Nende Nimi On Leegion: Nobeli Preemia Laureaat Teatas, Kas Nanorobotid Hävitavad Maa - Alternatiivne Vaade

Sisukord:

Nende Nimi On Leegion: Nobeli Preemia Laureaat Teatas, Kas Nanorobotid Hävitavad Maa - Alternatiivne Vaade
Nende Nimi On Leegion: Nobeli Preemia Laureaat Teatas, Kas Nanorobotid Hävitavad Maa - Alternatiivne Vaade

Video: Nende Nimi On Leegion: Nobeli Preemia Laureaat Teatas, Kas Nanorobotid Hävitavad Maa - Alternatiivne Vaade

Video: Nende Nimi On Leegion: Nobeli Preemia Laureaat Teatas, Kas Nanorobotid Hävitavad Maa - Alternatiivne Vaade
Video: Трагедия атлета золотой эры Билла Петтиса. Имел форму лучше, чем у Арнольда, а стал алкоголиком 2024, Märts
Anonim

Teadlased on juba pikka aega loonud ja katsetanud laborites erinevaid nanomahine. Tegelikult on need molekulaarsed konstruktsioonid, mille ülesanne on täita mõnda kasulikku funktsiooni: näiteks toimetada ravimeid haigesse elundisse, tuvastada patogeen või parandada midagi. Kas esimeste "kasulike" nanorobotite ilmumisel aitavad need Marsi ja teisi planeete koloniseerida?

Neile küsimustele vastab Hollandi Groningeni ülikooli professor Ben Feringa. 2016. aastal võitis ta koos prantslaste Jean-Pierre Sauvage ja Scotsman Fraseriga Nobeli auhinna molekulaarmasinate kavandamise ja loomise eest. “Teie nanomajad on valmistatud väga tavalistest elementidest nagu süsinik, lämmastik või väävel. Kas võime neis oodata eksootilisemaid komponente - näiteks haruldasi muldmetalle või radioaktiivseid aineid?- Sellele küsimusele on väga raske vastata ühel lihtsal põhjusel: me ei tea endiselt, mida sellised molekulaarsed konstruktsioonid saavad ja ei saa. Samal ajal, vaatamata meie nanomotorite, rootorite ja muude elementide struktuuris esinevatele suurtele erinevustele, töötame kõik - minu fraktsioon, Stoddart, Sauvage ja paljud teised kolleegid - endiselt ainult orgaaniliste molekulidega. Muidugi ei takista miski kujutlemast, et midagi sellist saab luua ainult anorgaaniliste ühendite abil. Näiteks keeruka ühenduse loomiseks ja selle pöörlemiseks nagu meie molekulimootoritel pöörleb ümber oma telje. Keegi pole veel selliseid nanomootoreid kokku pannud.

Põhjus on lihtne. Tänu ravimite ja polümeerkeemia arengule oleme õppinud väga kiiresti ja hästi sünteesima süsivesinikahelatest koosnevaid keerukaid ühendeid. Olen kindel, et sama saab teha ka anorgaaniliste ühenditega, kuid selleks peame kõigepealt mõistma, kuidas selliseid molekule kokku panna.

Kui rääkida radioaktiivsetest isotoopidest, siis ma ei usu, et neist kunagi nanomadulid saavad. Nende ebatavalised omadused ja ebastabiilsus muudavad need tõenäoliselt kõlbmatuks töötamiseks stabiilsete molekulaarsüsteemide osana, mille energiaallikana kasutatakse valgust või elektrit.

Sellega seoses huvitavad meid rohkem bioloogilised molekulaarsed mootorid, mille inimkehas leidub sadu sorte. Need on kõik valgu masinad, millest paljud sisaldavad metalli aatomeid.

Enamasti mängivad nad võtmerolli reaktsioonides, mis panevad need biomahlad liikuma. Seetõttu näib mulle, et metallikomplekside ja neid ümbritsevate orgaaniliste ühendite kombinatsioon tundub kõige lootustandvam.

Sel aastal tähistame perioodilise laua 150. aastapäeva. Kas saaksite selgitada, kuidas see pooleteise sajandi saavutus aitab teil täna avastusi teha?

- Periooditabel ja sellele vastavad seaduspärasused aitavad meil tegelikult alati hinnata, kuidas erinevad naabruses asuvad aatomite tüübid käituvad, ja ennustada mõne ühendi omadusi.

Näiteks on mõnel meie mootoritüübil sisseehitatud hapnikuaatomid. Tänu tabelile mõistame, et väävel on oma omaduste poolest sarnane, kuid samal ajal on selle suurus pisut suurem. See võimaldab meil paindlikult kontrollida selliste molekulaarsete masinate käitumist, vahetades hapniku väävli vastu ja vastupidi.

Reklaamvideo:

See muidugi ei lõpe meie ennustusvõimalustega. Hiljuti on avastatud palju muid seadusi, mis võimaldavad ennustada nanomakiinide mõnda omadust.

Teisest küljest ma kahtlen, kas me suudame selliste nanostruktuuride jaoks luua midagi perioodilise tabeli sarnast. Kui meil on põhimõtteliselt võimalik, pole meil siin piisavalt teadmisi.

Seega võime umbkaudu ennustada, kuidas erineva suurusega, sarnase struktuuriga molekulimootorid käituvad, kuid me ei saa seda teha radikaalselt erinevate süsteemide jaoks ega midagi nullist kujundada ilma katseid viimata.

Te ütlesite hiljuti, et esimesed täieõiguslikud nanorobotid ilmuvad umbes viiekümne aasta pärast. Teisest küljest, alles poolteist aastat tagasi toimus Prantsusmaal selliste nanomajade esimene "võistlus". Kui kaugel oleme autonoomsete nanoseadmete ilmumisest?

- Tuleb mõista, et kõik tänapäeval eksisteerivad molekulaarsed masinad on nii struktuuri kui ka otstarbe poolest väga primitiivsed. Tegelikult olid nii meie auto, mille 2011. aastal kokku panime, kui ka need "võidusõiduautod" loodud mitte mingite praktiliste probleemide lahendamiseks, vaid uudishimu rahuldamiseks.

Nii meie kui ka kolleegid arendavad selliseid seadmeid väga lihtsate probleemide lahendamiseks - proovime välja mõelda, kuidas panna molekulid liikuma ühes või teises suunas, peatama ja täitma muid lihtsaid käske. See on huvitav, kuid siiski puhtalt akadeemiline probleem.

Järgmine samm on palju raskem ja tõsisem. Oluline on mõista, kas on võimalik neid kaasata tõeliselt praktilistesse ülesannetesse: kauba transportimine, keerukamatesse struktuuridesse kokkupanek ja välistele stiimulitele reageerimine.

Näiteks saab nanomaineid kasutada nutiakende loomiseks, mis vastavad tänavavalgustuse tasemele ja saavad end ise parandada; antibiootikumid, mis toimivad ainult teatud keemilise või valgussignaali ilmumisel. Mulle tundub, et sellised asjad ilmuvad palju varem, kui te arvate - järgmise kümne aasta jooksul.

* Nanobolid * võistlusrajal vasksubstraadist
* Nanobolid * võistlusrajal vasksubstraadist

* Nanobolid * võistlusrajal vasksubstraadist.

Täisväärtuslike nanorobotite loomine, mis on võimelised kehas toiminguid tegema või keerulisi probleeme lahendama, võtab muidugi rohkem aega. Kuid ma olen jällegi kindel, et ka meie saame sellega hakkama. Inimese kehas on lugematu arv selliseid roboteid ja miski ei takista meil nende kunstlikke koopiaid konstrueerimast.

Teisest küljest oleme, nagu ma juba mitu korda olen öelnud, vendade Wrighti päevil inimkonnaga samal arengutasemel. Esiteks peame otsustama, mida ja miks me loome, ning seejärel mõtlema, kuidas seda teha.

Mulle tundub, et te ei tohiks mõistuseta kopeerida seda, mida loodus on leiutanud. Mõnikord on täiesti kunstlikke süsteeme, nagu lennukid või arvutikiibid, palju lihtsam luua kui tiiva või inimaju analooge.

Muudel juhtudel on lihtsam võtta, mida elusorganismid on juba loonud, näiteks mõned antikehad, ja kinnitada neile ravim või nanomakiini osa. Sarnaseid lähenemisviise kasutatakse juba meditsiinis. Seetõttu ei saa ühemõtteliselt öelda, et mõni neist on nanorobotite kõigi võimalike rakenduste jaoks lootustandvam ja korrektsem.

Viimastel aastatel on ilmunud kaks nanokomplektide "klassi" - suhteliselt lihtsad struktuurid, mis saavad energiat väljastpoolt, ja keerukamad struktuurid, mootorite täisväärtuslikud analoogid, mis on võimelised seda iseseisvalt tootma. Millised neist on tegelikkusele lähemal?

- Keemilised mootorid, mis on mõnevõrra sarnased elusate rakkude analoogidega, hakkasid tõesti ilmuma. Oleme hiljuti oma laboris loonud mitu sarnast seadet.

Näiteks õnnestus meil kokku panna nanomagin, mis on võimeline kasutama kütusena glükoosi ja vesinikperoksiidi ning transportima nanotorusid, nanoosakesi ja muid raskeid konstruktsioone ükskõik millises suunas.

Raske öelda, kui paljulubavad nad on - kõik sõltub lahendatavatest ülesannetest. Kui peame korraldama mõne molekuli "transpordi", siis on need selleks ideaalsed. Nutikate akende või muude vidinate loomiseks peate juba otsima muud materjali.

Lisaks ei saa me endiselt aru, mis meil täpselt puudu on, milliseid klassikaliste masinate analooge saab molekulide abil luua ja kuhu kogu meie kera üldiselt liigub. Tegelikult oleme just seda arendama hakanud. Siiani on selge ainult üks asi - nanomahlad erinevad meie rakkude biomaterjalidest ja nende makrokosmos sisalduvatest „suurtest õdedest“.

Kui räägime kaugest tulevikust, siis kas on võimalik kasutada globaalsete probleemide lahendamiseks ise kopeerimiseks võimelisi molekulaarmasinaid, näiteks Marsi või muude planeetide vallutamiseks?

- Mul on raske rääkida teistest maailmadest, kuna see küsimus ulatub minu pädevusest palju kaugemale. Sellest hoolimata arvan, et tõenäoliselt ei kasutata nanomaineid sellistel eesmärkidel. Kui proovime omandada mõnda uut ja väga karmi keskkonda, vajame väga usaldusväärset tehnoloogiat, mitte midagi eksperimentaalset.

Seetõttu tundub mulle, et sellised masinad leiavad kõigepealt rakenduse Maal. Võime öelda, et see juba toimub: viimastel aastatel on keemikud loonud sadu väga molekulide väga keerulisi struktuure, niinimetatud supramolekulaarseid struktuure, mis võivad selektiivselt teatud ioonidega seonduda ja kõike muud ignoreerida.

Näiteks asutas mu kolleeg Francis Stoddart hiljuti startupi, kus ta arendab komplekse, mis kaevandamisjäätmetest ja kivimikraavidest kulda kaevandavad. Varem oleks selliste ühendite loomist peetud alkeemikute fantaasiaks.

Nanomakiinidest rääkimine tekitab avalikkuses kõige sagedamini tõelist hirmu, kartes, et tulevased mikroskoopilised robotid hävitavad tsivilisatsiooni ja kogu elu Maal. Kas on võimalik sellega kuidagi võidelda?

“Neil probleemidel on palju pistmist loomise masinatega: Nanotehnoloogia tulenev aeg, kirjutanud Eric Drexler 1986. aastal. Selles esitatud stsenaarium inimkonna surmast "halli lima" enese levimise tagajärjel on tänapäeval teada peaaegu kõigile.

Tegelikult pole siin midagi ebaharilikku - uute nanomajade loomisel rakendame samu ettevaatusabinõusid kui töötades koos uute ja potentsiaalselt mürgiste kemikaalidega.

Selles suhtes ei erine nanorobotite komponendid nende hävitava potentsiaali osas “ehitusplokkidest”, millest uute ravimite, polümeeride, katalüsaatorite ja muude “tavaliste” keemiatoodete molekulid kokku pannakse.

Nagu iga teine ravim või toidutoode, peavad ka need molekulaarstruktuurid läbima tohutu hulga ohutusteste, mis näitavad, kas nad suudavad inimkonda "mässida" ja hävitada.

Tegelikult pole sellistes hirmudes midagi üllatavat - inimesed on harjunud kartma midagi uut ja ebatavalist. Igal kümnendil on füüsika, keemia või bioloogia maailmast uus "õuduslugu", mis asendab asju, millega oleme juba harjunud. Nüüd on näiteks muutunud moes karta ja kritiseerida CRISPR / Cas9 genoomitoimetajat ja tehisintellekti.

Mida peaksid teadlased tegema? Mulle tundub, et meie ülesanne on lihtne: peame aitama avalikkusel välja mõelda, mis on tõsi ja mis on väljamõeldis. Oluline on mõista nende uute avastuste praktilist kasu ja seda, kus nende tegelik oht seisneb.

Näiteks kui inimesed mõistavad, et CRISPR / Cas9 võib neid ravida geneetiliste defektidega seotud haigustest või suurendada taimede tootlikkust, on neil vähem põhjust seda tehnoloogiat karta. Sama kehtib ka tuleviku nanomajade kohta.

Soovitatav: