Van klein naar groots!

Stel je voor, na een avondje uitgaan ben je dwars door de wekker geslapen! Nog even snel een pilletje achterover slaan, die gedurende de dag een bodycheck doet in je lichaam, waarvan de gegevens rechtstreeks door worden gestuurd via de server naar je huisarts. Hè, balen, begint het ook nog te regenen… ach, die nanodeeltjes op je jack zorgen dat de druppels er feilloos afrollen. En maar goed dat er gisteren zoveel zon was, iPod volledig opgeladen dankzij de zonnecellen in de jas. Ach en wat dan nog, je kunt ook altijd nog muziek luisteren via de minuscule speakertjes verwerkt in je jas. Met één vinger til je je blinkende ultralichte sportfiets met nano-coating (een mix van koolstofvezels en koolstof nanobuisjes) uit de fietsenschuur. Snel vaart maken naar school…

Hoe klein is 'nano'?

In de science fiction film ‘The strange voyage’ uit 1965, leek het reizen met robotjes door het menselijk lichaam nog onzin, maar dankzij de opkomst van nanotechnologie is bijna niets meer ondenkbaar. Maar over welk schaalniveau hebben we het eigenlijk bij 'nano'? De film ‘Powers of Ten’ van Charles en Ray Eames uit 1977 start met een picknick in Chicago, waarbij het beeld één meter doorsnede heeft. Je ogen zoomen traag uit naar een beeld van tien meter doorsnede (10¹m), honderd meter (10²m), en verder, en verder... . Vervolgens zoomen je ogen weer in op ons melkwegstelsel, het zonnestelsel, de aarde, het park, de picknick, de hand van een man, de huid, de cellen, de celkern, het DNA en verder tot neutronen en quarks op schaal 10^-18m. Wij als mens zijn dus maar kleine dwergen in dit ‘alles’; het meeste is veel te groot of te klein om waar te kunnen nemen…

Gronings onderzoek

Nano betekent dan ook niet voor niets ‘dwerg’ in het Grieks: via meter, decimeter, centimeter, millimeter en micrometer, kom je uit bij een miljardste deel van een meter. Oftewel 0,000000001 meter: een nanometer. Nanowetenschappers als Ben Feringa en Bert Poolman onderzoeken, manipuleren en bouwen met de kleinste deeltjes die er zijn op dit allerkleinste niveau: moleculen en atomen die een omvang hebben tussen 1-100 nanometer, alsof ze spelen met LEGO. Maar dan met LEGO-blokjes die zo’n 80.000 maal kleiner zijn dan de doorsnede van een menselijke haar! Daar weet Eek Huisman, wetenschapper op het gebied van nano-devices alles van: bij het quantumgeleidingsapparaat in Science LinX kun je het bijzondere gedrag van hele kleine deeltjes ervaren. De uitdaging is om dit eigenwijze gedrag van deeltjes slim in te zetten. Ook laten wetenschappers zich inspireren door exemplarische bouwsels uit de natuur zoals DNA in cellen, Feringa heeft met zijn team een eerste door licht gedreven moleculaire motor weten te fabriceren, netjes verankerd op een goudbolletje, als een soort scheepsschroef die elementaire deeltjes op de plaats van bestemming in je lichaam zou kunnen brengen of vloeistoffen vanuit kanalen zou kunnen pompen…

Speciale microscopen

Al deze nanotechnologen kijken naar de voor ons onzichtbare materie met verschillende ‘tools’ om zodoende de atomen en moleculen afzonderlijk op het netvlies te krijgen. Met de TEM (transmissie-elektronen-microscopie) en de SPM (scanning probe microscopie) kun je veel verder inzoomen dan mogelijk is met traditionele microscopen, die uitgaan van de grenzen van zichtbaar licht. In de elektronenmicroscoop bewegen elektronengolven met hoge energie dwars door het preparaat; magneetvelden van elektromagneten beïnvloeden de banen van deze elektronen. Dit alles in een vacuüm om geen last te hebben van luchtmoleculen. Met een SPM (Scanning probe microscope) ‘voel’ je de vorm van nanodeeltjes met behulp van een vlijmscherp naaldje. De scanning tunneling microscoop (STM) en de atomic force microscoop (AFM) zijn familie van deze vorm van microscopie. Ook handig is een nanoweegschaal, waarmee de losse atomen te wegen zijn. Wel oppassen met stofdeeltjes in het lab; een stofdeeltje is veel groter dan een nanodeeltje. Vandaar dat nano-onderzoek plaatsvindt in clean-rooms.

Knutselen met nanodeeltjes

De uitdaging voor nanotechnologen is de kleinste deeltjes af te tasten op zoek naar grootse toepassingen. De beloften die nanotechnologie met zich meebrengt, spreekt velen tot de verbeelding. Fundamenteel onderzoek kan zo uiteindelijk leiden tot het doelgericht en efficiënt bestrijden van tumoren; supersnelle computers ter grootte van een sesamzaadje; implantaten in je zenuwbanen waarmee lichamelijke handicaps weer op te heffen zijn door impulsen te realiseren; een lab-on-a-chip voor een do-it-yourself diagnose van je gezondheid in huis; nanodeeltjes die schadelijke stoffen uit het water filteren; pillen met nanosensoren om ziekten op te sporen; zonnepanelen met organische zonnecellen en meer energieopbrengst. De wetenschap van deze onopvallende, maar impactrijke kleinste deeltjes gaat ons leven drastisch veranderen dus. Het reikt ongekend ver en strekt zich uit tot zeer diverse disciplines: natuurkunde, scheikunde, biologie, medische wetenschappen en materiaalkunde, waarbij nauwe samenwerking met productontwikkelaars, designers, kunstenaars en architecten nu al zeer vruchtbaar is; op die manier is de brug vanuit fundamenteel onderzoek naar èchte producten een feit.

Nanodeeltjes in ons lichaam?

Nanotechnologie biedt een nieuwe dimensie aan toepassingsmogelijkheden in de gezondheidszorg die ons leven veraangenamen en zelfs onze kwaliteit van leven en van het milieu verhogen; denk maar eens aan duurzame energiebesparende producten en verhoogde voedselproductie. Te mooi om waar te zijn? Of misschien toch oppassen wegens de gevaren van nanotechnologie? Nanotechnologie brengt namelijk ook mogelijke risico’s met zich mee. Wat richten die gefabriceerde nanodeeltjes aan in ons lichaam? Weten die onderzoekers wel wat de effecten zijn? Zelfs voor veel ‘chemische stoffen in niet-nanovorm’ zijn dit soort effecten vaak nog onbekend . Wel is duidelijk dat veel van die deeltjes uiterst moeizaam te verwijderen zijn uit je lichaam. Geen overbodige luxe dus om goed uit te zoeken wat de mate van toxiciteit is van nanomaterialen in hun uiteenlopende vormen en doseringen in het menselijk lichaam... voordat we met z'n allen driftig gaan smeren met bijvoorbeeld zonnebrandcrème, slechts één van de producten die al vanaf 2006 op de markt zijn, waarin nanomaterialen zijn verwerkt. De integratie van nano-, bio- en IT-technologie is ook al ingezet... Nano heeft hoe dan ook een grote toekomst.

Links

Relevante studies

Colofon

Nano LinX is mede mogelijk gemaakt door Nanopodium Nanopodium is een initiatief van de onafhankelijke Commissie Maatschappelijke Dialoog Nanotechnologie. Het is een podium voor het uitwisselen van gedachten, meningen, ideeën en suggesties om met elkaar in gesprek te komen over kansen en bedreigingen van nanotechnologie voor individu en samenleving.

Nanopodium | Secretariaat Commissie Maatschappelijke Dialoog Nanotechnologie
Herengracht 141, 1015 BH Amsterdam
t 020 535 2244 | f 020 428 9656 | secretariaat@nanopodium.nl | www.nanopodium.nl

Auteur
I.C. Veldman, MA