Намирането на Джордж Уайтсайдс често е сложно дори за Джордж Уайтсайдс. Така той държи плик в джоба на сакото си. "Всъщност не знам къде се намирам, докато не го гледам", казва той, "и тогава установявам, че съм в Terre Haute, и тогава въпросът наистина е:" Какво следва? " наскоро, пликът разкри, че той е в Бостън, Абу Даби, Мумбай, Делхи, Базел, Женева, Бостън, Копенхаген, Бостън, Сиатъл, Бостън, Лос Анджелис и Бостън.
Свързано съдържание
- Невидимо инженерство
- Откриване на сигнал?
Причината Бостън да се появява толкова често, макар и не толкова често, колкото жена му предпочита, е, че Уайтсайдс е професор по химия в Харвардския университет, а Бостън Логан е неговото родно летище. Причината за всички останали градове е, че приносът на Whitesides в науката обхваща биология, инженерство, физиология, материалознание, физика и особено днес, нанотехнологии. Други учени, държавни лидери, изобретатели и инвеститори по целия свят искат да чуят от него.
Изобретенията и идеите на Whitesides породиха повече от дузина компании, включително лекарствения гигант Genzyme. Нито една лаборатория от Харвард не се доближава до това да съвпада с броя на патентите, прикрепени към името му - „приблизително 90“, казва той. Цитирането „GM Whitesides“ се появява по-често в академичните документи, отколкото в почти всеки друг химик в историята.
Така че Whitesides е нещо като науката Bono, макар и по-висока, по-жилава и на 70 години, по-малко хируса. Шапката на шотландски рибар почти винаги покрива главата му, дори пред публика. Той има дълбок глас, с малко намек за родния си Кентъки. Напоследък този глас въвежда публиката в нов проект за нанотехнологии, насочен към спасяването на живота в развиващия се свят. „Кои са най-евтините възможни неща, от които бихте могли да направите диагностична система?“, Пита той. "Paper".
На лист хартия, не по-дебел или по-широк от пощенска марка, Whitesides е изградила медицинска лаборатория.
Един ден тази изминала зима, Whitesides се събуди в собственото си легло. Към 9 ч. Той беше в кабинета си точно от Харвард Ярд. Той носеше типичното си облекло: костюм с ивица, бяла риза, без вратовръзка. Той постави шапката на своя рибар на конферентна маса пред лавица с книги, в която бяха поместени клетката, микроелектронните материали, физическата химия, усъвършенстваната органична химия и познатите цитати на Бартлет .
Текст, който не беше на рафта, беше No Small Matter: Science on Nanoscale, наскоро публикувана книга от масичка на Whitesides и научния фотограф Felice C. Frankel. Става дума за наистина екзотични неща, които изглеждат много големи, но по изключение, абсурдно, поразително малки - нанотръби, квантови точки, машини за самосглобяване.
Нанотехнологията е, просто дефинирана, науката за структурите с размери между 1 нанометър или милиардна част от метър и 100 нанометра. (Префиксът „нано“ идва от гръцката дума за джудже.) Все пак за повечето хора това определение не е толкова просто. Опитът да разберете нанометрите може бързо да предизвика кръстосани очи. Листът хартия, на който са отпечатани тези думи, е дебел 100 000 нанометра - диаметърът на човешка коса, приблизително най-малкият предмет, който човек може да види с неоткрити очи. Една бактерия, разположена над тази хартия, е с диаметър около 1000 нанометра - микроскопична. Да видите нещо само с един нанометър с размери беше невъзможно до 1981 г., когато двама физици на IBM измислиха първия сканиращ тунелен микроскоп. Конвенционалните микроскопи използват лещи, за да увеличават всичко, което е на зрителната линия. Но сканиращите тунелни микроскопи работят по-скоро като човек, който чете Брайл, движейки се по повърхността на структурите, използвайки малък стилус. Физиците, които спечелиха Нобелова награда само пет години по-късно, построиха стилус с връх, който беше само един атом в напречно положение (по-малко от един нанометър). Докато се движи, стилусът открива структурата на материала, като записва електрическа обратна връзка, след което микроскопът превежда записите в изображения.
Сега, когато най-накрая могат да се видят наистина малки неща - чак до отделни атоми, Уайтсайдс и други химици се интересуват много от наноразмерните материали. И наученото ги изуми. Оказва се, че тези малки материали имат неочаквани свойства - ние бяхме просто непознати, докато не ги видяхме отблизо. Молекулите с различни повърхности - повърхности, които обикновено не се комбинират добре, ако изобщо - могат внезапно да се свържат. Стъклото, обикновено изолатор на електрически токове, може да провежда електричество. Материалите, които не могат да пренасят електрически заряди, изведнъж се превръщат в полупроводници. Металното злато, в достатъчно малки частици, може да изглежда червено или синьо.
„Едно от очарованията на малките неща е, че те се оказват толкова извънземни, въпреки повърхностните прилики по форма или функция на по-големи, по-познати роднини“, пише Уийтсайдс в своята книга. „Откриването на тези разлики в най-малкия мащаб е чудесно завладяващо и използването им може да промени (и промени) света.“
Учените са създали въглеродни нанотръби, кухи цилиндри с диаметър два нанометра или по-малко, които се оказват най-силният материал в света, 100 пъти по-здрав от стоманата с една шеста тегло. Те са създали наночастици - по-малко от 100 нанометра и полезни за много прецизни биомедицински изображения. Учените също са направили нанопроводници - силициеви нишки с ширина 10 до 100 нанометра и способни да преобразуват топлина в електричество. Производителите на електроника казват, че нанопроводниците могат да използват отпадъчната топлина от компютри, автомобилни двигатели и електроцентрали.
Вече повече от 1000 потребителски продукта използват някаква форма на нанотехнологии (въпреки че доклад на Националната академия на науките за 2008 г. призовава за по-добро наблюдение на потенциалните рискове за здравето и околната среда от нанотехнологиите). Продуктите включват по-здрави и по-леки рамки за велосипеди, тъкани, които отклоняват течностите, слънцезащитни кремове, които по-добре отблъскват слънчевата светлина, карти с памет за компютри и покрития, устойчиви на мъгла за лещи за очила.
Учените разработват наночастици, които могат да доставят точното количество лекарство, за да убие тумор, но нищо друго около него. Други наночастици могат да открият замърсяване с живак във вода; един ден частиците могат да бъдат използвани във филтри за отстраняване на токсичния метал.
Големите, променящи живота неща, направени от малки неща, все още са пред нас. Неща като батерии, които могат да издържат месеци, и захранват електрически автомобили, направени от нанопроводници, изградени от вируси - Анджела Белчер в MIT работи по това, а президентът Обама е толкова развълнуван от технологията, че се е срещнал с нея. (Вижте „Невидими инженери“.) Лаборатория на Hewlett-Packard, ръководена от нанотехническия визионер Стан Уилямс, току-що обяви партньорство с Shell за разработване на ултрачувствителни устройства за откриване на масло; по принцип те могат да регистрират наноразмерни размествания в земята, причинени от движения в нефтени находища. Уилямс нарича продукта "централна нервна система за земята."
Перспективата за света, коренно променяща се поради нанотехнологиите, все още е по-мечтана, отколкото реална, но за експертите възможностите изглеждат почти безкрайни. Учените са създали наноструктури, които могат да се самосглобяват, което означава, че могат да се образуват в по-големи обекти с малка или никаква външна посока. Някой ден тези минутни обекти теоретично биха могли да се вградят в машина, която прави повече наночастици. Вече IBM използва техники за самосглобяване, за да произвежда изолация в компютърните чипове. Център в MIT, наречен Институт за войнишки нанотехнологии, работи върху неразрушима бойна броня, която може да реагира на химическо оръжие.
"Накъдето и да погледнете", казва Уайтсайдс, "виждате парчета и всички те сочат в различни посоки."
Уайтсайдс не знае точно как е попаднал тук. Тук е Харвард, тази лаборатория, този живот. Израснал в малък град в Кентъки, син на домашен производител и инженер-химик, той остана в училище. Един ден учител се обадил на родителите си и казал, че би искал да поговори с тях за техния син. Сърцата им потънаха. „Какво прави малкото копеле сега?“ „Уайтсайдс припомня реакцията на родителите си.
Учителят каза: „Трябва да изведеш детето си оттук. Уреждах го да отиде при Андовър.
„Никога не бях чувал за Андовър“, казва Уайтсайдс сега за елитната подготвителна школа в Масачузетс. „Дори не знаех какво е това. Не знаех къде е Нова Англия. "
И тогава, някак, той завърши в Харвард. „Не помня дори да съм кандидатствал тук. Току-що получих писмо в един момент, в което ме признаха. Така че предполагам съм дошъл тук случайно. "
Продължил да завършва дипломна работа в Калифорнийския технологичен институт. В частта за признанията на докторската си дисертация той благодари на своя съветник Джон Д. Робъртс за „насочеността и индиректността на пациента“. Повечето специализанти ценят посоката на ментор, казва Уайтсайдс. „В моя случай той изобщо не ме насочи. Не мисля, че го видях през годините, когато бях там, но имахме добри отношения. “
Уайтсайдс преподава в MIT близо 20 години, преди да пристигне през 1982 г. в Харвард, където той е нещо рядко. Той е практикуващ капиталист, за начало. Това го фокусира върху приложения в реалния свят, нещо, на което всички колеги не му се възхищават, според Мара Прентис, преподавател по физика в Харвард, който преподава курс по нанотехнология с него. „Джордж е много възхитен от много хора, но не всеки оценява стила му“, казва тя. Изглежда, че Whitesides не се интересува. "Предполагам, че е там", казва той за всяка неприязън. Но той има много малко време за онези, които смятат, че да се появява в CNN или стартиращи компании е гной. Той казва, че те могат „просто да вземат игла за плетене и да я поставят тук“ - сочи носа си - „и да я забият“.
Том Тритън, президент на Фондация за химическо наследство, историческа и образователна организация във Филаделфия, казва, че ако помолите някой в областта да изброи трите най-добри химици в света, Whitesides ще направи всеки списък. „Чистата ширина на интелекта му е изумителна“, казва Тритън. След като получиха най-високото отличие на фондацията, златния медал „Отмер“, Whitesides прекараха деня с гимназисти в града. Тритън казва, че един ученик по-късно предложил това наблюдение: "Той може да е учен, но наистина е готин."
В основата на почти всичко, което Whitesides прави, е противоречие: той работи в сложни области от физика, химия, биология и инженерство, използвайки сложни инструменти - не много хора са имали микроскоп с атомна сила - и въпреки това той е обсебен от простотата. Помолете го за пример за простота и той ще каже: „Google.“ Той не означава, че трябва да Google думата „простота“. Той има предвид началната страница на Google, резервния правоъгълник на бялото поле, в което милиони хора напишете думи, за да намерите информация в Интернет. Whitesides се хипнотизира от това поле.
„Но как става това?“, Казва той. Той прави пауза, заемайки дъх. Той се наведе напред на стола си. Очите му стават големи. Челото му се издига нагоре, а с него и много големите му очила. Това е Джордж Уайтсайдс, който се вълнува.
„Започвате с двоично, а двоичното е най-простата форма на аритметика“, казва той за системата от единици и нули, използвани за програмиране на компютри. След това той започва в импровизирана историческа ръководна обиколка на превключватели, транзистори и интегрални схеми, преди да се върне, накрая, в Google, „който взема идея за такава невероятна сложност - да организира цялата информация на човечеството - и я влага в това малко нещо, в кутия."
Идеята зад Google - събирането на огромни запаси от знания в елегантен малък пакет - е и идеята зад нещото, което Whitesides сега държи в ръката си, така наречената лаборатория на чип, не по-голяма от пощенска марка, която е проектирана за диагностициране на различни заболявания с почти точността на съвременна клинична лаборатория.
Той е предназначен за здравни работници в отдалечени части на развиващите се страни. Те ще поставят капка кръв или урина на пациента върху печата; ако заболяването е едно от 16-те или така, че печатът може да разпознае, той ще промени цвета си в зависимост от страданието. Тогава здравният работник или дори пациентът може да направи снимка на печата с мобилен телефон. Картината може да бъде изпратена до лекар или лаборатория; някой ден компютърна програма може да позволи на самия мобилен телефон да постави предварителна диагноза.
„За да лекувате заболяване, първо трябва да знаете какво лекувате - това е диагностика - и след това трябва да направите нещо“, казва Уайтсайдс в стандартната реч, която изнася за технологията. „Така че програмата, в която участваме, е нещо, което наричаме диагностика за всички или нулева цена за диагностика. Как предоставяте медицински релевантна информация възможно най-близо до нулева цена? Как го правиш?"
Започвате с хартия, казва той. Това е евтино. Той е абсорбиращ. Оцветява се лесно. За да превърне хартията в диагностичен инструмент, Whitesides я пуска през восъчен принтер. Принтерът разтопява восък върху хартията, за да създаде канали с молекули с размер на нанометър в края. Тези молекули реагират с вещества в телесни течности. Течността „се разпределя в тези различни кладенци или дупки и обръща цветове“, обяснява Уайтсайдс. Помислете тест за бременност. Печат, който става син в един ъгъл, например, може да разкрие една диагноза; модел на други цветове би диагностицирал друг. Цената за изработване на диагностични печати е 10 цента всеки, а Whitesides се надява да ги направи още по-евтино. Почти всеки усъвършенстван мобилен телефон с камера може да бъде програмиран да обработва изображение на печата.
„Whitesides прави тази блестяща работа буквално използвайки хартия“, каза Бил Гейтс преди две години. „И знаете ли, че е толкова евтино и толкова просто, че всъщност може да излезе и да помогне на пациентите по този дълбок начин.“ Евтино и просто: Планът на Whitesides точно. Той сформира група с нестопанска цел „Диагностика за всички“, за да пренесе технологията в развиващите се страни. Фондацията Бил и Мелинда Гейтс инвестира в технологията за измерване на чернодробната функция. Тест, необходим за гарантиране на мощни лекарства за борба със СПИН и туберкулоза, не увреждат един от най-важните органи на тялото. В момента тестването на чернодробната функция в изолирани части на света като цяло е твърде скъпо или твърде трудно логистично, или и двете. Печатът на Whitesides също се разработва, за да се установи причината за треска с неизвестен произход и да се идентифицират инфекции. В лабораторията се тества прототип на печата за чернодробната функция, а ранните резултати, казва Уайтсайдс, са повече от обещаващи. Чипът ще започне да тества на място в края на тази година.
Преминавайки през сцена в Бостън - рядко срещано домашно говорещо събитие - Уайтсайдс, в шапката на рибаря си, представя своето виждане за това как ще се използва изобретението, понякога на беззаконни места: „Моят възглед за бъдещия медицински работник не е лекар, но 18-годишен, иначе безработен, който има две неща. Той има раница, пълна с тези тестове, и ланцет, който от време на време да взема кръвна проба, и АК-47. И това са нещата, които го прекарват през деня му. "
Това е просто решение за сложна ситуация, на място, далеч от Харвард, но работата върху щампата на лабораторията е точно там, където Whitesides иска да бъде. „Това, което искам да направя, е да решавам проблеми“, казва той, отново в лабораторията си, държейки лабораторията си върху чип. „И ако нано е правилният начин за решаване на проблема, ще го използвам. Ако нещо друго е правилният начин, ще използвам това. Не съм ревност за нанотехнологии. Всъщност аз не съм ревност за нищо. ”Освен, че е внасяне на смисъл на неща, които никой дори не може да види. Неговата работа може да тласне невероятно малката архитектура на нанотехнологиите в архитектурата на ежедневието.
Майкъл Розенвалд пише за търсенето на нови грипни вируси за изданието на Smithsonian от януари 2006 г.
При много малки мащаби най-често срещаните материали „се оказват толкова чужди“, казва Джордж Уайтсайдс, притежаващ прототип на диагностичен чип. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Полимерните фронтове дълги няколко хиляди нанометра се обвиват около още по-тънки полимерни сфери. (Felice C. Frankel) 
Въглеродните нанотръби, показани в компютърно генериран модел, са най-силните и здрави материали, създавани някога - въпреки че въглеродните атоми на тръбите се държат заедно от вида химически връзки, намиращи се в олово на молив. (Felice C. Frankel) 
Странни наноразмерни структури, наречени "квантови точки" излъчват цветни светлини и не избледняват. Тук са показани квантови точки, които боядисват структурите в клетките. (Felice C. Frankel) 
Просто и евтино е това, което Whitesides иска да бъдат изобретенията му за нанотехнологии. Тази лаборатория върху хартиен печат може да се използва за тестване на функцията на черния дроб. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Въпреки привидния хаос в неговата лаборатория, „свикнали сме да правим структури с точност на нанометър и да знаем къде е всеки атом“, казва Уайтсайдс, показан тук, стоящ с учения за продуктови разработки Патрик Бити. "С това се занимаваме с прехраната." (Paula Lerner / Aurora Photos)
