Найти Джорджа Уайтсайда часто сложно даже для Джорджа Уайтсайда. Поэтому он держит конверт в кармане пиджака. «На самом деле я не знаю, где я нахожусь, пока не посмотрю на это, - говорит он, - а потом я обнаруживаю, что нахожусь в Терре Хот, и тогда возникает вопрос:« Что дальше? » В последнее время конверт показал, что он находился в Бостоне, Абу-Даби, Мумбаи, Дели, Базеле, Женеве, Бостоне, Копенгагене, Бостоне, Сиэтле, Бостоне, Лос-Анджелесе и Бостоне.
Связанный контент
- Невидимая Инжиниринг
- Обнаружение сигнала?
Причина, по которой Бостон появляется так часто, хотя и не так часто, как предпочитает его жена, состоит в том, что Уайтсайдс - профессор химии в Гарвардском университете, а Бостон Логан - его домашний аэропорт. Причина всех других городов заключается в том, что вклад Whitesides в науку охватывает биологию, инженерию, физиологию, материаловедение, физику и, особенно в наши дни, нанотехнологии. Другие ученые, правительственные лидеры, изобретатели и инвесторы во всем мире хотят услышать его мнение.
Изобретения и идеи Whitesides породили более десятка компаний, в том числе фармацевтического гиганта Genzyme. Ни одна гарвардская лаборатория не сравнится с количеством патентов на его имя - «примерно 90», говорит он. Цитата «GM Whitesides» встречается чаще в научных статьях, чем цитата почти любого другого химика в истории.
Так что Whitesides - это что-то вроде научного боно, хотя оно выше, более проворное, а в 70 лет менее жесткое. Шапка шотландского рыбака почти всегда закрывает голову, даже перед аудиторией. У него глубокий голос с небольшим намеком на его родной Кентукки. В последнее время этот голос знакомит аудиторию с новым нанотехнологическим проектом, направленным на спасение жизней в развивающихся странах. «Какой самый дешевый материал, из которого можно сделать диагностическую систему?» - спрашивает он. "Бумага."
На листе бумаги, который не толще и не шире почтовой марки, Уайтсайдс построил медицинскую лабораторию.
Однажды прошлой зимой Уайтсайдс проснулся в своей постели. К 9 утра он был в своем кабинете недалеко от Гарвардского двора. На нем был его типичный наряд: костюм в тонкую полоску, белая рубашка, без галстука. Он поставил кепку своего рыбака на стол переговоров перед книжной полкой, в которой находились Клетка, Микроэлектронные материалы, Физическая химия, Продвинутая органическая химия и Известные цитаты Бартлетта .
Текст, не находящийся на полке, был « Не малый вопрос: наука о наноразмерных масштабах», недавно опубликованная книга журнальных столиков Whitesides и научного фотографа Феличе К. Френкель. Речь идет о действительно экзотических вещах, которые кажутся очень большими, но исключительно, нелепо, поразительно маленькими - нанотрубки, квантовые точки, самоорганизующиеся машины.
Нанотехнология, проще говоря, наука о структурах размером от 1 нанометра или миллиардной доли метра до 100 нанометров. (Приставка «нано» происходит от греческого слова «карлик».) Однако для большинства людей это определение не так просто. Попытка понять нанометры может быстро вызвать скрещенные глаза. Лист бумаги, на котором напечатаны эти слова, имеет толщину 100 000 нанометров - диаметр человеческого волоса, примерно самый маленький объект, который человек может увидеть невооруженным глазом. Бактерия, сидящая на этой бумаге, имеет диаметр около 1000 нанометров - микроскопический. Видеть что-то размером всего в один нанометр было невозможно до 1981 года, когда два физика IBM изобрели первый сканирующий туннельный микроскоп. Обычные микроскопы используют линзы для увеличения всего, что находится на линии видимости. Но сканирующие туннельные микроскопы работают больше как человек, читающий шрифт Брайля, перемещаясь по поверхности структур с помощью крошечного стилуса. Физики, получившие Нобелевскую премию всего пять лет спустя, создали стилус с наконечником, диаметр которого составлял всего один атом (менее одного нанометра). По мере движения стилус обнаруживает структуру материала путем записи электрической обратной связи, а затем микроскоп переводит записи в изображения.
Теперь, когда действительно маленькие вещи - вплоть до отдельных атомов - наконец-то можно было увидеть, Уайтсайдс и другие химики очень заинтересовались наноразмерными материалами. И то, что они узнали, поразило их. Оказывается, что такие маленькие материалы обладают неожиданными свойствами - мы были просто невежественны, пока не увидели их вблизи. Молекулы с различными поверхностями - поверхностями, которые обычно плохо сочетаются, если вообще вообще могут - могут внезапно слиться. Стекло, обычно изолятор электрических токов, может проводить электричество. Материалы, которые не могли нести электрические заряды, внезапно становятся полупроводниками. Металлическое золото в достаточно мелких частицах может выглядеть красным или синим.
«Одной из прелестей маленьких вещей является то, что они оказываются настолько чуждыми, несмотря на внешнее сходство формы или функции с более крупными, более знакомыми родственниками», - пишет Уайтсайдс в своей книге. «Обнаружение этих различий в наименьших масштабах удивительно увлекательно, и их использование может изменить (и изменил) мир».
Ученые создали углеродные нанотрубки, полые цилиндры диаметром два нанометра или меньше, которые оказываются самым прочным материалом в мире, в 100 раз прочнее стали с одной шестой массой. Они создали наночастицы - шириной менее 100 нанометров и полезные для очень точных биомедицинских изображений. Ученые также создали нанопроволоки - кремниевые нити шириной от 10 до 100 нанометров, способные преобразовывать тепло в электричество. Производители электроники говорят, что нанопроволоки могут использовать отработанное тепло от компьютеров, автомобильных двигателей и электростанций.
Уже более 1000 потребительских товаров используют те или иные формы нанотехнологий (хотя в докладе Национальной академии наук за 2008 год содержится призыв к более эффективному мониторингу потенциальных рисков для здоровья и окружающей среды от нанотехнологий). Продукция включает в себя более прочные и легкие рамы для велосипедов, средства для ухода за тканями, которые отражают жидкость, солнцезащитные кремы, которые лучше отражают солнечный свет, карты памяти для компьютеров и противотуманные покрытия для линз для очков.
Ученые разрабатывают наночастицы, которые могут доставить нужное количество лекарств, чтобы убить опухоль, но не более того. Другие наночастицы могут обнаруживать загрязнение ртутью в воде; однажды частицы могут быть использованы в фильтрах для удаления токсичного металла.
Большие, изменяющие жизнь вещи, сделанные из маленьких вещей, все еще впереди нас. Такие вещи, как аккумуляторы, которые могут работать в течение нескольких месяцев, и электрические электромобили, сделанные из нанопроводов, созданных вирусами, - над этим работает Анджела Белчер из MIT, и президент Обама настолько взволнован этой технологией, что встретился с ней. (См. «Невидимые инженеры».) Лаборатория Hewlett-Packard, которую возглавляет нанотехнолог-провидец Стэн Уильямс, только что объявила о партнерстве с Shell по разработке сверхчувствительных устройств для обнаружения нефти; в принципе, они могут регистрировать наноразмерные сдвиги в земле, вызванные движениями на нефтяных месторождениях. Уильямс называет продукт «центральной нервной системой Земли».
Перспектива коренного изменения мира из-за нанотехнологий все еще более мечтательная, чем реальная, но для экспертов возможности кажутся почти безграничными. Ученые создали наноструктуры, которые могут самостоятельно собираться, что означает, что они могут формироваться в более крупные объекты практически без внешнего направления. Когда-нибудь эти мельчайшие объекты теоретически могут превратиться в машину, которая производит больше наночастиц. Уже сейчас IBM использует методы самосборки для производства изоляции в компьютерных чипах. Центр в Массачусетском технологическом институте, названный Институтом солдатских нанотехнологий, работает над неразрушимой боевой броней, способной реагировать на химическое оружие.
«Куда бы вы ни посмотрели, - говорит Уайтсайд, - вы видите кусочки, и все они указывают в разных направлениях».
Уайтсайдс не знает точно, как он попал сюда. Здесь Гарвард, эта лаборатория, эта жизнь. Выросший в маленьком городке Кентукки, сын домохозяина и инженера-химика, он торчал в школе. Однажды учитель позвонил своим родителям и сказал, что хотел бы поговорить с ними об их сыне. Их сердца упали. «Что теперь сделал этот маленький ублюдок?» Уайтсайдс вспоминает реакцию своих родителей.
Учитель сказал: «Вы должны вытащить своего ребенка отсюда. Я договорился, чтобы он поехал в Андовер.
«Я никогда не слышал об Андовере», - говорит теперь Уайтсайд об элитной Массачусетской подготовительной школе. «Я даже не знал, что это было. Я не знал, где находится Новая Англия.
А потом он каким-то образом попал в Гарвард. «Я даже не помню, что подал заявку здесь. Я только что получил письмо в какой-то момент, признавая меня. Поэтому я полагаю, что пришел сюда случайно.
Он продолжал делать дипломную работу в Калифорнийском технологическом институте. В разделе благодарностей своей докторской диссертации он поблагодарил своего советника Джона Д. Робертса за «его терпеливое руководство и косвенность». Большинство аспирантов ценят направление наставника, говорит Уайтсайдс. «В моем случае он не руководил мной вообще. Я не думаю, что видел его в те годы, когда был там, но у нас были хорошие отношения ».
Уайтсайдс преподавал в Массачусетском технологическом институте в течение почти 20 лет до прибытия в 1982 году в Гарвард, где он является чем-то вроде редкости. Во-первых, он практикующий капиталист. По словам Мары Прентисс, профессора Гарвардской физики, преподающего вместе с ним курс нанотехнологии, он фокусируется на реальных приложениях, которыми восхищаются не все его коллеги. «Многие восхищаются Джорджем, но не все ценят его стиль», - говорит она. Whitesides, кажется, не заботится. «Я предполагаю, что это там, » говорит он о любой враждебности. Но у него очень мало времени для тех, кто думает, что появление на CNN или начинающих компаниях - неуклюжие. Он говорит, что они могут «просто взять спицу и положить ее сюда», - он указывает на нос, - «и засунуть ее».
Том Триттон, президент Фонда химического наследия, историко-образовательной организации в Филадельфии, говорит, что если вы попросите кого-нибудь в этой области составить список трех лучших химиков мира, Whitesides сделает каждый список. «Масштаб его интеллекта поразителен, - говорит Триттон. Получив высшую награду фонда, золотую медаль Отмера, Уайтсайдс провел день со школьниками в городе. Триттон говорит, что один студент позже предложил это наблюдение: «Он может быть ученым, но он действительно крут».
В основе почти всего, что делает Уайтсайдс, лежит противоречие: он работает в сложных областях физики, химии, биологии и инженерии, используя сложные инструменты - мало кто когда-либо пользовался атомно-силовым микроскопом - и все же он одержим простотой. Спросите у него пример простоты, и он скажет: «Google». Он не означает, что вы должны дать Google слово «простота». Он имеет в виду домашнюю страницу Google, запасной прямоугольник на белом поле, в котором находятся миллионы людей. введите слова, чтобы найти информацию в Интернете. Whitesides загипнотизирован этой коробкой.
«Но как это работает?» - говорит он. Он делает паузу, переводя дыхание. Он наклоняется вперед в своем кресле. Его глаза становятся большими. Его лоб поднимается, а вместе с ним и его очень большие очки. Это Джордж Уайтсайд взволнован.
«Вы начинаете с двоичного, а двоичный - самая простая форма арифметики», - говорит он о системе единиц и нулей, используемой для программирования компьютеров. Затем он начинает импровизированную историческую экскурсию по коммутаторам, транзисторам и интегральным схемам, прежде чем вернуться, наконец, в Google, «которая берет идею такой невероятной сложности - организовать всю информацию человечества - и помещает ее в эту маленькую вещь, в коробка."
Идея Google - свести огромные запасы знаний в элегантную маленькую упаковку - также идея, лежащая в основе того, что Уайтсайдс теперь держит в руке, так называемая лаборатория на чипе размером не больше почтовой марки, которая разработана диагностировать различные заболевания практически с точностью современной клинической лаборатории.
Он предназначен для работников здравоохранения в отдаленных частях развивающихся стран. Они поместят каплю крови или мочи пациента на марку; если болезнь относится к числу 16 или около того, что штамп может распознать, он изменит цвет в зависимости от болезни. Затем медицинский работник или даже пациент могут сфотографировать марку с помощью мобильного телефона. Картинку можно отправить врачу или в лабораторию; когда-нибудь компьютерная программа может позволить мобильному телефону поставить предварительный диагноз.
«Чтобы лечить болезнь, вы должны сначала знать, что вы лечите - это диагностика, - а потом вам нужно что-то делать», - говорит Уайтсайдс в своей стандартной речи о технологии. «Таким образом, программа, в которую мы вовлечены, - это то, что мы называем диагностикой для всех, или диагностикой с нулевой стоимостью. Как вы предоставляете медицинскую информацию как можно ближе к нулю? Как ты делаешь это?"
Вы начинаете с бумаги, говорит он. Это недорого. Это абсорбент. Цвета легко Чтобы превратить бумагу в диагностический инструмент, Whitesides пропускает ее через восковой принтер. Принтер тает воск на бумаге, чтобы создать каналы с молекулами нанометрового размера на концах. Эти молекулы реагируют с веществами в жидкостях организма. Жидкость «распределяется в эти различные лунки или отверстия и меняет цвет», объясняет Уайтсайдс. Подумайте тест на беременность. Например, печать, которая становится синей в одном углу, может указывать на один диагноз; образец других цветов диагностировал бы другой. Стоимость изготовления диагностических марок составляет 10 центов каждая, и Whitesides надеется сделать их еще дешевле. Почти любой продвинутый мобильный телефон с камерой может быть запрограммирован для обработки изображения марки.
«Whitesides выполняет эту блестящую работу буквально с помощью бумаги», - сказал Билл Гейтс два года назад. «И, вы знаете, это так дешево и так просто, что может реально помочь и помочь пациентам таким глубоким способом». Дешево и просто: план Whitesides точно. Он создал некоммерческую группу «Диагностика для всех», чтобы донести эту технологию до развивающихся стран. Фонд Билла и Мелинды Гейтс инвестирует в технологию для измерения функции печени, тест, необходимый для того, чтобы сильные лекарства от СПИДа и туберкулеза не повредили один из самых важных органов организма. В настоящее время тестирование функции печени в изолированных частях мира, как правило, слишком дорого или слишком сложно с технической точки зрения, или и то, и другое. Марка Whitesides также разрабатывается, чтобы точно определить причину лихорадки неизвестного происхождения и выявить инфекции. Прототип штампа функции печени проходит испытания в лаборатории, и ранние результаты, как говорит Уайтсайд, более чем многообещающие. Чип начнет проходить полевые испытания в конце этого года.
Прогуливаясь по сцене в Бостоне - редкое домашнее выступление - Уайтсайдс в шапке своего рыбака излагает свое видение того, как будет использоваться изобретение, иногда в беззаконных местах: «Мой взгляд на работника здравоохранения будущего не врач, но 18-летний безработный, у которого есть две вещи. У него есть рюкзак, полный этих анализов, и ланцет, чтобы иногда брать образец крови, и АК-47. И это то, что проходит через его день ».
Это простое решение для сложной ситуации, вдали от Гарварда, но работа над печатью лаборатории - это именно то, чего хочет Whitesides. «Я хочу решить проблемы», - говорит он, возвращаясь в свою лабораторию, держа свою лабораторию на чипе. «И если нано является правильным способом решения проблемы, я воспользуюсь этим. Если что-то еще будет правильным, я воспользуюсь этим. Я не фанат нанотехнологий. Я на самом деле не фанатик ни для чего ». За исключением того, что он привносит смысл в то, чего никто даже не видит. Его работа может толкнуть невероятно маленькую архитектуру нанотехнологий в архитектуру повседневной жизни.
Майкл Розенвальд написал о поиске новых вирусов гриппа для номера журнала « Смитсоновский институт» за январь 2006 года.
По словам Джорджа Уайтсайда, в очень малых масштабах самые распространенные материалы «оказываются настолько чужеродными», держа в руках прототип диагностического чипа. (Паула Лернер / Аврора фото) 
Полимерные листья длиной в несколько тысяч нанометров обертывают даже более тонкие полимерные сферы. (Феличе К. Франкель) 
Углеродные нанотрубки, показанные в компьютерной модели, являются самыми прочными и жесткими материалами из когда-либо созданных - даже если атомы углерода в трубках удерживаются вместе химическими связями, обнаруженными в свинцовом карандаше. (Феличе К. Франкель) 
Странные наноразмерные структуры, называемые «квантовыми точками», излучают цветные огни и не тускнеют. Здесь показаны квантовые точки, которые окрашивают структуры в клетках. (Феличе К. Франкель) 
Уайтсайдс хочет, чтобы его изобретения в области нанотехнологий были простыми и дешевыми. Эта лаборатория на бумажном штемпеле может быть использована для проверки функции печени. (Паула Лернер / Аврора фото) 
Несмотря на кажущийся хаос в его лаборатории, «мы привыкли создавать структуры с точностью до нанометрового размера и знать, где находится каждый атом», - говорит Уайтсайдс, представленный здесь вместе с ученым-разработчиком Патриком Битти. «Это то, что мы делаем для жизни». (Паула Лернер / Аврора фото)
