Марк Медовник - Жидкости

Проблема пластиковой упаковки не имеет простого решения. Использование стекла, как уже говорилось, очень энергозатратно, а затраты энергии, если она не получена из возобновляемых источников, непозволительны. Другой возможный заменитель — бумага, но на ее производство тратится больше энергии и воды, чем на производство пластика. Привлекательный вариант — использовать меньше упаковки. Но поскольку основная часть сельского хозяйства и производства связана с потреблением больших объемов воды, если меньшее количество упаковки увеличит потери продукции, в целом это, возможно, усилит давление на мировые запасы воды и пищи. Получается, проблема экобезопасной упаковки сделала полный круг, как часто и бывает в вопросах, где важную роль играют жидкости.

Так что я многого ожидал от этой конференции по экобезопасным технологиям, ради участия в которой пролетел 8000 км. Заинтересует ли участников наша работа в области самоподдерживающихся городов и трехмерной печати битума или дискуссия сосредоточится на более дешевых способах опреснения воды либо создании экобезопасной упаковки? Так или иначе, я понимал, что знания о поведении жидкостей будут играть здесь важную роль. Я посмотрел на часы. Скоро должны были начаться доклады. Я ополоснул лицо, чтобы взбодриться после смены часовых поясов, и направился вниз в конференц-зал.

Придя туда, я увидел нечто неожиданное: Сьюзен, которая направлялась к сцене. Мои глаза чуть не выскочили из орбит. Эта женщина, которую я знал так хорошо — проведя рядом с ней, в соседнем кресле, одиннадцать часов, — оказалась инженером. И не просто инженером, а ключевым докладчиком той самой встречи, ради которой я перелетел через полмира. Она блестяще говорила о стоящих перед нами сложных глобальных экологических вызовах, у нее был широкий кругозор. Но мне оказалось трудно сосредоточиться — я страшно злился на себя за то, что не поговорил с ней в самолете.

После презентации Сьюзен я не смог удержаться и не подойти поговорить с ней. Мне пришлось ждать в очереди, пока она терпеливо беседовала с другими участниками, столпившимися вокруг нее. Когда подошла моя очередь, я улыбнулся и, пытаясь сохранить хладнокровие, сказал: «Прекрасное выступление». Она посмотрела на меня, на секунду задумалась, пытаясь, очевидно, вспомнить, где она меня видела, а затем сказала: «Я полагаю, вы хотите получить обратно свою ручку».

Как, надеюсь, показал рассказ о моем путешествии из Лондона в Сан-Франциско, воздушные перелеты стали возможны — и даже приятны — благодаря тому, что мы научились разбираться в мириадах всевозможных жидкостей, от керосина до кофе, от эпоксидов до жидких кристаллов, и управлять ими. Есть много жидкостей, которые я не упомянул в своем рассказе, но я и не пытался объять необъятное. Вместо этого я попытался нарисовать картину наших отношений с жидкостями — ведь уже не одну тысячу лет мы пытаемся понять и принять это состояние вещества, одновременно притягательное и угрожающее, освежающее и склизкое, живительное и взрывчатое, вкусное и ядовитое. До сих пор нам в целом удается обуздывать мощь жидкостей и одновременно защищать себя от связанных с ними опасностей (несмотря на цунами и подъем уровня океана). И будущее, по-моему, будет столь же наполнено жидкостями, как и прошлое, но наши отношения с ними станут углубляться.

Возьмем, например, медицину. Для большинства анализов необходимы кровь или слюна, по состоянию которых врачи диагностируют болезни и следят за здоровьем. Исследования почти всегда проводятся в лаборатории, как правило, занимают много времени и дорого стоят. Кроме того, они требуют визита к врачу или в больницу, что не всегда возможно, особенно в странах, где медицинские ресурсы скудны. Но всё это, вероятно, изменит новая технология, так называемая лаборатория на чипе; она подарит нам будущее, в котором диагностика будет проводиться на дому, почти мгновенно и дешево.

Технология лаборатории на чипе, или микрожидкостная технология, позволяет человеку взять крохотные образцы собственных физиологических жидкостей и поместить их в небольшой аппарат, который проверяет биохимический состав препаратов. Эти микросхемы обрабатывают жидкости примерно так же, как кремниевые микросхемы — цифровую информацию. Кровь или какая-то другая жидкость, которую вы туда поместите, направляется в серию микроскопических внутренних трубочек, которые могут направить крохотные капельки в разных направлениях, к разным анализаторам. Пока эта технология в зачаточном состоянии, но не удивляйтесь, если в ближайшие годы вы будете всё чаще о ней слышать. Потенциально она способна диагностировать всё, от сердечных болезней до бактериальной инфекции и рака на ранней стадии, и будет, скорее всего, находиться на переднем крае медицинской революции, схожей с тем, что мы уже видели в информационных технологиях. Но на этот раз революция будет жидкой.

Чтобы технология лаборатории на чипе работала, она должна иметь механизм, позволяющий устройству передвигать крохотные капельки жидкости и манипулировать ими. Биологические организмы, разумеется, прекрасно это умеют. Выйдите в сад во время летнего ливня, и вы увидите листья, которые отталкивают воду так эффективно, что капли дождя отскакивают от них. Давно известно, например, что листья лотоса обладают такой супергидрофобной способностью; но никто не знал, почему так, пока совсем недавно с помощью электронного микроскопа не удалось заметить на их поверхности нечто странное. Как ученые и предполагали, листья покрыты воскоподобным веществом, которое отталкивает воду; удивительно, однако, что оно расположено на поверхности листа в виде миллиардов микроскопических пупырышков. Когда капля воды лежит на такой восковой поверхности, она пытается минимизировать площадь контакта из-за высокого поверхностного натяжения между ними. Пупырышки на листе лотоса резко увеличивают площадь воска, вынуждая каплю шатко балансировать на верхушках пупырышков. Капля в этом состоянии становится мобильной, быстро соскальзывает с листа, собирая по пути крохотные частицы пыли, всасывая их в себя подобно крохотному пылесосу. Благодаря этому лист лотоса всегда остается блестящим и чистым.

В ближайшие годы обработка поверхностей с целью сделать их супергидрофобными станет, вероятно, крупным бизнесом. Это позволит нам не только проводить капельки через внутренние механизмы лаборатории на чипе, но и делать многое другое. Мы сможем, например, добиться того, чтобы вода не смачивала окна и они всегда оставались чистыми, как лист лотоса. Возможно, мы сумеем разработать водонепроницаемую одежду, которая будет собирать воду, падающую на нее, и транспортировать ее по крохотным трубочкам в специальный карман, чтобы позже ее можно было выпить. Такой дизайн подсказала нам шипастая ящерица молох, которая, чтобы напитаться влагой, собирает каждую дождинку, падающую на ее кожу, и впитывает ее через крохотные канальцы посредством капиллярного эффекта.