Ilmuwan telah menciptakan dan menguji berbagai mesin nano di laboratorium untuk waktu yang lama. Faktanya, ini adalah konstruksi molekuler yang tugasnya melakukan fungsi yang berguna: misalnya, mengirimkan obat ke organ yang sakit, mengidentifikasi patogen, atau memperbaiki sesuatu. Ketika robot nano "berguna" pertama muncul, akankah mereka membantu menjajah Mars dan planet lain?
Pertanyaan-pertanyaan ini dijawab oleh Ben Feringa, profesor di Universitas Groningen di Belanda. Pada tahun 2016, dia, bersama dengan orang Prancis Jean-Pierre Sauvage dan Scotsman Fraser, memenangkan Hadiah Nobel untuk desain dan konstruksi mesin molekuler. “Mesin nano Anda terbuat dari elemen yang sangat umum seperti karbon, nitrogen, atau sulfur. Bisakah kita mengharapkan komponen yang lebih eksotis di dalamnya - misalnya, logam tanah jarang atau zat radioaktif?- Pertanyaan ini sangat sulit untuk dijawab karena satu alasan sederhana: kita masih belum tahu apa yang dapat dan tidak dapat dilakukan oleh konstruksi molekul seperti itu. Pada saat yang sama, terlepas dari perbedaan besar dalam struktur nanomotors, rotor, dan elemen lainnya, kami semua - grup saya, Stoddart, Sauvage, dan banyak rekan lainnya - masih bekerja secara eksklusif dengan molekul organik. Tentu saja, tidak ada yang menghalangi kita untuk membayangkan bahwa sesuatu seperti ini dapat dibuat hanya dengan menggunakan senyawa anorganik. Misalnya, untuk membuat sambungan yang rumit dan membuatnya, seperti motor molekuler kita, putar di sekitar porosnya sendiri. Namun, belum ada yang merakit nanomotors seperti itu.
Alasannya sederhana. Berkat perkembangan farmasi dan kimia polimer, kami telah belajar dengan sangat cepat dan baik mensintesis senyawa kompleks yang terdiri dari rantai hidrokarbon. Saya yakin hal yang sama dapat dilakukan dengan senyawa anorganik, tetapi untuk melakukan ini, pertama-tama kita harus memahami cara menyusun molekul semacam itu.
Ketika berbicara tentang isotop radioaktif, saya rasa mereka tidak akan pernah menjadi bagian dari mesin nano. Sifat-sifat dan ketidakstabilannya yang tidak biasa cenderung membuat mereka tidak cocok untuk berfungsi sebagai bagian dari sistem molekuler stabil yang menggunakan cahaya atau listrik sebagai sumber energinya.
Dalam hal ini, kami lebih tertarik pada motor molekuler biologis, yang ratusan varietasnya ada dalam tubuh manusia. Mereka semua adalah mesin protein, banyak di antaranya mengandung atom logam.
Paling sering, mereka memainkan peran kunci dalam reaksi yang membuat mesin-mesin ini bergerak. Oleh karena itu, menurut saya kombinasi kompleks logam dan senyawa organik yang mengelilinginya terlihat paling menjanjikan.
Tahun ini kami merayakan ulang tahun ke-150 tabel periodik. Bisakah Anda menjelaskan bagaimana pencapaian satu setengah abad ini membantu Anda membuat penemuan hari ini?
- Tabel periodik dan keteraturan yang melekat di dalamnya sebenarnya selalu membantu kita untuk menilai bagaimana berbagai jenis atom yang bertetangga di dalamnya berperilaku, dan untuk memprediksi sifat-sifat beberapa senyawa.
Misalnya, beberapa jenis motor kita memiliki atom oksigen bawaan. Berkat tabel tersebut, kami memahami bahwa sulfur akan serupa dengan sifatnya, tetapi pada saat yang sama ukurannya sedikit lebih besar. Hal ini memungkinkan kita untuk secara fleksibel mengontrol perilaku mesin molekuler tersebut, menukar oksigen dengan sulfur dan sebaliknya.
Video promosi:
Ini, tentu saja, tidak berakhir dengan kemampuan prediksi kami. Ada banyak hukum lain yang baru-baru ini ditemukan yang memungkinkan untuk memprediksi beberapa karakteristik mesin nano.
Di sisi lain, saya ragu kita dapat membuat sesuatu seperti tabel periodik untuk struktur nano seperti itu. Di sini kami, jika mungkin pada prinsipnya, tidak memiliki pengetahuan yang cukup.
Jadi, kami secara kasar dapat memprediksi bagaimana motor molekuler dengan ukuran yang berbeda, struktur yang mirip, akan berperilaku, tetapi kami tidak dapat melakukan ini untuk sistem yang sangat berbeda atau merancang sesuatu dari awal tanpa melakukan eksperimen.
Anda baru-baru ini mengatakan bahwa robot nano lengkap pertama akan muncul dalam waktu sekitar lima puluh tahun. Di sisi lain, hanya satu setengah tahun yang lalu, "perlombaan" pertama dari mesin nano semacam itu terjadi di Prancis. Seberapa jauh kita dari munculnya layanan nano otonom?
- Harus dipahami bahwa semua mesin molekuler yang ada saat ini sangat primitif baik dalam struktur maupun tujuannya. Sebenarnya, baik mobil kami, yang kami rakit pada tahun 2011, dan "mobil balap" ini tidak diciptakan untuk menyelesaikan masalah praktis apa pun, tetapi untuk memuaskan rasa penasaran.
Baik kami dan rekan kami sedang mengembangkan perangkat semacam itu untuk memecahkan masalah yang sangat sederhana - kami mencoba mencari cara untuk membuat molekul bergerak ke satu arah atau yang lain, berhenti dan menjalankan perintah sederhana lainnya. Ini adalah masalah yang menarik tetapi masih murni akademis.
Langkah selanjutnya jauh lebih sulit dan serius. Penting untuk dipahami apakah mungkin melibatkan mereka dalam tugas yang benar-benar praktis: mengangkut barang, merakit dalam struktur yang lebih kompleks, dan merespons rangsangan eksternal.
Misalnya, mesin nano dapat digunakan untuk membuat jendela pintar yang merespons tingkat penerangan jalan dan dapat memperbaiki dirinya sendiri; antibiotik yang bekerja hanya ketika sinyal kimia atau cahaya tertentu muncul. Hal-hal seperti itu, menurut saya, akan muncul jauh lebih awal dari yang Anda pikirkan - dalam sepuluh tahun mendatang.
* Nanobolid * di trek balap dari substrat tembaga.
Penciptaan robot nano lengkap yang mampu melakukan operasi di dalam tubuh atau menyelesaikan masalah yang kompleks, tentunya akan membutuhkan waktu lebih lama. Tapi saya, sekali lagi, yakin kita bisa melakukannya juga. Ada banyak robot seperti itu di dalam tubuh manusia, dan tidak ada yang mencegah kita untuk membuat tiruan tiruan mereka.
Di sisi lain, kita, seperti yang telah saya katakan lebih dari sekali, sekarang berada pada tingkat perkembangan yang kira-kira sama dengan umat manusia di zaman Wright bersaudara. Pertama, kita perlu memutuskan apa dan mengapa kita akan membuat, dan kemudian memikirkan bagaimana cara membuatnya.
Menurut saya, Anda seharusnya tidak sembarangan meniru apa yang telah diciptakan alam. Terkadang sistem yang sepenuhnya buatan, seperti pesawat terbang atau chip komputer, jauh lebih mudah dibuat daripada analog dari sayap atau otak manusia.
Dalam kasus lain, lebih mudah untuk mengambil apa yang telah diciptakan organisme hidup, misalnya, beberapa antibodi, dan menempelkan obat atau bagian mesin nano padanya. Pendekatan serupa sudah digunakan dalam pengobatan. Oleh karena itu, tidak dapat dikatakan dengan tegas bahwa salah satu dari mereka akan lebih menjanjikan dan tepat untuk semua kemungkinan aplikasi robot nano.
Dalam beberapa tahun terakhir, dua "kelas" mesin nano telah muncul - struktur yang relatif sederhana yang menerima energi dari luar, dan struktur yang lebih kompleks, analog motor yang lengkap, yang mampu memproduksinya secara mandiri. Mana yang lebih dekat dengan kenyataan?
- Motor kimiawi, agak mirip dengan analog dalam sel hidup, benar-benar mulai bermunculan. Kami baru saja membuat beberapa perangkat serupa di laboratorium kami.
Misalnya, kami berhasil merakit mesin nano yang mampu menggunakan glukosa dan hidrogen peroksida sebagai bahan bakar dan mengangkut nanotube, nanopartikel, dan struktur berat lainnya ke segala arah.
Sulit untuk mengatakan betapa menjanjikannya mereka - semuanya tergantung pada tugas yang harus diselesaikan. Jika kita perlu mengatur "transportasi" beberapa molekul, maka molekul tersebut ideal untuk ini. Untuk membuat smart windows atau gadget lainnya, pada gilirannya Anda sudah perlu mencari bahan lain.
Selain itu, kami masih belum memahami apa yang sebenarnya kami lewatkan, analog mesin klasik apa yang dapat dibuat menggunakan molekul, dan ke mana seluruh bola kami akan bergerak secara umum. Padahal, kami baru mulai mengembangkannya. Sejauh ini, hanya satu hal yang jelas - mesin nano berbeda dari mesin biologis di sel kita, dan dari "kakak perempuan" mereka di makrokosmos.
Jika kita berbicara tentang masa depan yang jauh, mungkinkah menggunakan mesin molekuler yang mampu meniru dirinya sendiri untuk memecahkan masalah global, misalnya, untuk menaklukkan Mars atau planet lain?
- Sulit bagi saya untuk berbicara tentang dunia lain, karena masalah ini jauh melampaui kompetensi saya. Namun demikian, saya pikir mesin nano tidak mungkin digunakan untuk tujuan seperti itu sejak awal. Saat kita mencoba menguasai beberapa lingkungan baru dan sangat keras, kita membutuhkan teknologi yang sangat andal, bukan sesuatu yang eksperimental.
Oleh karena itu, menurut saya mesin seperti itu akan menemukan aplikasi pertama kali di Bumi. Kita dapat mengatakan bahwa ini sudah terjadi: dalam beberapa tahun terakhir, ahli kimia telah menciptakan ratusan struktur yang sangat kompleks dari banyak molekul, yang disebut struktur supramolekul, yang secara selektif dapat mengikat ion tertentu dan mengabaikan yang lainnya.
Misalnya, kolega saya Francis Stoddart baru-baru ini mendirikan sebuah perusahaan rintisan di mana dia mengembangkan kompleks yang dapat mengekstraksi emas dari limbah pertambangan dan pembuangan limbah. Di masa lalu, penciptaan senyawa semacam itu dianggap sebagai fantasi alkemis.
Bicara tentang mesin nano paling sering menimbulkan ketakutan sejati di kalangan publik, takut robot mikroskopis masa depan akan menghancurkan peradaban dan semua kehidupan di Bumi. Apakah mungkin untuk melawan ini?
“Masalah ini berkaitan erat dengan Mesin Penciptaan: Era Kedatangan Nanoteknologi, yang ditulis oleh Eric Drexler pada tahun 1986. Skenario kematian umat manusia sebagai akibat perbanyakan sendiri "lendir abu-abu" yang disajikan di dalamnya sekarang diketahui oleh hampir semua orang.
Faktanya, tidak ada yang aneh di sini - saat membuat mesin nano baru, kami melakukan tindakan pencegahan yang sama seperti saat bekerja dengan bahan kimia baru dan berpotensi beracun.
Dalam hal ini, komponen robot-nano tidak berbeda dalam potensi destruktifnya dari "blok penyusun" tempat molekul obat baru, polimer, katalis, dan produk kimia "biasa" lainnya dirakit.
Seperti obat atau produk makanan lainnya, struktur molekul ini harus melalui sejumlah besar uji keamanan yang akan menunjukkan apakah mereka dapat "memberontak" dan menghancurkan umat manusia.
Faktanya, tidak ada yang mengejutkan dalam ketakutan seperti itu - orang terbiasa takut akan sesuatu yang baru dan tidak biasa. Setiap dekade selalu ada "cerita horor" baru dari dunia fisika, kimia atau biologi, yang menggantikan hal-hal yang sudah biasa kita lakukan. Sekarang, misalnya, menjadi mode untuk takut dan mengkritik editor genom CRISPR / Cas9 dan kecerdasan buatan.
Apa yang harus dilakukan ilmuwan? Bagi saya, tugas kita sederhana: kita harus membantu publik untuk mencari tahu mana yang benar dan mana yang fiksi. Penting untuk memahami manfaat praktis dari penemuan baru ini dan di mana letak bahaya sebenarnya.
Misalnya, jika orang memahami bahwa CRISPR / Cas9 dapat menyembuhkan mereka dari penyakit yang terkait dengan cacat genetik, atau meningkatkan produktivitas tanaman, mereka tidak akan terlalu takut dengan teknologi ini. Hal yang sama berlaku untuk mesin nano di masa depan.
