Ime Jim Je Legija: Nobelov Nagrajenec Je Povedal, Ali Bodo Nanoroboti Uničili Zemljo - Alternativni Pogled

Kazalo:

Ime Jim Je Legija: Nobelov Nagrajenec Je Povedal, Ali Bodo Nanoroboti Uničili Zemljo - Alternativni Pogled
Ime Jim Je Legija: Nobelov Nagrajenec Je Povedal, Ali Bodo Nanoroboti Uničili Zemljo - Alternativni Pogled

Video: Ime Jim Je Legija: Nobelov Nagrajenec Je Povedal, Ali Bodo Nanoroboti Uničili Zemljo - Alternativni Pogled

Video: Ime Jim Je Legija: Nobelov Nagrajenec Je Povedal, Ali Bodo Nanoroboti Uničili Zemljo - Alternativni Pogled
Video: Legija je nevin 2024, Marec
Anonim

Znanstveniki že dolgo ustvarjajo in testirajo različne nanomavtomere v laboratorijih. V resnici gre za molekularne konstrukte, katerih naloga je opravljanje kakršnih koli koristnih funkcij: na primer dostaviti droge obolelemu organu, prepoznati patogena ali nekaj popraviti. Ko se bodo pojavili prvi "uporabni" nanoroboti, bodo pomagali kolonizirati Mars in druge planete?

Na ta vprašanja odgovarja Ben Feringa, profesor na Univerzi v Groningenu na Nizozemskem. Leta 2016 je skupaj s Francozom Jean-Pierrom Sauvageom in Scotsmanom Fraserjem dobil Nobelovo nagrado za oblikovanje in ustvarjanje molekularnih strojev. Vaši nanomavini so sestavljeni iz zelo običajnih elementov, kot so ogljik, dušik ali žveplo. Ali lahko v njih pričakujemo več eksotičnih komponent - na primer redko zemeljske kovine ali radioaktivne snovi?- Na to vprašanje je težko odgovoriti iz enega preprostega razloga: še vedno ne vemo, kaj takšni molekularni konstrukti lahko in česa ne morejo storiti. Hkrati kljub velikim razlikam v strukturi naših nanomotorjev, rotorjev in drugih elementov, vsi - tako moji skupini, Stoddart, Sauvage, kot mnogi drugi kolegi - še vedno delujemo izključno z organskimi molekulami. Seveda nam nič ne preprečuje, da bi si zamislili, da je nekaj takega mogoče ustvariti z uporabo izključno anorganskih spojin. Na primer, da sestavimo kompleksno povezavo in se tako, kot se naši molekularni motorji, vrtijo okoli svoje osi. Nihče pa še ni sestavil takšnih nanomotorjev.

Razlog je preprost. Zahvaljujoč razvoju farmacevtskih izdelkov in polimerne kemije smo se naučili zelo hitro in dobro sintetizirati kompleksne spojine, sestavljene iz ogljikovodikovih verig. Prepričan sem, da lahko to storimo tudi z anorganskimi spojinami, toda za to moramo najprej razumeti, kako sestaviti take molekule.

Kar se tiče radioaktivnih izotopov, mislim, da ne bodo nikoli postali del nanomavinov. Zaradi nenavadnih lastnosti in nestabilnosti bodo verjetno neprimerni za delovanje kot del stabilnih molekulskih sistemov, ki kot vir energije uporabljajo svetlobo ali električno energijo.

V tem pogledu nas bolj zanimajo biološki molekularni motorji, katerih sto vrst je prisotnih v človeškem telesu. Vsi so stroji za beljakovine, od katerih mnogi vsebujejo kovinske atome.

Najpogosteje igrajo ključno vlogo v reakcijah, zaradi katerih se te biomase premikajo. Zato se mi zdi, da kombinacija kovinskih kompleksov in organskih spojin, ki jih obdajajo, izgleda najbolj obetavna.

Letos praznujemo 150. obletnico periodične tabele. Bi lahko razložili, kako vam ta dosežek stoletja in pol pomaga pri odkritjih danes?

- Periodična tabela in njene pravilnosti dejansko vedno pomagajo oceniti, kako se obnašajo različni tipi atomov, ki so v njej, in predvideti lastnosti nekaterih spojin.

Na primer, nekatere vrste naših motorjev imajo vgrajene atome kisika. Zahvaljujoč tabeli razumemo, da bo žveplo po svojih lastnostih podobno njemu, hkrati pa je po velikosti nekoliko večje. To nam omogoča fleksibilen nadzor nad obnašanjem takšnih molekularnih strojev, izmenjavo kisika za žveplo in obratno.

Promocijski video:

To se seveda ne konča z našimi zmožnostmi napovedovanja. Pred kratkim je bilo odkritih še veliko drugih zakonov, ki omogočajo napovedovanje nekaterih značilnosti nanomachinov.

Po drugi strani dvomim, da lahko za takšne nanostrukture ustvarimo nekaj takega, kot je periodična tabela. Tukaj, če je načeloma mogoče, nimamo dovolj znanja.

Torej lahko v grobem napovemo, kako se bodo obnašali molekulski motorji različnih velikosti, podobnih struktur, vendar tega ne moremo storiti za radikalno drugačne sisteme ali načrtovati ničesar, ne da bi izvedli eksperimente.

Pred kratkim ste dejali, da se bodo prvi polnopravni nanoroboti pojavili čez približno petdeset let. Po drugi strani je šele pred letom in pol potekala prva "dirka" takih nanomavtov po Franciji. Kako daleč smo od nastanka avtonomnih nanodelcev?

- Treba je razumeti, da so vsi molekularni stroji, ki obstajajo danes, zelo primitivni tako po zgradbi kot po namenu. V resnici sta tako naš avto, ki smo ga sestavili leta 2011, kot tudi ti "dirkalniki" ustvarjeni ne zato, da bi rešili nobenih praktičnih težav, ampak da bi zadovoljili radovednost.

Tako mi kot kolegi razvijamo takšne naprave za reševanje zelo preprostih težav - poskušamo ugotoviti, kako naj se molekule premikajo v eno ali drugo smer, se ustavijo in izvršijo druge preproste ukaze. To je zanimiv, vendar še vedno povsem akademski problem.

Naslednji korak je veliko težji in resnejši. Pomembno je razumeti, ali jih je mogoče vključiti v resnično praktične naloge: prevoz blaga, sestavljanje v bolj zapletene strukture in odzivanje na zunanje dražljaje.

Nanomavini se lahko na primer uporabijo za ustvarjanje pametnih oken, ki se odzivajo na nivo ulične osvetlitve in se lahko popravijo; antibiotiki, ki delujejo le, ko se pojavi določen kemični ali svetlobni signal. Take stvari se mi zdijo veliko prej, kot si mislite - v naslednjih desetih letih.

* Nanobolid * na dirkališču iz bakrene podlage
* Nanobolid * na dirkališču iz bakrene podlage

* Nanobolid * na dirkališču iz bakrene podlage.

Za ustvarjanje polnopravnih nanorobotov, ki bi lahko izvajali operacije v telesu ali reševali zapletene težave, bo seveda trajalo več časa. A spet sem prepričan, da to zmoremo tudi mi. V človeškem telesu je nešteto takih robotov in nič ne preprečuje, da bi izdelali njihove umetne kopije.

Po drugi strani pa smo, kot sem že večkrat rekel, zdaj v času bratov Wright na približno enaki stopnji razvoja kot človeštvo. Najprej se moramo odločiti, kaj in zakaj bomo ustvarili, nato pa razmišljati, kako to storiti.

Zdi se mi, da ne bi smeli nespametno kopirati tega, kar si je izmislila narava. Včasih je povsem umetne sisteme, kot so letala ali računalniški čipi, veliko lažje ustvariti kot analogi krila ali človeških možganov.

V drugih primerih je lažje odvzeti tisto, kar so že ustvarili živi organizmi, na primer nekatera protitelesa, in nanje pritrditi zdravilo ali del nanomachina. Podobni pristopi se že uporabljajo v medicini. Zato ni mogoče nedvoumno reči, da bo katera koli od njih bolj obetavna in pravilna za vse možne aplikacije nanorobotov.

V zadnjih letih sta se pojavila dva "razreda" nanomobilin - relativno enostavne strukture, ki sprejemajo energijo od zunaj, in bolj zapletene strukture, popolni analogi motorjev, ki jih lahko proizvajajo neodvisno. Kateri so bližje resničnosti?

- Kemični motorji, nekoliko podobni analogom v živih celicah, so se res začeli pojavljati. Pred kratkim smo v našem laboratoriju ustvarili več podobnih naprav.

Na primer, uspeli smo sestaviti nanomaparat, ki lahko uporablja glukozo in vodikov peroksid kot gorivo in prevaža nanocevke, nanodelce in druge težke strukture v katero koli smer.

Kako obetavne so težko reči - vse je odvisno od nalog, ki jih je treba rešiti. Če moramo organizirati "prevoz" nekaterih molekul, potem so idealne za to. Če želite ustvariti pametna okna ali druge pripomočke, morate poiskati drug material.

Poleg tega še vedno ne razumemo, kaj točno pogrešamo, katere analoge klasičnih strojev lahko ustvarimo z uporabo molekul in kam se bo na splošno premikala naša celotna sfera. Pravzaprav smo ga šele začeli razvijati. Do zdaj je jasno le eno - nanomahini se razlikujejo od biomašin v naših celicah in od njihovih "velikih sester" v makrokozmosu.

Če govorimo o daljni prihodnosti, ali je mogoče za reševanje globalnih težav uporabiti molekularne stroje, ki se lahko kopirajo, na primer za osvojitev Marsa ali drugih planetov?

- Težko mi je govoriti o drugih svetovih, saj to vprašanje presega moje pristojnosti. Kljub temu menim, da nanomavini v prvi vrsti verjetno ne bodo uporabljeni za takšne namene. Ko poskušamo obvladati neko novo in zelo surovo okolje, potrebujemo zelo zanesljivo tehnologijo in ne nekaj eksperimentalnega.

Zato se mi zdi, da bodo takšni stroji najprej našli uporabo na Zemlji. Lahko rečemo, da se to že dogaja: kemiki so v zadnjih letih ustvarili na stotine zelo zapletenih struktur številnih molekul, tako imenovane supramolekularne strukture, ki se lahko selektivno vežejo na določene ione in ignorirajo vse ostalo.

Pred kratkim je na primer moj kolega Francis Stoddart ustanovil startup, v katerem razvija komplekse, ki lahko pridobivajo zlato iz rudarskih odpadkov in odlagališč odpadkov. V preteklosti bi ustvarjanje takšnih spojin veljalo za fantazijo alkimistov.

Pogovor o nanomašinah najpogosteje povzroča pristen strah v javnosti, saj se bojijo, da bodo prihodnji mikroskopski roboti uničili civilizacijo in vse življenje na Zemlji. Ali se je mogoče nekako boriti s tem?

"Te težave imajo veliko skupin s stroji za ustvarjanje: The Coming Era of Nanotechnology, ki jo je leta 1986 napisal Eric Drexler. Scenarij smrti človeštva, ki je posledica samorazmnoževanja "sive sluzi", ki je v njem predstavljen, je danes znan skoraj vsem.

Tu pravzaprav ni nič nenavadnega - pri ustvarjanju novih nanomašin upoštevamo enake varnostne ukrepe kot pri delu z novimi in potencialno strupenimi kemikalijami.

V tem pogledu se sestavni deli nanorobotov po svojem uničevalnem potencialu ne razlikujejo od "gradnikov", iz katerih so sestavljene molekule novih zdravil, polimerov, katalizatorjev in drugih "navadnih" kemičnih izdelkov.

Tako kot katera koli druga droga ali prehrambeni izdelek bo tudi pri teh molekularnih strukturah treba opraviti ogromno varnostnih testov, ki bodo pokazale, ali se lahko "upirajo" in uničujejo človeštvo.

Pravzaprav v takih strahovih ni nič presenetljivega - ljudje so navajeni, da se bojijo nečesa novega in nenavadnega. Vsako desetletje se pojavi nova "grozljiva zgodba" iz sveta fizike, kemije ali biologije, ki nadomešča stvari, na katere smo že navajeni. Zdaj se je na primer postalo modno bati in kritizirati urednika genoma CRISPR / Cas9 in umetno inteligenco.

Kaj bi morali storiti znanstveniki? Zdi se mi, da je naša naloga preprosta: javnosti moramo pomagati, da ugotovi, kaj je res in kaj je fikcija. Pomembno je razumeti praktične koristi teh novih odkritij in kje leži njihova resnična nevarnost.

Če ljudje na primer razumejo, da jih lahko CRISPR / Cas9 zdravi zaradi bolezni, povezanih z genetskimi okvarami, ali poveča produktivnost rastlin, se bodo imeli manj razlogov, da bi se bali te tehnologije. Enako velja za nanomavitete prihodnosti.

Priporočena: