Para saintis telah lama membuat dan menguji pelbagai nanomachines di makmal. Sebenarnya, ini adalah konstruksi molekul yang tugasnya adalah untuk melaksanakan beberapa fungsi yang berguna: misalnya, menyampaikan ubat ke organ yang berpenyakit, mengenal pasti patogen, atau memperbaiki sesuatu. Apabila nanorobots "berguna" pertama muncul, adakah mereka akan membantu menjajah Marikh dan planet lain?
Soalan-soalan ini dijawab oleh Ben Feringa, profesor di University of Groningen di Belanda. Pada tahun 2016, dia, bersama dengan Perancis Jean-Pierre Sauvage dan Scotsman Fraser, memenangi Hadiah Nobel untuk reka bentuk dan penciptaan mesin molekul. Mesin nano anda terbuat dari unsur yang sangat umum seperti karbon, nitrogen, atau sulfur. Bolehkah kita mengharapkan lebih banyak komponen eksotik di dalamnya - sebagai contoh, logam nadir bumi atau bahan radioaktif?- Soalan ini sangat sukar dijawab dengan satu sebab mudah: kita masih tidak tahu apa yang boleh dan tidak dapat dibuat oleh konstruk molekul tersebut. Pada masa yang sama, walaupun terdapat perbezaan besar dalam struktur nanomotor, rotor dan elemen lain, kita semua - kumpulan saya, Stoddart, Sauvage, dan rakan sekerja yang lain - masih bekerja secara eksklusif dengan molekul organik. Sudah tentu, tidak ada yang menghalang kita untuk membayangkan bahawa sesuatu seperti ini dapat dibuat menggunakan sebatian bukan organik secara eksklusif. Contohnya, untuk membina sambungan yang kompleks dan menjadikannya, seperti motor molekul kita, berputar di sekitar paksinya sendiri. Namun, tidak ada yang mengumpulkan nanomotor seperti itu.
Sebabnya mudah. Berkat pengembangan farmaseutikal dan kimia polimer, kami telah belajar untuk mensintesis sebatian kompleks yang sangat cepat dan baik yang terdiri daripada rantai hidrokarbon. Saya yakin perkara yang sama dapat dilakukan dengan sebatian bukan organik, tetapi untuk melakukan ini, pertama-tama kita harus memahami cara memasang molekul tersebut.
Ketika datang ke isotop radioaktif, saya rasa mereka tidak akan menjadi sebahagian daripada nanomachines. Sifat dan ketidakstabilan mereka yang luar biasa cenderung menjadikannya tidak sesuai untuk berfungsi sebagai sebahagian daripada sistem molekul stabil yang menggunakan cahaya atau elektrik sebagai sumber tenaga mereka.
Dalam hal ini, kita lebih berminat dengan motor molekul biologi, beratus-ratus jenisnya terdapat di dalam tubuh manusia. Semuanya adalah mesin protein, yang kebanyakannya mengandungi atom logam.
Selalunya, mereka memainkan peranan penting dalam reaksi yang menjadikan biomachin ini bergerak. Oleh itu, nampaknya gabungan kompleks logam dan sebatian organik di sekelilingnya kelihatan paling menjanjikan.
Tahun ini kita menyambut ulang tahun ke-150 jadual berkala. Bolehkah anda menerangkan bagaimana pencapaian abad setengah ini membantu anda membuat penemuan hari ini?
- Jadual berkala dan keteraturan yang terdapat di dalamnya sebenarnya selalu membantu kita untuk menilai bagaimana pelbagai jenis atom yang bersebelahan dengannya berkelakuan, dan untuk meramalkan sifat beberapa sebatian.
Contohnya, beberapa jenis motor kita mempunyai atom oksigen terbina dalam. Terima kasih kepada jadualnya, kami memahami bahawa sulfur akan serupa dengan sifatnya, tetapi pada masa yang sama saiznya sedikit lebih besar. Ini membolehkan kita mengawal tingkah laku mesin molekul seperti itu, menukar oksigen dengan sulfur dan sebaliknya.
Video promosi:
Ini tentu saja tidak berakhir dengan kemampuan ramalan kami. Terdapat banyak undang-undang lain yang baru-baru ini dijumpai yang memungkinkan untuk meramalkan beberapa ciri nanomachines.
Sebaliknya, saya ragu bahawa kita boleh membuat sesuatu seperti jadual berkala untuk struktur nano tersebut. Di sini kita, jika mungkin secara prinsip, tidak mempunyai pengetahuan yang mencukupi.
Oleh itu, kita secara kasar dapat meramalkan bagaimana motor molekul dengan ukuran yang berbeza, serupa dalam struktur, akan bertindak, tetapi kita tidak dapat melakukan ini untuk sistem yang berbeza secara radikal atau merancang sesuatu dari awal tanpa melakukan eksperimen.
Anda baru-baru ini mengatakan bahawa nanorobots penuh pertama akan muncul dalam kira-kira lima puluh tahun. Sebaliknya, hanya satu setengah tahun yang lalu, "perlumbaan" pertama nanomachines seperti itu berlaku di Perancis. Sejauh mana kita dari kemunculan alat nanodonomi autonomi?
- Perlu difahami bahawa semua mesin molekul yang ada sekarang sangat primitif dari segi struktur dan tujuannya. Sebenarnya, kedua-dua kereta kami, yang kami kumpulkan pada tahun 2011, dan "kereta lumba" ini dicipta bukan untuk menyelesaikan masalah praktikal, tetapi untuk memuaskan rasa ingin tahu.
Kami dan rakan sekerja sedang mengembangkan alat sedemikian untuk menyelesaikan masalah yang sangat mudah - kami berusaha untuk mengetahui bagaimana membuat molekul bergerak dalam satu arah atau yang lain, menghentikan dan melaksanakan perintah mudah yang lain. Ini adalah masalah akademik yang menarik tetapi masih murni.
Langkah seterusnya jauh lebih sukar dan serius. Penting untuk memahami apakah mungkin untuk melibatkan mereka dalam tugas yang benar-benar praktikal: mengangkut barang, berkumpul dalam struktur yang lebih kompleks dan bertindak balas terhadap rangsangan luaran.
Sebagai contoh, nanomachines boleh digunakan untuk membuat tingkap pintar yang bertindak balas terhadap tahap pencahayaan jalan dan dapat memperbaiki diri; antibiotik yang hanya berfungsi apabila isyarat kimia atau cahaya tertentu muncul. Perkara itu, menurut saya, akan muncul lebih awal daripada yang anda fikirkan - dalam sepuluh tahun akan datang.
* Nanobolid * di trek perlumbaan dari substrat tembaga.
Penciptaan nanorobots penuh yang mampu melakukan operasi di dalam badan atau menyelesaikan masalah yang kompleks, tentu akan memerlukan lebih banyak masa. Tetapi saya sekali lagi yakin bahawa kita juga boleh melakukannya. Terdapat banyak robot seperti itu di dalam tubuh manusia, dan tidak ada yang menghalang kita untuk membuat salinan tiruannya.
Sebaliknya, kita, seperti yang telah saya katakan lebih dari sekali, kini berada pada tahap perkembangan yang hampir sama dengan kemanusiaan pada zaman saudara Wright. Pertama, kita perlu memutuskan apa dan mengapa kita akan membuat, dan kemudian memikirkan cara melakukannya.
Sepertinya saya tidak boleh menyalin apa yang diciptakan oleh alam semula jadi. Kadang-kadang sistem buatan sepenuhnya, seperti kapal terbang atau cip komputer, lebih mudah dibuat daripada analog sayap atau otak manusia.
Dalam kes lain, lebih mudah mengambil apa yang telah diciptakan oleh organisma hidup, misalnya, beberapa antibodi, dan melampirkan ubat atau sebahagian ubat nano kepada mereka. Pendekatan serupa sudah digunakan dalam perubatan. Oleh itu, tidak boleh dikatakan dengan tegas bahawa salah satu daripadanya akan lebih menjanjikan dan betul untuk semua kemungkinan aplikasi nanorobots.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dua "kelas" nanomachines telah muncul - struktur yang agak sederhana yang menerima tenaga dari luar, dan struktur yang lebih kompleks, analog motor lengkap, mampu menghasilkannya secara bebas. Mana yang lebih dekat dengan kenyataan?
- Motor kimia, agak serupa dengan analog dalam sel hidup, mula kelihatan. Kami baru-baru ini telah mencipta beberapa alat yang serupa di makmal kami.
Sebagai contoh, kita berjaya mengumpulkan nanomachine yang mampu menggunakan glukosa dan hidrogen peroksida sebagai bahan bakar dan mengangkut nanotube, nanopartikel, dan struktur berat lain ke arah mana pun.
Sukar untuk mengatakan betapa menjanjikannya - semuanya bergantung pada tugas yang harus diselesaikan. Sekiranya kita perlu mengatur "pengangkutan" beberapa molekul, maka ia sangat sesuai untuk ini. Untuk membuat tetingkap pintar atau alat lain, anda perlu mencari bahan lain.
Di samping itu, kita masih tidak memahami apa sebenarnya yang kita hilang, analog mesin klasik apa yang boleh dibuat menggunakan molekul, dan di mana keseluruhan sfera kita akan bergerak secara umum. Sebenarnya, kita baru mula mengembangkannya. Sejauh ini, hanya satu perkara yang jelas - nanomachines berbeza dari biomachine di sel kita, dan dari "kakak" mereka di makrokosmos.
Sekiranya kita berbicara mengenai masa depan yang jauh, adakah mungkin menggunakan mesin molekul yang mampu menyalin diri mereka sendiri untuk menyelesaikan masalah global, misalnya, untuk menakluki Marikh atau planet lain?
- Sukar bagi saya untuk bercakap mengenai dunia lain, kerana isu ini jauh melebihi kemampuan saya. Walaupun begitu, saya berpendapat bahawa nanomachines tidak mungkin digunakan untuk tujuan seperti itu. Semasa kita berusaha menguasai beberapa persekitaran baru dan sangat keras, kita memerlukan teknologi yang sangat boleh dipercayai, bukan sesuatu yang eksperimental.
Oleh itu, menurut saya mesin seperti itu akan mula-mula mendapat aplikasi di Bumi. Kita boleh mengatakan bahawa ini sudah berlaku: dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ahli kimia telah mencipta beratus-ratus struktur yang sangat kompleks dari banyak molekul, yang disebut struktur supramolekul, yang secara selektif dapat mengikat ion tertentu dan mengabaikan yang lain.
Contohnya, rakan sekerja saya Francis Stoddart baru-baru ini menubuhkan sebuah syarikat permulaan di mana dia mengembangkan kompleks yang dapat mengekstrak emas dari sisa perlombongan dan tempat pembuangan sampah. Pada masa lalu, penciptaan sebatian seperti itu dianggap fantasi alkimia.
Perbincangan mengenai nanomachines paling kerap menyebabkan ketakutan yang tulus di kalangan orang ramai, bimbang robot mikroskopik masa depan akan memusnahkan peradaban dan semua kehidupan di Bumi. Adakah mungkin untuk melawan ini?
"Masalah-masalah ini ada hubungannya dengan Mesin Penciptaan: Era Nanoteknologi yang Akan Datang, yang ditulis oleh Eric Drexler pada tahun 1986. Senario kematian umat manusia akibat penyebaran diri "lendir kelabu" yang ditunjukkan di dalamnya diketahui hari ini kepada hampir semua orang.
Sebenarnya, tidak ada yang luar biasa di sini - semasa membuat nanomachines baru, kita mengambil langkah berjaga-jaga yang sama seperti ketika bekerja dengan bahan kimia baru dan berpotensi toksik.
Dalam hal ini, komponen nanorobots tidak berbeza dalam potensi merosakkannya dari "blok bangunan" dari mana molekul ubat baru, polimer, pemangkin dan produk kimia "biasa" lain dipasang.
Seperti ubat atau produk makanan lain, struktur molekul ini harus melalui sejumlah besar ujian keselamatan yang akan menunjukkan sama ada mereka boleh "memberontak" dan memusnahkan umat manusia.
Sebenarnya, tidak ada yang mengejutkan dalam ketakutan seperti itu - orang biasa takut akan sesuatu yang baru dan tidak biasa. Setiap dekad terdapat "kisah seram" baru dari dunia fizik, kimia atau biologi, yang menggantikan perkara-perkara yang sudah kita terbiasa. Sebagai contoh, sekarang menjadi bergaya untuk takut dan mengkritik editor genomik CRISPR / Cas9 dan kecerdasan buatan.
Apa yang perlu dilakukan oleh para saintis? Sepertinya tugas saya adalah sederhana: kita mesti menolong orang ramai untuk mengetahui apa yang benar dan apa itu fiksyen. Penting untuk memahami faedah praktikal penemuan baru ini dan di mana bahaya sebenarnya terletak.
Sebagai contoh, jika orang memahami bahawa CRISPR / Cas9 dapat menyembuhkan mereka dari penyakit yang berkaitan dengan kecacatan genetik, atau meningkatkan produktiviti tanaman, mereka tidak mempunyai alasan untuk takut dengan teknologi ini. Perkara yang sama berlaku untuk nanomachines masa depan.
