At finde George Whitesides er ofte vanskeligt, selv for George Whitesides. Så han holder en konvolut i sin jakkelomme. ”Jeg ved faktisk ikke, hvor jeg er generelt, før jeg ser på det, ” siger han, ”og så finder jeg ud af, at jeg er i Terre Haute, og så er spørgsmålet virkelig, ” Hvad er det næste? ” nylig strækning afslørede konvolutten, at han var i Boston, Abu Dhabi, Mumbai, Delhi, Basel, Genève, Boston, København, Boston, Seattle, Boston, Los Angeles og Boston.
Relateret indhold
- Usynlig teknik
- Signalopdagelse?
Årsagen til at Boston optræder så hyppigt, selvom ikke så ofte som hans kone foretrækker, er at Whitesides er professor i kemi ved Harvard University, og Boston Logan er hans hjemlige lufthavn. Årsagen til alle de andre byer er, at Whitesides 'bidrag til videnskab spænder fra biologi, ingeniørarbejde, fysiologi, materialevidenskab, fysik og især i disse dage nanoteknologi. Andre forskere, regeringsledere, opfindere og investorer over hele verden ønsker at høre fra ham.
Whitesides 'opfindelser og ideer har skabt mere end et dusin virksomheder, herunder medicinalgiganten Genzyme. Intet Harvard-laboratorium kommer tæt på at matche antallet af patenter knyttet til hans navn - "cirka 90, " siger han. Citatet “GM Whitesides” vises hyppigere i akademiske artikler end næsten enhver anden kemiker i historien.
Så Whitesides er noget som videnskabens Bono, selvom den er højere, mere wiry og i en alder af 70, mindre hirsute. En skotsk fiskerkappe dækker næsten altid sit hoved, selv foran et publikum. Han har en dyb stemme med et lille antydning af hans oprindelige Kentucky. Den sidste tid har denne stemme introduceret publikum til et nyt nanoteknologiprojekt, der sigter mod at redde liv i udviklingslandene. ”Hvad er de billigste mulige ting, som du kan lave et diagnosesystem ud af?” Spørger han. "Papir."
På et stykke papir, der ikke er tykkere eller bredere end et frimærke, har Whitesides bygget et medicinsk laboratorium.
En dag denne sidste vinter vågnede Whidesides i sin egen seng. Kl. 9 var han på sit kontor lige ved Harvard Yard. Han havde på sig sit typiske tøj: en strimmeldragt, hvid skjorte, uden slips. Han satte sin fiskerkappe på et konferencebord foran en boghylde, der indeholdt The Cell, mikroelektroniske materialer, fysisk kemi, avanceret organisk kemi og Bartlett's velkendte citater .
En tekst, der ikke var på hylden, var No Small Matter: Science on the Nanoscale, en nyudgivet sofabordbog af Whitesides og videnskabsfotografen Felice C. Frankel. Det handler om virkelig eksotiske ting, der ser ud til at være meget store, men som er usædvanligt, absurd, forbløffende små - nanorør, kvanteprikker, selvmonterende maskiner.
Nanoteknologi er, simpelthen defineret, videnskaben for strukturer, der måler mellem 1 nanometer eller milliarddels meter og 100 nanometer. (Præfikset “nano” kommer fra det græske ord for dværg.) For de fleste er denne definition stadig ikke så enkel. Forsøg på at forstå nanometre kan hurtigt fremkalde krydsede øjne. Papirarket, som disse ord er trykt på, er 100.000 nanometer tykt - diameteren på et menneskehår, omtrent det mindste objekt, en person kan se med uhjælpede øjne. En bakterie, der sidder oven på dette papir, er ca. 1.000 nanometer i diameter - mikroskopisk. At se noget kun en nanometer i størrelse var umuligt indtil 1981, hvor to IBM-fysikere opfandt det første scannings-tunnelmikroskop. Konventionelle mikroskoper bruger linser til at forstørre hvad der er i sigtlinjen. Men scanning af tunnelmikroskoper fungerer mere som en person, der læser blindeskrift, og bevæger sig hen over overfladen af strukturer ved hjælp af en lille pennen. Fysikerne, der kun fem år senere vandt en Nobelpris, byggede en stylus med et tip, der kun var et atom på tværs (mindre end et nanometer). Når det bevæger sig, registrerer pennen materialets struktur ved at registrere elektrisk feedback, og derefter oversætter mikroskop optagelserne til billeder.
Nu hvor virkelig små ting - helt ned til individuelle atomer - endelig kunne ses, blev Whitesides og andre kemikere meget interesserede i nanoskala-materialer. Og hvad de lærte forbløffet dem. Materialer, der er så småt, viser det sig, har uventede egenskaber - vi var bare uklare, indtil vi kunne se dem tæt på. Molekyler med forskellige overflader - overflader, der normalt ikke kombineres godt, hvis overhovedet - kan pludselig binde. Glas, normalt en isolator af elektriske strømme, kan lede elektricitet. Materialer, der ikke kunne bære elektriske ladninger, bliver pludselig halvledere. Metalguldet i små nok partikler kan forekomme rødt eller blåt.
”En af de små tings fascination er, at de viser sig at være så fremmede, på trods af overfladiske ligheder i form eller funktion for større, mere kendte slægtninge, ” skriver Whitesides i sin bog. ”At opdage disse forskelle i mindste skala er vidunderligt fascinerende, og at bruge dem kan ændre (og har ændret) verden.”
Forskere har skabt kulstofnanorør, hule cylindre med to nanometer eller mindre i diameter, der viser sig at være det stærkeste materiale i verden, 100 gange stærkere end stål med en sjettedel af vægten. De har skabt nanopartikler - mindre end 100 nanometer brede og nyttige til meget præcise biomedicinske billeder. Forskere har også lavet nanotråde - siliciumtråde 10 til 100 nanometer brede og i stand til at konvertere varme til elektricitet. Elektronikproducenter siger, at nanotrådene kunne bruge spildvarme fra computere, bilmotorer og kraftværker.
Allerede bruger mere end 1.000 forbrugerprodukter en eller anden form for nanoteknologi (selvom en rapport fra 2008 fra National Academy of Sciences opfordrede til bedre overvågning af potentielle sundheds- og miljørisici fra nanoteknologi). Produkterne inkluderer stærkere og lettere cykelrammer, stofbehandlinger, der afleder væsker, solcremer, der afviser sollys bedre, hukommelseskort til computere og tåge-resistente belægninger til brilleglas.
Forskere udvikler nanopartikler, der kan levere den rigtige mængde medicin til at dræbe en tumor, men intet andet omkring den. Andre nanopartikler kan registrere kviksølvforurening i vand; en dag kan partiklerne bruges i filtre til at fjerne det giftige metal.
De store, livsforandrende ting lavet af små ting er stadig foran os. Ting som batterier, der kan vare i måneder og tænde elbiler, lavet af nanotråde bygget af vira - Angela Belcher hos MIT arbejder på det, og præsident Obama er så begejstret for teknologien, at han har mødt hende. (Se "Invisible Engineers".) Et Hewlett-Packard-laboratorium, ledet af nanotech-visionær Stan Williams, annoncerede netop et partnerskab med Shell for at udvikle ultresensitive enheder til at detektere olie; i princippet kan de registrere nanoskala-forskydninger i jorden forårsaget af bevægelser i oliefelter. Williams kalder produktet et "centralt nervesystem for jorden."
Udsigterne til, at verden grundlæggende ændrer sig på grund af nanoteknologi, er stadig mere drømmende end reelle, men for eksperter synes mulighederne næsten uendelige. Forskere har skabt nanostrukturer, som kan samles selv, hvilket betyder, at de kan forme sig til større objekter med ringe eller ingen udvendig retning. En dag kunne disse minutobjekter teoretisk bygge sig ind i en maskine, der fremstiller flere nanopartikler. IBM bruger allerede selvmonteringsteknikker til at fremstille isolering i computerchips. Et center hos MIT kaldet Institute for Soldier Nanotechnologies arbejder på uforglemmelig kamprustning, der kan reagere på kemiske våben.
"Overalt hvor du ser, " siger Whitesides, "du ser stykker, og de peger alle i forskellige retninger."
Whitesides ved ikke nøjagtigt, hvordan han kom hertil. Her er Harvard, dette laboratorium, dette liv. Da han voksede op i en lille by i Kentucky, søn af en hjemmeværende og en kemisk ingeniør, stak han ud på skolen. En dag ringede en lærer til sine forældre og sagde, at han gerne ville tale med dem om deres søn. Deres hjerter sank. ”'Hvad er den lille jævn, der er gjort nu?'” Whitesides minder om sine forældres reaktion.
Læreren sagde: ”Du er nødt til at få dit barn ud herfra. Jeg har arrangeret, at han skal til Andover. ”
”Jeg havde aldrig hørt om Andover, ” siger Whitesides nu om elite-gymnasiet i Massachusetts. ”Jeg vidste ikke engang, hvad det var. Jeg vidste ikke, hvor New England var. ”
Og så endte han på en eller anden måde med at deltage i Harvard. ”Jeg kan ikke engang huske, at jeg havde ansøgt her. Jeg har lige fået et brev på et tidspunkt, hvor jeg indrømmede mig. Så jeg formoder, at jeg kom hit ved et uheld. ”
Han fortsatte med at arbejde på California Institute of Technology. I anerkendelsesafsnittet i sin doktordisputats takkede han sin rådgiver, John D. Roberts, for ”hans patientretning og indirekte”. De fleste kandidatstuderende værdsætter en mentors retning, siger Whitesides. ”I mit tilfælde dirigerede han mig slet ikke. Jeg tror ikke, jeg så ham i de år, jeg var der, men vi havde et pænt forhold. ”
Whidesides underviste på MIT i næsten 20 år, før de ankom i 1982 til Harvard, hvor han er noget af en sjældenhed. Han er en praktiserende kapitalist til at begynde med. Det fokuserer ham på applikationer i den virkelige verden, noget som ikke alle hans kolleger beundrer, ifølge Mara Prentiss, en Harvard-fysikprofessor, der underviser et nanoteknologikursus sammen med ham. ”George er meget beundret af mange mennesker, men ikke alle sætter pris på hans stil, ” siger hun. Whitesides ser ikke ud til at være ligeglad. ”Jeg formoder, at det er derude, ” siger han om enhver fjendskab. Men han har meget lidt tid til dem, der synes, at det at se på CNN eller starte virksomheder er gauche. Han siger, at de kan "bare tage en strikkepind og sætte den her" - han peger på næsen - "og skyve den."
Tom Tritton, præsident for Chemical Heritage Foundation, en historie- og uddannelsesorganisation i Philadelphia, siger, at hvis du beder nogen i marken om at liste over verdens top tre kemikere, vil Whitesides lave hver liste. ”Hans intellektuelle bredde er forbløffende, ” siger Tritton. Efter at have modtaget stiftelsens højeste pris, Othmer guldmedalje, tilbragte Whitesides dagen med gymnasiestuderende i byen. Tritton siger, at en studerende senere tilbød denne observation: ”Han er muligvis en videnskabsmand, men han er virkelig cool.”
I hjertet af næsten alt, hvad Whitesides gør, er en modsigelse: han arbejder inden for komplekse områder af fysik, kemi, biologi og teknik ved hjælp af komplekse værktøjer - ikke mange mennesker har nogensinde udøvet et atomkraftmikroskop - og alligevel er han besat af enkelhed. Bed ham om et eksempel på enkelhed, og han vil sige, "Google." Han mener ikke, at du skal Google ordet "enkelhed." Han mener Googles startside, det ekstra rektangel på det hvide felt, hvor millioner af mennesker er skriv ord for at finde information på Internettet. Whitesides er fascineret af denne boks.
”Men hvordan fungerer det?” Siger han. Han holder pause og trækker vejret. Han læner sig frem i stolen. Hans øjne bliver store. Hans pande går op, og med det hans meget store briller. Dette er George Whitesides, der bliver ophidset.
”Du starter med binær, og binær er den enkleste form for aritmetik, ” siger han om systemet med nuller og nuller, der bruges til at programmere computere. Derefter starter han i en improviseret historisk guidet tur med switches, transistorer og integrerede kredsløb, før han endelig vender tilbage til Google, “der tager en idé om så utrolig kompleksitet - at organisere al menneskehedens information - og sætter det i denne lille ting, i en kasse."
Ideen bag Google - kogning af store lagre af viden i en elegant lille pakke - er også ideen bag det, som Whitesides nu holder i sin hånd, et såkaldt laboratorium på en chip, der ikke er større end et frimærke, der er designet at diagnosticere forskellige sygdomme med næsten præcisionen i et moderne klinisk laboratorium.
Det er beregnet til sundhedsarbejdere i afsidesliggende dele af udviklingslande. De vil sætte en dråbe af en patients blod eller urin på frimærket; hvis lidelsen er en af de 16 eller så stempelet kan genkende, ændrer det farve i henhold til plagen. Så kan sundhedsarbejderen eller endda patienten tage et billede af stempelet med en mobiltelefon. Billedet kan sendes til en læge eller et laboratorium; en dag kan et computerprogram muligvis give mobiltelefonen selv mulighed for at stille en foreløbig diagnose.
"For at behandle sygdom skal du først vide, hvad du behandler - det er diagnosticering - og så skal du gøre noget, " siger Whitesides i en standardtale, han holder om teknologien. ”Så det program, vi er involveret i, er noget, som vi kalder diagnostik for alle, eller diagnosticering med nul-omkostninger. Hvordan giver du medicinsk relevante oplysninger så tæt som muligt på nul-omkostninger? Hvordan gør du det?"
Du starter med papir, siger han. Det er billigt. Det er absorberende. Det farver let. For at omdanne papir til et diagnostisk værktøj kører Whitesides det gennem en voksprinter. Printeren smelter voks på papiret for at skabe kanaler med molekyler i nanometerstørrelse i enderne. Disse molekyler reagerer med stoffer i kropsvæsker. Væsken "fordeler sig i disse forskellige brønde eller huller og forvandler farver, " forklarer Whitesides. Tænk graviditetstest. Et stempel, der for eksempel bliver blåt i det ene hjørne, kan muligvis afsløre en diagnose; et mønster af andre farver ville diagnosticere en anden. Prisen for at producere diagnostiske stempler er 10 cent hver, og Whitesides håber at gøre dem endnu billigere. Næsten enhver avanceret mobiltelefon med et kamera kunne programmeres til at behandle et billede af frimærket.
”Whitesides udfører dette strålende arbejde bogstaveligt ved hjælp af papir, ” sagde Bill Gates for to år siden. ”Og du ved, det er så billigt, og det er så enkelt, det kunne faktisk komme ud og hjælpe patienter på denne dybe måde.” Billig og enkel: Whitesides 'plan nøjagtigt. Han dannede en nonprofit-gruppe, Diagnostics for All, for at bringe teknologien til udviklingslandene. Bill & Melinda Gates Foundation investerer i teknologien til måling af leverfunktion, en test, der er nødvendig for at sikre, at kraftfulde aids- og tuberkulosemedisiner ikke skader et af kroppens vigtigste organer. Lige nu er test af leverfunktion i isolerede dele af verden generelt for dyrt eller for logistisk vanskelig, eller begge dele. Whitesides 'frimærke udvikles også for at præcisere årsagen til feber med ukendt oprindelse og identificere infektioner. En prototype af leverfunktionsstemplet testes i laboratoriet, og de tidlige resultater, siger Whitesides, er mere end lovende. Chippen begynder at gennemgå feltforsøg senere på året.
Spadserende over en scene i Boston - en sjælden hjemmetalt begivenhed - lægger Whitesides i sin fiskerkappe sin vision for, hvordan opfindelsen vil blive brugt, undertiden på lovløse steder: ”Mit syn på fremtidens sundhedsarbejder er ikke en læge, men en 18-årig, ellers arbejdsløs, der har to ting. Han har en rygsæk fuld af disse test og en lancet til lejlighedsvis at tage en blodprøve og en AK-47. Og det er de ting, der får ham gennem hans dag. ”
Det er en simpel løsning til en kompliceret situation, et sted langt fra Harvard, men at arbejde på laboratoriestemplet er præcis, hvor Whitesides ønsker at være. ”Det, jeg vil gøre, er at løse problemer, ” siger han tilbage på sit laboratorium og holder sit laboratorium på en chip. ”Og hvis nano er den rigtige måde at løse problemet på, bruger jeg det. Hvis noget andet er den rigtige måde, bruger jeg det. Jeg er ikke en iver for nanoteknologi. Jeg er faktisk ikke en iver efter noget. ”Bortset fra det, for at bringe mening til ting, som ingen engang kan se. Hans arbejde kunne skubbe den utroligt lille arkitektur i nanoteknologi ind i arkitekturen i hverdagen.
Michael Rosenwald skrev om søgningen efter nye influenzavirus i januar 2006-udgaven af Smithsonian .
I meget små skalaer viser de mest almindelige materialer sig at være så fremmede, siger George Whitesides og holder en prototype af en diagnostisk chip. (Paula Lerner / Aurora-fotos) 
Polymerfronter et par tusinde nanometer lange vikle omkring endnu tyndere polymersfærer. (Felice C. Frankel) 
Carbon-nanorør, vist i en computergenereret model, er de stærkeste og stiveste materialer, der nogensinde er skabt - selvom rørets carbonatomer holdes sammen af den slags kemiske bindinger, der findes i blyant bly. (Felice C. Frankel) 
Mærkelige nanoskala strukturer kaldet "kvanteprikker" udsender farvede lys og falmer ikke. Her vises kvantepunkter, der farver strukturer i celler. (Felice C. Frankel) 
Enkel og billig er hvad Whitesides ønsker, at hans nanoteknologiske opfindelser skal være. Dette laboratorium på et papirstempel kan bruges til at teste leverfunktion. (Paula Lerner / Aurora-fotos) 
På trods af det tilsyneladende kaos i hans laboratorium, "er vi vant til at lave strukturer med nanometer-skala-præcision og vide, hvor hvert atom er, " siger Whitesides, der her vises sammen med produktudviklingsforsker Patrick Beattie. "Det er hvad vi gør for at leve." (Paula Lerner / Aurora-fotos)
