NANOTANNHJUL:Mindre kan det ikke bli. Fremtidens tannhjul kan bli konstruert av molekyler.
GJENNOMBRUDD:I 1989 klarte Don Eigler i IBM å skrive selskapets navn med xenonatomer på en nikkeloverflate. Foto IBM
KARBONRØR:Helt nye karbonmolekyler i form av rør (fullerener) og baller ble oppdaget av japanske forskere på 80-tallet og gav nanoteknologiforskningen et løft. (Bilde: Piotr Rotkiewicz)

Lite, men avansert innhold

Nanoteknologi

Begrepet ”Nanoteknologi” ble brukt første gang av professor Norio Taniguchi ved Tokyo Science University in 1974 for å beskrive produksjon av materialer med nanometer toleranser.

Nano i Norge

Norges forskningsråd har siden 2002 finansiert forskning på nanoteknologi og nye materialer gjennom det store programmet NANOMAT. Programmet har en størrelse på 250 millioner kroner frem til 2006. Hovedvekten av prosjektene gjelder funksjonelle materialer, der nanoteknologien spiller en avgjørende rolle. Den største gruppen her er FUNMAT, der SINTEF, UiO, NTNU og IFE deltar. Ellers finansieres innen NANOMAT blant annet grunnleggende forskning, samt satsinger på nye nanostrukturerte materialer.

I Norge samarbeider også Sintef, UiO, NTNU og industrien om MiNaLab - Norwegian Micro and Nano Laboratories. Silisiumteknologi anvendt både på mekanikk og elektronikk har lange tradisjoner i Norge som det nye laboratoriet viderefører.

De fleste synes å være enige om at nanoteknologi er tverrfaglig, spenner over en lang rekke vitenskaplige disipliner og at resultatet er lite. Svært lite, men med store potensialer. Vi letter litt på sløret.

— Det er ikke nok å lage nye supersmå materialer for å kunne kalle det nanoteknologi. Kjemikere og genteknologer har laget slike molekyler i flere tiår, sier forskningssjef i Sintef, Ralph Bernstein.

Første gang visjonene rundt det vi senere har kalt nanoteknologi dukket opp, var i 1959. Da holdt den berømte amerikanske fysikeren Richard Feynman en forelesning han hadde kalt ”Det er masse plass på bunnen”. Der skisserer han ideen om hvordan individuelle atomer kan manipuleres.

Milliarddels meter

I utgangspunktet har teknologien fått sitt navn etter et lengdemål. En nanometer - nm er en 10 -9 meter, en milliarddels meter. Eller sagt på en annen måte: en milliondels millimeter eller en tusendels mikrometer. Ordet nano kommer av det greske ordet for dverg. Noen vil si at teknologien dekker størrelsesområdet fra 0,1 til 100 nm, eller fra diameteren på et hydrogenatom til størrelsen på et stort virus. Øyet vårt kan se størrelser på 10 000 nanometer.

Noen vil hevde at moderne mikroprosessorer skal inkluderes i dette bildet siden de opererer med strukturer på 90 nm. Andre vil benekte dette fordi de mener nanoteknologi forutsetter at de ørsmå strukturene bygges av atomer og molekyler, og ikke bruker fotolitografi til å etse ut de små silisiumstrukturene fra noe som er større.

Nanosystemer skal bygges med presis molekylær presisjon ifølge ekspertene og sammenlikner det med perfekte krystaller, eller hvordan kroppen bygger proteiner.

Alle driver med nano

Mange ønsker å smykke seg med nanoteknologi. En vid definisjon av begrepet gjør at alle kjemikere og genteknologier driver med nanoteknologi. Den beste definisjonen er kanskje at nanoteknologi er materialteknologi hvor materialene bygges med fundamentalt nye egenskaper fordi vi kan kontrollere hvordan molekylene settes sammen.

Nanoteknologi ble for alvor oppdaget da japanske forskere ved NEC konstruerte nye rør- og kuleformede karbonmolekyler på slutten av 80-tallet, og oppdaget at de hadde fundamentalt nye fysiske egenskaper.

Nanoteknologiens muligheter kunne først utnyttes da Dr Gerd Binnig and Dr Heinrich Rohrer ved IBM i Sveits klarte å studere fenomener ned på atom og molekylnivå gjennom et såkalt sveip tunnelling mikroskop. For dette fikk de to doktorene fra IBMs Research Laboratory i Zurich Nobelprisen i fysikk i 1986.

Nye egenskaper

En av egenskapene ved nanoteknologi som gjør den interessant, er at materialer i denne skalaen ofte får fundamentalt nye egenskaper. Innen kjemi åpner det seg en rekke nye muligheter fordi mange nanopartikler fungerer som svært gode katalysatorer.

Når materialer bygges i nanometerskala er dimensjonene så små at de fysiske egenskapene er i grenselandet mellom tradisjonell Newtons fysikk og kvantefysikk. Et eksempel på dette er det man innen elektronikken kaller tunnelling. Når avstanden blir liten nok, kan elektroner bevege seg gjennom en barriere uten å bruke energi. I tradisjonell elektronikk koster det energi å få elektroner til å bevege seg.

Slik det ser ut i dag, vil kvantefysiske effekter ødelegge mulighetene til å krympe mikroelektronikken særlig mer etter 2010. I stedet vil nettopp ny elektronikk bruke kvantefysiske effekter, slik som tunnelling, til å fortsette utviklingen. HP, som lenge har forsket på bruk av kvantefysikk, har nettopp offentliggjort de første praktiske resultatene på dette området.





Nanobots

For å bygge fremtidens roboter i nanoskala, populært kalt nanobots, holder det ikke med å krympe dagens modeller ned til vi ikke ser dem mer. De må bygges atom for atom. Dette ligger nok langt inn i fremtiden, men visjonene om nanobots er mange. De kan sendes inn i årene våre og rense dem eller spise opp kreftsvulster.

En egenskap ved nanobots er at de er selvrepliserende og da ligger skremmebildene nært. Det verste man ser for seg, er det som kalles ”grey goo”, eller grått kliss på norsk, som går amok og overtar for alle biologiske vesener på jorda. Det kan jo være en drøy kur mot åreforkalkning.

Det er kanskje mer nærliggende å tenke seg at nye nanomaterialer kan ha helseeffekter hvis de blir inhalert, analogt med sotpartikler og asbestfibre.