Нанотехнології можуть привести нас у світле майбутнє?

Як витягти колосальну вигоду з можливостей нанотехнологій і уникнути їх можливих негативних наслідків? Цим питанням задавалася Крістін Петерсон, коли створювала Foresight Institute, некомерційний мозковий центр, присвячений нанотехнологій, тридцять років тому. І зараз, каже вона, це питання продовжує її вести. За останні десять років нанотехнології істотно просунулися вперед і знайшли деяке практичне застосування. Деякі розробляють нанорозмірні зразки для медичних імплантатів, які могли б стимулювати зростання кісткових клітин і позитивну експресію генів. Інші працюють над створенням керованих наночастинок, які могли б виявляти і навіть знищувати ракові клітини. Ідея наномашин, які подорожують по вашому тілу і ремонтують його на клітинному рівні, наблизилася до реальності, завдяки розробці нанодвігателей і наноракет. Але перш ніж ми до них дійдемо, Петерсон вважає, що нанотехнології понесуть і інші цікаві наслідки. Наприклад, самоочищаються поверхні і нанотехнических каталізатори, які будуть вловлювати парникові гази і перетворювати вуглекислий газ речовини, необхідні для заводів. В кінці минулого місяця Петерсон виступила на семінарі Global Summit в Сан-Франциско. У цьому інтерв'ю ви дізнаєтеся, як, на її думку, нанотехнології допоможуть нам вирішити питання з водою, лікуванням раку і приведуть нас у світле майбутнє. Нанотехнології сьогодні: невиразна точка на експоненційної кривої? Я ділю нанотехнології на три етапи: матеріали, пристрої, системи. Кожен з них слід по своїй власній кривої. На даний момент ми спостерігаємо здебільшого продукти з наночастинок, альо у них немає точності на молекулярному масштабі - смороду не є атоміческіе точними. У світові поліпшення цього параметра ми будемо бачіті поява матеріалів, що володіють такою точністю, особливо в фільтрації та каталізі. Як тільки такі продукти потраплять на ринок, ми побачимо, як вони злітають подібно ракеті. Попит на чисту воду величезний. Попит на управління парниковими газами величезний. Хто б не прийшов до ціх цілей першим, підсумок буде позитивним. Поясніть нанотехнології незнайомцю на вулиці в двох словах. Природа маніпулює окремими молекулами, створюючи складні речі в світі - рослини, тварин і наші власні тіла. Завдання нанотехнологій - використовувати системи з молекулярних машин для створення чого ми захочемо з таким же рівнем точності, і зробити це чисто - як природа. У 2013 році ви прогнозували, що досягнення нанотехнологій в найближчі десять років у медицині значною мірою вплинуть на виявлення раку, його візуалізацію і лікування. Які досягнення в нанотехнологіях за останні пару років були найбільш важливими для медицини? На використання нанотехнологій для боротьби з раком пішли великі зусилля - сотні мільйонів доларів - і ці зусилля дають плоди. Багато різних груп, на зразок Стенфордського центру щодо вдосконалення онконанотехнологій, експериментують з наночастинками, намагаючись отримати від них корисну поведінку, на зразок передачі цветосігнала при виявленні ракової клітини або прикріплення до ракової клітини до тих пір, поки вона не буде вивчена. Їх же можна запрограмувати на випуск спеціальної сигнальної молекули при виявленні ракової клітини. У лабораторії можна створити багато більше незвичайних реакцій. Наприклад, наночастинок може поглинати світло і створювати малопотужну акустичну вібрацію при виявленні пухлини або ж випускати тепло для знищення клітини. Які клінічні випробування обнадіюють вас більше інших? Одне з моїх улюблених проводити компанія MagArray. Вона зміцнює наномагніти до ракових клітин і потім виявляє їх за допомогою зразка на чіпі. На це йде менше години і потрібна мінімальна технічна підготовка. Крім раку, цей метод можна застосувати для спостереження за цитокінами, що корисно при роботі з хворобою альцгеймера та аутоімунні захворювання. Звичайно, якщо ми зможемо побороти рак - а ми обов'язково зможемо - Альцгеймер стані ще більшою проблемою, ніж є зараз. Просто побороти рак буде недостатньо. Нам потрібно продовжувати роботу і займатися всіма хронічними захворюваннями. Чи існують нові «розумні матеріали», які проходять випробування в нанотехнических пристроях і які могли б в найближчому часі замінити сучасні технології? Якщо так, то які? Вісь, наприклад: мені подобається ідея, що самоочищаються матеріалів. Кембриджський університет працює над створенням поверхонь, в які вбудовані фотокаталітичні наночастки діоксиду титану. Вони використовують ультрафіолетове світло для перетворення бруду на поверхні в діоксид вуглецю і воду. Крапля олії розміром з відбиток пальця на такій поверхні видаляється за півтори години. Одного разу у нас будуть металеві імпланти, які не підходять для багатьох цілей. Монреальський університет спільно з партнерами знайшов спосіб створення нанорозмірних візерунків на поверхні таких імплантів, і вони можуть збільшувати зростання кісткових клітин, знижувати зростання небажаних клітин, стимулювати розвиток стовбурових клітин і змінювати експресію генів позитивним чином. Дивно. Багато з таких застосувань буквально зійшли зі сторінок наукової фантастики. В Австралії, в RMIT і Університеті Аделаїди, працюють над матеріалами, які використовують нанорозмірні кристали - діелектричні резонатори - для передачі або блокування світла певної довжини хвилі. Це може призвести до створення контактних лінз, які змінюють ті, що ми бачимо, або навіть створення головного дисплея, який показує додаткову інформацію в нашому полі зору. Нарешті я зможу є ятати імена людей, яких зустрічала раніше. Колі ві стали співзасновником Foresight Institute, ніж ви надихалися? Яке питання хвилювало вас на тій момент? Тоді мене турбувало питання: як отримати колосальну вигоду з можливостей нанотехнологій і уникнути можливих негативних наслідків, настільки ж колосальних? Ми хотіли б прискорити розвиток просунутих медичних і інших позитивних додатків і не дати розвиватися з такою ж швидкістю військовим. Розуміння сили нанотехнологій в поліпшенні якості життя і особливо медицині пройшло довгий шлях, але через різні обмежень медичне використання постійно відкладається. У військовій сфері все рівно навпаки: військові отримують ранній доступ до нових технологій і військові додатки фінансуються в десять разів краще. Зіставте ці тенденції, і стане зрозуміло, чому важко прискорити розвиток медичних програм цієї технології і одночасно уповільнити розвиток військових. Це складні завдання. Йшов 2025 рік, як нанотехнології поліпшили стан навколишнього середовища? До цього моменту, а може і раніше, може здійснитися два серйозних прориву. По-перше, ми можемо вирішити проблему з водою, використовуючи фільтрацію молекулярної точності. Ця технологія вже розробляється приватною компанією AquaVia за підтримки National Science Foundation. По-друге, ми можемо очистити повітря від забруднень, в тому числі і від парникових газів, за допомогою нанотехнических каталізаторів, які видаляють вуглекислий газ з повітря і перебудовують його хімічні речовини, які можна використовувати в промисловості. Над цим працює Крістіан Шафмейстер з Університету Темпл. Практично будь-яка екологічна проблема, яку можна уявити, може бути теоретично дозволена з використанням розвинених нанотехнологій. Саме ця мрія про відновлення навколишнього середовища підштовхнула мене в цю область десятки років тому, і приємно бачіті, що вона нарешті починає збуватися. Що може завадити нам у найближчі 10 років? Обидві ці перспективи безумовно грядуть. Єдине питання: коли. Нам потрібно вкладати більше ресурсів в R & D. Таланти є, ідеї є, питання в фінансуванні. Який «розумний проверяемая» майбутнього вам подобається найбільше? Зазвичай я звертаюся до уявного експерименту. Уявіть стілець, що складається з систем молекулярних машин. Ці машини можуть перебудовуватися в іншу форму, наприклад, у стіл. Скільки часу їм знадобиться, щоб змінити форму з однієї на іншу? Ви легко можете уявити цей експеримент, оскільки і самі перебуваєте з молекулярних машин. Уявіть, як ви сідаєте навпочіпки, утворюючи стілець, а потім опускаєтеся на карачки і стаєте «столом». На всю операцію йде не більше секунди. Це максимальний час, який буде потрібно стільця з просунутих наноматеріалів, щоб стати столом. Можна і швидше, якщо поставити таку мету. Але моя мрія - це «машина з ремонту клітин», яка здатна пересуватися по тілу і здійснювати ремонт ДНК, білків та інших молекул. Побудувати таку машину буде непросто. Буде потрібно багато знімних інструментів, які можуть завантажуватися і розвантажуватися за потребою. Але вона могла б проаналізувати, а потім і вирішити практично будь-яку фізичну проблему наших тіл, включаючи старіння.