Ako využiť potenciál nanotechnológií a zabrániť ich možným negatívnym dôsledkom? To bola otázka, ktorú položila Christine Petersonová, keď založila Foresight Institute, neziskový nanotechnologický think tank pred tridsiatimi rokmi. A teraz, ona hovorí, táto otázka ju stále vedie. Za posledných desať rokov nanotechnológia zaznamenala významný pokrok a našla praktické uplatnenie. Niektoré vyvíjajú návrhy nanomateriálov pre lekárske implantáty, ktoré by mohli stimulovať rast kostných buniek a pozitívnu génovú expresiu. Iní pracujú na vytvorení zvládnuteľných nanočastíc, ktoré by mohli detegovať a dokonca zničiť rakovinové bunky.
Myšlienka nanomachinov, ktoré prechádzajú vaším telom a opravujú ho na bunkovej úrovni, sa vďaka vývoju nanomotorov a nanomateriet priblížila k realite. Ale predtým, ako sa k nim dostaneme, Peterson verí, že pre nanotechnológiu existujú ďalšie zaujímavé dôsledky. Napríklad samočistiace povrchy a nanotechnické katalyzátory, ktoré zachytia skleníkové plyny a premenia oxid uhličitý na látky, ktoré továrne potrebujú.
Koncom minulého mesiaca vystúpil Peterson na globálnom summite v San Franciscu. V tomto rozhovore zistíte, ako podľa jej názoru nám nanotechnológia pomôže vyriešiť problém s vodou, liečbou rakoviny a viesť nás k lepšej budúcnosti.
Nanotechnológia dnes: Vague Point on Exponential Curve?
Nanotechnológiu rozdeľujem do troch etáp: materiály, zariadenia, systémy. Každá z nich sleduje svoju vlastnú krivku. V tomto bode vidíme väčšinou nanočasticové výrobky, ale nemajú molekulovú presnosť - nie sú atómovo presné. Ako sa tento parameter zlepšuje, uvidíme vznik materiálov s takou presnosťou, najmä vo filtrácii a katalýze.
Akonáhle sa takéto výrobky dostanú na trh, uvidíme, že explodujú ako raketa. Dopyt po čistej vode je obrovský. Dopyt po správe skleníkových plynov je obrovský. Každý, kto dosiahne tieto ciele ako prvý, bude pozitívny.
Propagačné video:
Vysvetlite nanotechnológiu cudzincovi na ulici v skratke
Príroda manipuluje s jednotlivými molekulami a vytvára najzložitejšie veci na svete - rastliny, zvieratá a naše vlastné telá. Výzvou pre nanotechnológiu je použitie systémov molekulárnych strojov na vytvorenie toho, čo chceme, s rovnakou úrovňou presnosti a na to, aby bola rovnako čistá ako príroda.
V roku 2013 ste predpovedali, že pokrok v nanotechnológii v nasledujúcich desiatich rokoch v medicíne bude mať výrazný vplyv na detekciu, zobrazovanie a liečbu rakoviny. Aké pokroky v nanotechnológiách boli pre medicínu najdôležitejšie za posledných pár rokov?
Vynaložilo veľké úsilie - stovky miliónov dolárov - použitie nanotechnológií na boj proti rakovine a vypláca sa.
Mnoho rôznych skupín, ako napríklad Stanfordské centrum pre pokrok v onkonanotechnológii, experimentuje s nanočasticami, aby sa od nich pokúsilo získať užitočné správanie, ako je napríklad prenos farebného signálu pri nájdení rakovinovej bunky alebo pripojenie k rakovinovej bunke, kým sa neskúma. Môžu byť tiež naprogramované tak, aby pri detekcii rakovinovej bunky uvoľňovali špeciálnu signálnu molekulu.
V laboratóriu môže vzniknúť oveľa viac nezvyčajných reakcií. Napríklad, nanočastice môžu absorbovať svetlo a vytvárať nízkoenergetické akustické vibrácie, keď sa zistí nádor, alebo môžu uvoľňovať teplo, aby zničili bunku.
Ktoré klinické skúšky sú pre vás najviac povzbudzujúce?
Jedným z mojich obľúbených je MagArray. Pripája nanomagnety k rakovinovým bunkám a potom ich identifikuje pomocou vzorky na čipe. Trvá to menej ako hodinu a vyžaduje si minimálne technické školenie. Okrem rakoviny možno túto metódu použiť na sledovanie cytokínov, čo je užitočné pri práci s Alzheimerovou chorobou a autoimunitnými chorobami.
Samozrejme, ak dokážeme bojovať proti rakovine - a určite áno - Alzheimerova choroba sa stane ešte väčším problémom, ako je teraz. Len boj proti rakovine nebude stačiť. Potrebujeme pokračovať v práci a zaoberať sa všetkými chronickými chorobami.
Existujú nové „inteligentné materiály“, ktoré sa testujú v nanotechnických zariadeniach a ktoré by mohli čoskoro nahradiť moderné technológie? Ak áno, ktoré?
Napríklad: Páči sa mi myšlienka samočistiacich materiálov. University of Cambridge pracuje na vytvorení povrchov, v ktorých sú zabudované fotokatalytické nanočastice oxidu titaničitého. Používajú ultrafialové svetlo na premenu povrchových nečistôt na oxid uhličitý a vodu. Kvapka oleja s veľkosťou odtlačkov prstov na takomto povrchu sa odstráni za hodinu a pol.
Jedného dňa budeme mať kovové implantáty, ktoré nie sú vhodné na mnohé účely. Univerzita v Montreale a partneri našli spôsob, ako na povrchu takýchto implantátov vytvoriť vzory nanomateriálov a môžu zvýšiť rast kostných buniek, znížiť rast nežiaducich buniek, stimulovať rozvoj kmeňových buniek a pozitívne zmeniť génovú expresiu. Úžasný. Mnoho z týchto použití doslova zmizlo zo stránok sci-fi.
V Austrálii RMIT a University of Adelaide pracujú na materiáloch, ktoré používajú kryštály nanočastíc - dielektrické rezonátory - na prenos alebo blokovanie svetla so špecifickou vlnovou dĺžkou. To môže viesť k vytvoreniu kontaktných šošoviek, ktoré menia to, čo vidíme, alebo dokonca k vytvoreniu priehľadného displeja, ktorý zobrazuje ďalšie informácie v našom zornom poli. Nakoniec si pamätám mená ľudí, ktorých som predtým stretol.
Aké sú vaše inšpirácie, keď ste založili inštitút prognostických služieb? Čo vás v tom čase trápilo?
Potom som sa obával otázky: ako získať kolosálny úžitok z možností nanotechnológie a vyhnúť sa možným negatívnym následkom, rovnako ako kolosálny?
Chceli by sme urýchliť vývoj pokrokových lekárskych a iných pozitívnych aplikácií a zabrániť tomu, aby sa armáda vyvíjala rovnako rýchlo. Pochopenie sily nanotechnológií pri zlepšovaní kvality života a najmä medicíny prešlo dlhú cestu, ale kvôli rôznym obmedzeniam sa lekárske použitie neustále oneskoruje. Vo vojenskej sfére je opak pravdou: armáda dostáva skorý prístup k novým technológiám a vojenské aplikácie sú financované desaťkrát lepšie.
Kombinovať tieto trendy, a je zrejmé, prečo je ťažké urýchliť vývoj lekárskych aplikácií tejto technológie a zároveň spomaliť rozvoj armády. Toto je náročná úloha.
Ako sa v roku 2025 zlepšilo nanotechnológie životné prostredie?
Do tejto doby a možno ešte skôr môžu nastať dva zásadné objavy. Najprv môžeme vyriešiť problém s vodou pomocou molekulárnej presnej filtrácie. Túto technológiu už vyvíja súkromná spoločnosť AquaVia s podporou Národnej vedeckej nadácie.
Po druhé, môžeme vyčistiť vzduch od znečistenia vrátane skleníkových plynov pomocou nanotechnologických katalyzátorov, ktoré odstraňujú oxid uhličitý zo vzduchu a premieňajú ho na chemikálie, ktoré sa môžu použiť v priemysle. Na tom pracuje Christian Schaffmeister z Temple University.
Takmer akýkoľvek environmentálny problém, ktorý si vieme predstaviť, sa dá teoreticky vyriešiť pomocou pokročilých nanotechnológií. Tento sen o obnove životného prostredia ma tlačil do tejto oblasti pred desiatkami rokov a je dobré vidieť, že sa to konečne stáva skutočnosťou.
Čo nás môže zastaviť v nasledujúcich 10 rokoch?
Obidva tieto vyhliadky sú určite na ceste. Jedinou otázkou je, kedy. Do výskumu a vývoja musíme investovať viac zdrojov. Existujú talenty, existujú nápady, otázkou je financovanie.
Aký je váš obľúbený „inteligentný objekt“budúcnosti?
Zvyčajne sa obraciam na myšlienkový experiment. Predstavte si stoličku vyrobenú z molekulárnych strojových systémov. Tieto stroje môžu byť usporiadané do iného tvaru, ako je napríklad stôl. Ako dlho im potrvá zmena formy z jednej na druhú? Tento experiment si ľahko dokážete predstaviť, pretože vy sami ste zložení z molekulárnych strojov.
Predstavte si, že si drepnete, aby si vytvoril stoličku, a potom padol na všetky štyri a stal sa „stolom“. Celá operácia trvá menej ako sekundu. Toto je maximálny čas, ktorý je potrebný na to, aby sa pokročilý nanomateriálny stolík stal stolom. Ak si nastavíte taký cieľ, môže to byť rýchlejšie.
Ale môj sen je „stroj na opravu buniek“, ktorý sa môže pohybovať po tele a opravovať DNA, proteíny a ďalšie molekuly. Zostavenie takého vozidla nebude ľahké. Bude to vyžadovať veľa odnímateľných nástrojov, ktoré sa dajú podľa potreby načítať a vyložiť. Dokázala však analyzovať a potom vyriešiť takmer akýkoľvek fyzický problém v našich telách vrátane starnutia.
ILYA KHEL