Nobeli teaduspreemiad: beebid, pliiatsid ja merekäsna molekulid
Ühe aatomikihi paksusest grafeenist teatati esmakordselt alles kuue aasta eest. Ja juba on ehitatud sellest maailma pisim transistor. Grafeen on toatemperatuuril parim elektrijuht ja üks tugevamaid materjale ning see peitub meie harilikes pliiatsites.
Kui te tõmbate pliiatsiga pa-berile joone, siis edaspidi teadke – see joon viis Nobeli preemiani. Kõige tavalisem kirjutusvahend sisaldab ühe aatomi paksusi nanokilekesi.
Pliiatsisüsi grafiit on puhas süsinik, mille ehitus arvati kindlalt teada olevat. See kujutab endast tasapinnalisi üksteise otsa laotud aatomikihte. Grafeeniks hakati kutsuma üht neist kihtidest – sellist, mis on valmistatud ainult süsiniku aatomitest ja mis moodustavad kuusnurkselt paigutatuna ühe aatomi paksuse kihi.
Grafeeni püüti aastaid valmistada, ent tulutult. Esmalt prooviti grafiidi aatomikihtide vahele toppida molekule, et nõnda grafiidikihte üksteise küljest lahti kangutada. Kuid tagajärjeks oli vedelavõitu plöga. Seejärel üritati hõõruda grafiidikristalle mõne teise pinna vastu, et neid nõnda õhemaks saada. Sel moel saadi umbes saja aatomikihi paksusi plaate. Siis töötati välja meetod nn nanopliiatsi saamiseks, mille teravik on kümmekonna aatomikihi paksune.
Alles 2004. aastal õnnestus Manchesteri ülikooli teadlastel Andre Geimil ja Konstantin No-voselovil saada esimene tükike grafeeni. Nad kleepisid grafiidihelbed kleeplindile, tõmbasid kleepsu helveste küljest lahti ja said nõnda üha õhemaid grafiitkilesid. Lõpuks leidsid neid uurides, et sekka on juhtunud ka grafeenitükikesi.
Need olid väga hea kvaliteediga, see tähendab, täielikult lisandivabad. Lisandid on võõrad aatomid, mis tavaliselt tekitavad kristallide puhul materjaliteadlastele peavalu. Need moonutavad kristalli ja muudavad selle omadusi kehvemaks. Kuid grafeen on ses suhtes imelaps. Ja seetõttu on see väga tugev ja paindumatu. Üllataval kombel on grafeen ka väga hea elektrijuht: see juhib elektrone toatemperatuuril paremini kui mis tahes teine seni tuntud aine.
Kõigele lisaks on grafeen imeline materjal ka füüsikateoreetikutele. Nimelt saab selle peal otse katsetada relativistliku kvantfüüsika ilminguid. Need on looduses kõige eksootilisemad ja siiani on neid nähtud kas siis hirmkallite teleskoopide vahendusel kaugel universumis või mitte odavamate osakeste kiirendite abil mikromaailmas. Nüüd siis võimaldab grafeen tuua need ilmingud laborilauale.
Grafeeni esinemine looduses, saati veel siis kõige tavalisemas pliiatsisüdamikus oli materjaliteadlastele üllatus. Grafeen on kõigist võimalikest kõige õhem atomaarne tasapind ja grafeeniplaadid, mis kinnituvad üksteise külge van der Waalsi jõududega – mis muu hulgas vastutavad ka selle eest, et geko või kärbsed laest alla ei kukuks –, moodustavadki lõppkokkuvõttes grafiidi.
Teaduses on tavaline, et kui mingi aine on juba ühes kohas avastatud, leitakse seda igalt poolt. Nii on see ka grafeeni puhul – seda hõljub teie suvegrilli ümber, seda jagub teie pliidi alla, seda on igas teie pliiatsisirgelduses. Ning te ei aimagi, et mõne aja pärast ronib grafeen teie tillukestesse arvutitesse ja võib seletada ära ka maailma ehituse kõige kummalisemaid viise.
51-aastane Andre Geim ja 36-aastane Konstantin Novoselov said oma töö eest Nobeli füüsikapreemia nüüdisaja kohta väga kähku. Mõlemad alustasid teadustööd Venemaal, lahkusid sealt Hollandisse ja edasi Ühendkuningriiki. Praegu on nad Manchesteri ülikooli professorid ja nende kaubamärk on mängulisus. Seitsme aasta eest leiutasid nad superkleepuva lindi, võttes eeskuju geko käppadest. 1997. aastal õnnestus Geimil panna konn magnetväljas hõljuma, mis tõi talle Ig Nobeli naljaauhinna, mis „paneb inimesed esmalt naerma, seejärel mõtlema”. Nüüd tuli siis päris Nobel. Kas see paneb esmalt mõtlema ja seejärel naerma, oleneb juba elektroonikatööstusest.
Viljakalt viljatuse vastu
Viimasel ajal on igal aastal Eestis sündinud pool tuhat last, kes on tulnud meie keskele tänu tänavuse Nobeli füsioloogia- ja meditsiinipreemia laureaadi Robert Edwardsi tööle. Maailmas elab neli miljonit inimest, kes sündisid Edwardsi välja töötatud katseklaasiviljastamise ehk IVF-i meetodi kasutamise tulemusel.
Et see meetod toimiks, tuli lahendada hulk raskeid ülesandeid. Mõni neist pani aluse embrüonaalsete tüvirakkude uuringutele. Ja IVF vallandas tulised vaidlused selle üle, kas kehaväline viljastamine on ikka eetiline või ei ole seda mitte.
Maailma esimene katseklaasilaps Louise Brown sündis 1978. aastal. Praegu on Edwards ise 85-aastane, tema kaastöötaja Patrick Steptoe suri 1988. aastal, muidu oleks ilmselt temagi pärjatu olnud.
Edwards hakkas 1950. aastatel uurima hiire paljunemise bioloogiat. Ta õppis, kuidas munarakke katseklaasis viljastada ja näriliste ovulatsiooni hormoonidega kontrollida. Pärast seda töötas ta Londoni meditsiiniuuringute riiklikus instituudis ja hakkas oma teadmisi rakendama inimesele. Kaks aastat kulus jälile jõudmiseks, et inimese munarakk vajab katseklaasis küpsemiseks 24 tundi, mitte 12 nagu hiirel. Kõige raskem oli saavutada, et embrüo alged ei hukkuks enne, kui need saavad kaherakuliseks.
Ühendkuningriigi meditsiiniuuringute nõukogu keeldus Cambridge’i ülikooli siirdunud Browni ja Steptoe uuringuid rahastamast, väites, et need võivad põhjustada ebanormaalsete beebide sündi. 1970. aastatel kardeti ülerahvastatust enam kui viljatust. Paljud Cambridge’i ülikooli tuntud professorid, sealhulgas Nobeli omanikud Max Perutz ja James Watson, keeldusid nendega teetoas vestlemast – on vastutustundetu sekkuda elu algusesse, arvasid nad. Ometi on viljatus kümnendiku paaride mure ja põhjustab neile kannatusi.
IVF ei aita ainult viljatuid vanemaid – see aitab ka vältida raskete pärilike haiguste, nagu Huntingtoni tõve edasikandmist, võimaldades embrüoid selekteerida.
Merekäsna vabriku käivitajad
Üks tillukene merekäsn on elanud hämaratest aegadest Kariibi meres. Tal pole silmi, suud, magu ega luid, kuid ometi hämmastav oskus ehitada oma evolutsiooni jooksul üles selline keemiatööstus, mille toodang suudab vaenlasi edukalt tõrjuda. Inimesele sai see selgeks alles 1980. aastatel, mil sukeldujad tõid käsnad 33 meetri sügavuselt päevavalgele. Keemikud avastasid üllatusega, et nood elukad toodavad suuri ja keerulisi molekule, mis on mürgised ja peletavad teisi organisme eemale. Selgus, et üks neist mürkidest on ühtlasi ravim – sel on viiruse- ja põletikuvastane mõju ja see peatab vähirakkude kasvamise vähemalt katseklaasis.
Selle disodermoliidi nimelise molekuli avastamine on suur asi, kuid loodusest imemolekule palju kokku ei korja. Appi tulevad tänavuse Nobeli keemiapreemia laureaatide avastused, mis aitavad kunstlikult sünteesida suuri ja keerulisi molekule. Ameeriklase Richard F. Hecki, USA-s töötava hiinlase Ei-ichi Negishi ja jaapanlase Akira Suzuki tööd aitavad süsiniku aatomeid kokku panna selgrooks, millele tuginevad kõik elusorganismides leiduvad suured molekulid.
Suurte molekulide kunstlikuks ehitamiseks on vaja kasutada reaktsioone kindlustavaid ja kiirendavaid katalüsaatoreid. Need kipuvad ise lagunema ja andma mürgisevõitu jääke. Nüüdsed Nobeli omanikud töötasid välja uue katalüüsimeetodi, kasutades väärismetalli pallaadiumi omadust kinnitada oma pinnale süsiniku aatomeid ning võimaldada neil omavahel kohtuda ja sidemeid moodustada. Pallaadium käivitab reaktsiooni, mis edasi kulgeb aste-astmelt, kuid jääb ise puutumatuks.
Praegu 79-aastane Heck leiutas 1960. aastatel viisi, kuidas süsinikurõngale liita lühemaid süsinikuahelaid, ning 75-aastane Negishi ja 80-aastane Suzuki 1970. aastatel viisi, kuidas tsingi ja boori aatomid aitavad pallaadiumile kinnitunud süsiniku aatomitel sidemeid luua.
Nende tööd pakuvad suurt huvi ravimitööstusele, mis otsib merepõhjast üha uusi organisme, kellest võiks leida selliseid imemolekule, mis suudaksid inimesi ravida. Nende nüüdseks tuhandete molekulide tööstuslikuks tootmiseks ongi vaja meetodeid, mis oleksid suhteliselt odavad ja ohutud.
