Ahli kimia Amerika Chad Mirkin, yang menerima anugerah RUSNANOPRIZE tahun ini, memberitahu RIA Novosti tentang bagaimana nanopartikelnya akan membuka usia perubatan genetik, melicinkan kerutan pada wajah wanita dan menyembuhkan kita daripada barah, dan juga berkongsi pemikirannya tentang bagaimana ketika nanomachines dapat memusnahkan dunia.
Chad Mirkin adalah salah satu ahli kimia Amerika terkemuka yang terlibat dalam pengembangan nanopartikel yang terhimpun dari molekul DNA sfera dan kombinasi DNA atau RNA dengan logam dan bahan anorganik lain. Sebagai tambahan kepada nanoteknologi "organik", Mirkin secara aktif mengusahakan pengembangan teknologi untuk "mencetak" struktur nano, yang dapat digunakan untuk pembuatan alat elektronik dan optik.
Mirkin dianggap sebagai salah satu pesaing utama untuk Hadiah Nobel Kimia 2013, dan juga pernah dicalonkan pada masa lalu untuk Hadiah RUSNANOPRIZE, yang telah dianugerahkan oleh Rusnano sejak tahun 2009 untuk perkembangan atau penemuan ilmiah dan teknologi dalam bidang nanoteknologi yang telah diperkenalkan ke dalam pengeluaran besar-besaran.
Chad, ahli genetik sering menghadapi penolakan sosial akut ketika mengembangkan GMO atau terapi gen, tetapi nanoteknologi secara umum dan nanopartikel berdasarkan molekul DNA sfera yang anda kembangkan tidak menghadapi masalah ini. Mengapa ia berlaku?
- Dalam kes ini, pada pendapat saya, terdapat perbezaan mendasar antara penciptaan nanopartikel dan pengembangan produk yang diubahsuai secara genetik. Kajian mengenai sifat dan penciptaan nanopartikel, pertama-tama, tergolong dalam jumlah kajian kimia, ia dapat disebut hasil pencarian sifat baru dan berguna dalam beberapa struktur yang tidak ada di alam semula jadi atau merupakan hasil miniaturisasi, menggunakan pelbagai kaedah untuk penciptaannya.
Sebagai contoh, semua bahan mengubah sifatnya apabila miniatur. Emas, khususnya, kehilangan warna keemasan dan berubah menjadi merah pada skala nano. Inilah sebabnya mengapa nanoteknologi begitu menarik bagi kita. Semua perbezaan ini yang timbul semasa peralihan ke skala nano dapat digunakan untuk mengembangkan teknologi baru, yang sebelumnya tidak dapat dilihat.
Sebaliknya, penyuntingan DNA telah dilaksanakan secara global, menggunakan proses biokimia tertentu, akibatnya sangat jelas dan yang selamanya mengubah cara kerja organisma hidup. Ini menimbulkan dilema etika dan menarik perhatian pengawal selia dan orang yang prihatin terhadap akibat jangka panjang dari pengalaman tersebut.
Sudah tentu, ada orang yang takut dengan perkembangan nanoteknologi lebih lanjut, tetapi atas sebab-sebab di atas, sangat sukar (dan tidak jujur bagi kita) untuk membawa semua nanopartikel dengan ukuran yang sama dan membuat "kesimpulan" yang jelas bahawa semua nanoteknologi tidak tentu. Sekiranya anda memikirkannya, konsep "nanoteknologi" boleh merangkumi hampir semua yang telah dihasilkan oleh sains dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Lebih-lebih lagi, jika anda hanya melihat kimia "biasa", maka ia beroperasi dengan molekul yang dimensinya lebih kecil daripada struktur yang kita namakan nanomaterial.
Video promosi:
Sebagai contoh, apa yang telah kita buat, secara tegas, bukan nanopartikel, tetapi, seperti yang saya sebut sebagai "asid nukleik sfera", jenis struktur nano baru yang kita buat dengan meletakkan molekul DNA dan RNA pendek ke templat bentuk dan reka bentuk tertentu … Mereka tidak mempunyai setara semula jadi, tetapi pada masa yang sama mereka berinteraksi dengan bahan hidup dan sel dengan cara yang sangat luar biasa, dan penting. Mereka boleh dikatakan sebagai gabungan kimia, biologi dan nanoteknologi.
Nanopartikel seperti itu dapat digunakan untuk menyelesaikan sejumlah masalah - mereka dapat digunakan untuk menyampaikan ubat ke sel, menyembuhkan barah dan memperbaiki selnya, mendiagnosis penyakit, dan banyak lagi. Sudah tentu, anda boleh menyesuaikannya untuk bahaya, tetapi bukan itu yang kita lakukan di Northwestern University.
Anda telah dinobatkan sebagai salah satu calon untuk Hadiah Nobel pada masa lalu, dan tahun ini dianugerahkan untuk salah satu penemuan penting dalam bidang nanoteknologi. Tidakkah anda berfikir bahawa anda telah dilupakan?
- Sebenarnya, tahun ini hadiah diberikan kerana penemuan yang tidak ada kaitan dengan penyelidikan kami - ia diterima, antara lain, oleh salah seorang rakan universiti saya, Fraser Stoddart. Feringa, Savage, dan Stoddart berusaha untuk membuat mesin molekul - analog miniatur kasar pemutar dan suis mekanikal, yang mampu melakukan tugas yang sama seperti mesin konvensional, tetapi pada skala nano.
Kita boleh mengatakan bahawa "Hadiah Nobel" masuk ke nanoteknologi, tetapi anda perlu memahami bahawa bidang sains ini sangat luas dan merangkumi pelbagai masalah, dari perlindungan alam sekitar, perubatan dan berakhir dengan tenaga dan elektronik. Dalam kes ini, nanoteknologi ini sangat jauh dari yang kita lakukan.
Sekiranya kita bercakap mengenai Hadiah Nobel, maka saya tidak dapat mengatakan apa-apa - bukan hak saya untuk memutuskan siapa yang harus menerimanya, biarkan ahli Jawatankuasa Nobel melakukannya.
Salah seorang pemenang anugerah tahun ini, Ben Feringa, percaya bahawa nanomachines tidak mungkin mengancam manusia. Apa pendapat anda mengenai isu ini yang orang fikirkan terlebih dahulu ketika memikirkan bahaya nanoteknologi?
- Sekali lagi, jika anda memperhatikan apa yang mereka berikan pada Hadiah Nobel tahun ini, anda dapat melihat bahawa hadiah tersebut diberikan kerana penemuan yang sangat mendasar. Saya berpendapat bahawa kita sekarang berada pada tahap awal evolusi kimia nanoteknologi, yang sangat jauh dari kemampuan mesin yang dijelaskan dalam senario terkenal "goo kelabu".
Sebenarnya, idea bahawa mesin boleh keluar dari kawalan dan pemberontak adalah fiksyen sains tulen yang tidak ada kaitan dengan sains. Saya berpendapat bahawa ia akan kekal dalam kerangka fiksyen untuk masa yang akan datang. Apa yang kita kerjakan dan kerjakan hari ini sama sekali tidak sama dengan apa yang diperlukan untuk senario "kiamat" seperti itu.
Mesin yang telah dibuat oleh Feringa dan rakannya sangat skematik dan sama sekali tidak seperti "nano-terminator" yang digunakan oleh penulis fiksyen sains untuk menakut-nakutkan kita. Kita masih mempunyai sekurang-kurangnya beberapa dekad, jika tidak berabad-abad, senario sedemikian menjadi topik perbincangan serius.
Di bidang nanoteknologi mana yang anda harapkan kejayaan paling ketara dalam masa terdekat?
- Asid nukleik nanosfera kami akan dan sudah digunakan untuk pelbagai tujuan dan dalam pelbagai cabang sains, perubatan dan industri. Mereka sudah digunakan untuk diagnostik dalam perubatan - sebagai contoh, kami telah membuat nanopartikel dengan nukleus emas yang ditutup dengan "lapisan bulu" DNA, yang digunakan sebagai tanda untuk pencarian yang sangat tepat untuk segmen DNA, protein dan biomolekul lain yang berkaitan dengan penyakit dan pelbagai bio - "sasaran".
Partikel seperti itu dapat digunakan untuk analisis cepat air liur, sampel darah atau air kencing dan mencari pelbagai virus, bakteria, atau bahkan penyakit yang ditentukan secara genetik di dalamnya. Semua ini, saya tekankan, sudah digunakan dalam praktik.
Pada masa akan datang, lebih banyak menanti kita - kita membuat nanopartikel DNA berongga yang dipenuhi dengan ubat-ubatan atau beberapa bahan lain yang dapat menembusi sel, yang tidak dapat dilakukan oleh molekul DNA dan RNA biasa. Nanopartikel seperti itu, misalnya, dapat ditambahkan ke krim kulit dan digunakan untuk merawat lebih dari 200 penyakit kulit yang berkaitan dengan kerosakan DNA. Begitu juga, kita dapat melawan kolitis, penyakit mata, pundi kencing atau paru-paru. Era perubatan genetik akan datang.
Perlu difahami di sini bahawa tiga perkara diperlukan untuk berjaya dalam bidang ini. Pertama, anda mesti dapat membuat molekul RNA dan DNA, dan kami telah menjalankan tugas ini dengan baik selama 30 tahun. Kedua, anda perlu memahami mengapa mutasi pada gen tertentu menyebabkan penyakit. Masalah ini diselesaikan pada awal tahun 2000an, ketika penyahkodan genom manusia selesai.
Walau bagaimanapun, perkara ketiga hilang sehingga baru-baru ini - keupayaan untuk memasukkan DNA dan RNA ke dalam tisu dan organ di mana mereka mesti pergi. Ternyata nanopartikel adalah kaedah yang paling mudah dan boleh dipercayai untuk menyelesaikan masalah ini. Asid nukleik sfera kami dapat menembusi sel semudah retrovirus lain tidak dapat.
Sekarang kita mempunyai peluang untuk menyuntik DNA ke organ yang menarik bagi kita, dan bukan hanya ke hati, seperti sebelumnya, dan ini telah membuka peluang bagi kita untuk terapi gen yang sebelumnya tidak dapat difikirkan. Kita tidak memerlukan selektiviti ubat itu, kerana kita boleh menyuntik DNA secara langsung di mana kita memerlukannya, dan tidak boleh melalui seluruh badan.
Salah satu penemuan anda yang paling terkenal adalah penciptaan kristal dari DNA. Adakah anda menemui aplikasi perindustrian untuk struktur seperti itu, atau adakah ini merupakan penemuan asas setakat ini?
- Kristal dari DNA adalah salah satu perkara paling menarik yang dapat kami hasilkan. Sekiranya "Hadiah Nobel" untuk nanoteknologi wujud, maka metodologi penghasilannya, menurut saya, akan sangat sesuai dengannya.
Kami tertarik dengan kristal ini pada tahun 1996 kerana alasan yang jauh dari perubatan dan biologi. Kami menguji konsep yang baru pada masa itu, yang menyatakan bahawa nanopartikel boleh dianggap sebagai sejenis atom buatan, dan DNA dalam hal ini bertindak sebagai sejenis partikel "subatomik" yang dapat diprogram, berdasarkan nanopartikel, "atom", yang sifat kimianya ditentukan akan menjadi molekul DNA di permukaannya.
Fleksibiliti sifat nanopartikel sedemikian memungkinkan kita untuk merancang kristal secara harfiah dengan struktur tertentu, memasangnya atom atom dengan ketepatan subnanometer, termasuk membuat kisi kristal seperti itu, yang analognya tidak ada di alam semula jadi. Selama bertahun-tahun, kami telah membuat 500 versi berbeza dari kisi-kisi ini, enam daripadanya sepenuhnya buatan. Ini membuka jalan untuk kawalan sepenuhnya ke atas sifat bahan dan pelbagai jenis bahan kristal tiruan.
Dari sudut aplikasi praktikal mereka, kita masih bergerak ke arah ini. Pemangkin pertama dan peranti optik berdasarkan kristal ini, pada pendapat saya, akan muncul dalam masa sekitar 10 tahun. Adalah penting bahawa dan seperti dalam kes elektronik moden, penciptaannya tidak mungkin dilakukan tanpa kemampuan untuk menghasilkan monokristal silikon, penciptaan kristal DNA membuka jalan bagi kelas teknologi baru.
Semasa anda bercakap tentang membuat nanosfera dari molekul DNA, anda mengatakan bahawa ia boleh digunakan untuk pelbagai tujuan, termasuk untuk melicinkan kedutan. Adakah syarikat kosmetik berminat dalam perkembangan ini?
- Ya, banyak syarikat telah menunjukkan minat terhadap penggunaan molekul DNA sfera ini. Dari sudut pandang kosmetologi, potensi nanopartikel hampir tidak terhad - dengan bantuannya kita dapat menjadikan kulit lebih anjal, menghilangkan bintik-bintik gelap, membersihkan sel-sel molekul pigmen dan membuat kulit berhenti menghasilkannya, dan juga menyelesaikan banyak masalah lain.
Tetapi ada masalah besar di sini - tidak jelas bagaimana keselamatan produk tersebut akan dinilai dan diatur oleh pihak berkuasa yang berwibawa, kerana ia dapat menyelesaikan masalah farmasi dan kosmetik secara serentak. Siapa yang akan bertanggungjawab untuk pengesahan mereka, dan bagaimana ia akan dilakukan - belum jelas.
Di samping itu, dari sudut pengembangan perniagaan dan hanya dari sudut pandang manusia biasa, pengembangan kosmetik berdasarkan nanopartikel dari DNA adalah tugas sekunder berbanding dengan penciptaan vaksin terhadap barah dan penyakit genetik, yang diharapkan ratusan ribu dan berjuta-juta orang akan disingkirkan.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, saintis telah menulis beratus-ratus, mungkin beribu-ribu artikel yang dikhaskan untuk "bahan masa depan" seterusnya - sebagai contoh, plasmon atau origami DNA. Lama kelamaan, kegembiraan mereda, tetapi kami belum melihat hasil yang dapat dilihat. Mengapa ia berlaku?
- Sebenarnya, saya tidak akan mengatakan bahawa semua teknologi ini telah menguap atau hilang - penyelidikan berterusan, sekurang-kurangnya dalam plasmonik, penerbitan muncul dari semasa ke semasa mengenai origami, walaupun nampaknya tidak ada prospek teknologi di sini. Dalam jangka pendek, kedua-dua bahan ini nampaknya hanya menjadi subjek kajian asas.
Perlu diingat sejarah penemuan laser di sini. Ketika ahli fizik mencipta laser pertama, seseorang mengatakan bahawa "ini adalah penemuan menarik yang masih menunggu aplikasi praktikal." Hari ini laser boleh didapati di mana-mana - laser ada di setiap pasar raya, mereka digunakan untuk menjahit dan memotong tisu semasa operasi, dan terdapat di setiap komputer dan sistem komunikasi.
Dengan kata lain, selalunya setelah penemuan yang mendasar, bahkan tidak beberapa minggu atau bulan, tetapi beberapa dekad berlalu sebelum ia menemui aplikasi praktikal dan komersialnya.
