Nanoteknologien krydser faggrænser

Nanoteknologi er mere end bare en teknologi, det er en tilgang til mange typer forskning og produktion, hvor materialers egenskaber på nanoskala giver os mulighed for at skabe produkter med bedre og i mange tilfælde helt nye egenskaber. Derfor er anvendelsen af nanoteknologi heller ikke begrænset til et enkelt område af samfundet, men vil med tiden blive en naturlig del af megen forskning, fremstillingsmetoder og produkter alle vegne omkring os. Af samme grund er nanoteknologisk forskning også tværfaglig (figur 5), og forskere med meget forskellige uddannelser arbejder sammen på kryds og tværs.

Fig. 5.

Nanoteknologi er tværfagligt
Nanoteknologi er tværfaglig.

Nano i naturen
En af naturens snedigste tricks er nanomønstre på overfladerne af planter og dyr. Bittesmå riller og nåle er hemmeligheden bag mange billers og sommerfugles fantastiske farvespil og lotusblomstens vandafvisende blade. Ved at lave kunstige mønstre på overflader efterligner vi naturen og skaber overflader med helt nye egenskaber. For eksempel kan vi lave vandskyende (hydrofobe) skibsbunde, der glider lettere gennem vandet og derved sparer brændstof. Vi kan også lave det modsatte, ‘vandelskende’ (hydrofile) bilruder, hvor vandet flyder ud til en tynd film, som man nemt kan se igennem. Efterhånden er vi blevet så gode til at ændre på materialers overfladeegenskaber, at vi kan designe overflader med egenskaber, der overgår selv de bedste fra naturen.

Både i industrien og på universiteterne arbejdes der ihærdigt med at udvikle overflader og materialer med nye og kunstigt fremstillede egenskaber. Vandafvisende, ‘vandelskende’, rengøringsfri, bakteriefri og selvreparerende overflader, listen over nye egenskaber er lang, og de økonomiske og helbredsmæssige gevinster er store. Fødevareindustrien kan spare penge og kemikalier på rengøringsfri overflader og samtidig fremstille mere sikre fødevarer, hvis borde og gulve har overflader, som bakterier ikke kan sidde fast på.

Sensorer overalt
En mikrosensor er på størrelse med bredden af et hår, mens en nanosensor kan være mere end tusinde gange mindre. Ved at gøre de bevægelige dele i sensorerne mindre, kan vi gøre dem mere fintfølende og for eksempel registrere bilens bevægelser meget præcist. Men frem for alt bliver sensorerne mindre og kan derfor bygges ind i flere og flere af de genstande, der omgiver dig: telefonen, køleskabet, tøjet og computeren for blot at nævne nogle få eksempler. Ting, vi normalt tænker på som døde og inaktive, bliver gjort ‘levende’, så de kan reagere på og for os og det omgivende miljø. Det gør de ved at registrere ændringer i masse og frekvens og derved registrerer de bevægelser.

Små bjælker, stor følsomhed
Naturlige og menneskeskabte mekaniske svingninger optræder overalt. Jordens kredsen rundt om Solen og elektronernes bevægelse rundt om atomkernen er begge mekaniske svingninger. Frekvensen, det vil sige antallet af svingninger per sekund, afgøres af massen af det svingende objekt. Små og lette mekanismer arbejder som regel med en højere frekvens eller reagerer på kortere tid end store og tunge. For eksempel svinger de lette tynde strenge på en guitar med en højere frekvens end de tungere tykke og en knallertmotor har et højere omdrejningstal end en traktormotor.

Sensorer, der registrer bevægelse ved hjælp af bevægelige dele, kalder vi for mekaniske sensorer. Hvis man bringer en bjælke i resonans, har man en sensor, der registrer, når noget lander på den. Det kaldes for en massesensor eller en masseresonator. Resonansen opstår, når bjælken påvirkes med en kraft, der svinger i takt med egenfrekvensen. Fordi resonansfrekvensen er afhængig af massen, ændrer den sig, når en partikel sætter sig på bjælken. Det vil sige, at man ved at måle ændringer i frekvensen kan registrere partikler på bjælken. Hvis bjælken er meget fintfølende, kan man desuden bestemme massen af partiklen.

Bakterier spores med mikroskopiske bjælker
En anden type mekaniske sensorer måler små mængder af for eksempel kemikalier, bakterier, vira og sprængstoffer. Hvert år bliver mange tusinde danskere syge af at spise mad inficeret med sygdomsfremkaldende bakterier som Escheria coli (E. coli) og Salmonella, som i værste fald kan slå dem ihjel. Hvis bakterier i fødevarer kan spores billigt og hurtigt, kan den enkelte landmand, slagter eller forbruger selv undersøge fødevarernes kvalitet. Hvis testen udføres der, hvor maden produceres, bliver de dårlige fødevarer fundet, allerede før de når ud på supermarkedets hylder. Det kan spare os for mange penge, og vi kan undgå madforgiftning. En anden mulighed er, at du selv hjemme på køkkenbordet undersøger maden for E coli- eller Salmonellabakterier. Biosensorer, der sporer bakterier nemt og billigt, ville også gøre stor gavn på hospitaler, hvor hygiejne et spørgsmål om liv eller død.

Denne tekst er et redigeret uddrag af bogen Nanoteknologiens Horisonter http://www.fysik.dtu.dk/Uddannelse/Nanoteket/Nanoteknologiske-Horisonter

http://www.nanotechacademy.dk/Introduktion/Faggraenser
18 JUNI 2019