Джеймс Уинн, Со-Изобретатель, Эксимер Лазерная Хирургия

Как страсть, подготовка и патенты вывели на рынок жизненно важные технологии   Как Флэш Гордон, один «по-настоящему великий» учитель физики, знаменитый теннисный профи Артур Эш и оставшийся ужин из индейки, повлияли на улучшение нашего зрения Как страсть, подготовка и патенты вывели на рынок жизненно важные технологии

Как Флэш Гордон, один «по-настоящему великий» учитель физики, знаменитый теннисный профи Артур Эш и оставшийся ужин из индейки, повлияли на улучшение нашего зрения? Каждый из них помог доктору Джеймсу Уинну, руководителю программы по местному образованию в IBM, открыть свое оригинальное открытие - в сотрудничестве со своими коллегами, доктором Рангасвами Сринивасаном и доктором Сэмюэлом Э. Блумом, - что эксимерный лазер можно использовать для создавать чистые порезы в ткани, не вызывая побочных повреждений окружающих здоровых тканей. Это изобретение, запатентован в 1988 году , заявили, что это основополагающая технология, на которой основаны хирургические вмешательства при лазерной кератомилезе (LASIK) и фоторефракционной кератэктомии (ФРК), и изменила качество зрения для миллионов людей во всем мире.

Доктор Винн, который был введен в Национальный зал славы изобретателей в 2002 году, среди множества других наград, его семье суждено было стать врачом. Однако с юных лет он был вдохновлен героями, такими как Флэш Гордон, с любовью к лучам света и физике. У него также была склонность к игре с лупами, что еще больше усилило его интерес к этой области науки. «Именно так я осознал силу света, играя с лупой и поджигая вещи», - говорит доктор Винн. Тем не менее, до тех пор, пока ему не исполнилось около 16 лет, он никогда не подверг сомнению мудрость окружающих его людей, что ему следует поступать в медицинскую школу, хотя он и не мог представить, как его математические способности выше среднего будут использоваться в качестве врача общей практики. К счастью, на старшем курсе средней школы доктор Винн «имел величайшего в мире учителя физики в средней школе, и всего за одну неделю я понял, что именно этим я и хотел заниматься».

После второго курса Гарвардского университета по специальности физика доктор Винн вернулся домой в Грейт-Нек, Лонг-Айленд, в Нью-Йорке, где провел лето, играя в местных теннисных турнирах. Этим летом он случайно столкнулся с будущим чемпионом мира по теннису Артуром Эшем и «был очень, очень, очень сильно» побежден. Потеря вдохновила его на поиски новой работы следующим летом, что привело его в частную исследовательскую компанию. Техническая исследовательская группа (TRG), работающая над проектами, вдохновленными Гордоном Гулдом, который широко известен как изобретатель лазера. Его лето в TRG убедило его, что он должен подать заявление в аспирантуру по физике, а не в медицинскую школу - решение, которое он принял, не спросив своих родителей. «Это было лето, когда я вырос», - говорит доктор Винн.

В программе прикладной физики Гарварда доктор Винн познакомится с работами таких легенд IBM, как Питер Сорокин и Джон Армстронг, которые в конечном итоге привели его в исследовательский центр Watson в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, где он сделал и запатентовал свой самое известное открытие на сегодняшний день, и где он до сих пор работает. В этом последнем интервью Innovator Insights доктор Винн больше рассказывает о том, как он и его коллеги думали об этой технологии, меняющей игру (включая роль ужина с индейкой), как патенты помогли, и почему исследовательское сообщество - и общественность - зависят на патентной системе, чтобы принести миру великие открытия, подобные его.

Как вы начали работать с технологией, которая в конечном итоге привела к патенту IBM на эксимерлазерную хирургию?

Мы ни в коем случае не думали, что это будет использовано для глаз.

Я был нанят IBM в 1969 году и ходил в лабораторию компании в Цюрихе, Швейцария, в течение полутора лет, прежде чем приехать в исследовательский центр Уотсона в январе 1971 года. Второй и третий лазеры всех времен создавались в лаборатории, где я в настоящее время работаю. работа, в октябре и ноябре 1960 года Петра Сорокина и его коллеги Мирека Стивенсона. Мое определение работы было, из-за отсутствия лучшего описания, «сделать что-то великое».

В 1966 году Сорокин изобрел лазер на красителе. Работая с ним, я увлекся использованием лазеров на красителях и оптической спектроскопией - старой области, которая добилась больших успехов, но к тому времени устарела до тех пор, пока лазер на красителе полностью не произвел революцию. Меня повысили до должности менеджера группы по лазерной физике и химии, и одним из людей, вошедших в мою группу, был доктор Рангасвами Сринивасан (для краткости я называю его Шри). Шри присоединился к исследованиям IBM в исследовательском центре Уотсона, когда он был совершенно новым, еще в 1960 году, и он изучал, как химические реакции были созданы светом, который известен как фотохимия. Основной интерес IBM в фотохимии заключался в том, что вся полупроводниковая индустрия использует такую ​​форму, как фотолитография, для создания узоров крошечных электронных компонентов на кремниевых чипах.

Вскоре [когда Шри присоединился в 1976 году], «эксимерный лазер» стал коммерчески доступным. «Эксимер» означает «возбужденный димер». Одним из атомов в эксимерном лазере должен был быть атом редкого газа, такой как аргон, криптон или ксенон, которые, как известно, являются нереакционноспособными. В основном состоянии эти атомы не будут образовывать молекулы; их считают «редкими газами», потому что они не реагируют ни с чем другим. Но если вы смешаете их с галогеном, таким как фтор или хлор, и создадите электрический разряд в газовой смеси, они образуют молекулу или димер в возбужденном состоянии (эксимер). Если вы объединили аргон с фтором для создания возбужденного фторида аргона, он оказался рабочим веществом очень мощного лазера, излучающего короткие импульсы ультрафиолетового (УФ) света. У нас не было такого лазера в нашей группе, поэтому я получил согласие руководства на его покупку, и я призвал членов своей группы подумать, как они могли бы его использовать. Я не знал, как мы будем его использовать, я просто знал, что это инструмент, предоставляющий возможности, которых у нас не было.

Шри и его технический помощник, Вероника Мейн-Бантон, немного поработали над лазером и облучили один из полимеров, которые Шри изучал. Он обнаружил кое-что, что другие люди могли бы делать, но не узнал, - что каждый короткий импульс света от этого лазера будет удалять незначительное количество материала из полимера. Это будет фототравление полимера, импульс за импульсом. Если бы у вас был лазерный луч с цилиндрическим поперечным сечением, вы могли бы создать цилиндрическое отверстие в полимере без каких-либо признаков повреждения окружающих сторон полимера или дна отверстия. Цитируя Луи Пастера, «Шанс благосклонен к подготовленному уму». Шри был подготовлен, чтобы понять, как свет взаимодействует с пластмассами или полимерами, и он узнал, что происходит, что вы могли создать очень чистые узоры из пластмасс только с помощью этого лазер, без каких-либо дополнительных этапов химической обработки.

Как только он понял это, он и я начали говорить о других применениях лазера. Моя концепция заключалась в том, что, если этот лазер может сделать эти чистые отверстия в пластике, возможно, он мог бы сделать чистые отверстия в тканях человека и животных - я думал конкретно о коже. Я подумал, что это может быть потрясающий скальпель, который будет делать порезы и удалять ткани, не вызывая побочного повреждения основной и смежной жизнеспособной ткани.

Чтобы проверить это, сначала мы начали облучать свои ногти и делать на них узоры. Затем мы облучали наши собственные волосы и делали чистые узоры в волосах. Но мы боялись светить лазером на собственной коже. Прорыв произошел, когда на следующий день после Дня Благодарения в 1981 году Шри принес в лабораторию остатки индейки. У него была индейская кость с хрящом, и он использовал лазер, чтобы сделать очень чистый разрез в хряще. Он и наш коллега Сэм Блум, который начал работать в нашей группе летом 1981 года, в течение следующей недели или двух провели гораздо более тщательный и количественный анализ этих результатов. В начале декабря Шри показал мне образец хряща индейки, и я отнес его в лабораторию, где работал с другим лазером. Лазер на фториде аргона, который использовал Шри, имел длину волны в далеком ультрафиолете - 193 нм. Видимый свет варьируется от синего при 400 нм до красного при 700 нм. Это означает, что наши глаза способны обнаружить этот свет. Но ультрафиолетовый свет имеет более короткую длину волны, и наши глаза его не видят, но мы можем почувствовать эффект. Это дает нам загар, загар и может вызвать рак кожи.

Я взял образец индейки и облучил его мощным короткоимпульсным лазером, излучающим свет в зеленом цвете (обычный лазер). Вместо того, чтобы сделать чистый разрез, все, что я мог сделать, это сжечь и обуглить его. Это была разница между этим ультрачистым разрезом, который производил эксимерный лазер на фтористом аргоне, и обожженной обугленной областью, создаваемой зеленым лазером с короткими импульсами, который был для меня моментом «ага!». Тогда я подумал, что у нас действительно может быть новая форма лазерной хирургии.

Вы тогда решили запатентовать?

Шри, Сэм и я провели мозговой штурм и написали раскрытие изобретения, которое мы закончили в конце 1981 года. Шри и я подписали его 31 декабря, Сэм подписал его 4 января 1982 года, а затем мы представили его в соответствии с законом IBM об интеллектуальной собственности отдел. С тех пор нам сказали не раскрывать эту информацию внешнему миру, пока не будет подан патент, что произошло в декабре 1982 года.

Тем временем мы продолжали проводить эксперименты и решили, что если мы делаем такие чистые отверстия в хряще, ногтях и волосах, мы должны попробовать это на собственной коже. Итак, мы получили смелость. Как теннисист [я не хотел причинять вреда своей правой руке, поэтому] я помню, как засунул правую руку в карман, закрыл глаза и надел мизинец на левую руку перед лучом фторидного лазера на аргоне. Я не чувствовал ни тепла, ни боли - это было то же чувство, как если бы я подул на рот изо рта. Похоже, у нас была довольно хорошая идея.

На что конкретно претендовал патент, поданный IBM?

Сегодня около 33 миллионов человек во всем мире перенесли лазерную рефракционную операцию с помощью эксимерного лазера, и было проведено около 59 миллионов процедур.

Патент, выданный в 1988 году, утверждал новую форму хирургии всей ткани человека и животных. Я думал, что это будет здорово на коже, и я изобразил ткани мозга тоже. Кроме того, поскольку мы провели наш первый эксперимент на хряще индейки, мы подумали об ортопедии и стоматологии. Но мы ни в коем случае не думали, что это будет использовано для глаз. Претензия распространяется на все ткани человека и животных, но в нашей статье, где мы приводили примеры того, как ее можно использовать, мы никогда не обсуждали использование ее на глазах. Причиной этого было то, что свет не проходил через роговицу к сетчатке, и все известные нам лазерные операции на глазах проводились на сетчатке. Мы никоим образом не предполагали, что это может быть использовано для изменения роговицы.

Так как же это стало основным патентом в отношении хирургии для изменения кривизны роговицы?

Нам повезло. Наш патент был подан в декабре 1982 года, поэтому мы могли теперь поговорить о наших исследованиях, и Шри выступил с приглашением выступить на Конференции по лазерам и электрооптике (CLEO) в мае 1983 года в Балтиморе. Статья, которую мы написали и пытались опубликовать в журнале Science, была отклонена одним из судей на том основании, что лазер может вызвать рак. В тот момент это казалось глупым возражением, потому что мы просто сообщали о наших исследованиях мертвых тканей, но вместо этого решили опубликовать его в торговом журнале Laser Focus , который широко распространялся в лазерном сообществе. Как это получилось, документ вышел одновременно с конференцией CLEO.

На конференции присутствовали два офтальмолога, Стивен Трокел, который связан с Колумбийским университетом, и Фрэнсис Л'Эсперанс-младший, который также был в Колумбии. Они были коллегами, но конкурентами. Они оба узнали о нашей работе на конференции CLEO, если не раньше, и Трокел связался с нами и пришел в лабораторию Уотсона 20 июля 1983 года с энуклеированными икроножными глазами. Используя эксимерный лазер, он работал со Шри и его техническим помощником Бодилом Брареном и делал чистые надрезы в роговице глазного яблока.

Между тем, L'Esperance на самом деле задумал и написал первую патентную заявку на изменение формы передней части глаза с помощью процедуры, известной сейчас как фоторефрактивная кератэктомия (ФРК). Его патент на использование эксимерного лазера для изменения формы глаза был подан ранее Трокела или кого-либо еще. Работа, которую Трокел сделал со Шри, была опубликована в Американском журнале офтальмологии в декабре 1983 года, и оттуда дела пошли относительно быстро. К 1987 или 1988 году зрячих людей лечили эксимерным лазером.

Сегодня около 33 миллионов человек во всем мире перенесли лазерную рефракционную операцию с помощью эксимерного лазера, и было проведено около 59 миллионов процедур.

На что точно претендуют патенты Trokel и L'Esperance по сравнению с вашими?

Мы описали процесс использования коротких импульсов ультрафиолетового излучения на ткани человека и животных. Эксимерный лазер был лучшим источником, но вам не нужно было использовать лазер. Их патенты касались использования этого процесса для изменения формы роговицы и имели диаграммы, показывающие свет, исходящий из определенного источника и направленный на глазное яблоко. У нас был свет, исходящий от любого источника и вообще от облучающей ткани.

Как патент IBM использовался после этого?

Наш патент стал основным патентом для всей области лазерной рефракционной хирургии. IBM получила лицензионные сборы и в конечном итоге продала патент одной из компаний, занимающихся лазерной хирургией глаз, LaserSight, Inc. Патент был выпущен в 1988 году, а в 1997 году был продан. В конце концов LaserSight продал его Alcon, а срок действия патента истек в 2005 году. IBM получила около 15 миллионов долларов за продажу патента плюс лицензионные сборы, которые мы получили до его продажи. Признание и престиж нашей работы также способствовали нашему имиджу как одной из выдающихся исследовательских организаций в мире.

Насколько важно было получить патент на весь этот процесс?

То, что мы сделали, - это открыли дверь офтальмологам для метода изменения кривизны роговицы. Сообщество офтальмологов работало без нас, чтобы разработать собственную методологию, создать компании и получить собственные патенты. Наша роль заключалась в том, чтобы сделать первоначальное открытие, положившее начало всей этой процедуре. Патент получил важное признание для меня, Шри и Сэма Блюма, но он также заложил основу для работы Трокела и L'Esperance, а также для работы, которую я делаю сейчас, что может быть даже более важным - в настоящее время мы сотрудничаем со Stony Brook Университет проводит тестирование эксимерлазерной хирургии на сильно обожженной коже. Все признаки на данный момент таковы, что мы сможем удалить некротическую ткань, вызванную ожогами, с более быстрым заживлением, меньшим количеством боли и меньшим образованием рубцовой ткани.

Как вы думаете, патентование важно для исследовательского сообщества?

Если стоимость разработки практического применения вашего открытия значительна, вы должны собрать средства для этого или быть защищены, чтобы другие люди не могли уничтожить то, что вы делаете. Патентная система вознаграждает изобретателя, предоставляя ему или ей защиту, чтобы он или она могли работать с тем, что необходимо для превращения ее в практическую реализацию. Когда вы слышите о людях, которые покупают патенты и становятся патентными троллями, это, возможно, извращает систему и создает ей плохую репутацию, но если вы верите в капитализм как в продвижение инноваций, тогда защита вашей ИС является очень важной частью. Теперь есть люди, которые против капитализма, и, возможно, вы их никогда не убедите. Вы слышите о людях, которые покупают патенты, которые на самом деле ничего не изобрели и каким-то образом собирают деньги, и, возможно, это неоправданно, но есть много законов, которые нарушаются. Вы пытаетесь создать закон, который будет выгоден обществу, и патентные законы, которые я считаю, безусловно, выгодны обществу.

У меня есть стент сердца, например, и слава богу, что Хулио Пальмаз получил патент на это и на то, что Джонсон и Джонсон разработали его, и я все еще жив. Я также принимаю то, что называется Klonopin®, который был разработан из Изобретение Лео Штернбаха бензодиазепинов. Все эти изобретения защищены патентами, которые позволили им стать практичными, коммерчески доступными лекарственными средствами.

Есть много законов, которые нарушаются. Вы пытаетесь создать закон, который будет выгоден обществу, и патентные законы, которые я считаю, безусловно, выгодны обществу.

Какой совет вы бы дали будущим великим изобретателям?

Во-первых, вы должны найти то, что любите. Затем используйте суждение других людей, чтобы выяснить, хорошо ли вы это делаете. Если вам это нравится и у вас это хорошо получается, зайдите в эту область. «Шанс благосклонен к подготовленному уму». Вы должны хорошо тренироваться и держать глаза открытыми.

Что касается идеи изобретения, то в любой области науки или техники есть шанс все время делать открытия. Если вы думаете о практическом применении, то непременно запишите его как заявку на патент и подайте. Это всегда очень волнующе, когда вы находите практическое приложение, которое вы считаете значимым. Мы думали о новой форме хирургии кожи, но это оказалась хирургия глаза. Я все еще работаю над хирургией кожи сегодня - это моя страсть, чтобы увидеть революционный сдвиг в том, как лечить ожоги.

Для людей в колледжах было бы хорошо изучить некоторые примеры важных изобретений. Например, Национальный зал славы изобретателей был разработан как ответвление ВПТЗ США для признания изобретателей в целом и превращения их в замечательных героев. Цель состоит в том, чтобы превратить важных изобретателей в знаменитостей, тем самым вдохновляя больше молодых людей на карьеру в STEM (наука, технология, инженерия и математика) и изобретать будущее.

Как вы начали работать с технологией, которая в конечном итоге привела к патенту IBM на эксимерлазерную хирургию?
Вы тогда решили запатентовать?
На что конкретно претендовал патент, поданный IBM?
Так как же это стало основным патентом в отношении хирургии для изменения кривизны роговицы?
На что точно претендуют патенты Trokel и L'Esperance по сравнению с вашими?
Как патент IBM использовался после этого?
Насколько важно было получить патент на весь этот процесс?
Как вы думаете, патентование важно для исследовательского сообщества?
Какой совет вы бы дали будущим великим изобретателям?