Nanocientíficos y químicos de renombre mundial Chad Mirkin, el Director del Instituto Internacional de Nanotecnología (IIN) de la Universidad Northwestern, y Teri Odom, Director Asociado del IIN, siéntese para discutir la edad de oro de la miniaturización y cómo la "ciencia de las pequeñas cosas" está fomentando grandes avances.

El IIN, fundada en 2000, está dando grandes pasos en la nanotecnología y prosperando a lo grande. La nanociencia y la tecnología, un campo centrado en el estudio y manipulación de moléculas y materiales con dimensiones en la escala de longitud de 1 a 100 nanómetros (1 nm =una mil millonésima parte de un metro), fue anticipada en 1959 por el físico Richard Feynman y se hizo posible con la llegada de los microscopios de túnel de barrido y de electrones en la década de 1980. Involucra a científicos de todo el mundo en muchas disciplinas. Están usando estas herramientas para explorar, y finalmente resolver, algunos de los problemas de medicina más urgentes del mundo, Ingenieria, energía, y defensa.

Nos sentamos en una conversación entre Mirkin y Odom para ver hacia dónde se dirige este apasionante campo.

P:Su equipo descubrió la tecnología de ácidos nucleicos esféricos (SNA), donde las partículas diminutas se pueden decorar con pequeños fragmentos de ADN o ARN. Con la creación de SNA, básicamente has tomado moléculas conocidas, los reorganizó a nanoescala en formas esféricas, y cambió sus propiedades. ¿Cuál es el potencial de tal descubrimiento? y ¿qué avances emocionantes hay en el horizonte cercano?

Mirkin:Dos áreas realmente prometedoras en las que estamos aplicando la tecnología SNA son la biomedicina y la regulación genética:la idea de que se pueden crear formas de utilizar SNA basados ​​en ADN y ARN como nuevos fármacos potentes. Por ejemplo, podemos poner SNA en cremas disponibles comercialmente, como Aquaphor, y aplicarlos tópicamente para tratar enfermedades de la piel. Existen más de 200 enfermedades de la piel con una base genética conocida, hacer de los SNA basados ​​en ADN y ARN una estrategia general para el tratamiento de enfermedades de la piel. Las construcciones convencionales de ADN y ARN basadas en ácidos nucleicos lineales no pueden administrarse de esta manera, no penetran en la piel. Pero, Los ARS pueden hacerlo debido a su arquitectura única que cambia la forma en que interactúan con las estructuras biológicas y, en particular, receptores en las células de la piel que los reconocen, pero no ADN o ARN lineal. Los SNA también se pueden usar para tratar enfermedades de la vejiga, colon, pulmón, y ojo:órganos y tejidos que también son difíciles de tratar con medios tradicionales.

P:La nanotecnología es un campo multidisciplinario donde la química, la medicina y la ingeniería se cruzan para crear soluciones innovadoras para una amplia gama de problemas. Un área es la fotónica, donde los avances a nanoescala están cambiando la forma en que nos comunicamos. ¿Cómo?

Odom:Estamos tratando de reducir el tamaño de los láseres, que son típicamente dispositivos macroscópicos, hasta la escala nanométrica. La capacidad de diseñar nanomateriales que puedan controlar la producción y el guiado de la luz, que se compone de partículas individuales llamadas fotones, puede transformar una variedad de tecnologías diferentes. Por ejemplo, la comunicación basada en fotones (como en fibras ópticas) versus electrones (como en cables de cobre) es más rápida y mucho más eficiente. Las aplicaciones que aprovechan la luz pueden transformarse fácilmente mediante la nanotecnología.

P:La nanotecnología ha revolucionado las ciencias básicas, acelerando su impacto traslacional. Por ejemplo, su colega Samuel Stupp, director del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología en Northwestern, está a punto de realizar ensayos clínicos en regeneración espinal a través de avances de nanotecnología "suave". ¿La nanotecnología también ha revolucionado el método científico tradicional? ¿también?

Mirkin:El deseo de encontrar una solución a un problema dado a menudo lleva a los científicos a desarrollar nuevas capacidades. Eso es lo emocionante de la ciencia en general, pero sobre la nanotecnología en particular:a menudo tenemos objetivos, que están impulsados ​​por necesidades de ingeniería, pero a lo largo del camino descubrimos principios fundamentalmente interesantes que no anticipamos y que informan nuestra visión del mundo que nos rodea. Estos descubrimientos nos llevan por nuevos caminos, algunos que podrían ser incluso más interesantes que los originales en los que estábamos. Ésta es la naturaleza y la importancia de la investigación científica básica.

Odom:Nano proporciona los fundamentos. Pero entonces, nos adaptamos, basado en estas propiedades imprevistas, sin perder de vista nuestros objetivos a largo plazo. Eso es bastante bueno. Puede adaptarse de manera que mantenga el descubrimiento y la creatividad a la vanguardia. Sin eso, todos estaríamos aburridos.

P:el premio Nobel Sir Fraser Stoddart, John Rogers, William Dichtel, Milan Mrksich y Stupp son solo algunos de los muchos grandes nombres de la comunidad nanotecnológica del noroeste. ¿Qué está haciendo bien Northwestern y cuál es el impacto global?

Mirkin:Estos son grandes bateadores, personas que pueden ir a cualquier parte del mundo, pero eligieron venir a Northwestern porque reconocieron que este es un momento muy especial en nuestra historia. Estamos en una trayectoria increíble aquí, y quieren ser parte de ella.

Odom:Tenemos una forma holística de capacitar a los nuevos profesores y estudiantes graduados porque queremos que tengan una imagen completa de todo lo que está sucediendo aquí. Así es como hacemos ciencia en Northwestern, y realmente lo aplicamos a la nanotecnología. Parte de nuestro éxito como departamento de química proviene de nuestra capacidad para hacer cosas, para medirlos, y para modelarlos, me gusta pensar en esta integración como el principio de las "3M". Nuestros logros en nanotecnología se han basado en estas tres áreas sinérgicas de experiencia.

Mirkin:Realmente comienza con talento de clase mundial, y luego colaboración. Puedes colaborar todo lo que quieras, pero si no tienes talento de clase mundial, No importa. Dado que vamos con todo en el lado médico, en 15 años pasé de tener cero colaboraciones con la facultad de medicina, hasta ahora tener 17. Hay una interacción natural aquí entre los médicos, científicos, e ingenieros que hacen que el trabajo de todos sea mucho más sólido. En los próximos cinco años, Anticipo que habrá tratamientos contra el cáncer basados ​​en la nanotecnología que mejorarán en gran medida los resultados y, en algunos subconjuntos de enfermedades, en realidad conduce a curas.