Wie kann das Potenzial der Nanotechnologie genutzt und ihre möglichen negativen Folgen vermieden werden? Das war die Frage, die Christine Peterson stellte, als sie vor dreißig Jahren das Foresight Institute gründete, eine gemeinnützige Denkfabrik für Nanotechnologie. Und jetzt, sagt sie, leitet sie diese Frage weiter. In den letzten zehn Jahren hat die Nanotechnologie erhebliche Fortschritte erzielt und praktische Anwendung gefunden. Einige entwickeln nanoskalige Designs für medizinische Implantate, die das Wachstum von Knochenzellen und die positive Genexpression stimulieren könnten. Andere arbeiten an handhabbaren Nanopartikeln, die Krebszellen erkennen und sogar zerstören können.
Die Idee von Nanomaschinen, die sich durch Ihren Körper bewegen und ihn auf zellulärer Ebene reparieren, ist dank der Entwicklung von Nanomotoren und Nanoraketen der Realität näher gekommen. Aber bevor wir zu ihnen kommen, glaubt Peterson, dass es noch andere interessante Implikationen für die Nanotechnologie gibt. Zum Beispiel selbstreinigende Oberflächen und Nanotech-Katalysatoren, die Treibhausgase einfangen und Kohlendioxid in die Substanzen umwandeln, die Fabriken benötigen.
Ende letzten Monats sprach Peterson auf dem Global Summit in San Francisco. In diesem Interview erfahren Sie, wie die Nanotechnologie ihrer Meinung nach dazu beitragen wird, das Problem der Wasser- und Krebsbehandlung zu lösen und uns in eine bessere Zukunft zu führen.
Nanotechnologie heute: Ein vager Punkt auf der Exponentialkurve?
Ich teile die Nanotechnologie in drei Stufen ein: Materialien, Geräte, Systeme. Jeder von ihnen folgt seiner eigenen Kurve. Zu diesem Zeitpunkt sehen wir hauptsächlich Nanopartikelprodukte, aber sie haben keine Genauigkeit im molekularen Maßstab - sie sind nicht atomar genau. Wenn sich dieser Parameter verbessert, werden Materialien mit solcher Präzision entstehen, insbesondere bei der Filtration und Katalyse.
Sobald solche Produkte auf den Markt kommen, werden sie wie eine Rakete explodieren. Der Bedarf an sauberem Wasser ist enorm. Die Nachfrage nach Treibhausgasmanagement ist enorm. Wer zuerst zu diesen Zielen kommt, wird ein positives Ergebnis erzielen.
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Erklären Sie einem Fremden auf der Straße kurz und bündig die Nanotechnologie
Die Natur manipuliert einzelne Moleküle, um die komplexesten Dinge der Welt zu erschaffen - Pflanzen, Tiere und unseren eigenen Körper. Die Herausforderung für die Nanotechnologie besteht darin, mithilfe molekularer Maschinensysteme mit der gleichen Präzision alles zu schaffen, was wir wollen, und dies so sauber wie die Natur.
2013 haben Sie vorausgesagt, dass Fortschritte in der Nanotechnologie in den nächsten zehn Jahren in der Medizin erhebliche Auswirkungen auf die Erkennung, Bildgebung und Behandlung von Krebs haben werden. Welche Fortschritte in der Nanotechnologie waren in den letzten Jahren für die Medizin am wichtigsten?
Es war eine enorme Anstrengung - Hunderte von Millionen Dollar - erforderlich, Nanotechnologie zur Bekämpfung von Krebs einzusetzen, und die Anstrengung zahlt sich aus.
Viele verschiedene Gruppen, wie das Stanford Center for Advancement of Onkonanotechnology, experimentieren mit Nanopartikeln, um nützliche Verhaltensweisen daraus zu gewinnen, z. B. die Übertragung eines Farbsignals, wenn eine Krebszelle gefunden wird, oder die Anlagerung an eine Krebszelle, bis diese untersucht wird. Sie können auch so programmiert werden, dass sie ein spezielles Signalmolekül freisetzen, wenn eine Krebszelle erkannt wird.
Im Labor können viele weitere ungewöhnliche Reaktionen ausgelöst werden. Beispielsweise kann ein Nanopartikel Licht absorbieren und eine akustische Schwingung mit geringer Leistung erzeugen, wenn ein Tumor erkannt wird, oder es kann Wärme abgeben, um eine Zelle zu zerstören.
Welche klinischen Studien sind für Sie am ermutigendsten?
Einer meiner Favoriten ist MagArray. Es bindet Nanomagnete an Krebszellen und identifiziert sie dann mit einer Probe auf einem Chip. Es dauert weniger als eine Stunde und erfordert nur minimale technische Schulungen. Zusätzlich zu Krebs kann diese Methode zur Überwachung von Zytokinen verwendet werden, was bei der Arbeit mit Alzheimer und Autoimmunerkrankungen nützlich ist.
Wenn wir Krebs bekämpfen können - und wir können es sicherlich -, wird Alzheimer natürlich zu einem noch größeren Problem als jetzt. Nur gegen Krebs zu kämpfen, wird nicht ausreichen. Wir müssen weiter arbeiten und mit allen chronischen Krankheiten umgehen.
Gibt es neue „intelligente Materialien“, die in nanotechnischen Geräten getestet werden und die moderne Technologien bald ersetzen könnten? Wenn ja, welche?
Zum Beispiel: Ich mag die Idee von selbstreinigenden Materialien. Die Universität von Cambridge arbeitet an Oberflächen, in die photokatalytische Titandioxid-Nanopartikel eingebettet sind. Sie verwenden ultraviolettes Licht, um Oberflächenschmutz in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Ein Tropfen Öl von der Größe eines Fingerabdrucks auf einer solchen Oberfläche wird in anderthalb Stunden entfernt.
Eines Tages werden wir Metallimplantate haben, die für viele Zwecke nicht geeignet sind. Die Universität von Montreal und Partner haben einen Weg gefunden, nanoskalige Muster auf der Oberfläche solcher Implantate zu erzeugen. Sie können das Wachstum von Knochenzellen steigern, das Wachstum unerwünschter Zellen verringern, die Stammzellenentwicklung stimulieren und die Genexpression auf positive Weise verändern. Tolle. Viele dieser Verwendungen sind buchstäblich von den Seiten der Science-Fiction verschwunden.
In Australien arbeiten RMIT und die University of Adelaide an Materialien, die nanoskalige Kristalle - dielektrische Resonatoren - verwenden, um Licht einer bestimmten Wellenlänge zu übertragen oder zu blockieren. Dies kann zur Schaffung von Kontaktlinsen führen, die das, was wir sehen, verändern, oder sogar zur Schaffung eines Head-up-Displays, das zusätzliche Informationen in unserem Sichtfeld anzeigt. Schließlich kann ich mich an die Namen von Personen erinnern, die ich zuvor getroffen habe.
Was waren Ihre Inspirationen, als Sie das Foresight Institute mitbegründeten? Welche Frage hat Sie damals beunruhigt?
Dann machte ich mir Sorgen um die Frage: Wie kann man kolossale Vorteile aus den Möglichkeiten der Nanotechnologie ziehen und mögliche negative Konsequenzen ebenso kolossal vermeiden?
Wir möchten die Entwicklung fortschrittlicher medizinischer und anderer positiver Anwendungen beschleunigen und verhindern, dass sich das Militär im gleichen Tempo entwickelt. Das Verständnis der Kraft der Nanotechnologie zur Verbesserung der Lebensqualität und insbesondere der Medizin hat einen langen Weg zurückgelegt, aber aufgrund verschiedener Einschränkungen wird die medizinische Verwendung ständig verzögert. Im militärischen Bereich ist das Gegenteil der Fall: Das Militär erhält frühzeitig Zugang zu neuen Technologien und militärische Anwendungen werden zehnmal besser finanziert.
Kombinieren Sie diese Trends, und es wird deutlich, warum es schwierig ist, die Entwicklung medizinischer Anwendungen dieser Technologie zu beschleunigen und gleichzeitig die Entwicklung des Militärs zu verlangsamen. Dies ist eine schwierige Aufgabe.
Es war 2025, wie hat die Nanotechnologie die Umwelt verbessert?
Zu diesem Zeitpunkt und vielleicht sogar noch früher kann es zwei große Durchbrüche geben. Erstens können wir das Wasserproblem durch molekulare Präzisionsfiltration lösen. Diese Technologie wird bereits von der privaten Firma AquaVia mit Unterstützung der National Science Foundation entwickelt.
Zweitens können wir die Luft mit Hilfe von nanotechnischen Katalysatoren, die Kohlendioxid aus der Luft entfernen und in Chemikalien umwandeln, die in der Industrie verwendet werden können, von Verschmutzung, einschließlich Treibhausgasen, reinigen. Daran arbeitet Christian Schaffmeister von der Temple University.
Fast jedes vorstellbare Umweltproblem kann theoretisch mit fortschrittlicher Nanotechnologie gelöst werden. Es war dieser Traum von der Wiederherstellung der Umwelt, der mich vor Jahrzehnten auf dieses Gebiet gebracht hat, und es ist gut zu sehen, dass er endlich wahr wird.
Was kann uns in den nächsten 10 Jahren aufhalten?
Beide Perspektiven sind definitiv auf dem Weg. Die Frage ist nur wann. Wir müssen mehr Ressourcen in Forschung und Entwicklung investieren. Es gibt Talente, es gibt Ideen, es geht um Finanzierung.
Was ist Ihr Lieblings-Smart-Objekt der Zukunft?
Normalerweise wende ich mich dem Gedankenexperiment zu. Stellen Sie sich einen Stuhl aus molekularen Maschinensystemen vor. Diese Maschinen können in eine andere Form wie einen Tisch gebracht werden. Wie lange wird es dauern, bis sie ihre Form von einer zur anderen ändern? Sie können sich dieses Experiment leicht vorstellen, da Sie selbst aus molekularen Maschinen bestehen.
Stellen Sie sich vor, Sie hocken sich hin, um einen Stuhl zu bilden, lassen sich dann auf alle viere fallen und werden zu einem "Tisch". Der gesamte Vorgang dauert weniger als eine Sekunde. Dies ist die maximale Zeit, die ein fortschrittlicher Nanomaterialstuhl benötigt, um ein Tisch zu werden. Es kann schneller sein, wenn Sie sich ein solches Ziel setzen.
Aber mein Traum ist eine "Zellreparaturmaschine", die sich im Körper bewegen und DNA, Proteine und andere Moleküle reparieren kann. Ein solches Auto zu bauen wird nicht einfach sein. Es werden viele abnehmbare Werkzeuge benötigt, die bei Bedarf geladen und entladen werden können. Aber sie konnte fast jedes körperliche Problem in unserem Körper analysieren und dann lösen, einschließlich des Alterns.
ILYA KHEL
