George Whitesides: Ein Labor von der Größe einer Briefmarke

Das Problem, über das ich heute mit Ihnen sprechen möchte, ist die Frage davon, wie man medizinische Versorgung gewährt in einer Welt, die von Kosten bestimmt wird. Wie kann man das erreichen? Die grundlegende Denkweise, die wir Ihnen vorschlagen möchten, die ich Ihnen vorschlagen möchte, besagt, dass man wissen muss was für eine Krankheit man behandeln will – das ist Diagnostik – und dann muss man handeln.

Das Programm, an dem wir beteiligt sind, ist etwas, das wir Diagnostik für alle, oder Null-Kosten-Diagnostik nennen. Wie kann man medizinisch relevante Information bereitstellen mit Kosten so nah wie möglich bei Null? Wie macht man das? Lassen Sie mich Ihnen zwei Beispiele zeigen. Die Härten militärischer medizinischer Behandlung sind nicht so verschieden von denen der Dritten Welt, wenig Ressourcen, eine harsche Umgebung, eine Reihe von Problemen mit leichter Last, solche Dinge. Und auch nicht so verschieden von medizinischer Versorgung zu Hause und in der Diagnostikswelt.

Die Technologie, über die ich sprechen möchte, ist für die Dritte Welt, für die Entwicklungsländer, aber ich denke, sie hat ein viel größeres Anwendungsgebiet, weil Informationen so wichtig sind im Gesundheitssystem. Hier sehen Sie also zwei Beispiele. Eines ist ein Labor, das ein wirklich ein ziemlich gutes Labor in Afrika ist. Das zweite ist im Prinzip ein Unternehmer, der sich auf einem Tisch auf einem Markt eingerichtet hat und dort was auch immer macht. Ich weiß nicht, welche Art von medizinscher Versorgung dort bereitgestellt wird. Aber es ist wahrscheinlich nicht die effizienteste.

Was ist unser Ansatz? Die Art, in der man sich normalerweise einem Problem der Kostensenkung annähert, ausgehend von der Perspektive der Vereinigten Staaten, ist, unsere Lösung zu nehmen und dann zu versuchen, die Kosten soweit wie möglich zu senken. Unabhänging davon, wie man das macht, man wird nicht mit einen Instrument für 100.000 Dollar anfangen und es dann zu null Kosten bringen. Das funktioniert nicht.

Unser Ansatz war also umgekehrt. Wir fragten, "Was ist das billigste Material, aus dem man ein diagnostisches System bauen und brauchbare Information erhalten könnte, wenn es funktionalisiert wird?" Wir haben Papier gewählt. Was Sie hier sehen, ist ein Prototyp. Es misst ungefähr einen Zentimeter an der Seite. Es ist ungefähr die Größe eines Fingernagels. Die Linien an der Seite sind aus Polymer. Es ist aus Papier, und Papier saugt natürlich Flüssigkeit auf. Sie kennen das, Papier, Tischdecke, Wein kleckert auf die Tischdecke und der Wein wird überall aufgesaugt. Kleckern Sie auf ihr Hemd, es ruiniert das Hemd. So wirkt eine hydrophile Oberfläche.

Die Idee für dieses Gerät ist also in diesem Fall, den unteren Teil in einen Tropfen Urin einzutauchen. Die Flüssigkeit wird in diese Kammern oben aufgesaugt. The braune Farbe zeigt die Menge Glukose im Urin. Die blaue Farbe zeigt die Menge Eiweiß im Urin. Und die Kombination dieser beiden ist eine erste Annährung an eine Vielzahl von brauchbaren Dingen, die man erreichen will. Das ist ein Beispiel eines Systems, das aus einem einfachen Stück Papier besteht.

Nun, wie einfach können wir die Produktion machen? Warum wählen wir Papier? Das ist ein Beispiel des gleichen Systems, auf einem Finger, um Ihnen grundlegend zu zeigen, wie es aussieht. Ein Grund für Papier ist, dass es überall vorhanden ist. Wir haben diese Art von System aus Servietten und Toilettenpapier hergestellt aus Verpackungen und verschiedenen anderen Materialien.

Die Produktionsfähigkeit ist also gegeben. Zweitens kann man sehr viele Tests auf eine kleine Fläche packen. Ich werde Ihnen gleich zeigen, dass der Stapel Papier dort wahrscheinlich um die 100.000 Tests enthalten kann, so ungefähr.

Und schließlich, ein Punkt, über den in entwickelten Ländern nicht oft nachgedacht wird in der Medizin, es macht spitze Dinge überflüssig. Und scharf bedeutet Nadeln, Dinge die stechen. Wenn Sie von jemandem eine Blutprobe genommen haben und derjenige hat vielleicht Hepatitis C, dann wollen Sie keinen Fehler machen und sich stechen. Nun, Sie wollen das einfach nicht tun. So, wie beseitigen Sie das? Es ist überall ein Problem. Hier verbrennen Sie es einfach. Es ist also eine Art praktischer Ansatz, um gewisse Sachen anzustoßen.

Nun können Sie sagen, wenn Papier eine gute Idee ist, haben andere Leute sicher darüber nachgedacht. Und die Antwort ist natürlich Ja. Ungefähr die Hälfte von Ihnen, die Frauen sind, haben vielleicht irgendwann einmal einen Schwangerschaftstest gemacht. Und die verbreiteste Art davon ist ein Gerät, das wie das Ding auf der linken Seite aussieht. Es ist etwas, dass quer fließender Immuntest genannt wird. Und in diesem speziellen Test fließt Urin, der entweder das Hormon HCG enthält oder nicht, über ein Stück Papier. Es gibt zwei Streifen. Ein Streifen zeigt, dass der Test funktioniert. Und wenn der zweite Streifen erscheint, sind Sie schwanger.

Dies ist ein großartiger Test in einer binären Welt. Und das Gute an einer Schwangerschaft ist, dass Sie entweder schwanger sind oder nicht. Sie sind nicht teilweise schwanger oder denken daran, schwanger zu sein oder irgendetwas dieser Art. Also funktioniert das wirklich gut. Aber es funktionert nicht sehr gut, wenn Sie mehr quantitative Informationen brauchen.

Es gibt auch Teststreifen, die eingetaucht werden. Aber wenn Sie diese Teststreifen betrachen, werden diese für eine andere Art von Urinanalyse verwendet. Es gibt eine ungeheure Anzahl von Farben und solchen Sachen. Was tun Sie damit unter schwierigen Umständen? Wir begannen mit dem Ansatz, uns zu fragen: Ist es wirklich praktisch, diese Art von Dingen zu produzieren? Dieses Problem ist nun gelöst, rein ingenieurwissenschaftlich. Unsere Methode ist einfach, mit einem Stück Papier anzufangen. Man schickt es durch eine neue Art von Drucker, Wachsdrucker genannt. Der Wachsdrucker tut, was wie drucken aussieht. Es ist Drucken. Man trägt es auf, man erwärmt es ein wenig. Das Wachs druckt durch und wird im Papier aufgesaugt. Und man bekommt das Instrument, das man möchte.

Die Drucker kosten jetzt 800 Dollar. Wenn wir schätzen, dass wir sie 24 Stunden am Tag betreiben, könnten Sie etwa 10 Millionen Tests jährlich herstellen. So, es ist ein gelöstes Probem. Diese spezielle Problem ist gelöst. Und hier sehen Sie ein Beispiel für diese Art von Instrument. Das ist auf einem Stück DIN-A4–Papier. Die Herstellung dauert ungefähr zwei Sekunden. Und daher betrachte ich es als geschafft. Es gibt hier eine sehr wichtige Angelegenheit, da es ein Drucker ist, ein Farbdrucker, er druckt Farben. Das ist was Farbdrucker tun. Ich werde Ihnen in einem Moment zeigen, dass es wirklich ziemlich nützlich ist.

Nun, die nächste Frage, die Sie fragen möchten, ist, was möchten Sie messen? Was möchten Sie analysieren? Und die Sache, die Sie am liebsten analysieren möchten, davon sind wir eine gute Weile entfernt. Es wird "Fieber mit unbekannter Ursache" genannt. Jemand kommt in die Klinik, sie haben Fieber, sie fühlen sich schlecht, was haben sie? Haben sie T.B.? Haben sie AIDS? Haben sie eine Erkältung? Das Selektionsproblem. Das ist ein schwieriges Problem aus Gründen, die ich nicht erleutern werde. Es gibt eine ungemeine Zahl von Dingen, zwischen denen Sie unterscheiden möchten. Aber dann gibt es eine Reihe von Sachen, AIDS, Hepatitis, Malaria, TB, andere. Und einfachere wie Orientierung für die Behandlung.

Nun sogar das ist schwieriger als Sie denken. Einer meiner Freunde arbeitet in zwischen-kultureller Psychatrie. Und er interessiert sich für die Frage, warum Menschen ihre Medikamente nehmen oder nicht. So, Dapsone, oder so ähnlich, muss für eine Weile eingenommen werden. Es gibt eine wunderbare Geschichte über ein Gespräch mit einem Dorfbewohner in Indien. Sagend, "Haben Sie Ihr Dapsone genommen?" "Ja." "Haben Sie es jeden Tag genomment?" "Ja." "Haben Sie es für einen Monat genommen?" "Ja." Was der Mann in Wirklichkeit gemeint hat, war, dass er seinem Hund eine 30-Tage-Dosis of Dapsone gefüttert hat, diesen Morgen. (Gelächter) Er sagte die Wahrheit. Da in anderen Kulturen der Hund ein Stellvertreter für Sie ist, wissen Sie, "heute," "diesen Monat," "seit der Regenzeit," es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten für Missverständnisse. Eine Frage ist daher in einigen Fällen herauszufinden, wie man mit Sachen umgeht, die uninteressant erscheinen, wie Folgsamkeit.

Nun, sehen Sie, wie ein typischer Test aussieht. Sie stechen in einen Finger, erhalten ein bisschen Blut, um die 50 Mikroliter. Das ist ungefähr alles, was Sie erhalten werden. Da Sie die gewöhnlichen Art von Instrumenten nicht nutzen können, können Sie es nicht sehr gut verarbeiten, obwohl ich Ihnen etwas darüber in einem Moment zeigen werde. So, Sie nehmen den Tropfen Blut, ohne weitere Verarbeitung. Sie bringen ihn in ein kleines Gerät. Das Gerät filtert die Blutzellen heraus, und lässt das Serum durch, und Sie erhalten eine Reihe von Farben dort unten. Und die Farben zeigen Krankheit oder normal. Aber sogar das ist kompliziert. Da für Sie, für mich, die Farben normal bedeuten können. Aber im Grunde leiden wir wahrscheinlich alle an zu einem Übermaß an Bildung.

Was stellen Sie mit etwas, dass eine quantitative Analyse erfordert, an? Und die Lösung, über die wir und viele andere Leute dort nachdenken, und an diesem Punkt gibt es einen dramatischen Tusch, und heraus kommt die universelle Lösung für alles in diesen Tagen, das Handy. In diesem speziellen Fall, ein Handy mit Kamera. Sie sind überall, sechs Milliarden im Monat, in Indien. Und die Idee ist, was man macht ist, man das Handy zu nehmen. Sie tauchen es ein. Sie entwickeln die Farbe. Sie schießen ein Foto. Das Foto geht in ein zentrales Labor. Sie müssen keinen Arzt hinaus schicken. Sie schicken jemanden, der die Probe nehmen kann. Und entweder der Doktor, oder idealerweise in diesem Fall ein Computer, macht die Analyse in der Klinik. Es stellt sich heraus, dass dies wirklich ziemlich gut funktioniert, besonders wenn ihr Farbprinter die Farbbalken gedruckt hat, die zeigen, wie er funktioniert.

So, meiner Meinung nach ist die Person verantwortlich für die medizinische Versorgung in der Zukunft nicht ein Arzt, sondern ein 18-jähriger, ansonsten arbeitslos, der zwei Sachen hat. Er hat einen Rucksack voll solcher Tests und eine Lanzette um gelegentlich eine Blutprobe zu nehmen und ein AK47. Und das sind die Dinge, die ihn durch den Tag bringen.

Es gibt hier eine weitere, sehr interessante Verbindung. Und diese ist, dass das, was man machen möchte, ist wertvolle Information weiter zu leiten über ein im Allgemeinen ziemlich schlechtes Telefonsystem. Es stellt sich heraus, dass schon eine enorme Menge an Informationen über dieses Gebiet erhältlich ist,das Mars-Rover Problem. Wie bekommen Sie ein korrektes Bild über die Farben des Mars, wenn Sie eine wirklich schreckliche Bandweite zur Verfügung haben, um es zu tun? Und die Antwort ist nicht kompliziert, aber es ist eine, in die ich hier nicht mehr eingehen möchte als zu sagen, dass die Kommunikationssysteme um dies zu erreichen wirklich sehr gut bekannt sind.

Eine Tatsache, die Sie vielleicht auch nicht kennen, ist, dass die Rechnerpower dieses Dings nicht so verschieden ist von der Rechnerpower Ihres Desktop Computers. Dies ist ein fantastisches Gerät, das nur anfangsweise aufgegriffen wird. Ich weiß nicht, ob die Idee "ein Computer, ein Kind" klar ist. Hier ist der Computer der Zukunft. Da der Bildschirm schon das ist und sie universell sind.

Nun, lassen Sie mich Ihnen nur ein bisschen über fortgeschrittene Systeme zeigen. Und wir starten mit dem Aufwerfen eines kleinen Problems. Was Sie hier sehen, ist ein weiteres Zentimeter großes Gerät. Und die verschiedenen Farben sind verschiedene Farben des Farbstoffes. Und Sie stellen etwas fest, das Ihnen ein bisschen interessant erscheinen mag, das ist, dass Gelb zu verschwinden scheint, durch das Blaue geht, und dann durch Rot geht. Wie funktioniert das? Wie lassen Sie etwas durch etwas anderes fließen? Und die Antwort ist natürlich, "Sie tun es nicht". Sie lassen es darunter und darüber fließen.

Aber nun ist die Frage, wie lassen Sie es unter und über einem Stück Papier fließen? Und die Antwort ist, dass Sie, und die Details sind hier nicht besonders wichtig, etwas ein bisschen raffinierter gestalten, Sie nehmen mehrere Lagen Papier, jedes mit seinem eigenen kleinen Fließsystem, und Sie trennen sie mit Stücken von, im wahrsten Sinne des Wortes, zweiseitigem Teppichklebestreifen, das Zeug, des Sie benutzen um Teppich am Boden festzukleben. Und die Flüssigkeit wird von einer Lage in die nächste fließen. Es verbreitet sich von selbst, fließt durch weitere Löcher, verbreitet sich von selbst.

Und was Sie dort unten auf der rechten Seite sehen, ist ein Beispiel, in dem eine einzelne Blutprobe oben aufgebracht wurde, und es ist durch gegangen und hat sich von selbst in diese 16 Löcher unten verbreitet, in einem Stück Papier, das im Grunde wie eich Chip aussieht, zwei Stück Papier dick. Und in diesem speziellen Fall ware wir nur interessiert in der Reproduzierbarkeit dieser Sache. Aber dies ist, im Grunde, der Weg das "Fieber mit unbekannter Ursache"-Problem zu lösen. Da jeder einzelne dieser Punkte dann ein Test für ein spezielles Set von Krankheitsmarkern wird. Und das wird mit der Zeit natürlich funktionieren.

Und hier ist ein Beispiel eines etwas komplizierteren Gerätes. Dort ist der Chip. Sie tauchen eine Ecke ein. Die Flüsigkeit geht in die Mitte. Es verbreitet sich von selbst in diese verschiedenen Schächte oder Löcher und ändert die Farbe. Und alles erreicht mit Papier und Teppichklebeband. So, ich denke, es hat die minimale Kost, die wir wahrscheinlich erreichen können um Sachen herzustellen.

Nun, ich habe Ihnen eine, zwei letzte, kurze Geschichten zu erzählen, um diese Sache abzuschließen. Dies ist eine. Eines der Dinge, die man von Zeit zu Zeit machen muss, ist Blutzellen vom Serum zu trennen. Und die Frage war, hier erreichen wir es, indem wir eine Probe nehmen. Wir bringen es in eine Zentrifuge. Wir schleudern es und Sie erhalten die Blutzellen. Sehr gut. Was passiert, wenn Sie keine Elektrizität und keine Zentrifuge und andere Sachen haben? Und wir dachten eine Weile darüber nach, wie Sie das erreichen können. Und die Art, in der Tat, wie Sie es machen, wird hier gezeigt. Sie nehmen einen Quirl, den es überall gibt. Sie sägen eine Klinge ab. Und dann nehmen Sie Schläuche und befestigen es daran. Sie lassen das Blut in. Sie schleudern es. Jemand sitzt dort und schleudert es. Es funktionert wirklich, wirklich gut.

Und wir sagten, dass wir die Physik hinter Quirlen und sich selbst anpassenden Schläuchen und den Rest dieser Art von Dingen betrachteten, vershickten es an ein Fachblatt. Wir waren sehr stolz darauf, besonders auf den Titel, "Quirle als Zentrifugen". (Gelächter) Und wir schickten es aus und es kam postwendend zurück. Ich ruf den Redakteur and und sagte, "Was geht hier vor sich? Wie ist das möglich?." Der Redakteur sagte mit großer Missachtung, "Ich las es. Und wir werden es nicht veröffentlichen, weil wir nur Wissenschaft veröffentlichen." Und es ist ein wichtiges Problem, da es bedeutet, dass wir als eine Gesellschaft bedenken müssen, was wir wertschätzen. Und falls das nur wissenschaftliche Beiträge und Phys Rev Letters sind, dann haben wir ein Problem.

Hier ist ein weiteres Beispiel etwas, das ist -- Das ist ein kleines Spektrophotometer. Es misst die Absorption von Licht in einer Probe. Die tolle Sache dabei ist, dass Sie Licht haben, dass ein und aus flimmert mit ungefähr 1.000 Hertz. Eine weitere Lichtquelle, die Licht mit 1000 Hertz erfasst. Und daher können Sie dieses System in vollem Tageslicht betreiben. Es leistet ungefähr das selbe wie ein System um die 100.000 Dollars. Es kostet 50 Dollars. Wir können es wahrscheinlich für 50 Cents herstellen, falls wir das erreichen möchten. Warum macht das niemand? Und die Antwort ist, "Wie machen Sie so Profit in einem kapitalistischen System?" Interessantes Problem.

So, lassen Sie mich abschließen mit dem Gedanken, dass wir darüber als eine Art Ingenieursproblem nachgedacht haben. Und wir haben gefragt, was ist die verbindende, wissenschaftliche Idee hier? Und wir haben entschieden, dass wir darüber nicht so sehr im Hinblick auf die Kosten nachdenken sollten, sondern im Hinblick auf Einfachheit. Einfachheit ist ein schönes Wort. Und Sie müssen darüber nachdenken, was Einfachheit bedeutet. Ich weiß, was es ist, aber ich weiß eigentlich nicht, was es bedeutet.

So, ich war in der Tat genug daran interessiert um mehrere Gruppen von Leuten zusammen zu stellen. Und die letzte enthielt einige Leute vom MIT, einer davon ein außergewöhnlich helles Kind, einer der sehr wenigen Leute, über die ich denke, dass er ein echtes Genie ist. Wir bemühten uns alle für einen ganzen Tag über Einfachheit nachzudenken. Und ich möchte Ihnen die Antowrt dieses tiefen wissenschaftlichen Gedankens geben: (Gelächter) So, in diesem Sinne, bekommen Sie, für was Sie bezahlen. Vielen Dank. (Gelächter)