Quantum Dot Com

Med virksomhedens navn og logo tapet til glasdøren, de udpakkede kasser, en tom reception og unge forskere, der travler rundt, kan det være en hvilken som helst Silicon Valley-virksomhed i kaosset ved at starte op. Men dette, viser det sig hurtigt, er ikke en almindelig startup. Du begynder at bemærke forskellen et par døre forbi kaffemaskinen. Lige nede ad gangen, i et vinduesløst rum oplyst af det svage skær fra en grøn laser, der skyder gennem en labyrint af optisk udstyr, finder du virksomhedens kronjuveler, små partikler, der udsender en række forskellige farver. Disse er kvanteprikker-krystaller, der kun består af nogle få hundrede atomer. Set gennem et almindeligt optisk mikroskop glimter de som stjerner på en måneløs himmel.

Quantum Dot Corporation - og dens håndfuld højprofilerede venturekapitalinvestorer - satser på, at disse glødende pletter vil ændre biologernes syn på den cellulære verden. Partiklerne måler kun få nanometer (milliarddele af en meter) på tværs. Fordi dette er omtrent samme størrelse som et proteinmolekyle eller en kort sekvens af DNA, kunne kvanteprikker være næsten perfekte beacons til at oplyse biologiske begivenheder. De kommer i en næsten ubegrænset palet af farver og kan kobles til biomolekyler for at danne følsomme prober til at identificere specifikke forbindelser og spore biologiske hændelser.

Denne historie var en del af vores januar 2000-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Fluorescerende tags er allestedsnærværende i medicin og biologi og bruges i alt fra HIV-test til billeddannelse af cellers indre funktioner. Men de farvestoffer, som biologer nu er afhængige af, har alvorlige ulemper. For det første skal der bruges forskellige typer farvestofmolekyler til hver farve, og der skal bruges en matchende laser for at få et farvestof til at fluorescere: en grøn laser for et grønt farvestof, gul for et gult farvestof og så videre. Farverne, der udsendes af farvestofferne, har en tendens til at bløde sammen, og det er uhåndterligt at bruge en kombination af lasere. Disse begrænsninger betyder, at man i praksis ikke kan lede efter mere end nogle få typer biomolekyler ad gangen. Hvad mere er, farvestoffer falmer hurtigt, så billedbehandling er en enkelt affære.

Kvanteprikker har ingen af ​​disse mangler. Du kan lave skarpt farvede prikker blot ved at variere størrelsen af ​​nanopartiklerne og få en regnbue af disse farver til at fluorescere med hvidt lys eller en ensfarvet laser. Desuden fortsætter nanopartiklerne med at skinne meget længere, end farvestoffer gør. Disse forbedringer giver dig mulighed for samtidigt at mærke forskellige biologiske komponenter - for eksempel forskellige proteiner eller forskellige sekvenser af DNA - med specifikke farvede nanodotter.

Den form for fleksibilitet kunne betyde en billig og nem måde at screene en blodprøve for tilstedeværelsen af ​​en række forskellige vira på samme tid. Det kan også give læger et hurtigt overblik over en patients tilstand. For eksempel er tilstedeværelsen af ​​et bestemt sæt proteiner en stærk indikator for, at en person har et hjerteanfald; kvanteprikker kunne tilbyde en hurtig og enkel test til at påvise disse proteiner. På forskningsfronten kunne evnen til samtidig at mærke flere biomolekyler give en effektiv måde at se de komplekse cellulære ændringer og begivenheder forbundet med sygdomme, hvilket giver spor til lægemiddelopdagelse.

Prik af isbjerget

Udfordringen ligger selvfølgelig i at transformere dette rå videnskabelige potentiale til en levedygtig forretning. Det er her Palo Alto, Californien-baserede Quantum Dot kommer ind i billedet. Som enhver anden ny teknologivirksomhed skal den tiltrække finansiel opbakning ved at imponere investorer og udarbejde en levedygtig forretningsplan - samt afværge ny konkurrence ved at opbygge en stærk teknologiportefølje (se sidebjælke: Quantum Competition). Men for Quantum Dot rækker udfordringerne ud over dem for en typisk startup. Ikke alene ønsker det at lykkes kommercielt, det ønsker at gøre det ved at gå, hvor få virksomheder har gået før: at bruge nanoteknologi (manipulation og byggematerialer på nanometerskalaen) som et værktøj inden for medicin og biologi.

Selv i grundforskning, endsige i den kommercielle verden, er grænsefladen mellem nanoteknologi og biologi stort set ukendt territorium. Kvanteprikker har fascineret fysiske forskere, der søger nye former for elektroniske og optiske enheder i mere end et årti, men få biologiske forskere gav dem en anden tanke. For at lykkes skal startup-virksomheden samle biotek og nanoteknologi. Udover vanskeligheden har de fleste venturekapitalister - hvis opbakning i disse dage er afgørende for næsten enhver startup - udvist en modvilje mod alt så esoterisk lydende som nanoteknologi. De kan skynde sig at finansiere dot-com-startups, men sætter ordet kvante foran ordet prik, og øjnene begynder at glasure.

De, der danner Quantum Dot, satser dog på, at potentialet i denne banebrydende teknologi i sidste ende vil få de glaserede øjne til at knipse i fokus. Virksomheden er medstiftet af et par fuldendte Silicon Valley-insidere, Joel Martin og Bala Manian, som imellem dem har hjulpet med at lancere et halvt dusin teknologivirksomheder inden for medicinsk udstyr og instrumentering. Inden for Quantum Dots første otte måneder af eksistensen havde iværksætterparret rejst 7,5 millioner dollars i venturefinansiering. Administrerende direktør og præsident Martin siger, at det er et spørgsmål om timing at få investorer til at begejstres: At fange en teknologi, ligesom en eksplosion af videnskabelige fremskridt bringer den til kanten af ​​kommerciel praktisk. Man skal have noget, der kommer på markedet de næste par år, siger Martin. Det kan ikke være så langt ude, at det er på blødningskanten. Samtidig tilføjer han, at det er vigtigt, at teknologien fanger folks fantasi.

I Gløden

Men i 1997, da Martin begyndte at shoppe efter nye teknologier, var flere grupper af forskere begyndt at gøre kvanteprikker lysere og mere praktiske. Med disse forbedringer blev potentialet for at bruge dem i biologisk billeddannelse og diagnostik mere og mere tydeligt. Det begyndte at se ud, som om det ville være muligt at forvandle nanopartikler til følsomme sonder, der ville gribe ind på specifikke biologiske mål, hele tiden glødende i karakteristiske farver, der sagde: Her er det! - med det er en virus, et protein af stor interesse, måske noget specifikt DNA.

Bevægelsen mod biologiske applikationer var en lang proces, hvor intet enkelt gennembrud førte an. Men en vigtig erkendelse, siger Paul Alivisatos, en kemiker ved University of California, Berkeley, som har bidraget med en række vigtige fremskridt, er, at kvanteprikker er makromolekyler, på størrelse med proteiner. Når du først indser, at størrelsesskalaerne er kompatible, siger du: Okay, disse ting kan gå sammen. Tilføjer Moungi Bawendi, en MIT-kemiker, som har arbejdet på partiklerne i mere end et årti: Biologi er ikke det, vi oprindeligt tænkte på. Men på en eller anden måde er det en meget bedre applikation - det er en naturlig.

Faktisk så naturligt, at Alivisatos og samarbejdspartner Shimon Weiss, fysiker ved Lawrence Berkeley Laboratory, og kandidatstuderende Marcel Bruchez, begyndte at diskutere forretningsmuligheder i midten af ​​1990'erne. Vi snublede rundt og prøvede at danne et firma for at udnytte kvanteprikkernes biologiske potentiale, siger Alivisatos. Så, i 1997, fik de et telefonopkald fra Joel Martin, som vandrede rundt i Silicon Valley og ledte efter det nye. På et nanosekund inviterede Alivisatos venturekapitalisten - og hans million-dollar-check til Berkeley-laboratoriet for et besøg.

Potentialet af kvanteprikker blev bekræftet i slutningen af ​​1998 ved offentliggørelsen af ​​to banebrydende artikler i tidsskriftet Science, der demonstrerede, at nanopartiklerne kunne gøres kompatible med levende systemer og bruges som bioprober. Det ene papir var af Alivisatos og hans Berkeley-kolleger, det andet af Indiana University kemiker Shuming Nie. Begge grupper af forskere havde lært, hvordan man opløser nanopartiklerne i vand og belægger de små krystaller med et ydre lag, hvortil de let kunne binde biomolekyler, der er i stand til at genkende proteiner eller DNA. Forskningen bekræftede potentialet af kvanteprik-prober til følsomme diagnostiske tests, endda genetisk analyse.

Som en del af forskningen demonstrerede de videnskabelige hold måder at detektere proteiner inde i og på overfladen af ​​en celle, hvilket tyder på en fristende mulighed - det kan være muligt at knytte en enkelt glødende nanodot til f.eks. et protein som en måde at se cellulære begivenheder. Sådanne observationer kunne give en langt større forståelse af, hvordan celler fungerer - og hvad der kan gå galt - og give værdifulde spor i udviklingen af ​​fremtidige lægemidler og terapeutika.

En måned efter Science papers blev Quantum Dot startet. Martin og Manian underskrev førende nanodot-forskere til virksomhedens videnskabelige rådgivende udvalg og gav dem en økonomisk andel i outfittets succes. Det betød at lave partnere ud af mangeårige rivaler Alivisatos, Bawendi, Nie og Paul Mulvaney, en kemiprofessor ved University of Melbourne. For en god ordens skyld hyrede startup'et Bruchez og Stephen Empedocles, nyslåede ph.d.'er fra Alivisatos' og Bawendis kemi-laboratorier, som personaleforskere. Virksomheden licenserede nøgleteknologier fra universiteterne, og opnåede en portefølje af intellektuel ejendom, der dækker brugen af ​​kvanteprikker i biologi.

Martin siger, at selvom den videnskabelige værdi af teknologien klikkede første gang, han så den, var vejen til kommercialisering ikke så indlysende. Det er klart, at startup'et ikke ønskede at konkurrere direkte med diagnostiske og analytiske instrumentgiganter som Roche og Perkin-Elmer, og lige så tydeligt ønskede det ikke blot at levere kvanteprikker som råvarer. Svaret, siger Martin, var en forretningsmodel, der efterlignede Intel. Chipmageren sigter efter at sætte sine mikroprocessorer i alles computer; Quantum Dot ville forsøge at gøre sine nanopartikler til et vigtigt stykke diagnostiksæt og analytiske instrumenter. Strategien var at gøre de store producenter til kunder, ikke konkurrenter.

Quantum Dots forretningsplan kræver, at virksomheden begynder at sende testmængder af prikker til potentielle kunder denne vinter for at give dem mulighed for at vurdere værdien af ​​nanopartiklerne i diagnostisk testning og opdagelse af lægemidler. Aftaler med instrumentmagere kommer senere, siger Martin. Han vurderer, at startup'et har penge nok til at overleve i endnu et år, men siger, at det planlægger at rejse flere penge til foråret.

Virksomheden forventer at have et kommercielt produkt i midten af ​​året, og Martin siger, at de første ansøgninger sandsynligvis vil komme inden for lægemiddelforskning. Men på længere sigt skiller én dræber-app sig ud. Quantum Dot arbejder på biologiske stregkoder-polymerperler pakket med en kendt kombination af tusinder eller endda millioner af kvanteprikker. Hver af disse perler ville have en kendt farvesignatur - en spektral stregkode. I stedet for at bruge en kvanteprik til at mærke et biomolekyle ved at binde sig til det, sigter forskerne efter at bygge analyser til genetisk analyse på overfladen af ​​perlerne. Labs på en chip er en af ​​de hotteste nye tilgange til genetisk analyse, og Quantum Dot håber, at dets laboratorium på en perle kunne være en lettere måde at genkende gensekvenser på. Forskerne knytter en bestemt sekvens af DNA til overfladen af ​​hver type perle. Fordi du let kunne danne tusinder, endda millioner, af perler hver med en særskilt DNA-probe (og let identificere hver sonde ved hjælp af stregkoden), kunne teknikken give en hurtig måde at identificere et stort antal gensekvenser i f.eks. en blodprøve, der giver et værdifuldt diagnostisk og forskningsværktøj.

Når køligt ikke er nok

På trods af deres tidlige succes med at rejse penge, er Quantum Dots grundlæggere klar over, at virksomheden går ind i en do-or-die-periode. Uden et blockbuster-produkt i den nærmeste fremtid er virksomheden i en sårbar fase, der er fælles for mange startups. Enhver mulighed har et tidsvindue. Der er altid konkurrerende teknologier, siger medstifter Manian. Vi har måske succes om tre år, men hvis nogen har fundet på et alternativ om to år, vil toget allerede have forladt stationen. Manian siger, at virksomheden har milepæle. Ser man på de barrierer, man møder, foretager man subjektive opfordringer: Vil det være løst på en uge eller tager det to år? Hvis det tager to år, skal du med det samme kigge efter alternativer eller et sikkerhedsnet. Kølefaktoren, advarer han, vil aftage meget hurtigt, hvis du ikke kan understøtte den med økonomiske fordele. Det skal resultere i applikationer fra den virkelige verden.

Denne følelse af, at det haster med at udvikle anvendelser af nanopartiklerne har trukket nogle af de bedste og dygtigste unge kvanteprikker-forskere til virksomheden. I Quantum Dots optiklaboratorium er det den 30-årige Stephen Empedocles, der tydeligvis har ansvaret. Dette er virksomhedens udstillingsvindue, hvor potentielle investorer kommer til at blive beæret. Men Empedocles står selvsikkert forbi og inviterer en besøgende til at tage et kig gennem mikroskopet på de enkelte partikler, ikke meget større end et par atomer, der lyser klart. Det er et glimt af nanoverdenen, der helt sikkert vil fange en investors fancy - og måske checkhæfte.

Men det eksperimentelle apparat, der krydser laboratoriebordet som en labyrint, afslører det faktum, at dette stadig er banebrydende videnskab. Empedocles kom til Quantum Dot umiddelbart efter sin eksamen fra MIT sidste forår med en doktorgrad i kemi. Allerede en anerkendt ekspert i udviklingen af ​​analytiske teknikker til at detektere enkelte kvanteprikker, kunne Empedocles have taget et job i en stor forskningsorganisation eller haft sit valg af et hvilket som helst antal akademiske stillinger. Men han blev tiltrukket af udfordringerne og mulighederne ved at tage den grundlæggende videnskab om kvanteprikker og bruge teknologien til at få indflydelse på den virkelige verden.

Selv på MIT, siger Empedocles, kunne folk ikke finde ud af, hvorfor [han ville slutte sig til et risikabelt, nyt firma.] Ingen andre, jeg kendte, gik til en startup. Årsagen er, at den iværksætterkultur, der har slået rod i computer- og bioteknologisk forskning, forbliver embryonal i de fysiske videnskaber. Men hvis Quantum Dot lykkes i sin søgen efter at gifte sig med nanoteknologi og bioteknologi, kan Empedocles opleve, at hans kolleger på MIT får en ny forståelse af hans karrierespring.

skjule