Jak využít potenciál nanotechnologií a zabránit jejich možným negativním důsledkům? To byla otázka, kterou položila Christine Petersonová, když před třiceti lety založila Foresight Institute, neziskový nanotechnologický think tank. A teď, ona říká, tato otázka ji stále vede. V posledních deseti letech nanotechnologie zaznamenala významný pokrok a našla praktické uplatnění. Někteří vyvíjejí návrhy nanočástic pro lékařské implantáty, které by mohly stimulovat růst kostních buněk a pozitivní expresi genů. Jiní pracují na vytvoření zvládnutelných nanočástic, které by mohly detekovat a dokonce zničit rakovinné buňky.
Myšlenka nanomachinů, které prochází vaším tělem a opravují je na buněčné úrovni, se díky vývoji nanomotorů a nanomagnetů přiblížila realitě. Než se k nim ale dostaneme, Peterson věří, že existují další zajímavé důsledky pro nanotechnologie. Například samočisticí povrchy a nanotechnické katalyzátory, které zachycují skleníkové plyny a přeměňují oxid uhličitý na látky, které továrny potřebují.
Koncem minulého měsíce vystoupil Peterson na globálním summitu v San Franciscu. V tomto rozhovoru zjistíte, jak podle jejího názoru nám nanotechnologie pomohou vyřešit problém vody, léčby rakoviny a vést nás k lepší budoucnosti.
Nanotechnologie dnes: Vague Point on Exponential Curve?
Nanotechnologii rozděluji do tří fází: materiály, zařízení, systémy. Každý z nich sleduje svou vlastní křivku. V tomto okamžiku vidíme většinou nanočástice, ale nemají molekulární přesnost - nejsou atomově přesné. Jak se tento parametr zlepšuje, uvidíme vznik materiálů s takovou přesností, zejména ve filtraci a katalýze.
Jakmile se tyto produkty dostanou na trh, uvidíme, jak explodují jako raketa. Poptávka po čisté vodě je obrovská. Poptávka po nakládání s skleníkovými plyny je obrovská. Kdokoli přijde k těmto cílům jako první, výsledek bude pozitivní.
Propagační video:
Vysvětlete nanotechnologii cizímu člověku na ulici v kostce
Příroda manipuluje s jednotlivými molekulami a vytváří nejsložitější věci světa - rostliny, zvířata a naše vlastní těla. Výzva pro nanotechnologie spočívá v použití systémů molekulárních strojů k vytvoření všeho, co chceme, se stejnou mírou přesnosti a k tomu, aby byla stejně čistá jako příroda.
V roce 2013 jste předpověděli, že pokrok v nanotechnologiích v příštích deseti letech v medicíně bude mít významný dopad na detekci, zobrazování a léčbu rakoviny. Jaké pokroky v nanotechnologiích byly pro medicínu v posledních několika letech nejdůležitější?
Vynaložilo obrovské úsilí - stovky milionů dolarů - použití nanotechnologií k boji proti rakovině a úsilí se vyplácí.
Mnoho různých skupin, jako je Stanfordské centrum pro pokrok v onkonanotechnologii, experimentuje s nanočásticemi, aby se od nich pokusilo získat užitečné chování, jako je přenos barevného signálu, když je nalezena rakovinová buňka, nebo připojení k rakovinné buňce, dokud není studována. Mohou být také naprogramovány tak, aby uvolňovaly speciální signalizační molekulu, když je detekována rakovinová buňka.
V laboratoři může vzniknout mnohem více neobvyklých reakcí. Například, nanočástice mohou absorbovat světlo a vytvářet nízkoenergetické akustické vibrace, když je detekován nádor, nebo mohou uvolňovat teplo, aby zničily buňku.
Které klinické studie jsou pro vás nejvíce povzbuzující?
Jedním z mých oblíbených je MagArray. Připojuje nanomagnety k rakovinným buňkám a poté je identifikuje se vzorkem na čipu. Trvá to méně než hodinu a vyžaduje minimální technické školení. Kromě rakoviny lze tuto metodu použít ke sledování cytokinů, což je užitečné při práci s Alzheimerovou chorobou a autoimunitními chorobami.
Samozřejmě, pokud dokážeme bojovat proti rakovině - a to určitě můžeme - Alzheimerova choroba se stane ještě větším problémem, než je tomu nyní. Jen bojovat proti rakovině nestačí. Musíme pokračovat v práci a vypořádat se se všemi chronickými nemocemi.
Existují nové „chytré materiály“, které se testují v nanotechnických zařízeních a které by mohly brzy nahradit moderní technologie? Pokud ano, které?
Například: Líbí se mi myšlenka samočistících materiálů. University of Cambridge pracuje na tvorbě povrchů, ve kterých jsou zabudovány fotokatalytické nanočástice oxidu titaničitého. Používají ultrafialové světlo k přeměně povrchových nečistot na oxid uhličitý a vodu. Kapka oleje o velikosti otisků prstů na takovém povrchu se odstraní za hodinu a půl.
Jednoho dne budeme mít kovové implantáty, které nejsou vhodné pro mnoho účelů. University of Montreal a partneři našli způsob, jak na povrchu takových implantátů vytvořit vzory nanočástic, a mohou zvýšit růst kostních buněk, snížit růst nežádoucích buněk, stimulovat vývoj kmenových buněk a pozitivně změnit expresi genu. Úžasný. Mnoho z těchto použití doslova zmizelo ze stránek sci-fi.
V Austrálii RMIT a University of Adelaide pracují na materiálech, které používají krystaly nanočástic - dielektrické rezonátory - pro přenos nebo blokování světla o specifické vlnové délce. To může vést k vytvoření kontaktních čoček, které mění to, co vidíme, nebo dokonce k vytvoření čelního displeje, který zobrazuje další informace v našem zorném poli. Nakonec si vzpomínám na jména lidí, které jsem už potkal.
Když jste spoluzakládali Foresight Institute, jaké byly vaše inspirace? Jaká otázka tě v té době trápila?
Pak jsem se obával otázky: jak extrahovat kolosální výhody z možností nanotechnologie a vyhnout se možným negativním důsledkům, stejně jako kolosální?
Chtěli bychom urychlit vývoj pokročilých lékařských a jiných pozitivních aplikací a zabránit tomu, aby se vojsko vyvíjelo stejným tempem. Pochopení síly nanotechnologií při zlepšování kvality života a zejména medicíny prošlo dlouhou cestou, ale kvůli různým omezením je lékařské použití neustále opožděno. Ve vojenské oblasti je opak pravdou: armáda získá včasný přístup k novým technologiím a vojenské aplikace jsou financovány desetkrát lépe.
Kombinovat tyto trendy, a je jasné, proč je obtížné urychlit vývoj lékařských aplikací této technologie při současném zpomalení vývoje armády. To je obtížný úkol.
Jak to bylo v roce 2025, jak nanotechnologie zlepšila životní prostředí?
Do této doby, a možná i dříve, mohou nastat dva velké průlomy. Nejprve můžeme vyřešit problém s vodou pomocí molekulární přesné filtrace. Tuto technologii již vyvíjí soukromá společnost AquaVia s podporou Národní vědecké nadace.
Za druhé, můžeme vyčistit vzduch od znečištění, včetně skleníkových plynů, pomocí nanotechnických katalyzátorů, které odstraňují oxid uhličitý ze vzduchu a přeměňují jej na chemikálie, které lze použít v průmyslu. Na tom pracuje Christian Schaffmeister z Temple University.
Téměř jakýkoli environmentální problém, který si lze představit, lze teoreticky vyřešit pomocí pokročilé nanotechnologie. Byl to tento sen o obnově životního prostředí, který mě vtáhl do této oblasti před desítkami let, a je dobré vidět, že se konečně začíná naplňovat.
Co nás může zastavit v příštích 10 letech?
Oba tyto vyhlídky jsou určitě na cestě. Jedinou otázkou je, kdy. Do výzkumu a vývoje musíme investovat více zdrojů. Existují talenty, existují nápady, jde o financování.
Jaký je váš oblíbený „inteligentní objekt“budoucnosti?
Obvykle se obracím k myšlenkovému experimentu. Představte si židli tvořenou systémy molekulárních strojů. Tyto stroje lze uspořádat do jiného tvaru, jako je například stůl. Jak dlouho bude trvat, než se změní forma z jedné na druhou? Tento experiment si snadno dokážete představit, protože vy sami jste složeni z molekulárních strojů.
Představte si, že si dřepíte, abyste si vytvořili židli, a poté padl na všechny čtyři a stal se „stolem“. Celá operace trvá méně než sekundu. Toto je maximální doba, po kterou se pokročilá nanomateriál židle stane stolkem. Pokud bude takový cíl stanoven, může to být rychlejší.
Ale můj sen je „stroj na opravu buněk“, který se může pohybovat kolem těla a opravovat DNA, proteiny a další molekuly. Stavět takové auto nebude snadné. Bude vyžadovat mnoho výměnných nástrojů, které lze podle potřeby načíst a uvolnit. Mohla však analyzovat a poté vyřešit téměř jakýkoli fyzický problém v našem těle, včetně stárnutí.
ILYA KHEL