Trouver George Whitesides est souvent difficile, même pour George Whitesides. Alors, il garde une enveloppe dans la poche de sa veste. «Je ne sais pas vraiment où je suis en général tant que je ne l'ai pas regardé», dit-il, «et puis je constate que je suis à Terre Haute, et la question qui se pose est vraiment:" Quelle est la prochaine étape? " L'enveloppe récente révélait qu'il était à Boston, Abu Dhabi, Mumbai, Delhi, Bâle, Genève, Boston, Copenhague, Boston, Seattle, Boston, Los Angeles et Boston.
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La raison pour laquelle Boston se présente si souvent, bien que pas aussi souvent que son épouse le préfère, est que Whitesides est professeur de chimie à l'université de Harvard et que Boston Logan est son aéroport d'origine. La raison de toutes les autres villes est que les contributions de Whitesides à la science vont de la biologie à l'ingénierie en passant par la physiologie, la science des matériaux, la physique et, plus particulièrement, la nanotechnologie. D'autres scientifiques, dirigeants gouvernementaux, inventeurs et investisseurs du monde entier veulent l'entendre.
Les inventions et les idées de Whitesides ont engendré plus d’une douzaine d’entreprises, dont le géant pharmaceutique Genzyme. Aucun laboratoire de Harvard ne correspond au nombre de brevets attachés à son nom - «environ 90», dit-il. La citation «GM Whitesides» apparaît plus souvent dans les publications universitaires que celle de presque tous les autres chimistes de l'histoire.
Whitesides ressemble donc beaucoup au Bono de la science, bien qu'il soit plus grand, plus nerveux et, à 70 ans, moins hirsute. Un bonnet de pêcheur écossais se couvre presque toujours la tête, même devant un public. Il a une voix grave, avec un soupçon de son Kentucky natal. Dernièrement, cette voix a présenté au public un nouveau projet de nanotechnologie visant à sauver des vies dans les pays en développement. «Quelle est la solution la moins chère possible pour un système de diagnostic?» Demande-t-il. "Papier."
Sur une feuille de papier pas plus épaisse ni plus large qu'un timbre-poste, Whitesides a construit un laboratoire médical.
Un jour de l'hiver dernier, Whitesides s'est réveillé dans son propre lit. À 9 heures, il était dans son bureau, juste à côté de Harvard Yard. Il portait sa tenue typique: un costume à fines rayures, une chemise blanche, pas de cravate. Il posa sa casquette de pêcheur sur une table de conférence devant une bibliothèque où se trouvaient The Cell, les matériaux microélectroniques, la chimie physique, la chimie organique avancée et les citations familières de Bartlett .
Un texte qui n’était pas sur la tablette était Pas de petite matière: la science à l’échelle nanométrique, un livre de café récemment publié de Whitesides et de la photographe scientifique Felice C. Frankel. Il s'agit d'objets vraiment exotiques qui semblent très volumineux mais qui sont exceptionnellement, absurdement, incroyablement petits - nanotubes, points quantiques, machines à assembler.
La nanotechnologie est, tout simplement, la science des structures mesurant entre 1 nanomètre et un milliardième de mètre et 100 nanomètres. (Le préfixe «nano» vient du mot grec pour «nain».) Pourtant, pour la plupart des gens, cette définition n'est pas si simple. Essayer de comprendre les nanomètres peut rapidement induire des yeux croisés. La feuille de papier sur laquelle ces mots sont imprimés a une épaisseur de 100 000 nanomètres - le diamètre d'un cheveu humain, à peu près le plus petit objet qu'une personne puisse voir avec des yeux sans aide. Une bactérie au sommet de cette feuille mesure environ 1 000 nanomètres de diamètre - microscopique. Voir quelque chose d'un nanomètre était impossible jusqu'en 1981, date à laquelle deux physiciens d'IBM ont inventé le premier microscope à effet tunnel. Les microscopes conventionnels utilisent des lentilles pour agrandir tout ce qui se trouve dans la ligne de mire. Mais les microscopes à effet tunnel fonctionnent plutôt comme une personne qui lit le braille, se déplaçant à la surface des structures à l’aide d’un tout petit stylet. Les physiciens, qui ont remporté un prix Nobel cinq ans plus tard à peine, ont construit un stylet dont la pointe n’avait qu’un atome (moins d’un nanomètre). En se déplaçant, le stylet détecte la structure du matériau en enregistrant une rétroaction électrique, puis le microscope traduit les enregistrements en images.
Maintenant que l'on pouvait enfin voir de très petites choses, y compris des atomes individuels, Whitesides et d'autres chimistes se sont beaucoup intéressés aux matériaux nanométriques. Et ce qu'ils ont appris les a surpris. Il se trouve que les matériaux aussi petits ont des propriétés inattendues - nous étions tout simplement naïfs jusqu'à ce que nous puissions les voir de près. Des molécules de surfaces différentes - des surfaces qui ne se combinent généralement pas bien, voire pas du tout - peuvent soudainement se lier. Le verre, généralement un isolant des courants électriques, peut conduire l’électricité. Les matériaux qui ne pouvaient pas supporter de charges électriques deviennent soudain des semi-conducteurs. Le métal doré, en assez petites particules, peut apparaître en rouge ou en bleu.
«L'une des fascinations des petites choses est qu'elles se révèlent être si étrangères, malgré des similitudes superficielles dans la forme ou la fonction de parents plus grands et plus familiers», écrit Whitesides dans son livre. "Découvrir ces différences à la plus petite échelle est un exercice captivant et son utilisation peut changer (et a changé) le monde."
Les scientifiques ont créé des nanotubes de carbone, des cylindres creux de deux nanomètres ou moins de diamètre, qui se révèlent être le matériau le plus résistant au monde, 100 fois plus résistant que l'acier et pesant un sixième de son poids. Ils ont créé des nanoparticules d'une largeur inférieure à 100 nanomètres et utiles pour des images biomédicales très précises. Les scientifiques ont également fabriqué des nanofils, des fils de silicium de 10 à 100 nanomètres de largeur capables de convertir la chaleur en électricité. Les fabricants d'électronique disent que les nanofils pourraient utiliser la chaleur perdue provenant des ordinateurs, des moteurs de voitures et des centrales.
Déjà, plus de 1 000 produits de consommation utilisent une forme de nanotechnologie (même si un rapport de 2008 de la National Academy of Sciences recommandait une meilleure surveillance des risques potentiels pour la santé et l'environnement liés à la nanotechnologie). Les produits comprennent des cadres de vélo plus solides et plus légers, des traitements de tissu qui détournent les liquides, des écrans solaires qui repoussent mieux la lumière du soleil, des cartes mémoire pour ordinateurs et des revêtements anti-buée pour les verres de lunettes.
Les scientifiques développent des nanoparticules capables de fournir la quantité appropriée de médicament pour tuer une tumeur, mais rien d’autre. D'autres nanoparticules peuvent détecter la contamination par le mercure dans l'eau; un jour, les particules peuvent être utilisées dans les filtres pour éliminer le métal toxique.
Les gros trucs qui changent la vie et fabriqués à partir de petits trucs sont encore devant nous. Des choses comme les batteries qui peuvent durer des mois et les voitures électriques, fabriquées à partir de nanofils construits à partir de virus - Angela Belcher du MIT y travaille, et le président Obama est tellement enthousiasmé par la technologie qu'il l'a rencontrée. (Voir «Ingénieurs invisibles».) Un laboratoire Hewlett-Packard, dirigé par le visionnaire des nanotechnologies Stan Williams, vient d'annoncer un partenariat avec Shell afin de développer des dispositifs de détection du pétrole par ultrasons; en principe, ils peuvent enregistrer des changements à l'échelle nanométrique de la Terre causés par les mouvements dans les champs de pétrole. Williams appelle le produit un «système nerveux central pour la Terre».
La perspective que le monde change radicalement à cause de la nanotechnologie est encore plus rêveuse que réelle, mais pour les experts, les possibilités semblent presque infinies. Les scientifiques ont créé des nanostructures capables de s'auto-assembler, ce qui signifie qu'elles peuvent former de plus gros objets avec peu ou pas de direction extérieure. Un jour, ces objets minuscules pourraient, en théorie, se construire dans une machine qui fabrique plus de nanoparticules. Déjà, IBM utilise des techniques d'auto-assemblage pour produire une isolation dans les puces informatiques. Un centre du MIT appelé Institute for Soldier Nanotechnologies travaille sur des armures indestructibles qui peuvent réagir aux armes chimiques.
"Partout où vous regardez", dit Whitesides, "vous voyez des morceaux, et ils pointent tous dans des directions différentes."
Whitesides ne sait pas exactement comment il est arrivé ici. Ici, être Harvard, ce laboratoire, cette vie. Fils d'une femme au foyer et d'un ingénieur chimiste, il a grandi dans une petite ville du Kentucky. Un jour, un enseignant a appelé ses parents et leur a dit qu'il aimerait leur parler de leur fils. Leurs cœurs ont coulé. «Qu'est-ce que le petit bâtard a fait maintenant?», Se souvient Whitesides de la réaction de ses parents.
Le professeur a dit: «Vous devez sortir votre enfant d'ici. Je me suis arrangé pour qu'il aille à Andover.
«Je n'avais jamais entendu parler d'Andover», déclare maintenant Whitesides à propos de l'élite école préparatoire du Massachusetts. «Je ne savais même pas ce que c'était. Je ne savais pas où se trouvait la Nouvelle-Angleterre.
Et puis, d’une manière ou d’une autre, il a fini par aller à Harvard. «Je ne me souviens même pas d'avoir postulé ici. Je viens de recevoir une lettre m'admettant à un moment donné. Donc, je suppose que je suis venu ici par accident. "
Il a ensuite effectué des études supérieures au California Institute of Technology. Dans la section des remerciements de sa thèse de doctorat, il a remercié son conseiller, John D. Roberts, pour «sa direction patiente et son indirection discrète». La plupart des étudiants diplômés apprécient la direction d'un mentor, dit Whitesides. «Dans mon cas, il ne m'a pas du tout dirigé. Je ne pense pas l'avoir vu pendant les années où j'étais là-bas, mais nous avons eu une belle relation. »
Whitesides a enseigné au MIT pendant près de 20 ans avant d’arriver en 1982 à Harvard, où il est assez rare. Il est un capitaliste pratiquant, pour commencer. Selon Mara Prentiss, un professeur de physique de Harvard qui enseigne un cours de nanotechnologie avec lui, cela le concentre sur des applications réelles, ce que tous ses collègues n’admirent pas. «De nombreuses personnes admirent énormément George, mais tout le monde n’apprécie pas son style», dit-elle. Les blancs ne semblent pas s'en soucier. «Je suppose que c'est là-bas», dit-il de toute animosité. Mais il a très peu de temps pour ceux qui pensent que faire une apparition sur CNN ou créer une entreprise est gauche. Il dit qu'ils peuvent «juste prendre une aiguille à tricoter et la mettre ici» (il pointe son nez) «et la pousser».
Tom Tritton, président de la Chemical Heritage Foundation, une organisation spécialisée dans l’histoire et l’éducation à Philadelphie, a déclaré que si vous demandez à n'importe qui sur le terrain d’énumérer les trois meilleurs chimistes du monde, Whitesides en dressera la liste. «L'ampleur de son intellect est stupéfiante», déclare Tritton. Après avoir reçu la plus haute distinction de la fondation, la médaille d'or Othmer, Whitesides a passé la journée avec des lycéens de la ville. Tritton dit qu'un élève a plus tard formulé cette observation: "C'est peut-être un scientifique, mais il est vraiment cool."
Au coeur de presque tout ce que fait Whitesides, il y a une contradiction: il travaille dans des domaines complexes de la physique, de la chimie, de la biologie et de l'ingénierie, utilisant des outils complexes - peu de gens ont déjà utilisé un microscope à force atomique - et pourtant, il est obsédé par la simplicité. Demandez-lui un exemple de simplicité et il dira «Google». Il ne veut pas dire que vous devriez chercher le mot «simplicité» dans Google. Il signifie la page d'accueil de Google, le rectangle libre sur le fond blanc dans lequel des millions de personnes tapez des mots pour trouver des informations sur Internet. Whitesides est fasciné par cette boîte.
"Mais comment ça marche?" Dit-il. Il fait une pause, respirant. Il se penche en avant sur sa chaise. Ses yeux deviennent grands. Son front se lève et avec lui ses très grandes lunettes. C'est George Whitesides qui s'énerve.
«Vous commencez avec binaire, et binaire est la forme d'arithmétique la plus simple», dit-il du système de uns et de zéros utilisé pour programmer des ordinateurs. Puis il se lance dans une visite guidée historique impromptue de commutateurs, transistors et circuits intégrés avant de revenir enfin à Google, "qui prend une idée d'une telle complexité - d'organiser toute l'information de l'humanité - et la met dans cette petite chose, dans une boîte."
L’idée derrière Google - regroupant de vastes réserves de connaissances dans un élégant petit paquet - est également l’idée derrière ce que Whitesides tient maintenant dans sa main, un soi-disant laboratoire sur une puce pas plus grosse qu’un timbre-poste conçu pour diagnostiquer une variété de maux avec presque la précision d'un laboratoire clinique moderne.
Il est destiné aux travailleurs de la santé des régions éloignées des pays en développement. Ils déposeront une goutte de sang ou d'urine d'un patient sur le timbre; si le mal est l'un des 16 que le tampon peut reconnaître, il changera de couleur en fonction de l'affliction. Ensuite, l'agent de santé, voire le patient, peut prendre une photo du timbre avec un téléphone portable. La photo peut être envoyée à un médecin ou à un laboratoire. un jour, un programme informatique pourrait permettre au téléphone portable de poser un diagnostic provisoire.
"Pour traiter une maladie, vous devez d'abord savoir ce que vous traitez - ce sont des diagnostics - et ensuite, vous devez faire quelque chose", déclare Whitesides dans un discours standard sur la technologie. «Le programme auquel nous participons est donc quelque chose que nous appelons des diagnostics pour tous, ou des diagnostics à coût zéro. Comment fournissez-vous des informations médicalement pertinentes au plus près du coût zéro? Comment faites-vous?"
Vous commencez avec du papier, dit-il. C'est pas cher. C'est absorbant. Ça colore facilement. Pour transformer le papier en outil de diagnostic, Whitesides l'exécute via une imprimante à cire. L'imprimante fait fondre la cire sur le papier pour créer des canaux avec des molécules de taille nanométrique aux extrémités. Ces molécules réagissent avec les substances présentes dans les fluides corporels. Le fluide «se répartit dans ces différents puits ou trous et transforme les couleurs», explique Whitesides. Pensez test de grossesse. Un timbre qui devient bleu dans un coin, par exemple, peut révéler un diagnostic; un motif d'autres couleurs en diagnostiquerait un autre. Le coût de production des timbres de diagnostic est de 10 cents chacun, et Whitesides espère pouvoir les fabriquer encore moins cher. À peu près n'importe quel téléphone portable avancé équipé d'une caméra pourrait être programmé pour traiter une image du tampon.
"Whitesides effectue ce travail brillant en utilisant du papier", a déclaré Bill Gates il y a deux ans. "Et, vous savez, c'est si bon marché et si simple, cela pourrait réellement aider les patients de cette manière." Bon marché et simple: le plan de Whitesides exactement. Il a formé un groupe à but non lucratif, Diagnostics for All, pour apporter la technologie aux pays en développement. La Fondation Bill & Melinda Gates investit dans une technologie permettant de mesurer la fonction hépatique, un test nécessaire pour assurer que les puissants médicaments contre le sida et la tuberculose n'endommagent pas l'un des organes les plus importants du corps. À l'heure actuelle, le test de la fonction hépatique dans des régions isolées du monde est généralement trop coûteux ou trop difficile sur le plan logistique, voire les deux. Le timbre de Whitesides est également en cours d’élaboration afin de déterminer la cause des fièvres d’origine inconnue et d’identifier les infections. Un prototype du tampon de la fonction hépatique est en cours d’essai en laboratoire et les premiers résultats, dit Whitesides, sont plus que prometteurs. La puce commencera à être testée sur le terrain plus tard cette année.
Se promener sur une scène à Boston - un événement rare à la maison - Whitesides, dans sa casquette de pêcheur, expose sa vision de la manière dont l'invention sera utilisée, parfois dans des endroits sans loi: «Mon point de vue sur le professionnel de la santé de l'avenir ne un médecin, mais âgé de 18 ans, autrement au chômage, qui a deux choses. Il a un sac à dos rempli de ces tests, une lancette pour prendre de temps en temps un échantillon de sang et un AK-47. Et ce sont les choses qui lui permettent de traverser sa journée. "
C'est une solution simple pour une situation compliquée, dans un endroit éloigné de Harvard, mais travailler sur le cachet du laboratoire est exactement ce que souhaite Whitesides. «Ce que je veux faire, c'est résoudre les problèmes», dit-il à son laboratoire, tenant son labo sur une puce. «Et si nano est la bonne façon de résoudre le problème, je l’utiliserai. Si quelque chose est la bonne façon, je vais l'utiliser. Je ne suis pas un fanatique de la nanotechnologie. En réalité, je ne suis fanatique de rien. »Sauf pour donner un sens à des choses que personne ne peut même voir. Son travail pourrait pousser la très petite architecture de la nanotechnologie dans l'architecture de la vie quotidienne.
Michael Rosenwald a écrit sur la recherche de nouveaux virus de la grippe pour le numéro de janvier 2006 de Smithsonian .
À très petite échelle, les matériaux les plus courants "se révèlent être si étrangers", explique George Whitesides, tenant le prototype d'une puce de diagnostic. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Des fractions de polymère de quelques milliers de nanomètres de long s'enroulent autour de sphères de polymère encore plus fines. (Felice C. Frankel) 
Les nanotubes de carbone, présentés dans un modèle généré par ordinateur, sont les matériaux les plus solides et les plus rigides jamais créés - même si les atomes de carbone des tubes sont maintenus ensemble par le type de liaisons chimiques trouvées dans la mine de crayon. (Felice C. Frankel) 
D'étranges structures nanométriques appelées "points quantiques" émettent des lumières colorées et ne se décolorent pas. On voit ici des points quantiques qui teignent les structures dans les cellules. (Felice C. Frankel) 
Whitesides veut que ses inventions en nanotechnologie soient simples et peu coûteuses. Ce laboratoire sur un tampon en papier peut être utilisé pour tester la fonction hépatique. (Paula Lerner / Aurora Photos) 
Malgré le chaos apparent dans son laboratoire, "nous sommes habitués à construire des structures avec une précision nanométrique et à savoir où se trouve chaque atome", explique Whitesides, aux côtés du scientifique en développement de produits, Patrick Beattie. "C'est ce que nous faisons pour gagner notre vie." (Paula Lerner / Aurora Photos)
