Stor bog udforsker en lille verden:Professor debuterer den første komplette guide til nanovidenskab

Stuart Lindsay, Arizona State University Regents' professor og direktør for Biodesign Institute's Center for Single Molecule Biophysics, har netop udgivet den første omfattende guide til en lille verden en million gange mindre end et enkelt sandkorn. Introduktion til nanovidenskab (udgivet af Oxford University Press) giver læserne et overblik over en spirende disciplin, som har i de senere år, produceret bemærkelsesværdige præstationer på så varierede områder som DNA -sekventering, molekylært maskineri, nanokrystaller og mikroskopi.

n diskuterer impulsen til bogen, Lindsay bemærker, at hans vidtstrakte forskning altid har været kombineret med en passion for at undervise i biofysiske koncepter til talentfulde studerende. Introduktion til nanovidenskab tilbyder også forskere verden over en første af sin slags, altomfattende behandling af nanovidenskab. Bogen integrerer flere discipliner og spænder over grundlæggende kvantefænomener, fagredskaber, og nanoskala applikationer. I løbet af denne oversigt, Lindsay vender igen og igen tilbage til temaet emergent adfærd - hvordan små udsving på nanoskala -niveau kan resultere i, at der ser slående ud, ofte uventede nye fænomener.

Bogen er en udløber af professor Lindsays forelæsninger i nanovidenskab, forfinet i mange år, med uvurderlige input fra sine elever. Oxford University Press lærte om kurset og, tro det ville være en fin ressource, anmodede Lindsay om at samle materialet til en bog.

"Hvad er så slående, "Lindsay insisterer, "er, at begivenheder, der finder sted på nanoskala, har konsekvenser for kemi, biologi, fysik, materialevidenskab, ingeniørarbejde, du hedder det. "Ikke desto mindre, nanoområdet manglede en lærebog, der kunne samle feltets uensartede elementer. "Det er lidt bemærkelsesværdigt, at viden ikke var der på en samlet måde. Jeg sammensatte et kursus, der var meget omfattende, starter med fysik og slutter med biologi, " han siger.

I lyset af det rasende tempo i videnskabelige fremskridt, især inden for nanovidenskab, Lindsay stod over for en skræmmende udfordring. "Jeg vidste, at nogle aktuelle problemer på området ville blive forældede, når mine fingre forlod tastaturet." I håb om at producere et værk, der kunne forblive relevant, Lindsay valgte at inkludere et væld af grundlæggende principper, der ville være bredt anvendelige, uanset de nye forhold, eleverne sandsynligvis vil møde i fremtiden.

Bogen er opdelt i tre dele. Del I (The Basics) er en selvstændig introduktion til kvantemekanik, statistisk mekanik og kemisk kinetik, kræver kun grundlæggende college -beregning. Del II (Værktøjerne) dækker mikroskopi, enkelt molekyle manipulation og måling, nanofabrikation og selvmontering. Del III (applikationer) dækker elektroner i nanostrukturer, molekylær elektronik, nanomaterialer og nanobiologi. "Hvis du vandrer rundt i laboratoriet, Lindsay siger, "du vil se hunde-ørede kopier af Xeroxed-versionen af ​​bogen ved elevernes skriveborde - det er virkelig et kompendium af alt, hvad jeg tror, ​​de har brug for at vide inden for nanovidenskab."

Livet i nanoverdenen kan være foruroligende for de uindviede, så anderledes er dets virke sammenlignet med betingelser for daglig oplevelse. En nanometer er cirka 10, 000 gange mindre end diameteren af ​​et menneskehår. Chanceudsving dominerer scenen, og som Lindsay understreger, levere vitalt råmateriale, som darwinistiske selektive processer fungerer på. "Jo mere jeg studerer biologiens komponenter, jo mere vil jeg sige, at udsving ikke bare er en plage at leve med - de er faktisk historien om biologi."

Dette ledemotiv løber gennem hele bogen, forener mange forskellige områder inden for nanovidenskab. En sådan overraskende illustration af dette centrale tema forekommer nær slutningen af ​​teksten, hvor Lindsay gennemgår vigtig forskning i neural udvikling hos frugtfluen. Tilfældige udsving i genekspression og splejsning tjener til at blande det genetiske dæk for at producere et enormt antal varianter af klæbrige proteiner, som er afgørende for korrekt neural samling. Da antallet af disse splejsningsvarianter i et bestemt gen blev reduceret fra omtrent 30, 000 til 20, 000, væsnerne var ude af stand til at danne ordentlige hjerner. "Udviklingen af ​​et neuralt netværk i en hjerne involverer interaktionen mellem et utroligt mangfoldigt og tilfældigt sammensat darwinistisk terningkast af neurale forbindelser og et miljø, der virker selektivt på resultaterne, "Siger Lindsay.

Introduktion til nanovidenskab er et vigtigt bidrag til et af de mest dynamiske felter, rettet mod at inspirere en ny type ung efterforsker - en gennemsyret af en tværfaglig videnskabelig kultur. "Denne forskelligt uddannede og forskelligartede gruppe af talentfulde unge mennesker vil ikke kun producere videnskabelige gennembrud i deres egne rettigheder, Lindsay siger, "de er også de mennesker, der vil starte den næste generation af virksomheder, der genererer velstand og driver den nationale økonomi, og de vil skabe nye ting med deres hjerner, fordi de har lært nye måder at tænke på."