ナノテクノロジーは命を救うことができますか？

George Whitesidesを見つけることは、George Whitesidesにとっても難しい場合があります。そのため、彼はジャケットのポケットに封筒を置いています。「実際に自分がどこにいるのかは、実際に見てみるまでわかりません」と彼は言います。「そして、私はテレホートにいることに気づき、質問は本当に「次は何ですか？」」最近のストレッチで、封筒は彼がボストン、アブダビ、ムンバイ、デリー、バーゼル、ジュネーブ、ボストン、コペンハーゲン、ボストン、シアトル、ボストン、ロサンゼルス、ボストンにいたことを明らかにしました。

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ボストンが頻繁に現れる理由は、妻が好むほどではありませんが、ホワイトサイドがハーバード大学の化学の教授であり、ボストンローガンが自宅の空港であるためです。他のすべての都市の理由は、科学へのホワイトサイドの貢献が生物学、工学、生理学、材料科学、物理学、そして特に最近ではナノテクノロジーにまで及ぶことです。世界中の他の科学者、政府指導者、発明家、投資家は彼から話を聞きたいと思っています。

Whitesidesの発明とアイデアは、大手製薬会社のジェンザイムを含む12社以上の企業を生み出しています。彼の名前に添付されている特許の数に匹敵するハーバードのラボはありません。「約90」です。「GM Whitesides」という引用は、学術論文では、歴史上の他のほとんどの化学者の引用よりも頻繁に現れます。

ホワイトサイドは背が高く、より身長が高く、70歳で性が少ないにもかかわらず、科学のボノのようなものです。スコットランドの漁師の帽子は、観客の前であってもほとんど常に頭を覆っています。彼は深い声を持ち、ネイティブのケンタッキーの少しのヒントがあります。最近、その声は、発展途上国の命を救うことを目的とした新しいナノテクノロジープロジェクトを聴衆に紹介しています。「診断システムを作成できる最も安価なものは何ですか？」と彼は尋ねます。 "紙。"

切手ほど厚くも幅も広くない紙の上に、Whitesidesは医学研究所を建てました。

この過去の冬のある日、ホワイトサイドは自分のベッドで目を覚ました。午前9時までに、彼はハーバードヤードのすぐそばのオフィスにいました。彼は彼の典型的な服装を着ていました：ピンストライプスーツ、白いシャツ、ネクタイなし。彼は、 The Cell 、 Microelectronic Materials 、 Physical Chemistry 、 Advanced Organic Chemistry 、 Bartlett's Familiar Quotationsを開催した本棚の前の会議テーブルに漁師の帽子をセットしました。

棚にないテキストは、 No Small Matter：Science on the Nanoscaleであり、Whitesidesと科学写真家Felice C. Frankelによって新しく出版されたコーヒーテーブルの本です。それは非常に大きく見えるが、例外的に、不条理で、 驚くほど小さい真にエキゾチックなもの、つまりナノチューブ、量子ドット、自己組織化機械についてです。

ナノテクノロジーとは、単純に定義すると、1ナノメートル（10億分の1メートルから100ナノメートル）の構造科学です。（接頭辞「ナノ」はギリシャ語のドワーフに由来します。）それでも、ほとんどの人にとって、その定義はそれほど単純ではありません。ナノメートルを理解しようとすると、すぐに目を交差させます。これらの言葉が印刷される紙のシートは、100, 000ナノメートルの厚さです。人間の髪の毛の直径は、人間が肉眼で見ることのできる最も小さな物体です。この紙の上にある細菌は、直径約1, 000ナノメートルの顕微鏡です。 IBMの物理学者2人が最初の走査型トンネル顕微鏡を発明した1981年まで、サイズが1ナノメートルしかないものを見るのは不可能でした。従来の顕微鏡は、視線にあるものを拡大するためにレンズを使用します。しかし、走査型トンネル顕微鏡は、点字を読む人のように機能し、小さなスタイラスを使用して構造物の表面を移動します。わずか5年後にノーベル賞を受賞した物理学者は、わずか1原子（1ナノメートル未満）の先端を持つスタイラスを構築しました。スタイラスが動くと、電気的フィードバックを記録することで材料の構造を検出し、顕微鏡が記録を画像に変換します。

個々の原子に至るまで、本当に小さなものがようやく見られるようになったため、ホワイトサイドや他の化学者はナノスケールの材料に非常に興味を持ちました。そして彼らが学んだことは彼らを驚かせた。これほど小さい材料は、予期せぬ特性を持っていることが判明しました。それらを間近で見ることができるまで、私たちは無知でした。表面が異なる分子（通常はうまく結合しない表面）が突然結合する可能性があります。通常は電流の絶縁体であるガラスは、電気を通すことができます。電荷を運ぶことができなかった材料が突然半導体になります。十分に小さな粒子の金属金は、赤または青に見えることがあります。

「小さなものの魅力の1つは、形状や機能の見た目が似ているにもかかわらず、より親しみのある親relativeとはあまりにも異質であるということです」とWhitesidesは彼の本に書いています。「これらの違いを最小の規模で発見することは驚くほど夢中になり、それらを使用することで世界が変わる可能性があります。

科学者は、直径が2ナノメートル以下のカーボンナノチューブ、中空シリンダーを作成しました。これは、重量が6分の1の鋼鉄よりも100倍強い、世界で最も強力な材料です。彼らは、幅が100ナノメートル未満で、非常に正確な生物医学画像に役立つナノ粒子を作成しました。科学者はまた、ナノワイヤを作成しました。シリコンスレッドは幅10〜100ナノメートルで、熱を電気に変換できます。電子機器メーカーは、ナノワイヤがコンピューター、自動車エンジン、発電所からの廃熱を利用できると言っています。

すでに、1, 000を超える消費者製品が何らかの形のナノテクノロジーを使用しています（国立科学アカデミーからの2008年の報告書は、ナノテクノロジーによる潜在的な健康および環境リスクのより良い監視を求めていますが）。製品には、より強くて軽い自転車フレーム、液体をそらす布地処理、日光をよりよく反射する日焼け止め、コンピューター用メモリーカード、眼鏡レンズ用の防曇コーティングが含まれます。

科学者たちは、腫瘍を殺すのにちょうど良い量の薬を届けることができるが、腫瘍の周囲には他に何もできないナノ粒子を開発している。他のナノ粒子は、水中の水銀汚染を検出できます。ある日、粒子はフィルターに使用されて有毒金属を除去するかもしれません。

小さなものから作られた大きな、人生を変えるものはまだ私たちの前にあります。数ヶ月持ちこたえるバッテリーや、ウイルスによって作られたナノワイヤーで作られた電気自動車に電力を供給するものなど、MITのアンジェラベルチャーはそれに取り組んでおり、オバマ大統領は彼と出会ったテクノロジーに非常に興奮しています。（「Invisible Engineers」を参照してください。）ナノテクの先見性のあるStan Williams率いるHewlett-Packardの研究所は、油を検出するための超高感度デバイスを開発するためのシェルとのパートナーシップを発表しました。原則として、彼らは油田の動きによって引き起こされる地球のナノスケールのシフトを登録できます。ウィリアムズはこの製品を「地球の中枢神経系」と呼んでいます。

ナノテクノロジーによって根本的に変化する世界の見通しは、現実よりも夢のようですが、専門家にとっては、その可能性はほとんど無限に思えます。科学者は、自己組織化できるナノ構造を作成しました。つまり、外部の方向をほとんどまたはまったく持たない大きな物体に形成できるということです。いつか、これらの微小な物体は、理論的には、より多くのナノ粒子を作る機械に組み込まれる可能性があります。すでに、IBMは自己組織化技術を使用して、コンピューターチップに断熱材を製造しています。 Institute for Soldier Nanotechnologiesと呼ばれるMITのセンターは、化学兵器に反応する不滅の戦闘装甲に取り組んでいます。

「あなたが見るところはどこでも、「ピースを見ると、それらはすべて異なる方向を指している」とホワイトサイドは言います。

ホワイトサイドは、彼がここに来た方法を正確に知りません。ここハーバード、この研究室、この人生。ケンタッキー州の小さな町で育ち、主婦と化学技術者の息子である彼は、学校で頑張りました。ある日、教師が両親に電話をかけ、息子について話したいと言いました。彼らの心は沈んだ。「「今やっていることは何ですか」」ホワイトサイドは両親の反応を思い出します。

先生は言いました。「子供をここから出さなければなりません。私は彼がアンドーバーに行くよう手配しました。」

「私はアンドーバーのことを聞いたことがありませんでした」とホワイトサイドはエリートのマサチューセッツ州の予備校について語っています。「それが何であるかさえ知りませんでした。ニューイングランドがどこにあるのか知りませんでした。」

そして、どういうわけか、彼はハーバード大学に出席することになりました。「ここに応募したことすら覚えていません。ある時点で私に手紙をもらいました。だから偶然ここに来たのだろう」

彼はカリフォルニア工科大学で卒業研究を続けました。博士論文の謝辞セクションで、彼は顧問のジョン・D・ロバーツに「患者の方向性と間接性」に感謝した。ほとんどの大学院生は指導者の方向性を高く評価している、とWhitesidesは言う。「私の場合、彼は私をまったく指示しませんでした。私がそこにいた数年間彼に会ったとは思わないが、私たちは素晴らしい関係を持っていた。」

ホワイトサイドは1982年にハーバードに到着する前にMITで20年近く教えました。彼は初心者向けの実践的な資本家です。ハーバード大学の物理学教授でナノテクノロジーコースを教えているマラプレンティスによれば、それは彼を現実世界のアプリケーションに集中させています。「ジョージは多くの人から大いに称賛されていますが、誰もが彼のスタイルに感謝しているわけではありません」と彼女は言います。 Whitesidesは気にしないようです。「私はそれがそこにあると思います」と彼はどんな敵意についても言います。しかし、CNNに出演したり会社を起業したりするのはゴーシュだと思う人には、彼にはほとんど時間がありません。彼は、「編み針を取り、ここに置くだけでいい」と言い、鼻を指して「押し込む」ことができます。

フィラデルフィアの歴史教育機関である化学遺産財団のトム・トリトン氏は、世界のトップ3の化学者のリストをフィールドの誰かに頼むと、ホワイトサイドがすべてのリストを作成すると言います。「彼の知性の幅広さは驚くべきものです」とトリトンは言います。財団の最優秀賞であるオスマーゴールドメダルを受賞したホワイトサイドは、市内の高校生と一日を過ごしました。トリトンは、ある学生がこの観察を後に提供したと言います：「彼は科学者かもしれませんが、彼は本当にクールです。」

Whitesidesのほぼすべての中心には矛盾があります。彼は複雑なツールを使用して物理学、化学、生物学、工学の複雑な分野で働いています-原子間力顕微鏡を使用した人はあまりいませんが、彼は単純さに取りつかれています。彼にシンプルさの例を尋ねると、彼は「グーグル」と言うでしょう。グーグルに「シンプル」という言葉を言うべきではありません。彼はグーグルのホームページを意味します。単語を入力して、インターネット上の情報を検索します。 Whitesidesはこのボックスに魅了されます。

「しかし、それはどのように機能しますか？」彼は言います。彼は一息ついて一息つく。彼は椅子に前かがみになります。彼の目は大きくなります。彼の額が上がり、それで彼の非常に大きな眼鏡。これは、ジョージ・ホワイトサイドが興奮していることです。

「バイナリから始めます。バイナリは算術の最も単純な形式です」と彼はコンピューターのプログラミングに使用される1と0のシステムについて語っています。次に、スイッチ、トランジスタ、集積回路の即興の歴史的ガイドツアーを開始し、最後にGoogleに戻ります。「非常に複雑なアイデアを考えて、人類の情報をすべて整理し、この小さなものに入れます」箱。"

Googleの背後にあるアイデア-膨大な知識のストアをエレガントで小さなパッケージにまとめること-は、Whitesidesが現在手に持っているものの背後にあるアイデアでもあります。さまざまな病気を現代の臨床検査室のほぼ正確に診断します。

発展途上国の遠隔地にいる医療従事者を対象としています。彼らは、患者の血液または尿の滴をスタンプに置きます。病気が16のうちの1つである場合、または切手が認識できるほど、病気に応じて色が変わります。その後、医療従事者または患者でさえ、携帯電話で切手の写真を撮ることができます。写真は医師または研究室に送ることができます。いつかコンピュータプログラムが携帯電話自体が仮の診断を行えるようにするかもしれません。

「病気を治療するには、まず何を治療しているのかを知る必要があります。それが診断であり、次に何かをしなければなりません」と、ホワイトサイドは技術について話す標準的なスピーチで述べています。「つまり、私たちが関与しているプログラムは、すべての診断、またはゼロコスト診断と呼ばれるものです。可能な限りゼロコストに近い医療関連情報をどのように提供しますか？どうやってやるの？」

あなたは紙から始めます、と彼は言います。安価です。それは吸収性です。簡単に着色します。用紙を診断ツールに変えるために、Whitesidesはワックスプリンターを介してそれを実行します。プリンターはワックスを紙に溶かし、ナノメートルサイズの分子が両端にあるチャネルを作成します。これらの分子は体液中の物質と反応します。液体は「これらのさまざまなウェルまたは穴に分散し、色を変えます」とWhitesidesは説明します。妊娠検査を考えてください。たとえば、あるコーナーでスタンプが青色に変わると、1つの診断が明らかになる場合があります。他の色のパターンが別のパターンを診断します。診断スタンプの作成コストはそれぞれ10セントであり、Whitesidesは診断スタンプをさらに安価にしたいと考えています。スタンプの画像を処理するように、カメラ付きの高度な携帯電話をプログラムできます。

「ホワイトサイドは文字通り紙を使ってこの素晴らしい仕事をしている」とビル・ゲイツは2年前に言った。「そして、あなたは知っています、それはとても安くて、とても簡単です、それは実際に出て、この深い方法で患者を助けることができました。」安くて簡単：Whitesidesの正確な計画。彼は開発途上国に技術をもたらすために、非営利グループ、Diagnostics for Allを結成しました。ビル・アンド・メリンダ・ゲイツ財団は、肝機能を測定する技術に投資しています。これは、強力なエイズと結核薬が体の最も重要な臓器の1つに損傷を与えないことを確認するために必要な検査です。現在、世界の隔離された地域で肝機能をテストすることは、一般的に費用がかかりすぎるか、ロジスティック的に難しい、またはその両方です。 Whitesidesのスタンプは、原因不明の発熱の原因を特定し、感染を特定するためにも開発されています。肝機能スタンプのプロトタイプが研究室でテストされており、初期の結果は有望であるとホワイトサイドは言います。チップは今年後半にフィールドテストを受け始める予定です。

珍しいホームスピーキングイベントであるボストンのステージを散策すると、Whitesidesは漁師の帽子をかぶって、発明がどのように使用されるかについてのビジョンを、時には無法な場所で説明します。医師ですが、18歳で、それ以外の場合は失業者で、2つのことを持っています。彼はこれらのテストでいっぱいのバックパックと、時々血液サンプルを採取するランセットとAK-47を持っています。そして、これらは彼が彼の一日を終わらせるものです。」

それは、ハーバードから遠く離れた場所での複雑な状況に対する単純な解決策ですが、ラボスタンプの作業は、まさにWhitesidesが望んでいるところです。「私がやりたいことは問題を解決することです」と彼は自分の研究室に戻り、自分の研究室をチップ上に保持しています。「そして、nanoが問題を解決する正しい方法である場合、それを使用します。他の何かが正しい方法であれば、それを使用します。私はナノテクノロジーの熱狂者ではありません。つまり、誰も見ることができないものに意味をもたらすことを除いて。彼の作品は、ナノテクノロジーの非常に小さなアーキテクチャを日常生活のアーキテクチャに押し込むことができました。

マイケルローゼンウォルドはスミソニアンの 2006年1月号の新しいインフルエンザウイルスの検索について書いた。