TR 100 Nanotech

Nanotechnologijos – konstrukcijų kūrimo ir manipuliavimo molekuliniu lygmeniu mokslas – žada naujas perspektyvas ir netikėtus sprendimus įvairioms puslaidininkių, optikos, jutimo ir biotechnologijų problemoms. Daugelis šių metų TR100 apdovanotųjų, pasiryžusių siekti naujų proveržių, kreipiasi į nanotechnologijas, kad įgytų precedento neturintį tikslumo, kontrolės ir lankstumo lygį kurdami naujas medžiagas ir įrenginius. Šios elitinės grupės išrastos nanomedžiagos žada viską – nuo ​​greitesnės ir mažesnės elektronikos iki veiksmingesnių ir tikslingų terapijų. Kai pasieksite nano ilgio svarstykles, galite įgyti unikalių savybių, sako Yi Cui iš Kalifornijos universiteto Berklyje. TR100 Nanotech+ kategorija apima platų medžiagų mokslo ir energetikos naujovių ir tyrimų spektrą. Tačiau daugelis šių metų TR100 įneša didžiausią indėlį į itin mažą mastą.

Didžioji dalis veiksmų yra biomedicinoje. Taip yra todėl, kad nanomedžiagos yra tinkamo dydžio, kad galėtų sąveikauti su svarbiais biologiniais veikėjais, tokiais kaip baltymai, DNR molekulės ir virusai. Nanotechnologijų taikymas biomedicinos problemoms yra natūralus dalykas, sako Darrellas Irvine'as , MIT biomedicinos inžinerijos profesorius.

Irvine padeda sukurti geresnes vakcinas nuo ligų, tokių kaip maliarija ir vėžys, kurdamas sintetinio polimero nanodaleles. Nanodaleles, turinčias specifines stimuliuojančias molekules ir antigenus, pasisavina imuninės ląstelės, sukeldamos imuninį atsaką. Dėl savo mažo dydžio nanodalelės gali labai tiksliai pristatyti molekules į specifinius receptorius ląstelėse. Tai reiškia, kad reikia geriau kontroliuoti susidariusio imuninio atsako stiprumą ir tipą, todėl vakcinos turėtų būti veiksmingesnės. Irvine'as neseniai pradėjo dirbti su medicinos mokslininkais iš Harvardo universiteto, kad ištirtų medžiagas, kurios galėtų būti naudojamos ŽIV vakcinos pristatymui.

Albena Ivanisevič Purdue universiteto chemijos profesorius, taiko metodą, vadinamą panardinamąja nanolitografija, kad padėtų išspręsti pagrindinę audinių inžinierių problemą, kuri tikisi atstatyti pažeistas kūno dalis: kontroliuoti tikslų ląstelių augimą tam tikrose vietose. Ivanisevičius padengia mikroskopinius antgalius ląsteles maitinančiomis peptidų molekulėmis; antgaliai tada nusodina peptidus ant paviršiaus. Galimybė sutvarkyti šias peptidų molekules nanoskalės tikslumu suteikia Ivanisevičiui daugiau galimybių kontroliuoti, kaip ir kur ląstelės augs paviršiuje – galiausiai suformuodamos naujus audinius kūnui.

Nanotech taip pat atveria naujas galimybes tiems, kurie dirba efektyviau išnaudodami šviesą arba su ja. Kiekvienas, kam teko keisti lemputę, gali įtarti, įprastas kaitrinis apšvietimas yra pagrįstas 150 metų senumo technologija, o mokslininkai nekantriai ieško naujų būdų, kaip prailginti šviesą skleidžiančių medžiagų tarnavimo laiką ir padidinti efektyvumą. Vienas mėgstamiausių šios srities tyrinėtojų žaislų – kvantiniai taškai – puslaidininkinės medžiagos nanodalelės, kurios, priklausomai nuo jų dydžio, skleidžia skirtingų spalvų šviesą. Ir Vladimiras Bulovičius MIT elektros inžinerijos profesorius naudoja šiuos tvirtus, ryškiaspalvius nano taškus, kad išrastų lemputę. Iš kvantinių taškų Bulovic sukūrė naujus šviesos diodus, kurie gali būti įtraukti į lanksčias medžiagas, tokias kaip plastikas, ir turėtų tarnauti daug ilgiau nei įprastos lemputės. Nors kiti, įskaitant patį Bulovičių, jau sukūrė organinius šviesos diodus, Bulovičius teigia, kad kvantiniai taškai gali pailginti jų veiksmingą tarnavimo laiką, todėl juos galima naudoti plačiau. Jis tikisi per ateinančius vienerius ar dvejus metus pagaminti labai efektyvią ir ilgalaikę šviesą skleidžiančią lanksčią medžiagą.

Marcelis Bruchezas , Haywardo, Kalifornijos valstijos Quantum Dot vadovaujantis produktų kūrimo mokslininkas, taip pat naudoja švytinčias nanodaleles, bet biologiniam vaizdavimui ir diagnostikos kūrimui. Kvantiniai taškai skleidžia šviesą daug ilgiau nei įprasti dažai, naudojami gyvų ląstelių veiklai sekti, o jų įvairios spalvos reiškia, kad mokslininkai gali vienu metu vaizduoti kelis įvykius ir geriau suprasti vidinį ląstelių veikimą. Bruchezui darbo su nanomedžiagomis nauda yra ta, kad jos atveria visiškai naujus mąstymo apie problemas būdus. Tai suteikia jums daugiau lankstumo manipuliuojant medžiagomis ir dedant jas ten, kur norite, sako Bruchezas.

Elektronikos tyrinėtojai, ieškantys vis mažesnių ir greitesnių grandinių, taip pat žengia pažangą pasitelkdami nanotechnologijas. Silicio pramonė jau yra nano režime, pažymi Kinneret Keren, Stanfordo universiteto mokslininkas. Dabar jie labiau stengiasi dėl molekulinio režimo. Tai reiškia, kad naujos kartos elektros grandinėms kurti reikia naudoti tokias molekules kaip anglies nanovamzdeliai. Nors kiti tyrinėtojai jau pagamino tranzistorius iš atskirų puslaidininkių nanovamzdelių, Kerenas nusprendė imtis tokių tranzistorių surinkimo proceso. Jos gudrybė buvo prijungti vienas kitą papildančius DNR gabalus prie nanovamzdelio ir silicio plokštelės; kadangi dvi DNR dalys natūraliai susijungusios viena su kita, jos atliko darbą, sujungdamos nanovamzdelį ir plokštelę, kad susidarytų tranzistorius. Nors Kereno procesas tebėra laboratorinis žygdarbis, galiausiai jis gali pasiūlyti naują metodą, leidžiantį efektyviai gaminti mažas grandines, kuriose kiekvienas tranzistorius yra viena molekulė.

Nors mokslininkai, tokie kaip Kerenas, įdarbina biomolekules, kad padėtų gaminti elektroniką, Majank Bulsara laikosi tradicinio silicio, bet manipuliuoja juo naujais būdais. Bulsara, AmberWave Systems of Salem, NH, vienas iš įkūrėjų ir vyriausiasis technologijų pareigūnas, kuria naujos formos silicį, kuris žada, kad kompiuterių lustai bus 20 procentų greitesni, o energijos sąnaudos sumažės 30–40 procentų. Svarbiausia yra ištempti silicio kristalą, ištraukiant jo atomus vos per kelias tūkstantąsias nanometro dalis – kaip guminę juostelę, sako Bulsara. Šis tempimas pakeičia medžiagos savybes, todėl per ją lenktyniaujantys elektronai mažiau susiduria su silicio atomais, išsisklaido ir sulėtina. „Bulsara“ tikisi, kad iki kitų metų pabaigos rinkoje bus dideli kiekiai ištempto silicio lustai.

Šių metų TR100 dar tik pradeda demonstruoti nanotechnologijų veržimosi į naujas įdomias teritorijas rezultatus, tačiau jų darbo perkėlimas į realų pasaulį kelia savų problemų. Didžiausias iššūkis yra sugalvoti būdus, kaip gaminti nanomedžiagas pakankamai dideliuose plotuose, sako Bulovičius. Tačiau kai šis iššūkis pagaliau bus įvykdytas, nenustebkite, jei kylančios žvaigždės, apie kurias skaitysite kituose puslapiuose, buvo tarp tų, kurie padėjo nurodyti kelią.

TR100 paleisties sistemoje Nanotech+
Inovatorius	Įmonė įkurta/įkurta	Technologijos / gairės
Marcelis Bruchezas	Quantum Dot (Hayward, CA)	Fluorescenciniai nanokristalai iš puslaidininkinės medžiagos, skirti biologiniam ženklinimui ir diagnostikai; daugiau nei 1000 klientų
Majank Bulsara	„AmberWave Systems“ (Seilemas, NH)	Įtemptas silicis greitesniems, mažiau energijos reikalaujantiems puslaidininkiniams įrenginiams; produktai, kurių sudėtyje yra šios technologijos, gali būti plačiai prieinami iki 2005 m. pabaigos
Lerojus Ohlsenas	„Neah Power Systems“ (Bothell, WA)	Silicio kuro elementai, skirti nešiojamiesiems kompiuteriams ir kitiems nešiojamiesiems elektroniniams prietaisams; pirmasis produktas galėjo pasirodyti rinkoje 2006 m

Nanotech profiliai

Marcelis Bruchezas
Amžius: 31 | Vienas iš įkūrėjų ir pagrindinis mokslininkas | Kvantinis taškas
Prieš šešerius metus Marcelis Bruchezas, tuometinis Kalifornijos universiteto Berklyje absolventas, parodė, kad kvantiniai taškai – vos nanometrų pločio švytinčios dalelės – gali būti naudojami baltymams žymėti ląstelėse. Per kelis mėnesius Bruchezas įkūrė Quantum Dot, kad parduotų naują vaizdo gavimo įrankį biologams ir vaistų kūrėjams, ieškantiems išsamesnio molekulinių įvykių vaizdo. Tai vienas iš pirmųjų komercinių nanotechnologijų pritaikymo būdų, sako Bruchezas.

Yi Cui
Amžius: 28 | Mokslo bendradarbis | Kalifornijos universitetas, Berklis
Kai kurie nanotechnologijų tyrinėtojai kuria pagrindinius naujų medžiagų blokus, kiti, pavyzdžiui, Yi Cui, atlieka vienodai svarbų vaidmenį sujungiant tuos blokus ir žengiant kitus žingsnius siekiant praktinio pritaikymo. Cui gebėjimas tiksliai valdyti nano statybinių blokų surinkimą leido sukurti naujus įrenginius, kurie gali patekti į vėžio atrankos lustus, kvantinius kompiuterius ir saulės elementus.

Būdamas Harvardo universiteto chemijos doktorantūros studentas, Cui atliko novatorišką nanolaidų darbą, naudodamas lazerių ir cheminių garų derinį, kad sujudintų silicį ir suformuotų mažyčius laidus, kurie ne tik laidų elektronus, bet ir galėtų išjungti ir įjungti srovę kaip tranzistorius. Cui netgi pagamino nanolaidelius, kurių perjungimas priklausė nuo specifinių baltymų buvimo, todėl jie galėjo būti itin jautrūs biosensoriai atliekant ankstyvųjų prostatos vėžio požymių tyrimus.

Berklyje Cui toliau įvaldė funkcinių prietaisų kūrimo nanoskalėje meną. Visai neseniai jis atrado būdus, kaip tiksliai sujungti naujų tipų nano statybinius blokus, vadinamus nanotetrapodais – kelių nanometrų pločio medžiagos taškais, kurių kiekvienas turi keturis nano strypelius, kurie spinduliuoja skirtingomis kryptimis. Nors kiti tyrinėtojai anksčiau yra gaminę nanotetrapodus, Cui gali susieti daugelį jų, kad sukurtų grandinių tinklą ir tiksliai valdytų jų elektrines savybes. Galime priversti nanotetrapodus savarankiškai surinkti bet kokį mums reikalingą modelį, įskaitant tranzistorių matricas, sako Cui. Dėl savo mažo dydžio šios grandinės teoriškai gali būti kelis kartus greitesnės nei šiuolaikinių kompiuterių lustų grandinės.

Sudėdama nanotetrapodus į išsišakojusius tinklus, Cui juos iš žaliavos pavertė kažkuo, kas gali būti įmontuota į tikrus įrenginius, pavyzdžiui, saulės elementus. Ir kadangi nanotetrapodai yra pakankamai maži, kad registruotų atskirų elektronų buvimą, jie netgi galėtų pasinaudoti keistomis subatominių dalelių kvantinėmis savybėmis, sudarydami pagrindą naujų tipų kompiuteriams, kurie veiks tūkstančius kartų greičiau nei šiandieniniai greičiausi įrenginiai. Nors iki šio taikymo dar reikia daug metų, Cui jau įrodė galimybę sukurti naujas struktūras naudojant pagrindines nanotechnologijų sudedamąsias dalis.

Lerojus Ohlsenas
Amžius: 30 | Įkūrėjas ir vyriausiasis technologijų pareigūnas | Neah energijos sistemos
Kuro elementai, veikiantys metanoliu, gali maitinti mobiliuosius telefonus ir nešiojamuosius kompiuterius, tačiau jie yra brangūs ir nėra labai galingi. Leroy'us Ohlsenas, Neah Power Systems of Bothell, WA, įkūrėjas, elementų plastikines membranas, kurios pašalina elektronus iš metanolio ir gamina elektrą, pakeitė porėtu siliciu. Silicis ne tik suteikia daugiau galios, sako Ohlsenas, bet ir gali sumažinti gamybos sąnaudas. Tikėtis, kad pirmieji bendrovės kuro elementai 2006 m.

Molly Stevens
Amžius: 30 | Lektorius | Londono imperatoriškasis koledžas
Medžiagų mokslininkė Molly Stevens mano, kad kai reikia pajusti aplinkos pokyčius, niekas nepranoksta biologinių sistemų. Štai kodėl ji kreipiasi į biologines molekules, kad sukurtų išmaniąsias nanomedžiagas, kurios galėtų padėti sukurti naujus, implantuojamus jutimo ir vaistų tiekimo įrenginius.

Tokie prietaisai greitai aptiktų fiziologinius organizmo pokyčius, pavyzdžiui, padidėjusį cholesterolio kiekį, ir reaguotų išleisdami atitinkamą laikomo vaisto dozę. Tokia bent jau vizija. Tačiau norint tai suprasti, reikės naujų medžiagų, kurios skirtingomis cheminėmis sąlygomis elgiasi skirtingai.

Stevens neseniai parodė, kad ji gali kontroliuoti aukso nanodalelių elgesį keisdama tirpalo, kuriame jos yra suspenduotos, pH. Ji prijungė daleles prie specialiai sukurtų peptidų molekulių, kurios, esant tinkamoms pH sąlygoms, sąveikauja viena su kita, kad sutrauktų daleles į organizuotą struktūrą. Pasikeitus pH, pakeičiama peptidų forma taip, kad jie atstumia vienas kitą, o dalelės išsisklaido. Mes išnaudojame geriausią gamtos kūrybiškumą ir naudojame jį sau, sako Stevensas.

Eksperimentas rodo, kad įmanoma sukurti medžiagas, kurios automatiškai persiformuoja reaguodamos į cheminius kūno pokyčius. Iš tokios medžiagos būtų galima gauti implantuojamus vaistų tiekimo prietaisus, kurie veiktų kaip jų pačių biologiniai jutikliai.

Stevens naudojasi peptidų universalumu kitam savo darbo etapui. Dabar ji kuria peptidus, kad jie keistų formą subtilesniais ir įvairesniais būdais. Vaistų tiekimo prietaisas, pagamintas naudojant tokius peptidus, būtų jautresnis fiziologiniams pokyčiams ir galėtų geriau kontroliuoti daugybę skirtingų vaistų dozių. Jei jos naujasis projektas pasiseks, Stevensas suvaidins svarbų vaidmenį, kad ne tik nanomedžiagos, bet ir vaistų pristatymas būtų kur kas išmanesnis.

Vladimiras Bulovičius
Amžius: 34
MIT docentas
Naudoja organinius ir nanostruktūrinius puslaidininkius tokiuose įrenginiuose kaip šviesos diodai, lazeriai, fotodetektoriai ir cheminiai jutikliai. Pradedančiosios įmonės licencijavo daugelį jo 30 JAV patentų.

Majank Bulsara
Amžius: 32
„AmberWave Systems“ įkūrėjas ir vyriausiasis technologijų pareigūnas
Kartu įkūrė Salem, NH pagrindu sukurtą „AmberWave“, kad sukurtų įtemptą silicį – pažangią silicio formą, dėl kurios kompiuterių lustai veikia greičiau ir sunaudoja mažiau energijos.

Dustinas Carras
Amžius: 34
Pagrindinis techninio personalo narys, Sandia National Laboratories
Sukuria nanoskalės silicio prietaisus, galinčius aptikti subatominio masto judesius. Nanodetektoriai galėtų būti naudojami, pavyzdžiui, itin tiksliuose lėktuvų navigacijos akselerometruose.

Martinas Culpepperis
Amžius: 32
MIT docentas
Sukuria mašinas, reikalingas aukštos kokybės, nebrangiai nanogamybai paversti realybe. Jo nanomanipuliatoriai yra lankstesni ir pasižymi didesniu našumu nei esamos versijos – už vieną dvidešimtąją kainą.

Delmau džiaugsmas
Amžius: 33
Oak Ridge nacionalinės laboratorijos mokslo darbuotojas
Padėjo išspręsti esmines problemas, susijusias su branduolinių atliekų apdorojimu, dėl kurių buvo ekonomiškai išvalyta daugiau nei 100 000 kubinių metrų radioaktyviųjų atliekų Savannah upės teritorijoje Pietų Karolinoje, kuri valdo JAV branduolines atsargas.

Martha Gardner
Amžius: 33
„General Electric“ statistikas
Sukūrė statistinius modelius ir projektavimo programinę įrangą, kad medžiagų kūrimas būtų efektyvesnis. Naudodami jos metodus, inžinieriai sutrumpino produkto kūrimo laiką 90 procentų.

Verena Graf
Amžius: 32
„DaimlerChrysler“ inžinierius
Kuro kuro elementus, kurie yra praktiški varyti automobilius: jie yra tvirti, greitai užsiveda ir turi puikų galios tankį, nepaisant oro sąlygų.

Yu Han
Amžius: 27
Bioinžinerijos ir nanotechnologijų instituto (Singapūras) doktorantas
Sintetinės nanodalelės su mažytėmis, tiksliai apibrėžtomis poromis. Jo medžiagos gali būti naudojamos kontroliuojamam vaistų tiekimui arba genų terapijai.

Stefanas Hechtas
Amžius: 30
Berlyno laisvojo universiteto docentas
Sukūrė naują polimerinių nanovamzdelių ir kitų molekulinių statybinių blokų klasę. Šios naujos medžiagos gali būti pritaikytos nanodydžių elektroninių prietaisų gamyboje.

Darrellas Irvine'as
Amžius: 31
MIT docentas
Sukuria nanodaleles, kurios išskirs chemines medžiagas organizmo viduje, kad suprogramuotų imunines ląsteles kovoti su virusinėmis infekcijomis, tokiomis kaip ŽIV, toleruoti transplantacijas ar net sunaikinti piktybinius navikus.

Rustemas Ismagilovas
Amžius: 31
Čikagos universiteto docentas
Kuria mikrofluidikos technologijas, kurios naudoja mažyčius lašelius baltymų funkcijoms ir struktūrai apibūdinti bei sudėtingiems biocheminiams procesams modeliuoti. Mikrofluidiniai modeliai turėtų duoti įžvalgų, susijusių su vaistų atradimu ir medicinos prietaisų projektavimu.

Albena Ivanisevič
Amžius: 29
Purdue universiteto docentas
Naudoja mikroskopinius antgalius, kad nusodintų tikslius peptidų modelius tiesiai ant kūno audinių. Jos technika, kurią ji išbando kiaulių akyse, gali padėti gydyti ar net išgydyti aklumą.

Ravi Kane'as
Amžius: 32
Rensselaer politechnikos instituto docentas
Sukūrė labai stiprų juodligės gydymą, kai kiekviena vaisto molekulė blokuoja kelias toksino molekules, o ne tik vieną. Jis išplečia šią koncepciją ir apima anti-ŽIV gydymą.

Kinneret Keren
Amžius: 32
Stanfordo universiteto medicinos mokyklos doktorantas
Naudoja biologija pagrįstą savarankišką surinkimą, kad sukurtų molekulinę elektroniką. Ji sukūrė savarankiškai surinktą molekulinį-elektroninį įrenginį – anglies nanovamzdelio tranzistorių – naudodama DNR šabloną.

Jamie Link
Amžius: 26
Kalifornijos universiteto, San Diego, doktorantas
Išgraviruoti optiniai brūkšniniai kodai į mikrometro dydžio silicio gabalėlius. Ji tikisi panaudoti technologiją, kad aptiktų teršalus vandenyje arba vėžines ląsteles organizme.

Yueh-Lin (Lynn) Loo
Amžius: 30
Teksaso universiteto Ostine docentas
Išrastas nanotransferinis spausdinimas – aplinkai nekenksmingas metodas, skirtas nanodalelių ypatybių modeliavimui ant organinės elektronikos ir plastikinių grandinių. Ši nano modeliavimo schema galėtų būti naudojama didelio ploto lankstiems ekranams ir pigiems saulės elementams gaminti, be to, ji galėtų sudaryti sąlygas naujai medicininei terapijai ir diagnostikai.

Taileris McQuade'as
Amžius: 33
Kornelio universiteto docentas
Sukuria katalizatorius, kad sumažintų vaistų sintezės etapų skaičių, sumažinant aplinkai pavojingų šalutinių produktų kiekį. Jis tikisi, kad viena sistema padės gaminti Prozac, geriausiai parduodamą vaistą nuo depresijos, nuo keturių žingsnių iki vieno.

Teri Odom
Amžius: 30
Docentas,
Šiaurės Vakarų universitetas
Raštuotas silicis, kad būtų sukurtos nedidelės stiklinės, kuriose telpa tik zeptolitrai (silicio nanošuvelių skersmuo yra tik 50 nanometrų), idealiai tinka atskiroms specifinio ir vienodo dydžio nanodalelėms auginti. Toks itin tikslumas leidžia pritaikyti daleles specialioms reikmėms – pavyzdžiui, itin jautriems cheminiams jutikliams.

Erikas Šeris
Amžius: 28
Mokslinių tyrimų ir plėtros mokslininkas, Nanosys
Veikia su neorganinėmis puslaidininkinėmis nanomedžiagomis, kurios padeda Palo Alto, Kalifornijos valstijoje, Nanosys sukurti pigius, lanksčius saulės elementus. Nanosys partneris Matsushita planuoja įtraukti nano saulės elementus į statybines medžiagas.

Michaelas Strangeas
Amžius: 28
Ilinojaus universiteto docentas, Urbana-Champaign
Priėjo prie naujo supratimo apie anglies nanovamzdelių paviršiaus chemiją, leidžiančią rūšiuoti anglies nanovamzdelius pagal jų puslaidininkines, metalines arba izoliacines savybes. Tai panaikina pagrindinę kliūtį, dėl kurios nanovamzdeliai nebuvo naudojami įrenginiuose.

William Taylor
Amžius: 32
ArvinMeritor inžinerijos direktorius
Pirmauja pastangos komercializuoti plazmatroną – taršos kontrolės įrenginį, kuris dyzelinį kurą paverčia vandeniliu ir sumažina azoto oksido emisiją iki 90 procentų.

Tsuyoshi Yamamoto
Amžius: 31
Tyrėjas, NEC
Pademonstravo pirmuosius dviejų kubitų loginius vartus kietojo kūno įrenginyje – pažangą, labai svarbų kuriant itin greitą kvantinį kompiuterį.

Shu Yang
Amžius: 33
Pensilvanijos universiteto docentas
Kuria išmaniuosius fotoninius įrenginius žaibiškiems kompiuteriams ir ryšių tinklams. Dirbdama „Bell Labs“ ji sukūrė skystą mikrolęšį, kurį galima elektroniniu būdu sufokusuoti per milisekundes, kad šviesos signalai būtų nukreipti į optinių skaidulų vidų.

Yuankai Zheng
Amžius: 34
Mokslininkas, Duomenų saugojimo institutas (Singapūras)
Supaprastinta magnetinės RAM gamyba, todėl ši greita, nepastovi kompiuterio atminties forma tapo pigesnė ir praktiškesnė. Miniatiūros dydžio magnetinės RAM lustas galėtų saugoti 32 gigabaitus duomenų.

paslėpti