梅根·霍爾： 如果你可以透過一次構建一個粒子來創造任何你想要的材料，甚至發明新材料，會怎麼樣？查德·米爾金不僅使之成為可能，還探索了這些微小創造物如何改變研究、醫療保健和技術。
今年，他與羅伯特·蘭格和保羅·阿利維薩託斯一起因自下而上構建材料而獲得卡弗里納米科學獎。
《大眾科學》定製媒體與卡弗裡獎合作，採訪了查德，以瞭解他作為科學家的歷程以及這項工作的未來。
梅根·霍爾： 查德·米爾金喜歡說他預設成為了一名化學家。
查德·米爾金： 你去上大學，你還年輕，你真的不知道自己想做什麼。你媽媽說出去當個有錢的醫生、有錢的律師或商人。沒有人說出去當科學家，對吧？至少我的家人沒有這樣說過。所以我去學校時想著，哦，我要當醫生。
梅根·霍爾： 他正準備利用他的化學學位為醫學院做準備，這時他旁聽了一場手術。
查德·米爾金： 我認為那是我見過的最無聊、最令人反感的事情。我陷入了危機。我說，我不能做這個。我這輩子都不可能做這個。
梅根·霍爾： 查德·米爾金迅速轉向研究事業，再也沒有回頭。他在迪金森學院學習化學，並在賓夕法尼亞州立大學獲得博士學位。隨後，他在麻省理工學院做了博士後，與研究小型化後果的化學家馬克·賴頓合作。
查德·米爾金： 他在思考當你利用化學系統制造電子裝置時會發生什麼。當你將它們縮小，不是縮小到奈米尺度，而是縮小到微米尺度時會發生什麼？
梅根·霍爾： 當時奈米科學還處於起步階段，但一旦查德作為一名年輕教授來到西北大學，它就開始蓬勃發展。查德對此著迷。
查德·米爾金： 這是一個全新的沙箱。太棒了。我告訴人們，我這輩子沒工作過一天。我可以來上班，享受樂趣。
梅根·霍爾： 查德說，奈米科學有兩個主要原則。第一，當你將其縮小到微型水平時，一切行為都會有所不同。
查德·米爾金： 黃金就是一個很好的例子。你縮小黃金。它不再是你與結婚戒指聯絡在一起的黃金。它可以是紅色的。可以是藍色的。它可以是綠色的，具體取決於你最終得到的顆粒的大小和形狀。
梅根·霍爾： 第二，一旦你瞭解了這些差異，你就可以弄清楚如何利用它們。
所以，如果我要總結你所做的工作，說你縮小物體是為了看看它們變小時會發生什麼，然後你找出用它們做的很酷的事情，這樣說準確嗎？
查德·米爾金： 完全正確。我想補充一點。我們還試圖弄清楚為什麼……為什麼縮小它們會導致這些型別的特性？
梅根·霍爾： 查德·米爾金在西北大學從事這項工作已經超過 30 年了。他因一項創新而獲得卡弗裡獎，該創新是透過將小的 DNA 或 RNA 片段附著到稱為奈米顆粒的微小球體表面而構建的。
查德·米爾金： 它是一種類似 Koosh 球的結構。把從 Koosh 球伸出的小毛髮想象成 DNA 鏈。
梅根·霍爾： 當查德的團隊首次構建這些球形核酸時，他們首先製造了塗有彼此不識別的單鏈 DNA 的奈米顆粒。然後，他們添加了另一個互補的 DNA 片段，該片段形成了連線這些顆粒的橋樑或膠水。
查德·米爾金： 現在它們就像具有化學特異性的尼龍搭扣。你把它們扔進溶液中。如果它們被設計為彼此反應，它們就會反應，並且它們會組裝成這些美麗的晶格。
梅根·霍爾： 新的奈米結構也做了一些意想不到的事情。
查德·米爾金： 我當時在我的辦公室。一個年輕的研究生，鮑比·穆西奇，跑了下來，他說，“查德，你一定要看看這個！”
梅根·霍爾： 當穆西奇混合兩種型別的奈米顆粒時，溶液發生了轉變。
查德·米爾金： 溶液的顏色從非常濃烈的寶石紅色變為濃烈的藍色。
梅根·霍爾： 他的研究生加熱溶液，打破了 DNA 鏈之間的鍵，溶液又變成了紅色。然後他冷卻它，讓鍵再次形成，溶液變成了藍色。
查德·米爾金： 他當時所看到的是雙螺旋的形成和雙螺旋的分解，肉眼可見。我們幾乎異口同聲地說，這是一個新的 DNA 檢測系統。
梅根·霍爾： 查德和他的研究生意識到他們可以設計出球形核酸，這些核酸只在特定形式的 DNA 存在時才相互粘在一起。
查德·米爾金： 所以這意味著我可以創造出可以識別任何生物、任何生物體、任何人、任何遺傳疾病、任何細菌疾病、任何病毒疾病的顆粒。我可以建立與它互補的粒子。
梅根·霍爾： 例如，如果顆粒與來自特定疾病的 DNA 形式互補，它們就會粘合在一起並改變溶液的顏色。查德迅速成立了一家公司，以利用這一發現並開發用於新型診斷工具的技術。
查德·米爾金： 這項技術仍然存在，並且在世界上許多醫院中使用。
梅根·霍爾： 但球形核酸不僅僅是有用的診斷工具。查德說，在奈米顆粒上排列 DNA 和 RNA 為它們提供了令人興奮的新功能。例如，DNA 本身無法進入細胞，但作為球形核酸的 DNA 可以。
查德·米爾金： 現在，我們可以將大量的 DNA 和 RNA 送入細胞，我們可以開始利用它來操縱細胞中發生的事情。
梅根·霍爾： 以這種方式移動 DNA 和 RNA 可以幫助解決各種醫療問題，從癌症開始……
查德·米爾金： 例如，你有一些癌細胞產生了過多的蛋白質，導致了問題。我們可以創造出球形核酸，這些核酸會進入並抑制這些蛋白質的產生，從而將其恢復到正常狀態。
梅根·霍爾： …到牛皮癬。
查德·米爾金： 如果它們產生過多的炎症蛋白，我們可以創造結構，這些結構會進入並減少炎症蛋白的產生，從而使它們從不健康的牛皮癬狀態恢復到更健康的皮膚狀態。
梅根·霍爾： 除此之外，查德說球形核酸正在幫助改變醫療保健的另一個關鍵領域。
查德·米爾金： 我們相信這將徹底改變疫苗的開發方式。
梅根·霍爾： 查德說，所有疫苗都包含兩個關鍵成分——一種刺激免疫系統的佐劑和一種訓練免疫系統攻擊感染或疾病的抗原。
查德·米爾金： 通常，疫苗的開發方式是將這些成分混合在一起，注射，然後聽天由命。
梅根·霍爾： 但是，如果你可以將佐劑和抗原仔細地排列在像球形核酸這樣的結構上，而不是將它們混合在一起，會怎麼樣？這會影響疫苗的有效性嗎？為了找出答案，查德採用了相同的元素，製作了四種不同的疫苗。
查德·米爾金： 一種……基於我稱之為攪拌機的方法，只是將佐劑抗原混合在一起，然後另外三種以球形核酸的形式存在。
梅根·霍爾： 然後，他的團隊將這些疫苗注射到感染了人乳頭瘤病毒（HPV）的小鼠身上。
查德·米爾金： 你發現，攪拌機方法幾乎沒有任何效果，但表面上不同的結構排列——你將訓練元素（抗原）放在哪裡——會導致顯著的改善，並且在一種情況或一類結構中，完全治癒。
梅根·霍爾： 他說這證明了一個重要的觀點：疫苗的結構與其成分一樣重要。透過使用人工智慧將數千種可能的奈米結構縮小到最有可能有效的奈米結構，科學家可以理性而快速地設計疫苗。
查德·米爾金： 所以，如果我可以使用機器學習來提取其中一部分，以找出最有效的方法，我就可以以最最佳化和最有效的方式更快地獲得我的藥物。
梅根·霍爾： 這只是球形核酸正在改變醫學世界的另一種方式。
所以，在某種程度上，你似乎確實成為了一名醫生？
查德·米爾金： 我會說，是的。這有點好笑。我的興趣、我的好奇心、追隨我的直覺，讓我以一種很大的方式回到了醫學領域。這有點諷刺。人們因為我早年逃避的所有這些事情而給我頒獎，而我又回到了原點。
梅根·霍爾： 查德很高興將餘生都投入到這項工作中，在研究微小結構的同時改變醫學。
查德·米爾金是西北大學國際奈米技術研究所所長。今年，他與羅伯特·蘭格和保羅·阿利維薩託斯分享了卡弗里納米科學獎。卡弗裡獎旨在表彰科學家在天體物理學、奈米科學和神經科學方面的突破，從而改變我們對宏大、微小和複雜事物的理解。
卡弗裡獎是挪威科學與文學院、挪威教育與研究部以及總部位於美國的卡弗裡基金會之間的合作。
這項工作由《大眾科學》定製媒體制作，並透過卡弗裡獎的支援得以實現。