Găsirea lui George Whitesides este adesea complicată chiar și pentru George Whitesides. Așa că ține un buzunar în buzunarul jachetei. „De fapt nu știu unde mă aflu în general până nu mă uit la el”, spune el, „și apoi aflu că sunt în Terre Haute, iar atunci întrebarea este cu adevărat:„ Ce urmează? ” Întinderea recentă, plicul a dezvăluit că se afla la Boston, Abu Dhabi, Mumbai, Delhi, Basel, Geneva, Boston, Copenhaga, Boston, Seattle, Boston, Los Angeles și Boston.
Continut Asemanator
- Inginerie invizibilă
- Descoperirea semnalului?
Motivul pentru care Boston apare atât de des, deși nu la fel de des pe care îl preferă soția sa, este acela că Whitesides este profesor de chimie la Universitatea Harvard, iar Boston Logan este aeroportul său de origine. Motivul pentru toate celelalte orașe este că contribuțiile lui Whitesides la știință variază în biologie, inginerie, fiziologie, știința materialelor, fizică și, mai ales în aceste zile, nanotehnologie. Alți oameni de știință, lideri guvernamentali, inventatori și investitori din întreaga lume vor să audă de el.
Invențiile și ideile celor de la Whitesides au născut peste o duzină de companii, inclusiv gigantul de droguri Genzyme. Niciun laborator de la Harvard nu se apropie de potrivirea numărului de brevete atașate numelui său - „aproximativ 90”, spune el. Citația „GM Whitesides” apare mai des în lucrările academice decât cea a aproape oricărui alt chimist din istorie.
Așadar, Whitesides este ceva precum Bono al științei, deși mai înalt, mai pătrunzător și la 70 de ani, mai puțin hirsut. Șapca unui pescar scoțian își acoperă aproape întotdeauna capul, chiar și în fața unui public. Are o voce profundă, cu puțin indiciu al Kentucky-ului natal. În ultima vreme această voce a introdus audiențe într-un nou proiect de nanotehnologie care vizează salvarea de vieți în lumea în curs de dezvoltare. „Care este cea mai ieftină chestie posibilă din care ai putea face un sistem de diagnostic?”, Se întreabă el. "Hârtie."
Pe o bucată de hârtie nu mai groasă sau mai largă decât un timbru poștal, Whitesides a construit un laborator medical.
Într-o zi din această iarnă trecută, Whitesides s-a trezit în propriul său pat. Până la ora 9 dimineața era în biroul său, chiar lângă Harvard Yard. El a purtat ținuta tipică: un costum subțire, cămașă albă, fără cravată. Și-a așezat capacul pescarului pe o masă de conferință, în fața unui raft de cărți care ținea celula, Materiale microelectronice, Chimie fizică, Chimie organică avansată și Citate familiare ale lui Bartlett .
Un text care nu era pe raft era No Small Matter: Science on the Nanoscale, o carte de cafea recent publicată de Whitesides și fotograful de știință Felice C. Frankel. Este vorba despre lucruri cu adevărat exotice care par a fi foarte mari, dar care sunt excepțional, absurd, uimitor de mici - nanotuburi, puncte cuantice, mașini de auto-asamblare.
Nanotehnologia este, pur și simplu definită, știința structurilor care măsoară între 1 nanometru sau miliardime de metru și 100 nanometri. (Prefixul „nano” provine de la cuvântul grecesc pentru pitic.) Totuși, pentru majoritatea oamenilor, această definiție nu este atât de simplă. Încercarea de a înțelege nanometrele pot induce rapid ochii încrucișați. Foaia de hârtie pe care aceste cuvinte sunt tipărite are o grosime de 100.000 nanometri - diametrul unui păr uman, aproximativ cel mai mic obiect pe care o persoană îl poate vedea cu ochii neasistați. O bacterie care stă deasupra acestei hârtii are aproximativ 1.000 nanometri în diametru - microscopică. Pentru a vedea ceva doar un nanometru a fost imposibil până în 1981, când doi fizicieni IBM au inventat primul microscop de tunelare cu scanare. Microscoape convenționale utilizează lentile pentru a mări orice este în linia vizuală. Însă scanarea microscopelor tunelare funcționează mai mult ca o persoană care citește Braille, mișcându-se pe suprafața structurilor folosind un stilus minuscul. Fizicienii, care au câștigat un premiu Nobel doar cinci ani mai târziu, au construit un stilou cu un vârf care era doar un atom peste (mai puțin de un nanometru). Pe măsură ce se mișcă, stylusul detectează structura materialului prin înregistrarea feedback-ului electric, apoi microscopul transpune înregistrările în imagini.
Acum, că lucrurile cu adevărat mici - chiar și la atomi individuali - s-au putut vedea în cele din urmă, Whitesides și alți chimiști s-au interesat foarte mult de materialele la scară nano. Iar ceea ce au învățat i-a uimit. Materialele atât de mici, se pare, au proprietăți neașteptate - eram pur și simplu neîncrezători până când le puteam vedea de aproape. Moleculele cu suprafețe diferite - suprafețe care, de obicei, nu se combină bine - se pot lega brusc. Sticla, de obicei un izolator de curenți electrici, poate conduce electricitate. Materialele care nu puteau transporta sarcini electrice devin brusc semiconductori. Aurul metalic, în particule suficient de mici, poate apărea roșu sau albastru.
„Una dintre fascinațiile lucrurilor mici este că se dovedesc a fi atât de străine, în ciuda similitudinilor superficiale în formă sau funcție cu rudele mai mari, mai cunoscute”, scrie Whitesides în cartea sa. „Descoperirea acestor diferențe la cea mai mică scară este uimitor, iar utilizarea lor poate schimba (și a schimbat) lumea.”
Oamenii de știință au creat nanotuburi de carbon, cilindri tubulari cu doi nanometri sau mai puțin diametru, care se dovedesc a fi cel mai puternic material din lume, de 100 de ori mai puternic decât oțelul cu o șesime din greutate. Au creat nanoparticule - mai puțin de 100 nanometri lățime și utile pentru imagini biomedicale foarte precise. Oamenii de știință au realizat de asemenea nanofire - fire de siliciu cu lățimea de 10 până la 100 de nanometri și capabile să transforme căldura în electricitate. Producătorii de echipamente electronice spun că nanoferele ar putea folosi căldura uzată de la calculatoare, motoare auto și centrale electrice.
Deja, peste 1.000 de produse de consum folosesc o formă de nanotehnologie (chiar dacă un raport din 2008 al Academiei Naționale de Științe a cerut o mai bună monitorizare a potențialelor riscuri pentru sănătate și mediu din partea nanotehnologiei). Produsele includ rame pentru biciclete mai puternice și mai ușoare, tratamente din țesături care deviază lichidele, protecții solare care resping mai bine lumina soarelui, carduri de memorie pentru computere și acoperiri rezistente la ceață pentru lentile de ochelari.
Oamenii de știință dezvoltă nanoparticule care pot furniza doar cantitatea potrivită de medicament pentru a ucide o tumoră, dar nimic altceva în jurul ei. Alte nanoparticule pot detecta contaminarea cu mercur în apă; într-o zi, particulele pot fi utilizate în filtre pentru a îndepărta metalul toxic.
Lucrurile mari, care se schimbă în viață, făcute din lucruri mici, sunt încă în fața noastră. Lucruri precum bateriile care pot dura luni și alimentează mașinile electrice, fabricate din nanoane construite de viruși - Angela Belcher la MIT lucrează la asta, iar președintele Obama este atât de încântat de tehnologia că a întâlnit cu ea. (Vezi „Ingineri Invisibili”.) Un laborator Hewlett-Packard, condus de vizionarul nanotech Stan Williams, tocmai a anunțat un parteneriat cu Shell pentru a dezvolta dispozitive ultrasensibile pentru detectarea uleiului; în principiu, pot înregistra schimbări la nano-scară pe pământ cauzate de mișcări în câmpurile petroliere. Williams numește produsul un „sistem nervos central pentru pământ”.
Perspectiva lumii în schimbare fundamentală din cauza nanotehnologiei este încă mai visătoare decât reală, dar pentru experți, posibilitățile par aproape nesfârșite. Oamenii de știință au creat nanostructuri care se pot autoasambla, ceea ce înseamnă că se pot forma în obiecte mai mari, cu direcție mică sau deloc exterioară. Într-o bună zi, aceste obiecte minute s-ar putea construi, teoretic, într-o mașină care face mai multe nanoparticule. Deja, IBM folosește tehnici de auto-asamblare pentru a produce izolare în cipurile de computer. Un centru din MIT numit Institutul pentru Nanotehnologii Soldați lucrează la armuri de luptă indestructibile care pot reacționa la armele chimice.
„Oriunde te uiți”, spune Whitesides, „vezi bucăți și toate indică direcții diferite.”
Whitesides nu știe exact cum a ajuns aici. Aici este Harvard, acest laborator, viața asta. Crescând într-un mic oraș din Kentucky, fiul unui casnic și al unui inginer chimic, a rămas afară la școală. Într-o zi, un profesor și-a sunat părinții și a spus că ar dori să discute cu ei despre fiul lor. Inimile lor s-au scufundat. „Ce este micul nenorocit făcut acum?”, Albes își amintește de reacția părinților săi.
Profesorul a spus: „Trebuie să-ți scoți copilul de aici. Am aranjat ca el să meargă la Andover. ”
„Nu am auzit niciodată de Andover”, spune Whitesides despre școala de pregătire de elită din Massachusetts. „Nici nu am știut ce este. Nu știam unde este New England. ”
Și apoi, cumva, a sfârșit prin a participa la Harvard. „Nici nu-mi amintesc că am aplicat aici. Tocmai am primit o scrisoare la un moment dat recunoscându-mă. Deci presupun că am venit aici din întâmplare.
El a continuat să lucreze la absolvent la Institutul de Tehnologie din California. În secțiunea de recunoaștere a disertației sale de doctorat, a mulțumit consilierului său, John D. Roberts, pentru „direcția și indirecția pacientului său.” Majoritatea studenților absolvenți apreciază direcția unui îndrumător, spune Whitesides. „În cazul meu, nu m-a direcționat deloc. Nu cred că l-am văzut în anii în care am fost acolo, dar am avut o relație frumoasă. ”
Whitesides a predat la MIT aproape 20 de ani înainte de a ajunge în 1982 la Harvard, unde este ceva de raritate. Este un capitalist practicant, pentru început. Asta îl concentrează pe aplicații din lumea reală, lucru pe care nu îl admiră toți colegii, potrivit Mara Prentiss, o profesoară de fizică din Harvard, care predă cu el un curs de nanotehnologie. „George este foarte admirat de mulți oameni, dar nu toată lumea apreciază stilul său”, spune ea. Albii nu par să le pese. „Presupun că e acolo”, spune el de orice animozitate. Dar are foarte puțin timp pentru cei care cred că apariția pe CNN sau companiile de pornire este gauche. El spune că pot „să ia doar un ac de tricotat și să-l pună aici” - punctează la nasul lui - „și să-l împingă”.
Tom Tritton, președintele Fundației pentru patrimoniu chimic, o organizație de istorie și educație din Philadelphia, spune că dacă cereți pe cineva din domeniu să enumere primii trei chimiști din lume, Whitesides va face fiecare listă. „Lungimea pură a intelectului său este uluitoare”, spune Tritton. După ce a primit cel mai mare premiu al fundației, medalia de aur Othmer, Whitesides și-a petrecut ziua alături de elevii de liceu din oraș. Tritton spune că un student a oferit ulterior această observație: „Poate că este un om de știință, dar este cu adevărat mișto.”
În centrul aproape tot ce face Whitesides este o contradicție: el lucrează în domenii complexe ale fizicii, chimiei, biologiei și ingineriei, folosind instrumente complexe - nu mulți oameni au folosit vreodată un microscop de forță atomică - și totuși este obsedat de simplitate. Cereți-i un exemplu de simplitate, iar el va spune: „Google.” Nu înseamnă că ar trebui să Google cuvântul „simplitate”. El înseamnă pagina de pornire Google, dreptunghiul de rezervă de pe câmpul alb în care intră milioane de oameni. tastați cuvinte pentru a găsi informații pe Internet. Albul este fascinat de această cutie.
„Dar cum funcționează asta?”, Spune el. El face o pauză, inspirând. Se apleacă în scaun. Ochii lui devin mari. Fruntea i se ridică și cu ea ochelarii foarte mari. Acesta este George Whitesides excitat.
„Începi cu binarul, iar binarul este cea mai simplă formă de aritmetică”, spune el despre sistemul celor și zerourilor utilizate pentru programarea calculatoarelor. Apoi se lansează într-un improvizat tur istoric ghidat întrerupătoare, tranzistoare și circuite integrate înainte de a reveni, în sfârșit, la Google, „care are o idee de o asemenea complexitate incredibilă - pentru a organiza toate informațiile umanității - și o plasează în acest lucru mic, în o cutie."
Ideea din spatele Google - care fierbe vaste magazine de cunoștințe într-un pachet mic și elegant - este și ideea din spatele lucrului pe care Whitesides îl ține acum în mână, un așa-numit laborator pe un cip nu mai mare decât un timbru poștal, care este proiectat pentru a diagnostica o varietate de afecțiuni cu aproape precizia unui laborator clinic modern.
Este destinat lucrătorilor de sănătate din părți îndepărtate ale țărilor în curs de dezvoltare. Vor pune pe ștampilă o picătură de sânge sau urină a pacientului; dacă boala este una dintre cele 16 sau astfel încât ștampila să poată recunoaște, aceasta își va schimba culoarea în funcție de afecțiune. Apoi, asistentul medical, sau chiar pacientul, poate face o poză cu ștampila cu un telefon mobil. Poza poate fi trimisă unui medic sau unui laborator; într-o zi, un program de calculator ar putea permite telefonului mobil să facă un diagnostic tentativ.
„Pentru a trata boala, trebuie să știți mai întâi ce tratați - asta este diagnosticul - și apoi trebuie să faceți ceva”, spune Whitesides într-un discurs standard pe care îl oferă despre tehnologie. „Așadar, programul în care suntem implicați este un lucru pe care îl numim diagnostice pentru toți sau diagnosticare cu costuri zero. Cum oferiți informații relevante din punct de vedere medical, cât mai aproape de costul zero? Cum o faci?"
Începi cu hârtie, spune el. Este ieftin. Este absorbant. Se colorează ușor. Pentru a transforma hârtia într-un instrument de diagnostic, Whitesides o rulează printr-o imprimantă cu ceară. Imprimanta topește ceară pe hârtie pentru a crea canale cu molecule de dimensiune nanometru la capete. Aceste molecule reacționează cu substanțele din fluidele corporale. Lichidul „se distribuie în aceste puțuri diferite sau găuri și transformă culorile”, explică Whitesides. Gândiți-vă la un test de sarcină. Un timbru care devine albastru într-un colț, de exemplu, ar putea dezvălui un diagnostic; un model de alte culori ar diagnostica un altul. Costul pentru producerea ștampilelor de diagnostic este de 10 cenți fiecare, iar Whitesides speră să le facă și mai ieftin. Aproape orice telefon mobil avansat cu o cameră poate fi programat pentru a procesa o imagine a ștampilei.
"Whitesides face această lucrare strălucitoare folosind literalmente hârtie", a spus Bill Gates în urmă cu doi ani. „Și, știi, este atât de ieftin și este atât de simplu, de fapt ar putea să iasă și să-i ajute pe pacienți în acest mod profund”. A format un grup nonprofit, Diagnostics for All, pentru a aduce tehnologia în țările în curs de dezvoltare. Fundația Bill & Melinda Gates investește în tehnologia de măsurare a funcției hepatice, un test necesar pentru a asigura SIDA și medicamentele pentru tuberculoză nu afectează unul dintre cele mai importante organe ale organismului. În acest moment, testarea funcției hepatice în anumite părți ale lumii este, în general, prea scumpă sau prea dificilă din punct de vedere logistic sau ambele. Ștampila albului este, de asemenea, dezvoltată pentru a identifica cauza febrei de origine necunoscută și pentru a identifica infecțiile. În laborator este testat un prototip al ștampilării funcției hepatice, iar rezultatele timpurii, spune Whitesides, sunt mai mult decât promițătoare. Cipul va începe să fie testat pe teren mai târziu în acest an.
Plimbându-se pe o scenă din Boston - un eveniment rar de vorbire la domiciliu - Whitesides, în șapca sa de pescar, își prezintă viziunea asupra modului în care invenția va fi folosită, uneori în locuri fără legi: „Opinia mea despre lucrătorii de sănătate din viitor nu este un medic, dar un șomer de 18 ani, altfel șomer, care are două lucruri. El are un rucsac plin cu aceste teste și o lance pentru a lua ocazional o probă de sânge și un AK-47. Și acestea sunt lucrurile care-l trec pe parcursul zilei sale. ”
Este o soluție simplă pentru o situație complicată, într-un loc departe de Harvard, dar lucrul la ștampila de laborator este exact acolo unde dorește să fie White. „Ce vreau să fac este să rezolv probleme”, spune el, în spatele laboratorului său, ținându-și laboratorul pe un cip. „Și dacă nano este modul corect de rezolvare a problemei, voi folosi asta. Dacă altceva este calea potrivită, voi folosi asta. Nu sunt un zel pentru nanotehnologie. Nu sunt de fapt un zel pentru nimic. ”Cu excepția acestui fapt, pentru aducerea sensului la lucruri pe care nimeni nu le poate vedea. Opera sa ar putea împinge arhitectura incredibil de mică a nanotehnologiei în arhitectura vieții de zi cu zi.
Michael Rosenwald a scris despre căutarea de noi virusuri gripale pentru numărul din ianuarie 2006 al Smithsonian .
La scări foarte mici, cele mai frecvente materiale „se dovedesc a fi atât de străine”, spune George Whitesides, care deține un prototip al unui cip de diagnostic. (Paula Lerner / Aurora Fotografii) 
Frunze de polimer câteva mii de nanometri se înfășoară în sfere polimerice chiar mai mici. (Felice C. Frankel) 
Nanotuburile de carbon, prezentate într-un model generat de computer, sunt cele mai puternice și mai dure materiale create vreodată - chiar dacă atomii de carbon ai tuburilor sunt ținuți împreună de tipul de legături chimice găsite în plumbul creionului. (Felice C. Frankel) 
Structuri ciudate de nano-scară numite „puncte cuantice” emit lumini colorate și nu se estompează. Aici sunt prezentate puncte cuantice care vopsesc structurile din celule. (Felice C. Frankel) 
Simplu și ieftin este ceea ce Whitesides își dorește să fie invențiile sale în nanotehnologie. Acest laborator pe o ștampilă de hârtie poate fi utilizat pentru a testa funcția ficatului. (Paula Lerner / Aurora Fotografii) 
În ciuda aparentului haos din laboratorul său, „suntem obișnuiți să facem structuri cu precizie la scară nanometrică și să știm unde se află fiecare atom”, spune Whitesides, prezentat aici, alături de omul de știință al dezvoltării de produse Patrick Beattie. "Asta facem pentru a trăi." (Paula Lerner / Aurora Fotografii)
