Mencari George Whitesides sering sukar untuk George Whitesides. Jadi dia menyimpan sampul surat di saku jaketnya. "Saya sebenarnya tidak tahu di mana saya secara umum sehingga saya melihatnya, " katanya, "dan kemudian saya mendapati bahawa saya berada di Terre Haute, dan kemudian soalannya adalah, 'Apa yang akan datang?'" Semasa sampul surat baru-baru ini, sampul surat tersebut menunjukkan bahawa dia berada di Boston, Abu Dhabi, Mumbai, Delhi, Basel, Geneva, Boston, Copenhagen, Boston, Seattle, Boston, Los Angeles dan Boston.
Kandungan Terkait
- Kejuruteraan yang tidak kelihatan
- Penemuan isyarat?
Sebabnya Boston sering kali muncul, walaupun tidak sesekali isterinya lebih suka, adalah Whitesides seorang profesor kimia di Harvard University, dan Boston Logan adalah lapangan terbang rumahnya. Sebab bagi semua bandar lain ialah sumbangan Whitesides kepada sains meliputi biologi, kejuruteraan, fisiologi, sains bahan, fizik dan, khususnya hari ini, nanoteknologi. Ahli sains lain, pemimpin kerajaan, pencipta dan pelabur di seluruh dunia ingin mendengar daripadanya.
Ciptaan dan idea Whitesides telah menghasilkan lebih daripada sedozen syarikat, termasuk Genzyme gergasi dadah. Tiada makmal Harvard hampir menyamai bilangan paten yang dilampirkan pada namanya- "kira-kira 90, " katanya. Kutipan "GM Whitesides" menunjukkan lebih kerap di dalam kertas akademik berbanding dengan hampir mana-mana ahli kimia lain dalam sejarah.
Jadi Whitesides adalah seperti Bono sains, walaupun lebih tinggi, lebih mahal dan pada usia 70, kurang hirsute. Selendang nelayan Scotland hampir selalu menutup kepalanya, bahkan di depan penonton. Dia mempunyai suara yang mendalam, dengan sedikit petunjuk dari Kentucky kelahirannya. Akhir-akhir ini suara itu telah memperkenalkan penonton kepada projek nanoteknologi baru yang bertujuan menyelamatkan nyawa di dunia yang sedang membangun. "Apakah barang-barang yang paling murah yang boleh anda buat daripada sistem diagnostik?" Dia bertanya. "Kertas."
Di atas kertas tidak tebal atau lebih lebar daripada setem pos, Whitesides telah membina sebuah makmal perubatan.
Suatu hari musim sejuk yang lalu, Whitesides bangun di atas katilnya sendiri. Menjelang pukul 9 pagi, dia berada di pejabatnya di Harvard Yard. Dia memakai pakaian khasnya: saman pinstripe, baju putih, tiada tali leher. Dia meletakkan topi nelayannya di meja persidangan di hadapan rak buku yang diadakan The Cell, Bahan Mikroelektronik, Kimia Fizikal, Kimia Organik Lanjutan dan Sebutharga Familiar Bartlett .
Teks yang tidak ada di rak ialah No Small Matter: Sains di Nanoscale, buku kopi yang baru diterbitkan oleh Whitesides dan jurugambar sains Felice C. Frankel. Ini mengenai perkara-perkara yang benar-benar eksotik yang nampaknya sangat besar tetapi sangat luar biasa, tidak masuk akal, nanotube kecil, titik kuantum, mesin memasang sendiri.
Nanoteknologi sememangnya ditakrifkan, sains struktur mengukur antara 1 nanometer, atau bilion meter, dan 100 nanometer. (Awalan "nano" berasal dari perkataan Yunani untuk kerdil.) Namun, bagi kebanyakan orang, definisi itu tidak begitu mudah. Mencuba untuk memahami nanometer dengan cepat dapat memudar mata. Lembaran kertas perkataan-perkataan ini dicetak pada adalah 100, 000 nanometer tebal-diameter rambut manusia, kira-kira objek terkecil seseorang dapat melihat dengan mata tanpa bantuan. Bakteria yang duduk di atas kertas ini adalah kira-kira 1, 000 nanometer dalam diameter-mikroskopik. Untuk melihat sesuatu hanya saiz satu nanometer adalah mustahil sehingga 1981, apabila dua ahli fizik IBM mencipta mikroskop terowong pengimbasan pertama. Mikroskop konvensional menggunakan lensa untuk membesarkan apa sahaja yang ada dalam barisan penglihatan. Tetapi pengimbasan mikroskop terowong berfungsi seperti orang yang membaca Braille, bergerak merentasi permukaan struktur dengan menggunakan stylus kecil. Para ahli fizik, yang memenangi Hadiah Nobel hanya lima tahun kemudian, membina stylus dengan tip yang hanya satu atom merata (kurang daripada satu nanometer). Ketika ia bergerak, stylus mengesan struktur material dengan merakam maklum balas elektrik, dan kemudian mikroskop menerjemahkan rakaman ke dalam imej.
Sekarang benda-benda kecil-hingga ke atom individu-akhirnya dapat dilihat, Whitesides dan ahli kimia lain sangat berminat dengan bahan nano. Dan apa yang mereka ketahui mereka kagum. Bahan-bahan yang kecil ini, ternyata mempunyai ciri-ciri yang tidak dijangka-kita tidak tahu apa-apa sehingga kita dapat melihatnya lebih dekat. Molekul-molekul dengan permukaan permukaan yang berbeza-beza yang biasanya tidak digabungkan dengan baik, jika boleh-secara tiba-tiba terikat. Kaca, biasanya penebat arus elektrik, boleh menjalankan elektrik. Bahan yang tidak boleh membawa caj elektrik tiba-tiba menjadi semikonduktor. Emas logam, dalam zarah yang cukup kecil, boleh kelihatan merah atau biru.
"Salah satu tarikan perkara-perkara kecil adalah bahawa mereka berubah menjadi asing, walaupun persamaan dangkal dalam bentuk atau fungsi kepada saudara-mara yang lebih besar, lebih dikenali, " Whitesides menulis dalam bukunya. "Menemui perbezaan ini pada skala terkecil sangat mengasyikkan, dan menggunakannya boleh mengubah (dan telah berubah) dunia."
Para saintis telah mencipta nanotube karbon, silinder berongga dua nanometer atau kurang diameter, yang menjadi bahan terkuat di dunia, 100 kali lebih kuat daripada keluli dengan berat satu keenam. Mereka telah mencipta nanopartikel-kurang daripada 100 nanometer lebar dan berguna untuk imej biomedik yang sangat tepat. Para saintis juga membuat nanowires-silikon benang 10 hingga 100 nanometer lebar dan mampu menukarkan haba ke elektrik. Pengeluar elektronik berkata nanowires boleh menggunakan haba buangan dari komputer, enjin kereta dan loji kuasa.
Sudah lebih dari 1, 000 produk pengguna menggunakan beberapa bentuk nanoteknologi (walaupun laporan 2008 dari Akademi Sains Kebangsaan menggesa pemantauan yang lebih baik mengenai potensi risiko kesihatan dan alam sekitar dari nanoteknologi). Produk ini termasuk bingkai basikal yang lebih kukuh dan lebih ringan, rawatan kain yang menipis cecair, tabir suria yang menolak cahaya matahari dengan lebih baik, kad memori untuk komputer, dan lapisan tahan kabut untuk kanta kanta mata.
Para saintis sedang membangun nanopartikel yang dapat memberikan jumlah ubat yang tepat untuk membunuh tumor tetapi tidak ada yang lain di sekitarnya. Nanopartikel lain boleh mengesan pencemaran merkuri dalam air; satu hari zarah boleh digunakan dalam penapis untuk mengeluarkan logam toksik.
Barang-barang yang besar dan berubah dari benda kecil masih di hadapan kita. Perkara-perkara seperti bateri yang boleh bertahan beberapa bulan dan kuasa elektrik kereta, yang terbuat dari nanowires yang dibina oleh virus-Angela Belcher di MIT bekerja pada itu, dan Presiden Obama begitu teruja dengan teknologi yang telah dia jumpai dengannya. Makmal Hewlett-Packard, yang diketuai oleh wain nanotek Stan Williams, baru saja mengumumkan perkongsian dengan Shell untuk membangunkan peranti ultrasensitif untuk mengesan minyak; pada prinsipnya, mereka dapat mendaftar pergeseran nano di bumi yang disebabkan oleh pergerakan di ladang minyak. Williams memanggil produk itu sebagai "sistem saraf pusat untuk bumi."
Prospek dunia yang berubah secara mendasar kerana nanoteknologi masih lebih mengesankan daripada yang sebenarnya, tetapi bagi para pakar kemungkinan-kemungkinan itu hampir tidak ada habisnya. Para saintis telah mencipta struktur nano yang boleh dipasang sendiri, bermakna mereka boleh membentuk objek yang lebih besar dengan sedikit atau tidak ada arah luar. Suatu hari, benda-benda minit ini boleh, secara teorinya, membina diri mereka ke dalam mesin yang membuat lebih banyak nanopartikel. Sudah tentu, IBM menggunakan teknik pemasangan diri untuk menghasilkan penebat dalam cip komputer. Pusat di MIT yang dipanggil Institute for Soldier Nanotechnologies sedang bekerja pada perisai tempur yang tidak dapat ditembusi yang boleh bertindak balas terhadap senjata kimia.
"Di mana-mana sahaja anda melihat, " kata Whitesides, "anda melihat kepingan, dan mereka semua menunjuk ke arah yang berbeza."
Whitesides tidak tahu dengan tepat bagaimana dia sampai di sini. Di sini ialah Harvard, makmal ini, kehidupan ini. Berkembang di sebuah bandar kecil Kentucky, anak seorang suri rumah dan seorang jurutera kimia, dia terjebak di sekolah. Pada suatu hari, seorang guru memanggil ibu bapanya dan berkata dia ingin bercakap dengan mereka tentang anak mereka. Hati mereka tenggelam. "'Apa bajingan kecil yang dilakukan sekarang?'" Whitesides mengenang reaksi orang tuanya.
Guru berkata, "Anda perlu mendapatkan anak anda dari sini. Saya telah mengatur agar dia pergi ke Andover. "
"Saya tidak pernah mendengar tentang Andover, " kata Whitesides kini sekolah persiapan elit Massachusetts. "Saya tidak tahu apa itu. Saya tidak tahu di mana New England berada. "
Dan kemudian, entah bagaimana, dia akhirnya menghadiri Harvard. "Saya tidak ingat untuk menerapkannya di sini. Saya baru mendapat surat pada suatu ketika yang mengaku saya. Jadi saya rasa saya datang ke sini secara tidak sengaja. "
Beliau melanjutkan kerja lepasan di Institut Teknologi California. Dalam bahagian pengiktirafan disertasi kedoktorannya, beliau mengucapkan terima kasih kepada penasihatnya, John D. Roberts, kerana "arahan dan sikap tidak sabarnya." Kebanyakan pelajar siswazah menghargai arahan mentor, kata Whitesides. "Dalam kes saya, dia tidak mengarahkan saya langsung. Saya tidak fikir saya melihat dia dalam tahun-tahun saya di sana, tetapi kami mempunyai hubungan yang baik. "
Whitesides diajar di MIT selama hampir 20 tahun sebelum tiba pada tahun 1982 di Harvard, di mana dia adalah sesuatu yang jarang. Beliau adalah seorang kapitalis yang mengamalkan, untuk permulaan. Itu menumpukan kepada aplikasi dunia nyata, sesuatu yang tidak semua rakannya mengagumi, kata Mara Prentiss, seorang profesor fizik Harvard yang mengajar kursus nanoteknologi dengannya. "George sangat dikagumi oleh ramai orang, tetapi tidak semua orang menghargai gayanya, " katanya. Whitesides nampaknya tidak peduli. "Saya menganggap ia di luar sana, " katanya tentang sebarang permusuhan. Tetapi dia mempunyai masa yang sangat sedikit untuk mereka yang berfikir bahawa muncul di CNN atau syarikat-syarikat permulaan adalah gauche. Beliau berkata mereka boleh "hanya mengambil jarum mengait dan letakkan di sini" - dia menunjuk pada hidungnya- "dan mendorongnya."
Tom Tritton, presiden Yayasan Warisan Kimia, sebuah organisasi sejarah dan pendidikan di Philadelphia, mengatakan jika anda bertanya kepada sesiapa di lapangan untuk menyenaraikan tiga ahli kimia terbaik di dunia, Whitesides akan membuat setiap senarai. "Kelebihan intelektualnya mengagumkan, " kata Tritton. Selepas menerima anugerah tertinggi yayasan itu, Pingat Emas Othmer, Whitesides menghabiskan hari dengan pelajar sekolah menengah di bandar. Tritton mengatakan seorang pelajar kemudian menawarkan pemerhatian ini: "Dia mungkin seorang saintis, tetapi dia sangat keren."
Di tengah-tengah hampir segala-galanya Whitesides tidak bertentangan: dia bekerja dalam bidang kompleks fizik, kimia, biologi dan kejuruteraan, menggunakan alat yang rumit-tidak banyak orang yang pernah menggunakan mikroskop berkuasa atom-namun dia terobsesi dengan kesederhanaan. Tanya dia untuk contoh kesederhanaan, dan dia akan berkata, "Google." Dia tidak bermakna anda harus Google perkataan "kesederhanaan." Dia bermaksud laman utama Google, segi empat tepat ganti di medan putih yang berjuta-juta orang taip perkataan untuk mencari maklumat di Internet. Whitesides terpesona oleh kotak ini.
"Tetapi bagaimanakah kerja itu?" Katanya. Dia berhenti, menarik nafas. Dia bersandar di kerusi. Matanya menjadi besar. Dahinya naik, dan dengan itu cerminnya yang sangat besar. Ini adalah George Whitesides yang teruja.
"Anda bermula dengan binari, dan binari adalah bentuk aritmetik yang paling sederhana, " katanya mengenai sistem yang ada dan nol yang digunakan untuk program komputer. Kemudian dia melancarkan lawatan berpandu bersejarah, suis, transistor dan litar bersepadu sebelum kembali, akhirnya, kepada Google, "yang mengambil gagasan mengenai kerumitan yang luar biasa itu - untuk mengatur semua maklumat manusia-dan meletakkannya dalam perkara kecil ini, dalam sebuah kotak."
Idea di belakang Google-mendidih kedai-kedai pengetahuan yang luas ke dalam pakej kecil yang elegan-juga idea di sebalik perkara Whitesides kini memegang tangannya, sebuah makmal yang dipanggil pada cip tidak lebih besar daripada setem pos, yang direka untuk mendiagnosis pelbagai penyakit dengan hampir ketepatan makmal klinikal moden.
Ia bertujuan untuk pekerja kesihatan di bahagian terpencil negara-negara membangun. Mereka akan meletakkan setitik darah atau air kencing pesakit di atas cap; jika penyakit itu adalah salah satu dari 16 atau supaya cap boleh mengenali, ia akan mengubah warna mengikut penderitaan. Kemudian pekerja kesihatan, atau pesakit, boleh mengambil gambar setem dengan telefon bimbit. Gambar boleh dihantar ke doktor atau makmal; suatu hari program komputer mungkin membenarkan telefon bimbit itu sendiri membuat diagnosis sementara.
"Untuk merawat penyakit, anda harus terlebih dahulu tahu apa yang anda sedang merawat-diagnostik itu-dan kemudian anda perlu melakukan sesuatu, " kata Whitesides dalam ucapan standard yang diberikannya mengenai teknologi. "Jadi program yang kami terlibat adalah sesuatu yang kami panggil diagnostik untuk semua, atau diagnostik sifar kos. Bagaimanakah anda menyediakan maklumat yang berkaitan dengan perubatan sedekat mungkin dengan kos sifar? Bagaimana anda melakukannya?"
Anda bermula dengan kertas, katanya. Ia murah. Ia penyerap. Ia berwarna dengan mudah. Untuk menjadikan kertas menjadi alat diagnostik, Whitesides mengendalikannya melalui pencetak lilin. Pencetak mencairkan lilin ke atas kertas untuk membuat saluran dengan molekul saiz nanometer di hujungnya. Molekul ini bertindak balas dengan bahan dalam cecair badan. Fluida "mengedarkan dirinya ke dalam pelbagai sumur ini, atau lubang, dan mengubah warna, " jelas Whitesides. Fikirkan ujian kehamilan. Satu setem yang bertukar biru di satu sudut, misalnya, mungkin mendedahkan satu diagnosis; corak warna lain akan mendiagnosis yang lain. Kos untuk menghasilkan setem diagnostik adalah 10 sen setiap satu, dan Whitesides berharap dapat menjadikannya lebih murah. Hanya tentang mana-mana telefon lanjutan dengan kamera boleh diprogram untuk memproses imej cap.
"Whitesides melakukan kerja cemerlang ini secara harfiah menggunakan kertas, " kata Bill Gates dua tahun lalu. "Dan, anda tahu, ia sangat murah dan ia sangat mudah, ia benar-benar dapat keluar dan membantu pesakit dalam cara yang mendalam ini." Murah dan mudah: Pelan Whitesides betul-betul. Beliau membentuk kumpulan bukan untung, Diagnostik untuk Semua, untuk membawa teknologi ke negara-negara membangun. Yayasan Bill & Melinda Gates melabur dalam teknologi untuk mengukur fungsi hati, satu ujian yang diperlukan untuk memastikan ubat AIDS dan tuberkulosis yang kuat tidak merosakkan salah satu organ penting tubuh. Sekarang, menguji fungsi hati di bahagian terpencil di dunia pada umumnya terlalu mahal atau terlalu logistik, atau keduanya. Setem Whitesides juga sedang dibangunkan untuk menentukan punca demam asal tidak diketahui dan mengenal pasti jangkitan. Prototaip setem fungsi hati sedang diuji di makmal, dan hasil awal, kata Whitesides, lebih menjanjikan. Cip akan mula menjalani ujian lapangan lewat tahun ini.
Berjalan-jalan di seluruh pentas di Boston-sebuah acara berbahasa di rumah yang jarang-jarang-Whitesides, dalam topi nelayannya, menunjukkan penglihatannya tentang bagaimana ciptaan itu akan digunakan, kadang-kadang di tempat yang tidak berhati-hati: "Pandangan saya tentang pekerja penjagaan kesihatan masa depan tidak seorang doktor, tetapi berusia 18 tahun, yang tidak menganggur, yang mempunyai dua perkara. Dia mempunyai ransel penuh dengan ujian ini, dan lancet kadang-kadang mengambil sampel darah, dan AK-47. Dan ini adalah perkara-perkara yang membawanya sepanjang zamannya. "
Ini adalah penyelesaian mudah untuk keadaan yang rumit, di tempat yang jauh dari Harvard, tetapi bekerja di setem makmal adalah tepat di mana Whitesides mahu menjadi. "Apa yang saya mahu lakukan ialah menyelesaikan masalah, " katanya, kembali ke makmalnya, memegang makmalnya di atas cip. "Dan jika nano adalah cara yang betul untuk menyelesaikan masalah, saya akan menggunakannya. Jika sesuatu yang lain adalah cara yang betul, saya akan menggunakannya. Saya bukan seorang yang zealot untuk nanoteknologi. Saya tidak semestinya seorang zealot untuk apa-apa. "Kecuali, iaitu, untuk membawa makna kepada perkara-perkara yang tiada siapa yang dapat melihatnya. Kerja-kerja beliau boleh mendorong seni bina nanoteknologi sangat kecil ke dalam seni bina kehidupan seharian.
Michael Rosenwald menulis mengenai pencarian virus influenza baru untuk isu Smithsonian Januari 2006.
Pada skala yang sangat kecil, bahan yang paling biasa "menjadi begitu asing, " kata George Whitesides, memegang prototaip cip diagnostik. (Foto Paula Lerner / Aurora) 
Polimer membungkus beberapa ribu nanometer membungkus sekeliling bola polimer yang lebih kecil. (Felice C. Frankel) 
Nanotub karbon, yang ditunjukkan dalam model komputer yang dihasilkan, adalah bahan terkuat dan tegar yang pernah dicipta-walaupun atom karbon tiub dipegang bersama oleh jenis ikatan kimia yang terdapat di dalam pensel. (Felice C. Frankel) 
Struktur nano nanas yang disebut "titik kuantum" memancarkan lampu berwarna dan tidak pudar. Ditunjukkan di sini adalah titik-titik kuantum yang mewarnai struktur dalam sel. (Felice C. Frankel) 
Mudah dan murah adalah apa yang Whitesides mahu penemuan nanoteknologinya. Makmal ini pada cap kertas boleh digunakan untuk menguji fungsi hati. (Foto Paula Lerner / Aurora) 
Walaupun terdapat kekacauan dalam makmalnya, "kami terbiasa membuat struktur dengan ketepatan skala nanometer, dan mengetahui di mana setiap atom, " kata Whitesides, ditunjukkan di sini dengan saintis pembangunan produk Patrick Beattie. "Itulah yang kita lakukan untuk hidup." (Foto Paula Lerner / Aurora)
