Kā izmantot nanotehnoloģiju potenciālu un izvairīties no to iespējamām negatīvajām sekām? To uzdeva Kristīne Pētersone, kad viņa pirms trīsdesmit gadiem nodibināja Foresight Institute - bezpeļņas nanotehnoloģiju ideju laboratoriju. Un tagad, viņa saka, šis jautājums turpina viņu vadīt. Pēdējo desmit gadu laikā nanotehnoloģija ir guvusi ievērojamus panākumus un ir atradusi zināmu praktisku pielietojumu. Daži izstrādā medicīnisko implantu nano mēroga dizainus, kas varētu stimulēt kaulu šūnu augšanu un pozitīvu gēnu ekspresiju. Citi strādā pie tā, lai izveidotu pārvaldāmas nanodaļiņas, kas varētu atklāt un pat iznīcināt vēža šūnas.
Ideja par nanomašīnām, kas pārvietojas pa jūsu ķermeni un atjauno to šūnu līmenī, ir tuvinājusies realitātei, pateicoties nanomotoru un nanoraķešu attīstībai. Bet pirms mēs nonākam pie viņiem, Pētersons uzskata, ka nanotehnoloģijām ir arī citas interesantas sekas. Piemēram, pašattīrošās virsmas un nanotehnoloģiskie katalizatori, kas ieslodzīs siltumnīcefekta gāzes un pārvērsīs oglekļa dioksīdu vielās, kas rūpnīcām vajadzīgas.
Pagājušā mēneša beigās Pētersons runāja globālajā samitā Sanfrancisko. Šajā intervijā jūs uzzināsit, kā, viņasprāt, nanotehnoloģijas palīdzēs mums atrisināt ūdens, vēža ārstēšanas problēmu un vedīs mūs uz gaišāku nākotni.
Nanotehnoloģija šodien: neskaidrs punkts uz eksponenciālās līknes?
Es nanotehnoloģiju sadalu trīs posmos: materiāli, ierīces, sistēmas. Katrs no viņiem seko savai līknei. Šajā brīdī mēs galvenokārt redzam nanodaļiņu izstrādājumus, taču tiem nav precizitātes molekulārā mērogā - tie nav atomiski precīzi. Tā kā šis parametrs uzlabojas, mēs redzēsim materiālu parādīšanos ar tādu precizitāti, jo īpaši filtrējot un katalizējot.
Tiklīdz šādi produkti nonāks tirgū, mēs redzēsim, ka tie eksplodēs kā raķete. Pieprasījums pēc tīra ūdens ir milzīgs. Pieprasījums pēc siltumnīcefekta gāzu pārvaldības ir milzīgs. Kurš pirmais nonāk pie šiem mērķiem, rezultāts būs pozitīvs.
Reklāmas video:
Īsumā izskaidrojiet nanotehnoloģiju svešiniekam uz ielas
Daba manipulē ar atsevišķām molekulām, lai izveidotu vissarežģītākās lietas pasaulē - augus, dzīvniekus un mūsu pašu ķermeņus. Nanotehnoloģijas izaicinājums ir izmantot molekulāro mašīnu sistēmas, lai radītu visu, ko mēs vēlamies, ar tādu pašu precizitātes līmeni, un darīt to tikpat tīri kā daba.
2013. gadā jūs paredzējāt, ka nanotehnoloģiju sasniegumi medicīnā nākamajos desmit gados ievērojami ietekmēs vēža atklāšanu, attēlveidošanu un ārstēšanu. Kādi sasniegumi nanotehnoloģijās pēdējos pāris gados ir bijuši vissvarīgākie medicīnā?
Ir vajadzīgas milzīgas pūles - simtiem miljonu dolāru -, lai izmantotu nanotehnoloģijas cīņā pret vēzi, un šie centieni atmaksājas.
Daudzas dažādas grupas, piemēram, Stenfordas onkonanotehnoloģiju attīstības centrs, eksperimentē ar nanodaļiņām, lai mēģinātu no tām iegūt noderīgu izturēšanos, piemēram, krāsu signāla pārraidīšana, kad tiek atrasta vēža šūna, vai pievienošana vēža šūnai, līdz tā tiek pētīta. Tos var arī ieprogrammēt, lai atbrīvotu īpašu signālmolekulu, kad tiek atklāta vēža šūna.
Laboratorijā var radīt vēl daudz neparastu reakciju. Piemēram, nanodaļiņa var absorbēt gaismu un radīt mazjaudas akustisko vibrāciju, kad tiek atklāts audzējs, vai arī tā var atbrīvot siltumu, lai iznīcinātu šūnu.
Kuri klīniskie pētījumi jūs visvairāk pamudina?
Viens no maniem favorītiem ir MagArray. Tas piestiprina vēža šūnām nanomagnētus un pēc tam tos identificē ar mikroshēmā esošo paraugu. Tas prasa mazāk nekā stundu un prasa minimālu tehnisko apmācību. Papildus vēzim šo metodi var izmantot citokīnu monitorēšanai, kas ir noderīgi, strādājot ar Alcheimera un autoimūno slimībām.
Protams, ja mēs varam cīnīties ar vēzi - un mēs noteikti to varam -, Alcheimera slimība kļūs par vēl lielāku problēmu nekā tagad. Tikai ar vēža apkarošanu nepietiks. Mums jāturpina darbs un jātiek galā ar visām hroniskām slimībām.
Vai ir jauni “viedie materiāli”, kas tiek pārbaudīti nanotehniskajās ierīcēs un kas drīz varētu aizstāt modernās tehnoloģijas? Ja jā, kuri no tiem?
Piemēram: Man patīk ideja par pašattīrīšanās materiāliem. Kembridžas universitāte strādā pie tādu virsmu izveides, kurās ir iestrādātas fotokatalītiskās titāna dioksīda nanodaļiņas. Viņi izmanto ultravioleto gaismu, lai pārvērstu virsmas netīrumus oglekļa dioksīdā un ūdenī. Pret pusotru stundu tiek noņemts eļļas piliens, kura izmērs ir pirkstu nospiedums.
Kādu dienu mums būs metāla implanti, kas nav piemēroti daudziem mērķiem. Monreālas Universitāte un partneri ir atraduši veidu, kā uz šādu implantu virsmas izveidot nanoskaldu modeļus, un tie var palielināt kaulu šūnu augšanu, samazināt nevēlamo šūnu augšanu, stimulēt cilmes šūnu attīstību un pozitīvā veidā mainīt gēnu ekspresiju. Apbrīnojami. Daudzi no šiem lietojumiem burtiski ir pazuduši zinātniskās fantastikas lappusēs.
Austrālijā RMIT un Adelaidas universitāte strādā pie materiāliem, kas izmanto nanomēroga kristālus - dielektriskos rezonatorus - lai pārraidītu vai bloķētu noteikta viļņa garuma gaismu. Tas var izraisīt kontaktlēcu, kas maina to, ko mēs redzam, radīšanu vai pat displeja head-up izveidošanu, kas parādītu papildu informāciju mūsu redzes laukā. Visbeidzot es atceros to cilvēku vārdus, kurus esmu satikusi iepriekš.
Kad jūs līdzdibinājāt Foresight institūtu, kādas bija jūsu iedvesmas iespējas? Kāds jautājums jūs tajā laikā uztrauca?
Tad mani uztrauca jautājums: kā no nanotehnoloģiju iespējām iegūt kolosālus ieguvumus un izvairīties no iespējamām negatīvām sekām, tāpat kā kolosāls?
Mēs vēlamies paātrināt progresīvu medicīnas un citu pozitīvu pielietojumu attīstību un neļaut militāriem spēkiem attīstīties ar tādu pašu ātrumu. Izpratne par nanotehnoloģiju nozīmīgumu dzīves kvalitātes uzlabošanā un īpaši medicīnā ir gājusi tālu, taču dažādu ierobežojumu dēļ medicīniskā lietošana tiek aizkavēta. Militārajā jomā notiek tieši pretēji: militāriem cilvēkiem ir agrīna pieeja jaunām tehnoloģijām, un militārie lietojumi tiek finansēti desmit reizes labāk.
Apvieno šīs tendences, un kļūst skaidrs, kāpēc ir grūti paātrināt šīs tehnoloģijas medicīnisko pielietojumu attīstību, vienlaikus bremzējot militārpersonu attīstību. Tas ir grūts uzdevums.
Tas bija 2025. gads, kā nanotehnoloģijas uzlaboja vidi?
Šajā laikā un, iespējams, pat agrāk, varētu būt divi nozīmīgi sasniegumi. Pirmkārt, mēs varam atrisināt ūdens problēmu, izmantojot molekulāro precīzo filtrēšanu. Šo tehnoloģiju jau tagad izstrādā privāts uzņēmums AquaVia ar Nacionālā zinātnes fonda atbalstu.
Otrkārt, mēs varam attīrīt gaisu no piesārņojuma, ieskaitot siltumnīcefekta gāzes, ar nanotehnisko katalizatoru palīdzību, kas noņem oglekļa dioksīdu no gaisa un pārveido to ķīmiskās vielās, kuras var izmantot rūpniecībā. Tieši pie tā strādā Tempļa universitātes Christian Schaffmeister.
Gandrīz jebkuru vides problēmu, ko var iedomāties, teorētiski var atrisināt, izmantojot progresīvas nanotehnoloģijas. Tieši šis sapnis par vides atjaunošanu mani iespieda šajā jomā pirms gadu desmitiem, un ir labi redzēt, ka tas beidzot sāk piepildīties.
Kas mūs var apturēt nākamajos 10 gados?
Abas šīs izredzes noteikti ir ceļā. Vienīgais jautājums ir, kad. Mums jāiegulda vairāk resursu pētniecībā un attīstībā. Ir talanti, ir idejas, jautājums ir par finansējumu.
Kāds ir tavs mīļākais nākotnes “viedais objekts”?
Parasti es pievēršos domu eksperimentam. Iedomājieties krēslu, ko veido molekulāro mašīnu sistēmas. Šīs mašīnas var pārkārtot citā formā, piemēram, uz galda. Cik ilgs laiks būs vajadzīgs, lai viņi mainītu formu no viena uz otru? Jūs varat viegli iedomāties šo eksperimentu, jo jūs pats esat sastāv no molekulārām mašīnām.
Iedomājieties, ka jūs tupat lejā, lai izveidotu krēslu, un pēc tam nometot četrrāpus un kļūstot par “galdu”. Visa operācija prasa mazāk nekā sekundi. Šis ir maksimālais laiks, kas nepieciešams, lai uzlabotais nanomateriālu krēsls kļūtu par galdu. Tas var būt ātrāk, ja jūs uzstādāt šādu mērķi.
Bet mans sapnis ir "šūnu remonta mašīna", kas var pārvietoties pa ķermeni un labot DNS, olbaltumvielas un citas molekulas. Izbūvēt šādu automašīnu nebūs viegli. Tas prasīs daudz noņemamu rīku, kurus varēs ielādēt un izkraut pēc nepieciešamības. Bet viņa varēja analizēt un pēc tam atrisināt gandrīz visas fiziskās problēmas mūsu ķermenī, ieskaitot novecošanos.
ILYA KHEL