Kako izkoristiti potencial nanotehnologije in se izogniti njihovim potencialnim negativnim posledicam? To je bilo vprašanje, ki si ga je Christine Peterson zastavila, ko je pred tridesetimi leti ustanovila Institut Foresight, neprofitni naftni tehnološki center. In zdaj, pravi, jo to vprašanje še naprej vodi. V zadnjih desetih letih je nanotehnologija močno napredovala in našla nekaj praktične uporabe. Nekateri razvijajo nanoskavne zasnove za medicinske vsadke, ki bi lahko spodbudili rast kostnih celic in pozitivno izražanje genov. Drugi si prizadevajo za ustvarjanje obvladljivih nanodelcev, ki bi lahko odkrili in celo uničili rakave celice.
Zamisel o nanomahinah, ki potujejo skozi vaše telo in ga popravljajo na celični ravni, se je po zaslugi razvoja nanomotorjev in nano-raket približala resničnosti. Toda preden pridemo do njih, Peterson verjame, da obstajajo še druge zanimive posledice za nanotehnologijo. Na primer samočistilne površine in nanotehnološki katalizatorji, ki bodo ujeli toplogredne pline in pretvorili ogljikov dioksid v snovi, ki jih tovarne potrebujejo.
Pozno prejšnji mesec je Peterson spregovoril na svetovnem vrhu v San Franciscu. V tem intervjuju boste izvedeli, kako nam bo po njenem mnenju nanotehnologija pomagala rešiti problem vode, zdravljenja raka in nas vodila v svetlejšo prihodnost.
Nanotehnologija danes: nejasna točka eksponentne krivulje?
Nanotehnologijo razdelim na tri stopnje: materiali, naprave, sistemi. Vsak od njih sledi svoji krivulji. Na tej točki vidimo večinoma izdelke iz nanodelcev, ki pa na molekularni lestvici nimajo natančnosti - niso atomsko natančni. Ko se ta parameter izboljšuje, bomo videli nastanek materialov s tako natančnostjo, zlasti pri filtraciji in katalizi.
Ko bodo takšni izdelki prišli na trg, bomo videli, kako eksplodirajo kot raketa. Povpraševanje po čisti vodi je ogromno. Povpraševanje po upravljanju s toplogrednimi plini je ogromno. Kdor prej pride do teh ciljev, bo rezultat pozitiven.
Promocijski video:
Nenavadu na ulici razložite nanotehnologijo na kratko
Narava manipulira s posameznimi molekulami, da ustvari najbolj zapletene stvari na svetu - rastline, živali in lastna telesa. Izziv za nanotehnologijo je, da z molekularnimi strojskimi sistemi ustvarimo karkoli želimo z enako natančnostjo in to počnemo tako čisto kot narava.
V letu 2013 ste predvideli, da bo napredek nanotehnologije v naslednjih desetih letih pomembno vplival na odkrivanje, slikanje in zdravljenje raka. Kateri napredek nanotehnologije je bil za medicino najpomembnejši v zadnjih nekaj letih?
Za nanotehnologijo za boj proti raku je bilo treba vložiti ogromno truda - na stotine milijonov dolarjev, trud pa se izplača.
Številne različne skupine, kot je Stanfordski center za napredek onkonanotehnologije, eksperimentirajo z nanodelci, da bi poskušale od njih pridobiti uporabno vedenje, na primer prenašanje barvnega signala ob odkritju rakave celice ali pritrditev na rakavo celico, dokler ga ne preučijo. Prav tako se lahko programirajo, da sprostijo posebno signalno molekulo, ko odkrijejo rakavo celico.
V laboratoriju je mogoče ustvariti veliko več nenavadnih reakcij. Na primer, nanodelci lahko absorbirajo svetlobo in ustvarijo zvočno vibracijo z majhno močjo, ko tumor odkrijejo, ali pa lahko sprosti toploto, da uniči celico.
Katera klinična preskušanja so za vas najbolj spodbudna?
Eden mojih najljubših je MagArray. Na raka na celice pritrdi nanomagnete in jih nato identificira z vzorcem na čipu. To traja manj kot eno uro in zahteva minimalno tehnično usposabljanje. Poleg raka lahko to metodo uporabimo za spremljanje citokinov, kar je koristno pri delu z Alzheimerjevo boleznijo in avtoimunskimi boleznimi.
Seveda, če se bomo lahko borili z rakom - in zagotovo zmoremo - bo Alzheimerjeva bolezen postala še večji problem, kot je zdaj. Samo boj proti raku ne bo dovolj. Še naprej moramo delati in se spopadati z vsemi kroničnimi boleznimi.
Ali obstajajo novi "pametni materiali", ki se preskušajo v nanotehničnih napravah in bi lahko kmalu nadomestili sodobne tehnologije? Če je odgovor pritrdilen, kateri?
Na primer: všeč mi je ideja samočistilnih materialov. Univerza v Cambridgeu si prizadeva ustvariti površine, v katere so vgrajeni fotokatalitični nanodelci titanovega dioksida. Uporabljajo ultravijolično svetlobo za pretvorbo površinske umazanije v ogljikov dioksid in vodo. Kapljica olja velikosti prstnega odtisa na takšni površini se odstrani v uri in pol.
Nekega dne bomo imeli kovinske vsadke, ki niso primerni za številne namene. Univerza v Montrealu in partnerji so našli način, kako ustvariti nanoskavne vzorce na površini takšnih vsadkov in lahko povečajo rast kostnih celic, zmanjšajo rast neželenih celic, spodbudijo razvoj matičnih celic in pozitivno spremenijo gensko izražanje. Neverjetno. Mnoge od teh uporab so dobesedno izginile s strani znanstvene fantastike.
V Avstraliji RMIT in Univerza v Adelaidi delata na materialih, ki za prenašanje ali blokiranje svetlobe določene valovne dolžine uporabljajo kristale z nanoskosti - dielektrični resonatorji. To lahko pripelje do ustvarjanja kontaktnih leč, ki spremenijo to, kar vidimo, ali celo do oblikovanja zaslona za glavo, ki prikazuje dodatne informacije v našem vidnem polju. Končno se spomnim imena ljudi, ki sem jih že prej srečal.
Ko ste bili soustanovitelj Inštituta za predvidevanje, kaj so bili vaši navdihi? Katero vprašanje vas je takrat skrbelo?
Potem me je zaskrbelo vprašanje: kako črpati kolosalne koristi iz možnosti nanotehnologije in se izogniti morebitnim negativnim posledicam, prav tako kolosalno?
Želimo pospešiti razvoj naprednih medicinskih in drugih pozitivnih aplikacij in preprečiti, da bi se vojska razvijala z enako hitrostjo. Razumevanje moči nanotehnologije pri izboljšanju kakovosti življenja in zlasti medicine je že daleč, vendar zaradi različnih omejitev medicinska uporaba nenehno zamuja. Na vojaškem področju je ravno obratno: vojska dobi zgodnji dostop do novih tehnologij in vojaške aplikacije se financirajo desetkrat bolje.
Združite te trende in postalo je jasno, zakaj je težko pospešiti razvoj medicinskih aplikacij te tehnologije in hkrati upočasniti razvoj vojske. To je težka naloga.
Bilo je 2025, kako je nanotehnologija izboljšala okolje?
Do tega trenutka, morda pa tudi že prej, lahko pride do dveh velikih prebojev. Najprej lahko rešimo problem z uporabo filtriranja z molekularno natančnostjo. To tehnologijo že razvija zasebno podjetje AquaVia s podporo Nacionalne znanstvene fundacije.
Drugič, zrak lahko onesnažimo, vključno s toplogrednimi plini, s pomočjo nanotehničnih katalizatorjev, ki iz zraka odstranjujejo ogljikov dioksid in ga pretvorijo v kemikalije, ki jih je mogoče uporabiti v industriji. To dela Christian Schaffmeister z Temple University.
Skoraj vsak okoljski problem, ki si ga lahko predstavljamo, je mogoče teoretično rešiti z uporabo napredne nanotehnologije. To sanje o obnovi okolja so me pred desetletji potisnile na to področje in dobro je videti, da se končno uresničujejo.
Kaj nas lahko ustavi v naslednjih 10 letih?
Obe obeti sta zagotovo na poti. Vprašanje je le, kdaj. V raziskave in razvoj moramo vložiti več sredstev. Obstajajo talenti, obstajajo ideje, vprašanje je financiranje.
Kateri je vaš najljubši "pametni predmet" prihodnosti?
Običajno se obrnem na miselni eksperiment. Predstavljajte si stol, sestavljen iz molekulskih strojnih sistemov. Te stroje lahko preuredite v drugo obliko, na primer mizo. Koliko časa bo trajalo, da bodo zamenjali obliko iz ene v drugo? Ta poskus si zlahka predstavljate, saj ste sami sestavljeni iz molekularnih strojev.
Predstavljajte si, da počepnete na stol in nato spustite na vse štiri in postanete "miza." Celotna operacija traja manj kot sekundo. To je največji čas, ki ga potrebuje napreden stol za nanomateriale, da postane miza. Hitreje je, če si postavite takšen cilj.
A moje sanje so "stroj za popravilo celic", ki se lahko premika po telesu in popravlja DNK, beljakovine in druge molekule. Gradnja takšnega avtomobila ne bo enostavna. Potrebno bo veliko odstranljivega orodja, ki ga je mogoče po potrebi naložiti in razložiti. Lahko pa analizira in nato reši skoraj vsako fizično težavo v naših telesih, vključno s staranjem.
ILYA KHEL