Quantum Dot Com

S názvem a logem společnosti nalepeným na skleněných dveřích, vybalenými krabicemi, prázdnou recepcí a mladými vědci by to mohla být jakákoliv společnost ze Silicon Valley v chaosu při zakládání. Ale rychle se ukáže, že to není obyčejný startup. Začnete si všímat rozdílu pár dveří za kávovarem. Hned v chodbě, v místnosti bez oken osvětlené slabou září zeleného laseru střílejícího bludištěm optických zařízení, najdete korunovační klenoty společnosti, drobné částečky vyzařující různé barvy. Jsou to kvantové tečky-krystaly tvořené pouze několika stovkami atomů. Při pohledu přes běžný optický mikroskop se třpytí jako hvězdy na bezměsíčné obloze.

Společnost Quantum Dot Corporation – a její hrstka významných investorů rizikového kapitálu – sází na to, že tyto zářící skvrny změní pohled biologů na buněčný svět. Částice měří jen několik nanometrů (miliardtiny metru) napříč. Protože se jedná o přibližně stejnou velikost jako molekula proteinu nebo krátká sekvence DNA, kvantové tečky by mohly být téměř dokonalými majáky pro osvětlení biologických událostí. Přicházejí v téměř neomezené paletě barev a mohou být spojeny s biomolekulami, aby vytvořily citlivé sondy pro identifikaci konkrétních sloučenin a sledování biologických událostí.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 2000

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Fluorescenční značky jsou v medicíně a biologii všudypřítomné a používají se ve všem, od testů na HIV po zobrazování vnitřních funkcí buněk. Ale barviva, na která biologové nyní spoléhají, mají vážné nevýhody. Jednak je třeba pro každou barvu použít různé typy molekul barviva a použít odpovídající laser, aby barvivo fluoreskovalo: zelený laser pro zelené barvivo, žlutý pro žluté barvivo a tak dále. Barvy vyzařované barvivy mají tendenci splývat dohromady a použití kombinace laserů je nepraktické. Tato omezení znamenají, že v praxi nemůžete hledat více než několik typů biomolekul najednou. A co víc, barviva rychle vyblednou, takže zobrazování je jednorázová záležitost.

Kvantové tečky nemají žádný z těchto nedostatků. Ostře zbarvené tečky můžete vytvořit jednoduše změnou velikosti nanočástic a přimět duhu těchto barev fluoreskovat bílým světlem nebo jednobarevným laserem. Kromě toho se nanočástice lesknou mnohem déle než barviva. Tato vylepšení vám umožňují současně označit různé biologické složky – řekněme různé proteiny nebo různé sekvence DNA – specifickými barevnými nanotečkami.

Tento druh flexibility by mohl znamenat levný a snadný způsob, jak testovat krevní vzorek na přítomnost řady různých virů současně. Mohlo by to také poskytnout lékařům rychlý pohled na stav pacienta. Například přítomnost určitého souboru proteinů je silným indikátorem toho, že člověk má infarkt; kvantové tečky by mohly nabídnout rychlý a jednoduchý test k detekci těchto proteinů. Na frontě výzkumu by schopnost současně označit více biomolekul by mohla poskytnout účinný způsob, jak sledovat složité buněčné změny a události spojené s nemocemi, což poskytuje vodítka pro objevování léků.

Dot of the Iceberg

Výzva samozřejmě spočívá v přeměně tohoto surového vědeckého potenciálu na životaschopný byznys. To je místo, kde přichází na scénu Palo Alto, Kalifornie, Quantum Dot. Jako každá jiná začínající technologická společnost musí přilákat finanční podporu tím, že zaujme investory a vypracuje životaschopný obchodní plán – stejně jako odrazit vznikající konkurenci vybudováním silné technologické portfolio (viz postranní panel: Quantum Competition). Ale pro Quantum Dot tyto výzvy přesahují ty pro typický startup. Nejen, že chce uspět komerčně, chce toho dosáhnout tím, že půjde tam, kam se dosud dostalo jen málo společností: pomocí nanotechnologií (manipulace a stavebních materiálů v nanometrovém měřítku) jako nástroje v medicíně a biologii.

I v základním výzkumu, natož v komerčním světě, je rozhraní nanotechnologií a biologie z velké části neprobádané území. Kvantové tečky přitahují fyzické vědce, kteří hledají nové druhy elektronických a optických zařízení již více než deset let, ale jen málo biologických výzkumníků se jim věnovalo. Aby startupová společnost uspěla, musí spojit biotechnologii a nanotechnologii. K této obtížnosti se přidala skutečnost, že většina investorů rizikového kapitálu – jejichž podpora je v dnešní době zásadní pro téměř každý startup – projevila averzi vůči čemukoli tak esotericky znějícímu, jako je nanotechnologie. Mohou spěchat s financováním dot-com startupů, ale dají slovo kvantum před slovo tečka a oči se začnou klížit.

Ti, kteří tvoří Quantum Dot, však sázejí na to, že potenciál této špičkové technologie nakonec přiměje tyto prosklené oči zaostřit. Společnost je spoluzaložena dvojicí dokonalých zasvěcenců ze Silicon Valley, Joelem Martinem a Bala Manianem, kteří mezi nimi pomohli rozjet půl tuctu technologických společností v oblasti lékařských přístrojů a přístrojů. Během prvních osmi měsíců existence Quantum Dot získala tato podnikatelská dvojice 7,5 milionu dolarů v rizikovém financování. Generální ředitel a prezident Martin říká, že vzbudit nadšení investorů je otázkou načasování: Chytit technologii stejně jako exploze vědeckého pokroku ji přivádí na hranici komerční praktičnosti. Musíte mít něco, co bude na trhu v příštích pár letech, říká Martin. Nemůže to být tak daleko, aby to bylo na pokraji krvácení. Zároveň dodává, že je důležité, aby technologie zachytila ​​představivost lidí.

V záři

V roce 1997, když Martin začal nakupovat nové technologie, několik skupin výzkumníků začalo dělat kvantové tečky jasnějšími a praktičtějšími. S těmito vylepšeními se stále více ukazoval potenciál pro jejich použití v biologickém zobrazování a diagnostice. Začalo to vypadat, že by bylo možné proměnit nanočástice v citlivé sondy, které by se zaměřily na specifické biologické cíle, a celou dobu svítily výraznými barvami, které říkaly: Tady to je! – s tím, že je to virus, protein velký zájem, možná nějaká konkrétní DNA.

Posun směrem k biologickým aplikacím byl dlouhý proces, který nevedl k žádnému průlomu. Ale klíčovým zjištěním, říká Paul Alivisatos, chemik z Kalifornské univerzity v Berkeley, který přispěl řadou důležitých pokroků, je to, že kvantové tečky jsou makromolekuly o velikosti proteinů. Jakmile si uvědomíte, že velikostní měřítka jsou kompatibilní, řeknete si: Dobře, tyto věci mohou jít dohromady. Moungi Bawendi, chemik z MIT, který na částicích pracoval více než deset let, dodává: Biologie není to, o čem jsme původně přemýšleli. Ale v jistém smyslu je to mnohem lepší aplikace – je to přirozené.

Ve skutečnosti je tak přirozené, že Alivisatos a spolupracovník Shimon Weiss, fyzik v laboratoři Lawrence Berkeley Laboratory a postgraduální student Marcel Bruchez, začali v polovině 90. let diskutovat o obchodních příležitostech. Klopýtali jsme a snažili se vytvořit společnost, která by využila biologický potenciál kvantových teček, říká Alivisatos. Pak, v roce 1997, jim zavolal Joel Martin, který se toulal po Silicon Valley a hledal novou novou věc. Alivisatos během nanosekundy zval rizikového kapitalistu – a jeho milionový šek do laboratoře v Berkeley na návštěvu.

Potenciál kvantových teček byl potvrzen koncem roku 1998 zveřejněním dvou průlomových článků v časopise Science, které prokázaly, že nanočástice by mohly být kompatibilní s živými systémy a použity jako biosondy. Jeden článek byl od Alivisatose a jeho spolupracovníků z Berkeley, druhý od chemika Shuminga Nie z Indiana University. Obě skupiny vědců se naučily, jak rozpustit nanočástice ve vodě a potáhnout drobné krystalky vnější vrstvou, na kterou by mohly snadno vázat biomolekuly schopné rozpoznávat proteiny nebo DNA. Výzkum potvrdil potenciál kvantových teček pro citlivé diagnostické testy, včetně genetické analýzy.

V rámci výzkumu vědecké týmy prokázaly způsoby, jak detekovat proteiny uvnitř a na povrchu buňky, což naznačuje zajímavou možnost - mohlo by být možné připojit jednu zářící nanotečku k, řekněme, proteinu, jako způsob sledování. buněčné události. Taková pozorování by mohla poskytnout mnohem lepší pochopení toho, jak buňky fungují – a co se může pokazit – a poskytnout cenné vodítka pro vývoj budoucích léčiv a léčiv.

Měsíc po vědeckých pracích byl spuštěn Quantum Dot. Martin a Manian podepsali smlouvu s předními výzkumníky nanodot do vědeckého poradního výboru společnosti a dali jim finanční podíl na úspěchu oblečení. To znamenalo udělat partnery z dlouholetých rivalů Alivisatos, Bawendi, Nie a Paul Mulvaney, profesor chemie na University of Melbourne. Startup pro dobrou míru najal Brucheze a Stephena Empedoclese, nově získané doktoráty z chemických laboratoří Alivisatos a Bawendi, jako vědecké pracovníky. Společnost licencovala klíčové technologie od univerzit a sbírala portfolio duševního vlastnictví pokrývající použití kvantových teček v biologii.

Martin říká, že i když vědecká hodnota technologie zapadla hned, když ji poprvé viděl, cesta ke komercializaci nebyla tak zřejmá. Startup zjevně nechtěl přímo konkurovat gigantům v oblasti diagnostiky a analytických přístrojů, jako jsou Roche a Perkin-Elmer, a stejně tak zjevně nechtěl pouze dodávat kvantové tečky jako komoditní položky. Odpovědí, říká Martin, byl obchodní model napodobující Intel. Cílem výrobce čipů je umístit své mikroprocesory do počítače každého; Quantum Dot se pokusí udělat z nanočástic základní součást diagnostických souprav a analytických nástrojů. Strategií bylo udělat z velkých výrobců zákazníky, nikoli konkurenty.

Obchodní plán Quantum Dot požaduje, aby společnost začala tuto zimu dodávat testovací množství teček potenciálním zákazníkům, aby jim umožnila posoudit hodnotu nanočástic při diagnostickém testování a objevování léků. Dohody s výrobci nástrojů přijdou později, říká Martin. Odhaduje, že startup má dost peněz na přežití na další rok, ale říká, že letos na jaře plánuje získat více peněz.

Společnost očekává, že bude mít komerční produkt do poloviny roku a Martin říká, že první aplikace pravděpodobně přijdou ve výzkumu léků. Ale z dlouhodobého hlediska vyniká jedna zabijácká aplikace. Quantum Dot pracuje na biologických čárových kódech – polymerních perličkách plných známé kombinace tisíců nebo dokonce milionů kvantových teček. Každá z těchto kuliček by měla známý barevný podpis - spektrální čárový kód. Namísto použití kvantové tečky k označení biomolekuly jejím navázáním se vědci snaží vytvořit testy pro genetickou analýzu na povrchu kuliček. Laboratoře na čipu jsou jedním z nejžhavějších nových přístupů ke genetické analýze a Quantum Dot doufá, že jeho laboratoř na perličkách by mohla být snazším způsobem, jak rozpoznat genové sekvence. Vědci připojují na povrch každého typu perliček určitou sekvenci DNA. Vzhledem k tomu, že byste mohli snadno vytvořit tisíce, dokonce miliony kuliček, každou s odlišnou DNA sondou (a snadno identifikovat každou sondu pomocí čárového kódu), tato technika by mohla poskytnout rychlý způsob, jak současně identifikovat velké množství genových sekvencí, řekněme, krevní vzorek, který poskytuje cenný diagnostický a výzkumný nástroj.

Když Cool nestačí

Navzdory ranému úspěchu při získávání peněz si zakladatelé Quantum Dot uvědomují, že společnost vstupuje do období „do-or-die“. Bez senzačního produktu v bezprostřední budoucnosti se společnost nachází ve zranitelné fázi, která je běžná pro mnoho startupů. Každá příležitost má své časové okno. Vždy existují konkurenční technologie, říká spoluzakladatel Manian. Za tři roky můžeme být úspěšní, ale pokud někdo za dva roky přijde s alternativou, vlak už vyjede z nádraží. Manian říká, že společnost má milníky. Při pohledu na bariéry, na které narážíte, si subjektivně říkáte: Vyřeší se to za týden, nebo to bude trvat dva roky? Pokud to bude trvat dva roky, musíte okamžitě hledat alternativy nebo záchrannou síť. Varuje, že faktor chladu velmi rychle vyprchá, pokud jej nemůžete podpořit ekonomickými výhodami. Výsledkem musí být aplikace v reálném světě.

Tento pocit naléhavosti při vývoji využití nanočástic přilákal do společnosti některé z nejlepších a nejchytřejších mladých vědců zabývajících se kvantovými tečkami. V optické laboratoři Quantum Dot to jednoznačně vede 30letý Stephen Empedocles. Toto je výkladní skříň společnosti, kde jsou potenciální investoři ohromeni. Ale Empedokles sebevědomě stojí opodál a zve návštěvníka, aby se podíval mikroskopem na jednotlivé částice, ne o moc větší než několik atomů, jasně zářící. Je to letmý pohled do nanosvěta, který jistě upoutá pozornost – a možná i šekovou knížku – investora.

Ale experimentální zařízení, které křižuje laboratorní stůl jako bludiště, prozrazuje skutečnost, že se stále jedná o špičkovou vědu. Empedocles nastoupil do Quantum Dot ihned poté, co loni na jaře promoval na MIT s doktorátem z chemie. Empedokles, již uznávaný odborník na vývoj analytických technik pro detekci jednotlivých kvantových teček, mohl přijmout práci ve velké výzkumné organizaci nebo si vybrat z libovolného počtu akademických pozic. Ale byl přitahován k výzvám a příležitostem vzít si základní vědu o kvantových tečkách a použít technologii k ovlivnění skutečného světa.

Dokonce ani na MIT, říká Empedocles, lidé nemohli přijít na to, proč [by se přidal k riskantní, nové společnosti.] Nikdo jiný, koho jsem znal, nešel do startupu. Důvodem je, že podnikatelská kultura, která zakořenila v počítačovém a biotechnologickém výzkumu, zůstává ve fyzikálních vědách zárodkem. Pokud však Quantum Dot uspěje ve své snaze spojit nanotechnologii a biotechnologii, Empedokles může zjistit, že jeho kolegové z MIT získají nové pochopení pro jeho kariérní skok.

skrýt