Småting med stort potentiale
juli 2002

Politikere, medierne og ikke mindst investorer spejder intenst efter den næste store teknologi. Dot.com bølgen skyllede over os, og efter den har bioteknologien længe været regnet for den næste revolution - men biotech har hidtil også været en ujævn og risikabel industri.
I den senere tid er endnu en ny teknologi kommet i søgelyset, Nanoteknologien.
De færreste ved præcist hvad det går ud på, og hvad det dybest set kan bruges til, men ordet klinger lovende og passende futuristisk.

Nanoteknologi er pr. definition konstruktioner, hvis mindste dele kan måles i under 100 nanometer. En nanometer er en milliontedel af en millimeter - det gentager vi lige: en milliontedel af en millimeter.
Mere konkret så svarer hundrede nanometer til en tusindedel af et hårs bredde.
Og det er altså i dén størrelse og nedefter at nanoteknologien udfolder sig.

At kunne styre processer og konstruktioner i nanoskala kan være nyttigt indenfor stort set hvadsomhelst. Et oplagt område er computerchips. Allerede idag er de elektroniske baner i nogle computerchips nede i en bredde på 100 nanometer og om 10-15 år vil konstruktørerne af microchips for alvor være tvunget til at mestre de specielle betingelser, der gælder når man arbejder i nanoskala.
Chipteknologien vil også blive udbygget med mekaniske dele. Forskerne arbejder på at konstruere mikroskopiske motorer, rørsystemer, og sensorer som en integreret del af chippen, bygget i de samme materialer, som man idag laver microprocessorens fine elektroniske kredsløb af.
Man taler om et "lab on a chip" - en lille chip, der selv kan udføre alle de processer, der idag foretages i et laboratorium. Man kunne forestille sig en lille chip, hvorpå man kan lægge en dråbe blod. Derefter analyserer chippen automatisk generne for en lang række egenskaber eller defekter.
Flere danske selskaber, bl.a. Grundfoss og Danfoss er langt med udviklingen og brugen af mikroskopiske sensorer indbygget i microchips.
Et andet dansk styrkeområde er katalysatorer, der f.eks. kan bruges til at rense udstødningsgasser. Haldor Topsøe bruger nanoteknologi til at studere præcist hvordan atomerne opfører sig på overfladen af en katalysator.

Nye materialer er en vigtig del af nanoteknologien. Man arbejder på at skabe materialer der er særligt hårde, ellersærligt glatte eller hvis egenskaber ændrer sig under forskellige forhold.
Materialeforskningen kan også give bonus i form af bedre flade skærme til computere og fjernsyn, og som mere effektive solceller. Nanoteknologi er også en del af udviklingen af de såkaldte brændselsceller, som mange forventer vil være en grundlæggende del af fremtidens energiforsyning.

Og endelig er der hele sammenhængen med bioteknologien: der er brug for redskaber til at analysere og håndtere celler og gener, og der er brug for at skabe materialer, der kan indgå i biologiske processer.
…Og meget meget mere. Med så bredt et spektrum af anvendelser for nanoteknologien, er det klart at investorerne lugter guld, og forskerne presser på for at få større budgetter.
Men der er lang vej endnu før nano-tech er kalr til massemarkedet..

Indtil for 20 år siden var Nanoteknologi et område, som forskere kun kunne arbejde med i teorien, men i 1981 udviklede to schweiziske forskere ved IBMs laboratorier i Zürich et instrument, der stadig er det grundlæggende redskab indenfor nanotech.
Scanning probe mikroskopet kaldes det. Scanning probe mikroskopet er ikke et optisk mikroskop. Man bruger ikke kraftige linser til at se de små dele, i stedet kan man sammen igne teknikken med en gammeldags grammofonplade spiller, hvor en lille nål opfangede rillerne i pladen og omsatte dem til lyd signaler.
Scanning probe Mikroskopet bruger også en spids, men spidsen er kun èt enkelt atom stor. Med et sindrigt system er det muligt at køre spidsen så ekstremt tæt hen over en overflade, at spidsen kan registere enkelte atomer, og dermed har forskerne for første gang fået mulighed for direkte at se, om deres teorier om atomers opførsel holder. Opfindelsen af mikroskopet udløste da også en Nobelpris i 1986 til Heinrich Roehrer og Gerd Binnig.

HVOR småt nanoteknologi er kan være svært at fatte. Som Heinrich Roehrer, den ene af scanning probe mikroskopets opfindere, fortæller, kan man forestille sig at man brugte en almindelig nål til at finde et enkelt atom. Størrelseforholdet mellem et atom og spidsen af en synål svarer til at man forsøger at finde et sandkorn ved at bruge bjerget matterhorn som nål:

Ved at sende en elektrisk spænding igennem spidsen af mikroskopet kan man samle et atom op, flytte det til en anden position, og slippe atomet igen. Dermed kan forskerne ikke alene kigge med på processer på atomniveau, til overflod kan de også bygge strukturer med enkelte atomer.

I princippet åbner det mulighed for at bygge ekstremt kompakte computere. Computeres beregninger foretages ud fra kun to værdier: 1 eller 0 - det er det, der kaldes bits.
For at bygge en computer skal man have en mekanisme til at gemme de informationer, og med et scanning probe mikroskop kan det dårligt gøres mindre. Hvis et atom ER på sin plads er det et et-tal, hvis atomet ikke er der, er det et nul.
Man kan også sige det sådan at man kan gemme en bit information med et atom. Resultatet kan både aflæses og indlæse med mikroskopets tynde nål.

Smart, men i praksis er problemet selvfølgelig at et scanning probe emikroskop r stort og langsomt, så nok fylder selve informationerne meget lidt, men apparatet til at håndtere dem vil i mange mange år fremover være ude af stand til at konkurrere med en god gammeldags computerchip.

Eksemplet illustrerer et paradoks der præger hele forskningsområdet. Nanoteknologi er spændende for offentligheden fordi den ser ud til at revolutionere meget af den teknologi vi bruger. En del forskere har været på banen med meget spektakulære visioner om hvordan bittesmå robotter engang i fremtiden vil kunne opbygge alt hvad vi måtte have brug molekyle for molekyle ud fra ganske få råmaterialer. Der tales om sværme af nanorobotter, der kan gøre rent, æde sig gennem og omdanne giftige materialer, eller svømme rundt i kroppen på jagt efter cancerceller.

På den anden side, så er det - ihvertfald de første mange år - ikke den slags spektakulære anvendelser, der præger forskningen eller industriens produktion. Det er snarere aldeles u-glamourøse ting som tilsætningsstoffer til maling, sensorer til pumper eller komponenter til elektronikindustrien der præger dagligdagen.

I Nanoteknologi flyder mange traditionelle forskningsområder sammen. Fysikerne kan bidrage med deres forståelse af kvantemekanik, tunneleffekter og andre fænomener, der bliver vigtige praktiske faktorer, når man arbejder med strukturer der er så små.
For kemikerne er det derimod et skridt opad i størrelse. Deres indgang til nanoteknologien er bl.a. det som kaldes macromolekyler. Den måde kemikere skaber molekyler på har groft sagt bestået i at røre stoffer sammen og dermed skabe milliarder af ens molekyler. Men de senere år er kemikere begyndt at kunne bygge nogle ganske få molekyler ad gangen - og dermed bliver deres teknikker en del af nanoteknologi område
Sidst men ikke mindst er der biologerne. Mange biologiske processer foregår i nanometer skala. Celler og deres bestanddele måles i nanometer, og faktisk viser biologiske processer sig at være yderst brugbare modeller for hvordan man konstruere systemer i nano-skala.

I finansloven for 2002 blev der i de kommende 4 år afsat ekstra 25 millioner kroner til at styrke den danske forskning i nanoteknologi.
På EU plan har kommissionen også fået øje på nanoteknologien - trods de små dimensioner. I det 6. Rammeprogram for forskning er omkring 2 milliarder kroner årligt øremærket til nanoteknologi - nogenlunde det samme beløb som Bush regeringen i USA bruger på området.