Nanoteknologi er en teknologi, der opererer på atom og molekyleniveau, dvs. på nanoskalaen. Nano er græsk og betyder dværg. I matematikken betyder nano 10 i niende potens, så én nanometer er en milliontedel af en millimeter. Det svarer til 80.0000-100.000 gange mindre tykkelse end et menneskehår. Én nanometer svarer til den typiske afstand i den atomare og molekylære verden. Begrebet nanoteknologi blev opfundet af Professor Norio Taniguchi ved Tokyo Universitet i 1971.

Af Nina Herrmann og Bent Otto Poulsen,
Dansk Naturvidenskabsformidling

Nanoteknologien er et tværfagligt forskningsfelt, hvor fysikere, kemikere, biologer, biokemikere, medicinere og ingeniører samarbejder om at kunne styre stoffer på atomskala.

Hele universet er opbygget af atomer. Atomerne er så små, at vi først kan se dem, når der bliver mange nok til, at vi kan erkende dem som et stof eller en masse. Nanoteknologi handler konkret om, at kunne fremstille materialer og maskiner på en måde, så man præcist kan bestemme hvor, de forskellige atomer skal sidde i et stof. Hvorfor er det vigtigt, kunne man spørge? Svaret er, at stoffernes forskellighed afhænger af, hvordan atomerne er arrangeret i forhold til hinanden. Fx. er grafit og diamant begge opbygget af kulstofatomer, men de to stoffer har vidt forskellige fysiske og kemiske egenskaber, fordi atomerne er arrangeret på forskellig vis.

Ved at bruge nanoteknologi sparer man plads, energi, tid og materialer, hvilket kan være både en økonomisk, teknisk og miljømæssig fordel.

Historien bag nanoteknologi - kort fortalt

I 1959, mange år før den personlige computer blev født, forudsagde den amerikanske fysiker Richard Feynman, at man i fremtiden kunne formindske ting ned til det næsten usynlige. Feynman argumenterede, at der jo ikke var nogen, som undrede sig over, at man kunne forstørre ganske små ting til noget synligt. Så hvorfor skulle man ikke også kunne formindske ting? Og han tilføjede, at der heller ikke var fysiske love, som satte grænser for en sådan formindskelse. "Fremtidens fysikere vil komme til at råde over værktøjer, der kan flytte rundt på atomerne og som følge deraf lave nye stoffer med nye egenskaber", forudsagde Feynman.

Men der skulle gå yderligere 23 år før det store gennembrud dukkede op. I 1982 opfandt fysikerne Gerd Binnig og Heinrich Rohrer (fra IBM i Schweiz) Skanning Tunnel Mikroskopet. En præstation de fik Nobelprisen for i 1986. STM mikroskopet kunne afbilde overfladen af stof så fint, at man kunne se de enkelte atomer. Siden er STM mikroskopet blevet yderligere rafineret og videreudviklet, så man fx. også kan se DNA molekylet i arvemassen. Og DNA har præcis den kemiske struktur, som Watson og Crick i 1953 havde eksperimenteret sig frem til uden at kunne se selve molekylet.

I 1990 kom det tredje store gennembrud. Igen en medarbejder hos IBM, nemlig Don Eigler fra USA, som vha. et videreudviklet STM mikroskop flyttede rundt på 35 Xenon atomer på en stofoverflade. Han arrangerede dem, så der stod "IBM" på stofoverfladen.

Mennesket er derfor ved at nærme sig en situation, hvor man kan opbygge nye materialer atom for atom på samme måde, som legoklodser sættes sammen. Det er den slags færdigheder, der er et af målene for nanoteknologien.

Naturens nanoteknologi en inspirationskilde!

Nanoforskere kan hente masser af inspiration fra biologien. I hver eneste af de milliarder af celler, som vores krop udgøres af, findes en utrolig kompliceret biokemisk nanofabrik, som opbygger masser af komplicerede molekyler et atom af gangen med utrolig stor præcision. Denne proces foregår hver eneste dag gennem hele livet, og processen er hundreder af millioner år gammel. Nanofabrikken kaldes et ribosom, og det er verdens mindste "samle- og transportbånd" for produktion af proteiner fra mindre "byggeklodser". Budbringermolekylet m-RNA, laver et aftryk af proteinopskriften fra cellekernens arvemateriale DNA, og begiver sig ud af cellekernen hen til ribosomet. Her står en hær af "nanorobotter", transportmolekylerne t-RNA, klar til at levere de molekyler, der er brug for ifølge proteinopskriften. Molekylerne, som t-RNA henter, er aminosyrer. De samles i kæder hen over ribosom-samlebåndet, og foldes herefter til et tredimensionelt proteinmolekyle.

Naturens nanoteknologi arbejder, ligesom kemikerne, nedefra og op. Bittesmå byggesten samles til større, men stadig mikroskopiske strukturer. Fysikere arbejder ofte den anden vej - oppefra og ned. De starter med noget stort, som de gør mindre og mindre. Fx. når de laver en computerchip af stoffet silicium. En stor siliciumklods får ætset de uønskede dele væk, indtil den færdige computerchip er blevet rigtig lille.

Visioner og etik

Det mangler ikke forestillinger om hvad nanoteknologi kan føre til af udvikling. Måske kan nanomaskiner indsprøjtet i kroppen bevæge sig frem via blodkarrene til sygt væv, fx. kræftsvulster og her præcist dosere den kemoterapi, som slår kræftceller ihjel. Eller hvad med såkaldt biokompatible materialer lavet med nanoteknologi ved at flytte rundt på de enkelte atomer, så nye og ukendte egenskaber bliver frembragt. Man forestiller sig, at biokompatible materialer er direkte forenlige med menneskets cellevæv, så man bare kan sætte nye lemmer på og organer ind uden at risikere afstødning pga. forskellige vævstyper. Kommunikationsteknologien vil formodentlig blive yderligere beriget med stadig mindre og hurtigere komponenter til computere. Biochips vil få så mange sensorer samlet på ét lillebitte sted, at man i denne nanoverden får et analyseapparat til rådighed, som svarer til et helt laboratorium i normal størrelse. Til denne biochip udvikler biokemikere kemiske sensorer, som reagerer på et bestemt antistof produceret af kroppen som følge af en bestemt sygdom. En bloddråbe med antistoffet vil være nok til at afgøre, om man har sygdommen.

Det betyder, at man hjemme i køkkenet vil kunne teste sig selv for alle mulige sygdomme, hvilket udløser adskillige etiske spørgsmål, som samfundet må tage stilling til:

Skal vi have den mulighed for selv at lege læge?

Kræver det ikke et bestemt uddannelseniveau at kunne diagnosticere?

Kræver det ikke også et bestemt uddannelsesniveau, at kunne skelne væsentlige og uvæsentlige skavanker og sygdomme fra hinanden, og dermed tage stilling til, om man skal gå videre med resultaterne?

Vil det ikke medvirke til at udbrede hypokondri i befolkningen?

Og hvad betyder det for det enkelte menneskes livskvalitet at få vished i tide og utide om alle mulige sygdomme? Det kan skabe unødig angst og nedsat livskvalitet.