Najti Georgea Whitesidesa je pogosto težavno tudi za Georgea Whitesidesa. Tako hrani kuverto v žepu suknjiča. "V resnici ne vem, kje sem na splošno, dokler ga ne pogledam, " pravi, "in potem ugotovim, da sem v Terre Haute, in potem je v resnici vprašanje:" Kaj naprej? " Na nedavnem raztežaju je kuverta razkrila, da je bil v Bostonu, Abu Dabiju, Mumbaju, Delhiju, Bazelu, Ženevi, Bostonu, Kopenhagnu, Bostonu, Seattlu, Bostonu, Los Angelesu in Bostonu.
Sorodne vsebine
- Nevidni inženiring
- Odkritje signala?
Razlog, da se Boston pojavlja tako pogosto, čeprav ne tako pogosto, kot ga ima njegova žena, je ta, da je Whitesides profesor kemije na univerzi Harvard, Boston Logan pa njegovo domače letališče. Razlog za vsa ostala mesta je, da prispevki Whitesidesa k znanosti vsebujejo biologijo, inženiring, fiziologijo, ved o materialih, fiziko in še posebej danes nanotehnologijo. Drugi znanstveniki, vladni voditelji, izumitelji in vlagatelji po vsem svetu želijo slišati od njega.
Izumi in ideje Whitesidesa so sprožile več kot ducat podjetij, vključno z velikanom drog Genzyme. Noben laboratorij na Harvardu se ne približa številu patentov, pripisanih njegovemu imenu - "približno 90, " pravi. Citiranje "GM Whitesides" se pojavlja pogosteje v akademskih člankih kot pri skoraj katerem koli drugem kemičarju v zgodovini.
Torej je Whitesides nekaj podobnega znanosti Bono, čeprav višje, bolj živahno in pri 70 letih manj hirsute. Kapa škotskega ribiča skoraj vedno pokriva glavo, tudi pred občinstvom. Ima globok glas, z malo namigovanja o rodnem Kentuckyju. V zadnjem času je ta glas že občinstvo predstavil novemu projektu nanotehnologije, ki je namenjen reševanju življenj v razvoju v svetu. "Katere so najcenejše možne stvari, iz katerih bi lahko naredili diagnostični sistem?" "Papir."
Na papirju, ki ni debelejši ali širši od poštne znamke, je Whitesides zgradil medicinski laboratorij.
Nekega dne se je minule zime Whitesides zbudil v svoji postelji. Do 9. ure je bil v svoji pisarni tik ob Harvard Yardu. Nosil je svojo značilno obleko: obleko z vrvico, belo majico, brez kravate. Ribiško kapico je postavil na konferenčno mizo pred polico s knjigami, na kateri so bile celice, mikroelektronski materiali, fizikalna kemija, napredna organska kemija in Bartlettovi seznami .
Besedilo, ki ni na polici, je bilo No Small Matter: Science on the Nanoscale, na novo objavljena knjiga kavnih miz Whitesides in znanstvena fotografinja Felice C. Frankel. Gre za resnično eksotične stvari, ki se zdijo zelo velike, vendar so izjemoma, nesmiselno, osupljivo majhne - nanocevke, kvantne pike, stroji za samosestavljanje.
Nanotehnologija je, preprosto definirana, veda o strukturah, ki merijo med 1 nanometrom ali milijardo metra in 100 nanometri. (Predpona nano izvira iz grške besede za pritlikavca.) Kljub temu večina ljudi ta definicija ni tako preprosta. Poskus razumevanja nanometrov lahko hitro sproži križane oči. List papirja, na katerega so te besede natisnjene, je debel 100.000 nanometrov - premer človeškega lasu, kar je približno najmanjši predmet, ki ga človek lahko vidi z neopaženimi očmi. Bakterija, ki stoji na vrhu tega papirja, ima približno 1000 nanometrov v premeru - mikroskopsko. Do leta 1981 je bilo nemogoče videti nekaj le enega nanometra, ko sta dva IBM-ova fizika izumila prvi skenirajoči tunelirni mikroskop. Običajni mikroskopi uporabljajo leče za povečanje tistega, kar je vidno. Toda skeniranje predorovnih mikroskopov deluje bolj kot oseba, ki bere Braillovo pisavo, ki se premika po površini struktur z uporabo drobnega pisala. Fiziki, ki so zgolj pet let pozneje dobili Nobelovo nagrado, so izdelali pisalo s konico, ki je bila čez en atom (manj kot en nanometer). Ko se premika, pisalo zazna strukturo materiala s snemanjem električnih povratnih informacij, nato pa mikroskop posname posnetke v slike.
Zdaj, ko so bile res mogoče videti resnično majhne stvari - vse do posameznih atomov -, so se Whitesides in drugi kemiki zelo zanimali za materiale z nanodelci. In tisto, kar so se naučili, jih je presenetilo. Izkazalo se je, da imajo tako majhni materiali nepričakovane lastnosti - bili smo samo pojmi, dokler jih nismo mogli videti od blizu. Molekule z različnimi površinami - površine, ki se običajno ne kombinirajo dobro, če sploh - se lahko nenadoma vežejo. Steklo, običajno izolator električnih tokov, lahko vodi elektriko. Materiali, ki niso mogli prenesti električnega naboja, nenadoma postanejo polprevodniki. Kovinsko zlato, v dovolj majhnih delcih, je lahko rdeče ali modro.
"Ena izmed fascinantnosti majhnih stvari je, da se izkažejo za tako tuje, kljub površnim podobnostim v obliki ali delovanju z večjimi, bolj znanimi sorodniki, " piše Whitesides v svoji knjigi. "Odkrivanje teh razlik na najmanjšem merilu je čudovito privlačno, z njihovo uporabo pa lahko spremenimo (in spremenimo) svet."
Znanstveniki so ustvarili ogljikove nanocevke, votle jeklenke premera dva nanometra ali manj, ki se izkažejo za najmočnejši material na svetu, 100-krat močnejši od jekla s šestino teže. Ustvarili so nanodelce - manj kot 100 nanometrov in uporabni za zelo natančne biomedicinske slike. Znanstveniki so izdelali tudi nanožičke - silikonske niti široke od 10 do 100 nanometrov, ki lahko pretvorijo toploto v električno energijo. Proizvajalci elektronike pravijo, da bi lahko nanožice izkoristile odpadno toploto iz računalnikov, avtomobilskih motorjev in elektrarn.
Že več kot 1000 potrošniških izdelkov uporablja neko obliko nanotehnologije (čeprav je poročilo Nacionalne akademije znanosti iz leta 2008 zahtevalo boljše spremljanje potencialnih tveganj za zdravje in okolje zaradi nanotehnologije). Izdelki vključujejo močnejše in lažje okvirje za kolesa, tkanine, ki odbijajo tekočino, zaščito pred soncem, ki bolje odbijajo sončno svetlobo, spominske kartice za računalnike in zaščitne leče za zaščito pred meglo.
Znanstveniki razvijajo nanodelce, ki lahko dajo ravno pravšnjo količino zdravila za ubijanje tumorja, vendar okoli njega nič drugega. Drugi nanodelci lahko zaznajo onesnaženje živega srebra v vodi; nekega dne se lahko delci uporabljajo v filtrih za odstranjevanje strupene kovine.
Velike, življenjsko pomembne stvari, narejene iz malenkosti, so še vedno pred nami. Stvari, kot so baterije, ki lahko zdržijo mesece, in napajajo električne avtomobile, narejene iz nanowires, zgrajenih z virusi - Angela Belcher na MIT se ukvarja s tem, predsednik Obama pa je tako navdušen nad tehnologijo, da se je z njo srečal. (Glejte "Invisible Engineers".) Laboratorij Hewlett-Packard, ki ga vodi nanotehnični vizionar Stan Williams, je pravkar napovedal partnerstvo s podjetjem Shell za razvoj ultra občutljivih naprav za zaznavanje olja; načeloma lahko zabeležijo premike v nanosu, ki jih povzročajo premiki v naftnih poljih. Williams izdelek imenuje "centralni živčni sistem za zemljo."
Možnosti, da se svet zaradi nanotehnologije bistveno spremeni, so še vedno bolj sanjski kot resnični, vendar se strokovnjakom zdijo možnosti skoraj neskončne. Znanstveniki so ustvarili nanostrukture, ki se lahko samo sestavijo, kar pomeni, da se lahko oblikujejo v večje predmete z malo ali nič zunanje smeri. Nekega dne bi se te teoretične predmeti lahko teoretično vgradili v stroj, ki naredi več nanodelcev. IBM že uporablja tehnike samonastavljanja za izdelavo izolacije v računalniških čipih. Center na MIT, imenovan Inštitut za vojaške nanotehnologije, deluje na neuničljiv bojni oklep, ki lahko reagira na kemično orožje.
"Kamor koli pogledate, " pravi Whitesides, "vidite koščke in vsi kažejo v različne smeri."
Whitesides ne ve natančno, kako je prišel sem. Tu je Harvard, ta laboratorij, to življenje. Odraščanje v majhnem mestu v Kentuckyju, sin domačega proizvajalca in kemijski inženir, se je zataknil v šoli. Nekega dne je učitelj poklical starše in rekel, da bi rad govoril z njimi o njihovem sinu. Srce jim je potonilo. "" Kaj je zdaj storil mali gad? "" Se Whitesides spominja reakcije njegovih staršev.
Učitelj je rekel: "Moraš rešiti svojega otroka od tu. Dogovoril sem se, da bo odšel v Andover. "
"Še nikoli nisem slišal za Andover, " pravi Whitesides o elitni šoli Massachusettsa. "Sploh nisem vedel, kaj je to. Nisem vedel, kje je Nova Anglija. "
In potem nekako končal na Harvardu. "Sploh se ne spomnim, da sem se prijavil sem. Pravkar sem v nekem trenutku dobil pismo, v katerem me je sprejel. Predvidevam, da sem sem prišel po naključju. "
Diplomiral je na kalifornijskem tehnološkem inštitutu. V oddelku s priznanji doktorske disertacije se je zahvalil svojemu svetovalcu Johnu D. Robertsu za "njegovo usmeritev in indirektnost pacienta". Večina podiplomskega študenta ceni mentorjevo smer, pravi Whitesides. "V mojem primeru me sploh ni usmeril. Mislim, da ga nisem videl v letih, ko sem bil tam, vendar sva se imeli lepo. "
Whitesides je na MIT poučeval skoraj 20 let, preden je leta 1982 prišel na Harvard, kjer je nekaj redkosti. Za začetek je praktik kapitalist. Po njegovih besedah Mara Prentiss, profesorica fizike na Harvardu, ki z njim predava nanotehnološki tečaj, se osredotoča na aplikacije v resničnem svetu, česar vsi njegovi kolegi ne obožujejo. "George veliko ljudi občuduje, a vsi ne cenijo njegovega stila, " pravi. Zdi se, da Whitesides ne skrbi. "Predvidevam, da je tam zunaj, " pravi o kakršni koli animoziteti. Ima pa zelo malo časa za tiste, ki mislijo, da je nastopanje na CNN ali ustanavljanju podjetij pikantno. Pravi, da lahko "samo vzamejo iglo za pletenje in jo dajo sem" - kaže v nos - "in jo porinejo."
Tom Tritton, predsednik Fundacije za kemijsko dediščino, zgodovinsko in izobraževalno organizacijo v Filadelfiji, pravi, da če koga vprašate na tem mestu, da našteje tri najboljše kemike na svetu, bo Whitesides sestavil vsak seznam. "Že sama širina njegovega intelekta je osupljiva, " pravi Tritton. Potem ko so fundacijo prejeli najvišje priznanje, zlato medaljo Othmer, so Whitesides dan preživeli s srednješolci v mestu. Tritton pravi, da je en študent pozneje ponudil to opažanje: "Morda je znanstvenik, vendar je res kul."
V središču skoraj vsega, kar Whitesides počne, je protislovje: deluje na zapletenih področjih fizike, kemije, biologije in inženiringa z uporabo zapletenih orodij - veliko ljudi še nikoli ni imelo mikroskopa z atomsko silo - in kljub temu je obsedena s preprostostjo. Prosite ga za primer enostavnosti in on bo rekel: "Google." Ne pomeni, da bi morali besedi Google preprostost. "Misli na Googlovo domačo stran, rezervni pravokotnik na belem polju, v katerega se na milijone ljudi vnesite besede za iskanje informacij v internetu. Whitesides je očaran s tem poljem.
"Toda kako to deluje?" Zastane in vdihne. Nagne se naprej v svoj stol. Oči se mu povečajo. Čelo mu gre navzgor, s tem pa tudi njegova zelo velika očala. To je George Whitesides navdušen.
"Začnete z binarnim in binarna je najpreprostejša oblika aritmetike, " pravi o sistemu enot in ničel, ki se uporabljajo za programiranje računalnikov. Nato se začne v improviziranem zgodovinskem vodenem ogledu stikal, tranzistorjev in integriranih vezij, preden se končno vrne v Google, "ki prevzame tako neverjetno zapletenost - organizirati vse človeške informacije - in ga vključi v to malenkost, škatla."
Ideja, ki stoji za Googlom - združevanje ogromnih zalog znanja v eleganten majhen paket - je tudi ideja, za katero Whitesides zdaj drži v roki, tako imenovani laboratorij na čipu, ki ni večji od poštne znamke, ki je zasnovana diagnosticirati različne tegobe s skoraj natančnostjo sodobnega kliničnega laboratorija.
Namenjeno je zdravstvenim delavcem v oddaljenih delih držav v razvoju. Na žig bodo položili kapljico pacientove krvi ali urina; če je bolezen ena od 16 ali tako, da žig prepozna, bo spremenil barvo glede na trpljenje. Potem lahko zdravstveni delavec ali celo bolnik fotografira žig s mobilnim telefonom. Slika se lahko pošlje zdravniku ali laboratoriju; nekega dne računalniški program morda omogoči mobilnemu telefonu, da postavi predhodno diagnozo.
"Če želite zdraviti bolezen, morate najprej vedeti, kaj zdravite - to je diagnostika - in potem morate nekaj storiti, " pravi Whitesides v standardnem govoru, ki ga govori o tehnologiji. "Torej program, v katerega smo vključeni, je nekaj, čemur pravimo diagnostika za vse ali nič stroškovna diagnostika. Kako zagotavljate medicinsko pomembne podatke čim bližje nič stroškom? Kako si to naredil?"
Začneš s papirjem, pravi. Je poceni. Vpojno je. Barva zlahka. Če želite papir spremeniti v diagnostično orodje, ga Whitesides požene skozi voščen tiskalnik. Tiskalnik topi vosek na papir, da ustvari kanale z molekulami velikosti nanometra. Te molekule reagirajo s snovmi v telesnih tekočinah. Tekočina se "razdeli v te različne vrtine ali luknje in spremeni barve", pojasnjuje Whitesides. Pomislite na test nosečnosti. Žig, ki v enem kotu postane modre barve, lahko na primer odkrije eno diagnozo; vzorec drugih barv bi diagnosticiral drugo. Stroški za izdelavo diagnostičnih znamk znašajo 10 centov, Whitesides pa upa, da bodo cene še cenejše. Skoraj katerikoli napredni mobilni telefon s kamero bi lahko bil programiran za obdelavo slike žiga.
"Whitesides to odlično delo opravlja dobesedno s papirjem, " je pred dvema letoma dejal Bill Gates. "In veste, da je tako poceni in tako preprost, da bi dejansko lahko izstopil in pomagal bolnikom na tako globok način." Poceni in preprosto: Natančno načrt. Ustanovil je neprofitno skupino Diagnostics for All, da bi tehnologijo pripeljal v države v razvoju. Fundacija Bill & Melinda Gates vlaga v tehnologijo za merjenje delovanja jeter; test, potreben za zagotovitev, da močna zdravila proti aidsu in tuberkulozi ne poškodujejo enega najpomembnejših organov v telesu. Trenutno je testiranje delovanja jeter v izoliranih delih sveta na splošno predrago ali preveč logistično težko ali oboje. Žito Whitesides se razvija tudi za odkrivanje vzroka vročice neznanega izvora in prepoznavanje okužb. V laboratoriju se preskuša prototip žiga funkcije jeter in zgodnji rezultati, pravi Whitesides, so več kot obetavni. Čip bo začel terensko testiranje pozneje letos.
Sprehod po odru v Bostonu - redek dogodek domačega govora - Whitesides v svoji ribiški kapici predstavi svojo vizijo, kako se bo izum uporabljal, včasih tudi v brezpravnih krajih: „Moj pogled na zdravstvenega delavca v prihodnost ni zdravnik, a 18-letnik, sicer brezposeln, ki ima dve stvari. Ima nahrbtnik, poln teh testov, in lanceto, da občasno vzame vzorec krvi, in AK-47. In to so stvari, ki ga preživijo skozi dan. "
To je preprosta rešitev za zapleteno situacijo, v kraju, ki je daleč od Harvarda, vendar je delo na žigu laboratorija točno tam, kjer želi biti Whitesides. "Kar hočem storiti je, da rešim težave, " pravi, ko je v laboratoriju držal svoj laboratorij na čipu. "In če je nano pravi način reševanja težave, bom uporabil to. Če je kaj drugega na pravi način, bom to uporabil. Nisem ljubitelj nanotehnologije. Pravzaprav nisem zagnanec za nič. "Razen tega, da prinaša smisel stvarem, ki jih nihče sploh ne more videti. Njegovo delo bi lahko potisnilo neverjetno majhno arhitekturo nanotehnologije v arhitekturo vsakdanjega življenja.
Michael Rosenwald je pisal o iskanju novih virusov gripe za januarsko številko Smithsonian januarja 2006.
Na zelo majhnih lestvicah se najpogostejši materiali "izkažejo za tako tuje", pravi George Whitesides, ki ima prototip diagnostičnega čipa. (Fotografije Paula Lerner / Aurora) 
Polimerni trakovi se nekaj tisoč nanometrov dolgo ovijejo še bolj drobne polimerne krogle. (Felice C. Frankel) 
Ogljikove nanocevke, prikazane v računalniško ustvarjenem modelu, so najmočnejši in najmočnejši materiali, ki so bili kdajkoli ustvarjeni - čeprav so ogljikovi atomi cevi povezani skupaj s kemičnimi vezmi, ki jih najdemo v svinčniku. (Felice C. Frankel) 
Čudne strukture nanosilcev, imenovane "kvantne pike", oddajajo barvne luči in ne bledijo. Tu so prikazane kvantne pike, ki barvajo strukture v celicah. (Felice C. Frankel) 
Preprosto in poceni je tisto, kar Whitesides želi, da so njegovi izumi nanotehnologije. Ta laboratorij na papirnem žigu se lahko uporablja za testiranje delovanja jeter. (Fotografije Paula Lerner / Aurora) 
Kljub navideznemu kaosu v njegovem laboratoriju smo "navajeni, da konstrukcije izdelujemo z nanometrsko natančnostjo in vemo, kje je vsak atom, " pravi Whitesides, ki je tu prikazan, ko stoji znanstvenik za razvoj izdelkov Patrick Beattie. "S tem se preživljamo." (Fotografije Paula Lerner / Aurora)
