NTNU NanoLab
Ett støvkorn, én rystelse kan ødelegge ukers arbeid. På NTNU NanoLab er det heldekkende drakt og forsiktighet som gjelder. Foto: Geir Mogen/NTNU

– Etter oljen kommer nanoteknologien

Nanoteknologi spås å være Norges framtidsnæring. Et hovedpoeng med nanoteknologi er å gjøre endringer på nanonivå som gir store muligheter på makronivå.

Nanoteknologi er det 21. århundrets nye teknologi – og er den raskest voksende teknologien. Her skapes for eksempel nye materialer med superegenskaper, mer effektive solceller og smarte medisiner som finner fram til syke celler på egenhånd.

– Etter oljen kommer nanoteknologien. Det er hos oss fremtidens produkter og næringer skapes, spår Kay Gastinger, direktør ved NTNU NanoLab.

Populært studium

NanoLab feirer i disse dager tiårsjubileum. NTNU har bygd opp en strategisk satsing som skal legge grunnlaget for Norges nanoframtid. I løpet av disse ti årene har antall nanoforskere ved NTNU økt kraftig, et studieprogram er etablert og et nytt laboratorium er bygd opp.

Det femårige masterstudiet i nanoteknologi blitt et av Norges mest populære, og under årets delfinale i Forsker Grand Prix hadde fem av ni NTNU-deltakere nanoteknologi på repertoaret.

Så langt har universitetet brukt rundt 265 millioner kroner på å bygge opp NTNU NanoLab, som består av et renromslaboratorium og tilhørende infrastruktur. Finansieringen var et spleiselag mellom NTNU, som stod for selve bygget, og Forskningsrådet, som sto for mesteparten av utstyrsinvesteringene. Renrommet er på 700 kvadratmeter, og er fylt med avansert utstyr og ulike supermikroskop. Det er tilnærmet støvfritt, og gulvet vaskes med sprit en gang om dagen.

Renromslaboratoriet er tilgjengelig både for studenter og forskere fra NTNU, Sintef og eksterne aktører, og mer enn 200 forskere bruker det hvert år. Det er dermed det mest benyttede i Norge innen dette fagområdet.

NTNU Nanolab leder også NorFab, den nasjonale infrastrukturen for mikro- og nanofabrikasjon. NorFabs første prosjektperiode er støttet av Forskningsrådet med over 70 millioner  Søknaden for neste periode fra 2015-2019 ligger for tiden til vurdering

Nano på mange felt

I dette laboratoriet er det så langt utviklet bedre solceller, sterkere og mer formbare materialer, ørsmå datalagringsenheter og kreftmedisin.

Med nanokapsler som inneholder kreftmedisin, har forskere lyktes med å angripe kreftsvulster med kirurgisk presisjon. Les mer om dette i denne saken:

En annen forskningsgruppe har som de første i verden utviklet og patentert en metode for å produsere III-V halvledere på grafén. Silisium kan med dette bli overflødig i en god del elektronikk. Les mer om dette i denne saken:

I løpet av noen år kan norske forskingsmiljø være verdensledende på bruk av nanoteknologi i petroleumsindustrien. Les mer om dette i denne saken:

Kombinerer teknikker

På markedet i dag finner vi nanoteknologi i blant annet datamaskiner, musikkavspillere, ekstremt følsomme sensorer, selvrensende vinduer og kosmetikk. I disse produktene brukes nanoteknologi til å forbedre eksisterende teknologi, men forskningen utvikler også helt ny teknologi.

Nanoteknologi spenner over flere klassiske fagområder som fysikk, elektronikk, biologi, kjemi og materialteknologi. Når man studerer og manipulerer materialer på nanonivå viskes skillelinjene mellom disse tradisjonelle fagene ut.

Det største potensialet innenfor nanoteknologi finnes ved å kombinere teknikker fra forskjellige disipliner. Man kan si at nanoteknologi er en aktiverende teknologi (enabling technology) – et slags verktøy i seg selv som muliggjør produkter fra alle områder.

– Noe av det mest spennende er å legge til rette for møter mellom forskere fra ulike fagområder. For den mest banebrytende forskningen skjer i dag mellom fagfeltene. Nanolaben skal derfor være en møteplass for forskere med røtter innenfor tradisjonelle fagfelt som materialteknologi, fysikk, elektronikk kjemi, biologi og medisinsk teknologi, sier Kay Gastinger.

Hva er egentlig nanoteknologi?

Naturlige nanopartikler finnes blant annet i jord, vann og salter fra sjøsprøyt, mens menneskeskapte partikler er i røyk og sot fra forbrenning. Den tredje kategorien er de som designes av mennesker på grunn av spesielle størrelse- eller overflateegenskaper – som gullnanopartiklene på bildet. Foto: David McCarthy/Science Photo Library

Naturlige nanopartikler finnes blant annet i jord, vann og salter fra sjøsprøyt, mens menneskeskapte partikler er i røyk og sot fra
forbrenning. Den tredje kategorien er de som designes av mennesker på grunn av spesielle størrelse- eller overflateegenskaper – som gullnanopartiklene på bildet.
Foto: David McCarthy/Science Photo Library

Nano betyr en milliarddel og er en størrelse på samme måte som centi, desi og kilo. Når vi i dagligtalen snakker om en centimeter, sier vi egentlig en hundredels meter. Altså at hundre centimeter blir til en meter. På samme måte er det med nanometer, men for å få en meter må vi ha en milliard nanometer.

Matematisk bruker man å si at en nanometer er 0,00 000 0001 meter eller 10-9 meter. En avstand på én nanometer inneholder rundt 5-10 atomer, så når vi snakker om nanoskalaen (ca. 0.1-100 nm) er vi altså i atomenes verden.

Hvis man for eksempel sammenligner størrelsen på et atom og et menneske, blir det det samme som å sammenligne størrelsen på et menneske og sola.

Skreddersyr egenskaper

Nanoteknologi er en studie av fenomener som skjer på nanoskalaen, og hvordan vi kan kontrollere og manipulere disse fenomenene. For at et produkt skal kunne sies å inneholde nanoteknologi må det ha elementer med struktur som er kontrollert og/eller manipulert på nanoskalaen.

Resultatet kan bli at man lager materialer med nye egenskaper. Det kan være materialer som er både harde og lette, eller tynne og isolerende.

Man kan altså bygge nye materialer atom for atom, og skreddersy egenskapene etter hva man trenger.

Det er disse mulighetene som ligger til grunn for den interessen og ressursbruken som nanoteknologi har ført til de siste årene.

Etterligner naturen

Gekkoen er en underlig krabat som lenge har fanget menneskenes interesse. Gekkoen kan bevege seg på vegger og i tak, uavhengig av underlag, uten å falle ned. Det er fordi den har en helt spesiell struktur av fibre under føttene. Disse fibrene forgreines helt ned på nanonivå, og det er denne strukturen som er årsak til gekkoens klatreevne.

Nanostrukturer finnes altså i naturen, og faktisk er naturen det beste eksemplet på nanoteknologi som fungerer.

Mye av forskningen i dag handler om å forstå hvordan naturen bruker nanoteknologi, for så å kopiere det etter våre egne behov. Prinsippet bak gekkoens føtter kan for eksempel videreføres til å lage elastiske bandasjer som sitter like godt på vått som på tørt underlag.

Etiske dilemmaer

Nanoteknologi byr på både fordeler og ulemper. Nye muligheter oppdages, men det finnes mange utfordringer som må overkommes underveis. Det stilles store krav til både verktøyet og kompetansen. For å forstå mulighetene må man ha inngående kunnskap om hvordan verden fungerer på nanoskalaen, og hvilke verktøy som er tilgjengelige.

Man må tenke annerledes enn det man er vant til for å kunne utnytte mulighetene. Nanoteknologi er også en svært dyr teknologi. Verktøyene man bruker koster flere millioner kroner, og framstilling av nanomaterialer i større kvanta er svært vanskelig.

Som ved enhver ny teknologi reiser også bruk av nanoteknologi en del etiske spørsmål. Hva skal hovedfokuset på forskningen være? Kommersielle luktfrie sokker, nye midler til biologisk krigføring eller fornybar energi? Hvem skal teknologien gagne mest, de som utvikler den eller verden generelt?

Ny teknologi fører også med seg en del risiko. At materialer får nye egenskaper trenger ikke å være uforbeholdent positivt. Kanskje vil en del av disse materialene utvikle egenskaper som er farlige eller ødeleggende for miljøet?

Føre-var-prinsippet er et viktig prinsipp også innenfor nanoteknologi for å forebygge og unngå bruk av skadelige materialer.

Kilder:
www.ntnu.no og
Linda Helander, laboratorieleder ved NTNU NanoLab