Hoe kunt u profiteren van het potentieel van nanotechnologie en de mogelijke negatieve gevolgen ervan vermijden? Dat was de vraag die Christine Peterson stelde toen ze dertig jaar geleden het Foresight Institute oprichtte, een non-profit denktank over nanotechnologie. En nu, zegt ze, blijft deze vraag haar leiden. In de afgelopen tien jaar heeft nanotechnologie aanzienlijke vooruitgang geboekt en een praktische toepassing gevonden. Sommigen ontwikkelen ontwerpen op nanoschaal voor medische implantaten die de groei van botcellen en positieve genexpressie kunnen stimuleren. Anderen werken aan het maken van beheersbare nanodeeltjes die kankercellen kunnen detecteren en zelfs vernietigen.
Het idee van nanomachines die door je lichaam reizen en het op cellulair niveau repareren, is dichter bij de realiteit gekomen dankzij de ontwikkeling van nanomotoren en nanoraketten. Maar voordat we ze benaderen, gelooft Peterson dat er nog andere interessante implicaties zijn voor nanotechnologie. Bijvoorbeeld zelfreinigende oppervlakken en nanotech-katalysatoren die broeikasgassen opvangen en kooldioxide omzetten in de stoffen die fabrieken nodig hebben.
Eind vorige maand sprak Peterson op de Global Summit in San Francisco. In dit interview ontdek je hoe nanotechnologie ons volgens haar zal helpen het probleem van water en kankerbehandeling op te lossen en ons naar een betere toekomst zal leiden.
Nanotechnologie vandaag: een vaag punt op de exponentiële curve?
Ik verdeel nanotechnologie in drie fasen: materialen, apparaten, systemen. Elk van hen volgt zijn eigen curve. Op dit punt zien we voornamelijk nanodeeltjesproducten, maar ze hebben geen nauwkeurigheid op moleculaire schaal - ze zijn niet atomair nauwkeurig. Naarmate deze parameter verbetert, zullen we de opkomst van materialen met een dergelijke precisie zien, vooral bij filtratie en katalyse.
Zodra dergelijke producten op de markt komen, zullen we ze zien exploderen als een raket. De vraag naar schoon water is enorm. De vraag naar broeikasgasbeheer is enorm. Wie deze doelen het eerst bereikt, zal het resultaat positief zijn.
Promotie video:
Leg nanotechnologie in een notendop uit aan een vreemde op straat
De natuur manipuleert individuele moleculen om 's werelds meest complexe dingen te creëren: planten, dieren en ons eigen lichaam. De uitdaging voor nanotechnologie is om moleculaire machinesystemen te gebruiken om te creëren wat we willen met dezelfde precisie, en om het net zo schoon te doen als de natuur.
In 2013 voorspelde u dat de vooruitgang in de nanotechnologie in de komende tien jaar in de geneeskunde een aanzienlijke impact zal hebben op de opsporing, beeldvorming en behandeling van kanker. Welke vorderingen in de nanotechnologie zijn de afgelopen jaren het belangrijkst geweest voor de geneeskunde?
Het heeft een enorme inspanning gekost - honderden miljoenen dollars - om nanotechnologie te gebruiken om kanker te bestrijden, en die inspanning werpt zijn vruchten af.
Veel verschillende groepen, zoals het Stanford Center for the Advancement of Onkonanotechnology, experimenteren met nanodeeltjes om nuttig gedrag van ze te krijgen, zoals het uitzenden van een kleursignaal wanneer een kankercel wordt gevonden of zich hechten aan een kankercel totdat het wordt bestudeerd. Ze kunnen ook worden geprogrammeerd om een speciaal signaalmolecuul vrij te geven wanneer een kankercel wordt gedetecteerd.
In het laboratorium kunnen nog veel meer ongebruikelijke reacties ontstaan. Een nanodeeltje kan bijvoorbeeld licht absorberen en een akoestische vibratie met laag vermogen creëren wanneer een tumor wordt gedetecteerd, of het kan warmte afgeven om een cel te vernietigen.
Welke klinische onderzoeken zijn het meest bemoedigend voor u?
Een van mijn favorieten is MagArray. Het hecht nanomagneten aan kankercellen en identificeert ze vervolgens met een monster op een chip. Het duurt minder dan een uur en vereist minimale technische training. Naast kanker kan deze methode worden gebruikt om cytokines te monitoren, wat handig is bij het werken met de ziekte van Alzheimer en auto-immuunziekten.
Als we kanker kunnen bestrijden - en dat kunnen we zeker - zal de ziekte van Alzheimer een nog groter probleem worden dan het nu is. Alleen kanker bestrijden is niet genoeg. We moeten blijven werken en alle chronische ziekten aanpakken.
Zijn er nieuwe "slimme materialen" die worden getest in nanotechnische apparaten en die binnenkort moderne technologieën kunnen vervangen? Zo ja, welke?
Bijvoorbeeld: ik hou van het idee van zelfreinigende materialen. De Universiteit van Cambridge werkt aan het creëren van oppervlakken waarin fotokatalytische nanodeeltjes van titaniumdioxide zijn ingebed. Ze gebruiken ultraviolet licht om oppervlaktevuil om te zetten in kooldioxide en water. Een druppel olie ter grootte van een vingerafdruk op zo'n oppervlak wordt in anderhalf uur verwijderd.
Op een dag zullen we metalen implantaten hebben die voor veel doeleinden niet geschikt zijn. De Universiteit van Montreal en partners hebben een manier gevonden om patronen op nanoschaal op het oppervlak van dergelijke implantaten te creëren, en ze kunnen de groei van botcellen verhogen, de groei van ongewenste cellen verminderen, de ontwikkeling van stamcellen stimuleren en genexpressie op een positieve manier veranderen. Verbazingwekkend. Veel van deze toepassingen zijn letterlijk van de pagina's van sciencefiction verdwenen.
In Australië werken RMIT en de Universiteit van Adelaide aan materialen die kristallen op nanoschaal - diëlektrische resonatoren - gebruiken om licht van een specifieke golflengte door te laten of te blokkeren. Dit kan leiden tot het maken van contactlenzen die veranderen wat we zien, of zelfs tot het creëren van een head-updisplay dat aanvullende informatie in ons gezichtsveld toont. Eindelijk kan ik me de namen herinneren van mensen die ik eerder heb ontmoet.
Wat waren uw inspiratiebronnen toen u het Foresight Institute medeoprichtte? Welke vraag baarde je op dat moment zorgen?
Toen maakte ik me zorgen over de vraag: hoe kan ik kolossale voordelen halen uit de mogelijkheden van nanotechnologie en mogelijke negatieve gevolgen vermijden, net zo kolossaal?
We willen de ontwikkeling van geavanceerde medische en andere positieve toepassingen versnellen en voorkomen dat het leger zich in hetzelfde tempo ontwikkelt. Inzicht in de kracht van nanotechnologie bij het verbeteren van de kwaliteit van leven en vooral de geneeskunde heeft een lange weg afgelegd, maar door verschillende beperkingen loopt medisch gebruik voortdurend vertraging op. Op militair gebied is het tegenovergestelde waar: het leger krijgt vroegtijdig toegang tot nieuwe technologieën en militaire toepassingen worden tien keer beter gefinancierd.
Combineer deze trends, en het wordt duidelijk waarom het moeilijk is om de ontwikkeling van medische toepassingen van deze technologie te versnellen en tegelijkertijd de ontwikkeling van het leger te vertragen. Dit is een moeilijke taak.
Het was 2025, hoe heeft nanotechnologie het milieu verbeterd?
Tegen die tijd, en misschien zelfs eerder, kunnen er twee grote doorbraken zijn. Ten eerste kunnen we het waterprobleem oplossen met behulp van moleculaire precisiefiltratie. Deze technologie wordt al ontwikkeld door het besloten bedrijf AquaVia met steun van de National Science Foundation.
Ten tweede kunnen we de lucht zuiveren van vervuiling, inclusief broeikasgassen, met behulp van nanotechnische katalysatoren die kooldioxide uit de lucht halen en omzetten in chemicaliën die in de industrie kunnen worden gebruikt. Dit is waar Christian Schaffmeister van Temple University aan werkt.
Vrijwel elk denkbaar milieuprobleem kan theoretisch worden opgelost met behulp van geavanceerde nanotechnologie. Het was deze droom van milieuherstel die me decennia geleden op dit gebied duwde, en het is goed om te zien dat het eindelijk begint uit te komen.
Wat kan ons de komende 10 jaar stoppen?
Beide vooruitzichten zijn zeker onderweg. De enige vraag is wanneer. We moeten meer middelen investeren in O&O. Er zijn talenten, er zijn ideeën, het gaat om financiering.
Wat is je favoriete 'slimme object' van de toekomst?
Ik wend me meestal tot een gedachte-experiment. Stel je een stoel voor die bestaat uit moleculaire machinesystemen. Deze machines kunnen worden herschikt in een andere vorm, zoals een tafel. Hoe lang duurt het voordat ze van de ene naar de andere vorm veranderen? U kunt zich dit experiment gemakkelijk voorstellen, aangezien u zelf uit moleculaire machines bestaat.
Stel je voor dat je op je hurken gaat zitten om een stoel te vormen en je dan op handen en voeten laat vallen en een 'tafel' wordt. De hele operatie duurt minder dan een seconde. Dit is de maximale tijd die een stoel van geavanceerde nanomaterialen nodig heeft om een tafel te worden. Het kan sneller zijn als je zo'n doel stelt.
Maar mijn droom is een "celreparatiemachine" die door het lichaam kan bewegen en DNA, eiwitten en andere moleculen kan repareren. Zo'n auto bouwen zal niet eenvoudig zijn. Er zijn veel verwijderbare tools voor nodig die naar behoefte kunnen worden geladen en verwijderd. Maar ze kon bijna elk fysiek probleem in ons lichaam analyseren en vervolgens oplossen, inclusief veroudering.
ILYA KHEL
