Quantum Dot Com

Z nazwą i logo firmy przyklejoną do szklanych drzwi, rozpakowanymi pudełkami, pustą recepcją i krzątającymi się młodymi naukowcami, może to być każda firma z Doliny Krzemowej w chaosie związanym z rozruchem. Ale szybko okazuje się, że nie jest to zwykły startup. Zaczynasz zauważać różnicę kilka drzwi za ekspresem do kawy. Na końcu korytarza, w pokoju bez okien, oświetlonym słabym blaskiem zielonego lasera przebijającego się przez labirynt sprzętu optycznego, znajdziesz klejnoty koronne firmy, maleńkie cząsteczki emitujące różne kolory. Są to kropki kwantowe-kryształy złożone z zaledwie kilkuset atomów. Oglądane przez zwykły mikroskop optyczny migoczą jak gwiazdy na bezksiężycowym niebie.

Korporacja Quantum Dot — i jej garstka znanych inwestorów venture capital — obstawiają, że te świecące plamki zmienią sposób, w jaki biolodzy postrzegają świat komórkowy. Cząsteczki mierzą zaledwie kilka nanometrów (miliardowych części metra). Ponieważ są one mniej więcej tej samej wielkości co cząsteczka białka lub krótka sekwencja DNA, kropki kwantowe mogą być niemal idealnymi latarniami do oświetlania zdarzeń biologicznych. Występują w niemal nieograniczonej palecie kolorów i można je łączyć z biocząsteczkami, tworząc czułe sondy do identyfikacji określonych związków i śledzenia zdarzeń biologicznych.

Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 2000 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Znaczniki fluorescencyjne są wszechobecne w medycynie i biologii i są stosowane we wszystkim, od testów na HIV po obrazowanie wewnętrznych funkcji komórek. Ale barwniki, na których obecnie polegają biolodzy, mają poważne wady. Po pierwsze, dla każdego koloru muszą być użyte różne rodzaje cząsteczek barwnika, a do uzyskania barwnika we fluorescencji należy użyć odpowiedniego lasera: zielony laser dla zielonego barwnika, żółty dla żółtego barwnika i tak dalej. Kolory emitowane przez barwniki mają tendencję do blednięcia razem, a użycie kombinacji laserów jest nieporęczne. Te ograniczenia oznaczają, że w praktyce nie można szukać jednocześnie więcej niż kilku rodzajów biomolekuł. Co więcej, barwniki szybko blakną, więc obrazowanie to sprawa jednorazowa.

Kropki kwantowe nie mają żadnej z tych wad. Możesz uzyskać ostre kolorowe kropki, po prostu zmieniając rozmiar nanocząstek i sprawić, że tęcza tych kolorów będzie fluoryzować za pomocą białego światła lub jednokolorowego lasera. Co więcej, nanocząsteczki świecą znacznie dłużej niż barwniki. Te ulepszenia umożliwiają jednoczesne znakowanie różnych składników biologicznych — powiedzmy różnych białek lub różnych sekwencji DNA — za pomocą określonych kolorowych nanokropek.

Taka elastyczność może oznaczać tani i łatwy sposób na jednoczesne badanie próbki krwi pod kątem obecności wielu różnych wirusów. Może również dać lekarzom szybkie spojrzenie na stan pacjenta. Na przykład obecność określonego zestawu białek jest silnym wskaźnikiem, że dana osoba ma atak serca; kropki kwantowe mogłyby zapewnić szybki i prosty test do wykrywania tych białek. Na froncie badawczym możliwość jednoczesnego znakowania wielu biomolekuł może zapewnić potężny sposób obserwowania złożonych zmian komórkowych i zdarzeń związanych z chorobami, dostarczając wskazówek do odkrywania leków.

Kropka góry lodowej

Wyzwanie polega oczywiście na przekształceniu tego surowego potencjału naukowego w rentowny biznes. I tu właśnie pojawia się Palo Alto z Kalifornii, Quantum Dot. Jak każda inna raczkująca firma technologiczna, musi przyciągnąć wsparcie finansowe, zadziwiając inwestorów i wypracowując realny biznesplan, a także odpierać pojawiającą się konkurencję poprzez budowanie silnego portfolio technologii (patrz pasek boczny: Quantum Competition). Jednak dla Quantum Dot wyzwania wykraczają poza te, które stawia typowy startup. Nie tylko chce odnieść sukces komercyjny, ale chce to zrobić, podążając tam, gdzie do tej pory poszło niewiele firm: używając nanotechnologii (manipulacji i materiałów budowlanych w skali nanometrycznej) jako narzędzia w medycynie i biologii.

Nawet w badaniach podstawowych, nie mówiąc już o świecie komercyjnym, styk nanotechnologii i biologii jest w dużej mierze niezbadanym obszarem. Kropki kwantowe intrygują fizyków poszukujących nowych rodzajów urządzeń elektronicznych i optycznych od ponad dekady, ale niewielu biologów zastanawiało się nad nimi. Aby odnieść sukces, start-up musi połączyć biotechnologię i nanotechnologię. Dodając do tego trudność, większość inwestorów venture capital – których wsparcie w dzisiejszych czasach jest kluczowe dla prawie każdego startupu – wykazała awersję do czegoś tak ezoterycznego, jak nanotechnologia. Mogą spieszyć się, aby sfinansować startupy dot-comów, ale umieść słowo „kwant” przed słowem „kropka”, a oczy zaczną świecić.

Ci, którzy tworzą kropkę kwantową, obstawiają jednak, że potencjał tej najnowocześniejszej technologii ostatecznie sprawi, że te przeszklone oczy staną się ostre. Współzałożycielem firmy jest para wytrawnych znawców Doliny Krzemowej, Joel Martin i Bala Manian, którzy razem pomogli uruchomić pół tuzina firm technologicznych w dziedzinie urządzeń medycznych i oprzyrządowania. W ciągu pierwszych ośmiu miesięcy istnienia Quantum Dot para przedsiębiorców zebrała 7,5 miliona dolarów w finansowaniu venture. Dyrektor generalny i prezes Martin mówi, że podekscytowanie inwestorów jest kwestią czasu: uchwycenie technologii w momencie, gdy eksplozja postępu naukowego doprowadza ją do granicy komercyjnej praktyczności. Musisz mieć coś, co będzie na rynku w ciągu najbliższych kilku lat, mówi Martin. Nie może być tak daleko, że jest na krawędzi krwawienia. Jednocześnie dodaje, że ważne jest, aby technologia pobudzała wyobraźnię ludzi.

W blasku

Jednak w 1997 roku, kiedy Martin zaczął kupować nowe technologie, kilka grup naukowców zaczęło tworzyć jaśniejsze i bardziej praktyczne kropki kwantowe. Wraz z tymi udoskonaleniami coraz bardziej widoczny był potencjał ich wykorzystania w obrazowaniu biologicznym i diagnostyce. Zaczęło się wydawać, że możliwe będzie przekształcenie nanocząstek w czułe sondy, które będą nakierowywać na określone cele biologiczne, cały czas świecąc charakterystycznymi kolorami, które mówiły: Oto jest! – ponieważ jest to wirus, białko duże zainteresowanie, być może jakieś specyficzne DNA.

Ruch w kierunku zastosowań biologicznych był długim procesem, bez żadnego przełomu na drodze. Ale kluczowym spostrzeżeniem, mówi Paul Alivisatos, chemik z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który wniósł szereg ważnych postępów, jest to, że kropki kwantowe są makrocząsteczkami wielkości białek. Kiedy zdasz sobie sprawę, że skale rozmiarów są kompatybilne, powiesz: OK, te rzeczy mogą iść w parze. Dodaje Moungi Bawendi, chemik z MIT, który pracował nad cząstkami od ponad dekady: Biologia nie jest tym, o czym początkowo myśleliśmy. Ale w pewnym sensie jest to znacznie lepsza aplikacja – to naturalne.

Tak naturalne, że Alivisatos i jego współpracownik Shimon Weiss, fizyk z Lawrence Berkeley Laboratory i absolwent Marcel Bruchez, zaczęli dyskutować o możliwościach biznesowych w połowie lat dziewięćdziesiątych. Potykaliśmy się, próbując stworzyć firmę, która wykorzysta biologiczny potencjał kropek kwantowych, mówi Alivisatos. Potem, w 1997 roku, odebrali telefon od Joela Martina, który wędrował po Dolinie Krzemowej w poszukiwaniu nowej rzeczy. W ciągu nanosekundy Alivisatos zapraszał inwestora venture capital – i jego milionowy czek – do laboratorium w Berkeley na wizytę.

Potencjał kropek kwantowych został potwierdzony pod koniec 1998 r. przez opublikowanie dwóch przełomowych artykułów w czasopiśmie Science, dowodzących, że nanocząsteczki można dostosować do żywych systemów i wykorzystać jako biosondy. Jeden artykuł napisał Alivisatos i jego współpracownicy z Berkeley, a drugi chemik z Indiana University Shuming Nie. Obie grupy naukowców nauczyły się, jak rozpuszczać nanocząsteczki w wodzie i pokrywać maleńkie kryształy zewnętrzną warstwą, z którą mogą łatwo wiązać biocząsteczki zdolne do rozpoznawania białek lub DNA. Badania potwierdziły potencjał kropek kwantowych do czułych testów diagnostycznych, nawet genetycznych.

W ramach badań zespoły naukowe zademonstrowały sposoby wykrywania białek wewnątrz i na powierzchni komórki, co sugeruje kuszącą możliwość – może być możliwe dołączenie pojedynczej świecącej nanokropki do, powiedzmy, białka, jako sposobu na obserwację zdarzenia komórkowe. Takie obserwacje mogą zapewnić znacznie lepsze zrozumienie sposobu działania komórek – i tego, co może pójść nie tak – dostarczając cennych wskazówek dotyczących rozwoju przyszłych farmaceutyków i terapeutyków.

Miesiąc po opublikowaniu artykułów naukowych, Quantum Dot została uruchomiona. Martin i Manian podpisali czołowych badaczy zajmujących się nanodotami do naukowej rady doradczej firmy i dali im finansowy udział w sukcesie zespołu. Oznaczało to pozyskiwanie partnerów z długoletnich rywali Alivisatos, Bawendi, Nie i Paula Mulvaneya, profesora chemii na Uniwersytecie w Melbourne. Na dokładkę startup zatrudnił Brucheza i Stephena Empedocles, świeżo upieczonych doktorów z laboratoriów chemicznych Alivisatos i Bawendi, jako pracowników naukowych. Firma licencjonowała kluczowe technologie z uniwersytetów, gromadząc portfolio własności intelektualnej obejmujące wykorzystanie kropek kwantowych w biologii.

Martin mówi, że chociaż naukowa wartość technologii zaskoczyła, gdy zobaczył ją po raz pierwszy, droga do komercjalizacji nie była tak oczywista. Najwyraźniej startup nie chciał bezpośrednio konkurować z gigantami w zakresie diagnostyki i aparatury analitycznej, takimi jak Roche i Perkin-Elmer, i równie wyraźnie nie chciał jedynie dostarczać kropek kwantowych jako towarów. Odpowiedzią, jak mówi Martin, był model biznesowy imitujący firmę Intel. Producent chipów ma na celu umieszczenie swoich mikroprocesorów w każdym komputerze; Quantum Dot postara się uczynić ze swoich nanocząstek niezbędny element zestawów diagnostycznych i instrumentów analitycznych. Strategia polegała na tym, aby klienci dużych producentów, a nie konkurenci.

Biznesplan Quantum Dot wzywa firmę do rozpoczęcia wysyłania testowych ilości kropek do potencjalnych klientów tej zimy, aby umożliwić im ocenę wartości nanocząstek w testach diagnostycznych i odkrywaniu leków. Umowy z twórcami instrumentów pojawią się później, mówi Martin. Szacuje, że startup ma wystarczająco dużo gotówki, aby przetrwać kolejny rok, ale mówi, że wiosną planuje zebrać więcej pieniędzy.

Firma spodziewa się, że w połowie roku będzie miał komercyjny produkt, a Martin twierdzi, że pierwsze zastosowania prawdopodobnie pojawią się w badaniach nad lekami. Ale na dłuższą metę wyróżnia się jedna zabójcza aplikacja. Quantum Dot pracuje nad biologicznymi kodami kreskowymi - polimerowymi kulkami wypełnionymi znaną kombinacją tysięcy, a nawet milionów kropek kwantowych. Każdy z tych koralików miałby znaną sygnaturę kolorystyczną – widmowy kod kreskowy. Zamiast używać kropki kwantowej do oznaczania biomolekuły przez wiązanie się z nią, naukowcy zamierzają zbudować testy do analizy genetycznej na powierzchni kulek. Laboratoria na chipie to jedno z najgorętszych nowych podejść do analizy genetycznej, a Kropka Kwantowa ma nadzieję, że jej laboratorium na kulce może być łatwiejszym sposobem rozpoznawania sekwencji genów. Naukowcy przyczepiają określoną sekwencję DNA do powierzchni każdego rodzaju koralika. Ponieważ można łatwo utworzyć tysiące, a nawet miliony kulek, każdy z odrębną sondą DNA (i łatwo zidentyfikować każdą sondę za pomocą kodu kreskowego), technika ta może zapewnić szybki sposób jednoczesnej identyfikacji dużej liczby sekwencji genów, powiedzmy, próbka krwi, stanowiąca cenne narzędzie diagnostyczne i badawcze.

Kiedy fajne to za mało

Pomimo wczesnego sukcesu w zbieraniu pieniędzy, założyciele Quantum Dot są świadomi, że firma wkracza w okres „zrób albo zgiń”. Bez przebojowego produktu w najbliższej przyszłości, firma znajduje się na zagrożonym etapie, wspólnym dla wielu startupów. Każda okazja ma swoje okno czasowe. Zawsze istnieją konkurencyjne technologie, mówi współzałożyciel Manian. Za trzy lata może nam się udać, ale jeśli ktoś wymyśli alternatywę za dwa lata, pociąg już wyjedzie ze stacji. Mania mówi, że firma ma kamienie milowe. Patrząc na napotykane bariery, podejmujesz subiektywne wezwania: czy problem zostanie rozwiązany w ciągu tygodnia, czy zajmie to dwa lata? Jeśli zajmie to dwa lata, natychmiast musisz poszukać alternatywy lub siatki bezpieczeństwa. Ostrzega, że ​​czynnik chłodu zniknie bardzo szybko, jeśli nie będzie można go wesprzeć korzyściami ekonomicznymi. Musi zaowocować zastosowaniami w świecie rzeczywistym.

To poczucie pilności w opracowywaniu zastosowań nanocząstek przyciągnęło do firmy niektórych z najlepszych i najzdolniejszych młodych naukowców zajmujących się kropkami kwantowymi. W laboratorium optycznym Quantum Dot, 30-letni Stephen Empedocles jest wyraźnie odpowiedzialny. To wizytówka firmy, w której potencjalni inwestorzy budzą podziw. Ale Empedokles pewnie stoi, zapraszając gościa do spojrzenia przez mikroskop na pojedyncze cząstki, niewiele większe niż kilka atomów, jasno świecące. To spojrzenie na nanoświat, które z pewnością przyciągnie uwagę – a być może książeczkę czekową – inwestora.

Ale aparatura eksperymentalna przecinająca stół laboratoryjny jak labirynt, zdradza fakt, że jest to wciąż najnowocześniejsza nauka. Empedocles dołączył do Quantum Dot zaraz po ukończeniu wiosną ubiegłego roku MIT z doktoratem z chemii. Już jako uznany ekspert w dziedzinie rozwoju technik analitycznych do wykrywania pojedynczych kropek kwantowych, Empedokles mógł podjąć pracę w dużej organizacji badawczej lub wybrać dowolną liczbę stanowisk akademickich. Przyciągnęły go jednak wyzwania i możliwości, jakie niesie ze sobą podstawowa nauka o kropkach kwantowych i wykorzystanie tej technologii do wywierania wpływu na rzeczywisty świat.

Nawet w MIT, mówi Empedocles, ludzie nie mogli zrozumieć, dlaczego [dołączył do ryzykownej, nowej firmy]. Nikt inny, kogo znałem, nie poszedł do startupu. Powodem jest to, że kultura przedsiębiorczości, która zakorzeniła się w badaniach komputerowych i biotechnologicznych, pozostaje embrionem w naukach fizycznych. Jeśli jednak Quantum Dot uda się połączyć nanotechnologię i biotechnologię, Empedocles może odkryć, że jego koledzy z MIT lepiej zrozumieją jego skok w karierze.

ukryć