittänyt yksityinen yritys AquaVia Kansallisen tiedesäätiön tuella.
Toiseksi voimme puhdistaa ilman pilaantumiselta, mukaan lukien kasvihuonekaasut, nanoteknisten katalyyttien avulla, jotka poistavat hiilidioksidin ilmasta ja muuttavat sen kemikaaleiksi, joita voidaan käyttää teollisuudessa. Tämän parissa työskentelee Christian Schaffmeister Temple Universitystä.
Melkein kaikki kuviteltavissa olevat ympäristöongelmat voidaan teoreettisesti ratkaista edistyneellä nanoteknologialla. Juuri tämä unelma ympäristön kunnostamisesta työnsi minut tälle kentälle vuosikymmeniä sitten, ja on hyvä huomata, että se on vihdoin alkamassa toteutua.
Mikä voi pysäyttää meidät seuraavien 10 vuoden aikana?
Molemmat näkemykset ovat ehdottomasti matkalla. Ainoa kysymys on, milloin. Meidän on investoitava enemmän resursseja tutkimukseen ja kehitykseen. On kykyjä, on ideoita, kysymys on rahoituksesta.
Mikä on suosikkisi tulevaisuuden älykäs esine?
Käännyn yleensä ajatuskokeiluun. Kuvittele tuoli, joka koostuu molekyylikonejärjestelmistä. Nämä koneet voidaan järjestää toiseen muotoon, kuten pöytään. Kuinka kauan heillä kuluu muodon vaihtaminen toiseen? Voit helposti kuvitella tämän kokeilun, koska sinä olet itse koostunut molekyylikoneista.
Kuvittele itsesi kyykyilevän alas tuolin muodostamiseksi ja pudotettavan sitten neljään ja tulla "pöydäksi". Koko toimenpide vie alle sekunnin. Tämä on suurin aika, joka kuluu edistyneestä nanomateriaalituolista pöydäksi. Se voi olla nopeampaa, jos asetat tällaisen tavoitteen.
Mutta unelmani on "solukorjauskone", joka voi liikkua kehossa ja korjata DNA: ta, proteiineja ja muita molekyylejä. Tällaisen auton rakentaminen ei ole helppoa. Se vie paljon irrotettavia työkaluja, jotka voidaan ladata ja purkaa tarpeen mukaan. Mutta hän pystyi analysoimaan ja sitten ratkaisemaan melkein kaikki ruumiimme fyysiset ongelmat, mukaan lukien ikääntyminen.
ILYA KHEL