Nanomekanik

Nanomekanik
En mekanisk biosensor sladrer om selv små mængder af bestemte biomolekyler, for eksempel bakterier og vira. Biosensoren reagerer på biomolekyler ved at bukke sig. For at forstå princippet i sensoren kan du tænke på et stykke karton, der bliver malet på den ene side. Når malingen tørrer, trækker den sig sammen og trækker kartonen under sig med, så det bøjer til den side, malingen er på. Hvis du nu tænker på en bjælke, der er 1000 gange mindre end et ark karton og dækket af et tyndt lag kemisk sporstof på den ene side, så har du den mekaniske vippesensor. Vippen bøjer, når et molekyle, der genkender sporstoffer, binder sig til den. Molekylet kan enten få det kemiske lag til at trække sig sammen, ligesom malingen, så vippen bøjer opad, eller det kan få laget til at udvide sig, så vippen bøjer nedad. Ved at bygge vippen sammen med væskekanaler på en mikrochip kan man lave en ekstremt lille sensor, der kan bruges til at undersøge blodprøver, spyt eller andre prøver for udvalgte bakterier, vira eller DNA- molekyler.

Ting i nanostørrelse bliver klæbrige
Robotter er vores stedfortrædere i situationer, hvor vi enten ikke er stærke, præcise eller hurtige nok som ved et samlebånd i en bilfabrik eller på steder, hvor vi slet ikke kan opholde os – på dybt vand, i rummet, eller i nanoverden. At flytte rundt på nanostørrelser er lidt som at tælle sand med boksehandsker og fedtede briller. De værktøjer, vi benytter, er kluntede, og det er svært overhovedet at se, hvad der foregår. Her kan nanorobotterne heldigvis være os til stor hjælp. Det er dog stadig ikke ukompliceret at arbejde i nanoverden. Overfladekræfter, som normalt spiller en mindre rolle, får ting i nanostørrelse til at klistre sammen og gør arbejdet på nanoskala til en klæbrig affære.

Perspektiver
Der er store perspektiver i nanoteknologien, bl.a. mekanik der er så følsom, at det registrerer ændringer på nanoskalaen. Massesensoren måler massen af viruspartikler og bakterier ved ændringer af resonansfrekvensen. Accelerometret registrerer bevægelser ved hjælp af et mikroskopisk lod, der bevæger sig blot få nanometer. I biosensoren sidder der bittesmå bjælker, der bøjer, når de binder biologiske molekyler eller kemiske stoffer, og endelig er der nanopincetten, der kan bruges til at flytte på og bygge med nanostrukturer.

De mekaniske sensorer er her allerede, men i takt med at vi bliver dygtigere til at fremstille billige bevægelige mikro- og nanokomponenter, vil de blive brugt i flere og flere af dagligdagens apparater og ting. Forestil dig, at dit tøj måler, om du bevæger dig nok, eller slår alarm, hvis du falder om. Måske kommer din badmintonketsjer til at kunne gemme alle dine slag, så du kan analysere dem bagefter på computeren. Mikrobjælker i dit køleskab fortæller dig om bakterievækst, og transportable mikrolaboratorier analyserer dit blod for sygdomme på få minutter måske endda på få sekunder. Sensorer i maskiner fortæller, når maskinernes dele er ved at være slidte og skal skiftes ud. Nanomekanikken kommer til at ændre vores hverdag mere og mere, så grænsen mellem aktiv og levende på den ene side og passiv og livløs på den anden side flyder ud.

Virtual Reality i nanoskala en opdagelsesrejse ud i det små
Nanomekanikken gør det muligt ikke bare at måle og røre, men også at flytte objekter, vi indtil for få år siden dårligt nok kunne se. Vi har nanopincetter, der i sin fulde længde er blot 20 μm – endnu mindre end bredden af et hår. Gabet mellem gribekæberne er kun 300 nm, det vil sige mindre end bredden af en salmonellabakterie. Nanomanipulation med pincetter er stadig så nyt, at ingen – heller ikke forskerne –endnu ved, hvor meget teknikken kan bruges til.

Man kunne måske kæde nanopincetter og elektronmikroskoper sammen med et virtual reality-system, så du i fremtiden vil kunne tage særlige briller og handsker på, og bygge nanostrukturer med dine ‘egne’ hænder. Du kunne for eksempel tage et kulstofnanorør op, undersøge det og sætte det ned på et elektrisk kredsløb. Et virtual reality-system vil gøre det betydeligt nemmere at bygge nanokredsløb og -maskiner.

Da vi for titusinder af år siden opfandt de første redskaber og maskiner og opdagede, at vi kunne udnytte fysikkens love til at lave mekaniske konstruktioner, skete der et enestående skred i menneskets udvikling. Nu er ingeniørerne og forskerne begyndt på en tilsvarende rejse. Denne gang står der blot nanometer og ikke centimeter på målebåndet.

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

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