Nanocientistas e químicos de renome mundial Chad Mirkin, o Diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia (IIN) da Northwestern University, e Teri Odom, o Diretor Associado do IIN, sente-se para discutir a idade de ouro da miniaturização e como a "ciência das coisas pequenas" está promovendo grandes avanços.

O IIN, fundada em 2000, está fazendo grandes avanços na nanotecnologia e prosperando em grande escala. Nanociência e tecnologia - um campo focado no estudo e manipulação de moléculas e materiais com dimensões na escala de 1 a 100 nanômetros (1 nm =um bilionésimo de metro) - foram antecipadas em 1959 pelo físico Richard Feynman e possibilitadas com o advento de os microscópios de elétrons e de tunelamento de varredura na década de 1980. Ele está envolvendo cientistas de todo o mundo em muitas disciplinas. Eles estão usando essas ferramentas para explorar, e, finalmente, resolver, algumas das questões mais urgentes do mundo na medicina, Engenharia, energia, e defesa.

Nós conversamos entre Mirkin e Odom para ver para onde esse campo empolgante está indo.

P:Sua equipe descobriu a tecnologia de ácido nucléico esférico (SNA), onde pequenas partículas podem ser decoradas com pequenos fragmentos de DNA ou RNA. Com a criação dos SNAs, você basicamente pegou moléculas conhecidas, reorganizou-os em nanoescala em formas semelhantes a bolas, e mudou suas propriedades. Qual é o potencial de tal descoberta, e que inovações emocionantes estão no horizonte próximo?

Mirkin:Duas áreas realmente promissoras nas quais estamos aplicando a tecnologia SNA são a biomedicina e a regulação gênica - a ideia de que se pode criar maneiras de usar SNAs baseados em DNA e RNA como novas drogas potentes. Por exemplo, podemos colocar SNAs em cremes disponíveis comercialmente, como Aquaphor, e aplicá-los topicamente para tratar doenças da pele. Existem mais de 200 doenças de pele com uma base genética conhecida, tornando os SNAs baseados em DNA e RNA uma estratégia geral para o tratamento de doenças de pele. As construções convencionais de DNA e RNA baseadas em ácidos nucléicos lineares não podem ser entregues dessa forma - eles não penetram na pele. Mas, Os SNAs podem, devido à sua arquitetura única, que muda a maneira como eles interagem com as estruturas biológicas e, em particular, receptores nas células da pele que os reconhecem, mas não DNA ou RNA linear. SNAs também podem ser usados ​​para tratar doenças da bexiga, cólon, pulmão, e olhos - órgãos e tecidos que também são difíceis de tratar pelos meios tradicionais.

P:Nanotecnologia é um campo multidisciplinar onde a química, medicina e engenharia se cruzam para criar soluções inovadoras para uma ampla gama de questões. Uma área é fotônica, onde os avanços em nanoescala estão mudando a forma como nos comunicamos. Como?

Odom:Estamos tentando reduzir o tamanho dos lasers, que são dispositivos tipicamente macroscópicos, até a escala nanométrica. A capacidade de projetar nanomateriais que podem controlar a produção e orientação da luz - que é composta de partículas individuais chamadas fótons - pode transformar uma variedade de tecnologias diferentes. Por exemplo, a comunicação baseada em fótons (como nas fibras ópticas) vs. elétrons (como nos fios de cobre) é mais rápida e muito mais eficiente. As aplicações que exploram a luz podem ser prontamente transformadas pela nanotecnologia.

P:A nanotecnologia revolucionou as ciências básicas, rastreando rapidamente seu impacto translacional. Por exemplo, seu colega Samuel Stupp, diretor do Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology da Northwestern, está prestes a realizar ensaios clínicos em regeneração espinhal por meio de descobertas nanotecnológicas "suaves". A nanotecnologia também revolucionou o método científico tradicional, também?

Mirkin:O desejo de encontrar uma solução para um determinado problema geralmente leva os cientistas a desenvolverem novas capacidades. Essa é a coisa emocionante sobre a ciência em geral, mas sobre a nanotecnologia em particular:muitas vezes temos objetivos, que são impulsionados pelas necessidades de engenharia, mas ao longo do caminho descobrimos princípios fundamentalmente interessantes que não antecipamos e que informam nossa visão do mundo ao nosso redor. Essas descobertas nos levam por novos caminhos - que podem ser ainda mais interessantes do que os originais em que estávamos. Essa é a natureza e a importância da pesquisa científica básica.

Odom:Nano fornece os fundamentos. Mas então, nós nos adaptamos, com base nessas propriedades imprevistas, ao mesmo tempo em que mantemos nossos objetivos de longo prazo em mente. Isso é muito legal. Você pode se ajustar de forma a manter a descoberta e a criatividade em primeiro lugar. Sem isso, todos nós ficaríamos entediados.

Q:Vencedor do Prêmio Nobel, Sir Fraser Stoddart, John Rogers, William Dichtel, Milan Mrksich e Stupp são apenas alguns dos muitos grandes nomes da comunidade nanotecnológica do noroeste. O que a Northwestern está fazendo certo e qual é o impacto global?

Mirkin:Estes são pesos pesados, pessoas que podem ir a qualquer lugar do mundo, mas eles escolheram vir para a Northwestern porque reconheceram que este é um momento muito especial em nossa história. Estamos em uma trajetória incrível aqui, e eles querem fazer parte disso.

Odom:Temos uma maneira holística de treinar novos professores e alunos de pós-graduação porque queremos que eles tenham uma visão completa de tudo o que está acontecendo aqui. É assim que fazemos ciência na Northwestern, e nós realmente aplicamos isso à nanotecnologia. Parte do nosso sucesso como departamento de química veio da nossa capacidade de fazer coisas, para medi-los, e modelá-los - gosto de pensar nessa integração como o princípio "3Ms". Nossas conquistas em nanotecnologia foram construídas sobre essas três áreas sinérgicas de especialização.

Mirkin:Realmente começa com talentos de classe mundial, e então colaboração. Você pode colaborar o quanto quiser, mas se você não tem talento de classe mundial, Não importa. Já que vamos all-in no lado médico, em 15 anos deixei de ter zero colaborações com a faculdade de medicina, até agora com 17. Há uma interação natural aqui entre os médicos, cientistas, e engenheiros que tornam o trabalho de todos muito mais forte. Nos próximos cinco anos, Eu prevejo que haverá tratamentos de câncer baseados em nanotecnologia que melhoram muito os resultados e, em alguns subconjuntos de doenças, realmente leva a curas.