Deres Navn Er Legion: Nobelprisen Fortalte, Om Nanoroboterne Vil ødelægge Jorden - Alternativ Visning

Indholdsfortegnelse:

Deres Navn Er Legion: Nobelprisen Fortalte, Om Nanoroboterne Vil ødelægge Jorden - Alternativ Visning
Deres Navn Er Legion: Nobelprisen Fortalte, Om Nanoroboterne Vil ødelægge Jorden - Alternativ Visning

Video: Deres Navn Er Legion: Nobelprisen Fortalte, Om Nanoroboterne Vil ødelægge Jorden - Alternativ Visning

Video: Deres Navn Er Legion: Nobelprisen Fortalte, Om Nanoroboterne Vil ødelægge Jorden - Alternativ Visning
Video: "Расскажи миру" - Официальная версия 2024, Marts
Anonim

Forskere har skabt og testet forskellige nanomachiner i laboratorier i lang tid. Faktisk er dette molekylære konstruktioner, hvis opgave er at udføre nyttige funktioner: for eksempel aflevere lægemidler til et sygt organ, identificere et patogen eller reparere noget. Når de første "nyttige" nanorobotter vises, vil de hjælpe med at kolonisere Mars og andre planeter?

Disse spørgsmål besvares af Ben Feringa, professor ved University of Groningen i Holland. I 2016 vandt han sammen med franskmanden Jean-Pierre Sauvage og Scotsman Fraser Nobelprisen for design og oprettelse af molekylære maskiner. ”Dine nanomachiner er lavet af meget almindelige elementer som kulstof, nitrogen eller svovl. Kan vi forvente mere eksotiske komponenter i dem - for eksempel sjældne jordartsmetaller eller radioaktive stoffer?- Dette spørgsmål er meget vanskeligt at besvare af en simpel grund: vi ved stadig ikke, hvad sådanne molekylære konstruktioner kan og ikke kan gøre. På trods af de store forskelle i strukturen af vores nanomotorer, rotorer og andre elementer, arbejder vi alle sammen - min gruppe, Stoddart, Sauvage og mange andre kolleger - udelukkende med organiske molekyler. Intet forhindrer naturligvis os fra at forestille os, at noget som dette kan skabes ved hjælp af udelukkende uorganiske forbindelser. For eksempel at konstruere en kompleks forbindelse og få den til at rotere rundt om sin egen akse som vores molekylmotorer. Ingen har dog endnu samlet sådanne nanomotorer.

Årsagen er enkel. Takket være udviklingen af farmaceutiske stoffer og polymerkemi har vi lært at meget hurtigt og godt syntetisere komplekse forbindelser bestående af carbonhydridkæder. Jeg er sikker på, at det samme kan gøres med uorganiske forbindelser, men for at gøre dette, skal vi først forstå, hvordan man samler sådanne molekyler.

Når det kommer til radioaktive isotoper, tror jeg ikke, de nogensinde vil blive en del af nanomachiner. Deres usædvanlige egenskaber og ustabilitet vil sandsynligvis gøre dem uegnede til at fungere som en del af stabile molekylære systemer, der bruger lys eller elektricitet som deres energikilde.

I denne henseende er vi mere interesseret i biologiske molekylære motorer, hvis hundreder af sorter findes i den menneskelige krop. De er alle proteinmaskiner, hvoraf mange indeholder metalatomer.

Oftest spiller de en nøglerolle i de reaktioner, der får disse biomaskiner til at bevæge sig. Derfor ser det ud til, at en kombination af metalkomplekser og organiske forbindelser, der omgiver dem, ser den mest lovende ud.

I år fejrer vi 150-års jubilæum for det periodiske bord. Kunne du forklare, hvordan denne præstation på halvandet århundrede hjælper dig med at finde opdagelser i dag?

- Den periodiske tabel og de lovgivninger, der er indeholdt i den, hjælper os faktisk altid med at vurdere, hvordan forskellige typer atomer, der ligger i den opfører sig, og at forudsige egenskaberne ved nogle forbindelser.

For eksempel har nogle typer af vores motorer indbyggede iltatomer. Takket være tabellen forstår vi, at svovl vil svare til det i dens egenskaber, men samtidig er det lidt større i størrelse. Dette giver os mulighed for fleksibelt at kontrollere opførslen af sådanne molekylære maskiner, udveksle ilt mod svovl og vice versa.

Salgsfremmende video:

Dette ender naturligvis ikke med vores forudsigelsesevne. Der er for nylig opdaget mange andre love, der tillader forudsigelse af nogle af nanomachines egenskaber.

På den anden side tvivler jeg på, at vi kan skabe noget som en periodisk tabel for sådanne nanostrukturer. Her har vi, hvis det principielt er muligt, ikke nok viden.

Så vi kan groft forudsige, hvordan molekylmotorer i forskellige størrelser, lignende i struktur, vil opføre sig, men vi kan ikke gøre dette for radikalt forskellige systemer eller designe noget fra bunden uden at udføre eksperimenter.

Du sagde for nylig, at de første fuldgyldige nanorobotter vil dukke op om halvtreds halvtreds år. På den anden side, kun for halvandet år siden, fandt den første "race" af sådanne nanomachines sted i Frankrig. Hvor langt er vi fra fremkomsten af autonome nanodeaktiver?

- Det skal forstås, at alle molekylære maskiner, der findes i dag, er meget primitive både i struktur og til formål. Faktisk blev både vores bil, som vi samlet i 2011, og disse "racerbiler" skabt ikke for at løse praktiske problemer, men for at tilfredsstille nysgerrigheden.

Både vi og vores kolleger udvikler sådanne enheder til at løse meget enkle problemer - vi forsøger at finde ud af, hvordan man får molekyler til at bevæge sig i en eller anden retning, stoppe og udføre andre enkle kommandoer. Dette er et interessant, men stadig rent akademisk problem.

Det næste trin er meget vanskeligere og seriøst. Det er vigtigt at forstå, om det er muligt at engagere dem i virkelig praktiske opgaver: at transportere varer, samle sig i mere komplekse strukturer og reagere på eksterne stimuli.

For eksempel kan nanomachines bruges til at oprette smarte vinduer, der reagerer på gadenbelysningsniveauer og kan reparere sig selv; antibiotika, der kun fungerer, når der vises et bestemt kemisk eller lyssignal. Sådanne ting ser jeg ud til at vises meget tidligere end du tror - i de næste ti år.

* Nanobolid * på racerbanen fra et kobberunderlag
* Nanobolid * på racerbanen fra et kobberunderlag

* Nanobolid * på racerbanen fra et kobberunderlag.

Oprettelsen af fuldgyldige nanorobotter, der er i stand til at udføre operationer inde i kroppen eller løse komplekse problemer, vil naturligvis tage mere tid. Men jeg er igen sikker på, at vi også kan gøre det. Der er utallige sådanne robotter i den menneskelige krop, og intet forhindrer os i at konstruere deres kunstige kopier.

På den anden side er vi, som jeg har sagt mere end én gang, nu på det samme niveau af udvikling som menneskeheden i Wright-brødrene. Først skal vi beslutte, hvad og hvorfor vi opretter, og derefter tænke over, hvordan vi gør det.

Det forekommer mig, at du ikke uden tanker skal kopiere, hvad naturen har opfundet. Nogle gange er helt kunstige systemer, som fly eller computerchips, meget lettere at oprette end analoger af en vinge eller en menneskelig hjerne.

I andre tilfælde er det lettere at tage, hvad levende organismer allerede har skabt, for eksempel nogle antistoffer, og knytte en medicin eller en del af en nanomachine til dem. Lignende tilgange anvendes allerede i medicinen. Derfor kan det ikke sige utvetydigt, at nogen af dem vil være mere lovende og korrekte til alle mulige anvendelser af nanorobots.

I de senere år er der dukket op to "klasser" af nanomachiner - relativt enkle strukturer, der modtager energi udefra, og mere komplekse strukturer, fuldverdige analoger af motorer, der er i stand til at producere det uafhængigt. Hvilke er tættere på virkeligheden?

- Kemiske motorer, noget lignende analoger i levende celler, begyndte virkelig at dukke op. Vi har for nylig oprettet flere lignende enheder i vores laboratorium.

For eksempel lykkedes det os at samle en nanomachine, der var i stand til at bruge glukose og brintperoxid som brændstof og transportere nanorør, nanopartikler og andre tunge strukturer i enhver retning.

Det er vanskeligt at sige, hvor lovende de er - det hele afhænger af de opgaver, der skal løses. Hvis vi er nødt til at organisere "transport" af nogle molekyler, er de ideelle til dette. Hvis du vil oprette smarte windows eller andre gadgets, skal du igen allerede se efter andet materiale.

Derudover forstår vi stadig ikke, hvad vi nøjagtigt mangler, hvilke analoger af klassiske maskiner der kan oprettes ved hjælp af molekyler, og hvor hele vores sfære generelt bevæger sig. Faktisk er vi lige begyndt at udvikle det. Indtil videre er det kun en ting, der er klar - nanomachiner adskiller sig fra biomaskiner i vores celler, og fra deres “storesøstre” i makrokosmos.

Hvis vi taler om den fjerne fremtid, er det muligt at bruge molekylære maskiner, der er i stand til at kopiere sig selv for at løse globale problemer, for eksempel til at erobre Mars eller andre planeter?

- Det er svært for mig at tale om andre verdener, da dette spørgsmål går langt ud over min kompetence. Ikke desto mindre tror jeg, at nanomachines sandsynligvis ikke vil blive brugt til sådanne formål i første omgang. Når vi prøver at mestre nogle nye og meget barske omgivelser, har vi brug for meget pålidelig teknologi, ikke noget eksperimentelt.

Derfor ser det ud til, at sådanne maskiner først finder anvendelse på Jorden. Vi kan sige, at dette allerede sker: i de senere år har kemikere skabt hundredevis af meget komplekse strukturer af mange molekyler, de såkaldte supramolekylære strukturer, som selektivt kan binde til visse ioner og ignorere alt andet.

For eksempel grundlagde min kollega Francis Stoddart for nylig en opstart, hvor han udvikler komplekser, der kan udvinde guld fra minedrift og affaldsspild. Tidligere ville skabelsen af sådanne forbindelser have været betragtet som fantasien fra alkymister.

Tal om nanomachiner forårsager ofte ægte frygt blandt offentligheden i frygt for, at fremtidige mikroskopiske robotter vil ødelægge civilisationen og alt liv på Jorden. Er det muligt på en eller anden måde at bekæmpe dette?

”Disse problemer har meget at gøre med Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, skrevet af Eric Drexler i 1986. Scenariet med menneskehedens død som et resultat af selvforplantningen af "gråt slim", der præsenteres i det, er i dag kendt for næsten alle.

Der er faktisk ikke noget usædvanligt her - når vi opretter nye nanomachiner, tager vi de samme forholdsregler som når vi arbejder med nye og potentielt giftige kemikalier.

I denne henseende er komponenterne i nanorobots ikke forskellige i deres destruktive potentiale fra "byggestenene", hvor molekylerne fra nye lægemidler, polymerer, katalysatorer og andre "almindelige" kemiske produkter samles.

Som ethvert andet medikament- eller fødevareprodukt er disse molekylære strukturer nødt til at gennemgå et stort antal sikkerhedstest, der viser, om de kan "oprør" og ødelægge menneskeheden.

Der er faktisk intet overraskende i sådan frygt - folk er vant til at være bange for noget nyt og usædvanligt. Hvert årti er der en ny "rædshistorie" fra verden af fysik, kemi eller biologi, der erstatter de ting, som vi allerede er vant til. Nu er det for eksempel blevet moderigtigt at frygte og kritisere CRISPR / Cas9 genomisk redaktør og kunstig intelligens.

Hvad skal forskere gøre? Det ser ud til, at vores opgave er enkel: vi skal hjælpe offentligheden med at finde ud af, hvad der er sandt og hvad der er fiktion. Det er vigtigt at forstå de praktiske fordele ved disse nye opdagelser, og hvor deres reelle fare ligger.

Hvis folk for eksempel forstår, at CRISPR / Cas9 kan helbrede dem af sygdomme, der er forbundet med genetiske defekter, eller øge planteproduktiviteten, vil de have mindre grund til at frygte denne teknologi. Det samme gælder fremtidens nanomachiner.