Welke kant gaat het op met de nanotechnologie? Onmogelijk te zeggen, want het vakgebied is te breed. Zeker is alleen dat de ontwikkelingen erg snel gaan. Onderzoekers moeten meer dan ooit buiten de grenzen van hun eigen specialisme kijken.
Wat is nanotechnologie? “Zoiets als de nieuwe iPod Nano”, zo vat futuroloog Marcel Bullinga de perceptie van het grote publiek samen. Tussen duim en wijsvinger geeft hij het formaat van het speeldoosje aan: “Ze denken nu allemaal: nano is ongeveer zó groot.” U als C2W-lezer weet natuurlijk beter. Nanotechnologie is zo ongeveer alles tussen atomair en honderd nanometer. En dat betekent dat het een heel breed vakgebied is.
Voor de nanotechnologie is elk molecuul een bouwsteen. Een lab op een chip bevat nanotech, een AFM-microscoop ook. Die iPod is alleen maar klein, maar de transistoren in zijn flash-geheugen zitten wel rond de nanogrens, en de krassen op het schermpje zouden ook wel eens een typisch nanoprobleem kunnen zijn. In de VS schijnen de meeste nano-octrooien op naam te staan van cosmeticamaker L’Oréal, die zeer actief werkt aan verfijning van zijn colloïdchemie. Zelfs een ordinaire autoband zit vol nanotechnologie, want zó klein zijn de roetdeeltjes die hem zwart kleuren.
Dankzij de nanostructuur van zijn poten kan een
gekko aan het plafond blijven hangen.
Hoepel
Voor een deel is de populariteit van nano te danken aan de ijver waarmee bestaande toepassingen met terugwerkende kracht van dat etiket worden voorzien. Vaak in de hoop dat ze zo meer kans maken op overheidssubsidie, en zo ijdel is die hoop niet. Niet dat nanotechnologie zulke trucs nodig heeft om booming business te zijn. Voor een stroom van nieuwe consumententoepas singen is het nog net iets te vroeg, maar in de laboratoria gaan de ontwikkelingen hard. Sinds een paar jaar kunnen onderzoekers atomen en moleculen niet alleen ‘zien’ (bij een niet-optische microscoop is die term niet helemaal correct), maar kunnen ze ze bij wijze van spreken ook door een hoepel laten springen.
Bladen als Science en Nature stonden deze zomer vol publicaties over moleculen die in hun eentje waterdruppels duwden, geneesmiddelen inpakten, voor transistor speelden of vloeistofkanalen afsloten. Alles waar je als chemicus vroeger enkel van kon dromen boven je doos met bolletjes en staafjes van gekleurd plastic, lijkt nu ineens écht mogelijk.
Supramoleculaire chemie: zelfassemblerende moleculen vormen een holle nanovezel. (Illustratie: Sam Stupp, Northwestern University)
Arrays
Hoe hard het gaat, bleek eind september weer eens tijdens het jaarlijkse feestje van Nederlands grootste nanotechinstituut, MESA+ in Enschede. De posterpresentatie van de eigen promovendi was al indrukwekkend, maar nog fraaier was het beeld dat de gastsprekers schetsten. Gastheer David Reinhoudt had drie toppers weten te strikken: Jim Heath van Caltech, Charles Lieber van Harvard en Christoph Gerber van de universiteit van Basel.
Alledrie spraken ze vooral over nanosensortoepassingen in de biomedische diagnostiek. Heath, ooit als promovendus mede-uitvinder van de buckyball, heeft een soort druktechniek ontwikkeld om arrays te maken van parallelle nanodraadjes. Daaraan maakt hij antilichamen vast. ‘Vangen’ die een langskomend marker eiwit, dan veranderen de elektrische eigenschappen van het draadje, en dat kun je meten. Lieber doet iets dergelijks, maar hij ziet lithografische methoden tegen hun grenzen aanlopen en hij kweekt zijn nanodraadjes dus liever afzonderlijk, via uitgekiende kristallisatieprocessen. En Gerber, niet voor niets mede-uitvinder van de AFM-microscoop, hecht zijn receptoren aan een array van AFM-achtige ‘cantilevers’ die door het binden van moleculen zwaarder worden en met een andere frequentie gaan trillen.
De sprekers schetsen zo in wezen dezelfde toekomst, namelijk die van een lab op een chip dat aan één druppel bloed voldoende heeft om alle mogelijke ziektes tegelijk op te sporen. Er zijn geen moeizame labelingtechnieken meer nodig en het gaat mede daardoor ongekend snel.
Quantumdots
Of de genoemde voorbeelden echt de eerste toepassingen van nanotechnologie worden, is de vraag. Het gaat veel tijd kosten om de huidige proofs of concept daadwerkelijk om te zetten in goedkope wegwerp sensoren. En misschien blijkt dan het hele idee wel achterhaald. Volgens Heath zijn antilichamen eigenlijk ‘a terrible solution’: Het kost honderdduizend dollar en een paar jaar werk om er een te vinden, en succes is dan nog niet gegarandeerd ook. De ‘clickchemie’, waarmee Hartmuth Kolb en Barry Sharpless dezelfde functionaliteit proberen te creëren op basis van zelf assemblerende molecuulfragmenten, zou een alternatief kunnen zijn. In feite ben je dan alweer met een heel andere soort nanotechnologie bezig.
En wat als Reinhoudt andere sprekers had geselecteerd? “Wat Intel doet is natuurlijk ook nanotech. Dat gaat eveneens vreselijk hard”, zegt Hans Mooij, directeur van het Kavli Institute of Nanoscience in Delft. Zijn eigen onderzoek richt zich tevens op informaticatoepas singen van nanotechnologie, waaronder quantum computing met halfgeleiderstructuren op nanoschaal (quantumdots) die de spin van afzonderlijke elektronen kunnen uitlezen. “Dat gaat niet hard, maar het gaat wel komen.”
Sylvia Speller van het NanoLab in Nijmegen zou weer wat anders hebben verteld. Zij richt zich op STM- en AFM-microscooptechnieken, en beschouwt het speuren naar onregelmatigheden op het oppervlak van producten als de eerste nanotechtoepassing met serieuze commerciële waarde.
De Pentium 4-microprocessor: het productieproces kan
details van 90 nm reproduceren. (Foto: Intel)
Multidisciplinair
Over één ding is iedereen het intussen eens: nanotechnologie schudt de universitaire verhoudingen grondig op. Het is namelijk bij uitstek een multidisciplinaire onderzoeksrichting, die alleen iets oplevert als fysici, chemici, elektronici, biologen, ict’ers en wiskundigen de koppen bij elkaar steken. Bij de arrays van Heath en Lieber zit de uitdaging niet alleen in de vervaardiging van de nanodraadjes, maar vooral ook in de manier waarop je ze elektrisch aansluit en vervolgens de verschillende signalen uit elkaar houdt.
Reinhoudt is blij dat de ‘stupide specialisaties’ uit de vorige eeuw hun langste tijd lijken te hebben gehad. “Toen ik zelf studeerde, spraken organici en anorganici niet met elkaar. Het is opvallend dat die hokjes eindelijk worden afgebroken.” Ook anderen signaleren dat de vakgroepen binnen MESA+ steeds meer gaan samenwerken. Volgens commercieel-technisch directeur Kees Eijkel wordt er zelfs geknaagd aan de traditionele hiërarchie. “Vroeger was het: de fysici bovenop, daaronder de chemici, dan de elektrotechnici en onderop de werktuigbouwers. Dat zie je een beetje wegvallen.”
Op de vraag of biologen en elektrotechnici elkaar wel kúnnen begrijpen, hoor je alleen positieve antwoorden. “Ze moeten het wel willen, maar dan gaat het vanzelf”, vindt Heath. Volgens Reinhoudt komen de initiatieven vooral van de promovendi. “Die praten met elkaar, komen tot nieuwe verbanden.” Gerber heeft ervaren dat het helpt om iedereen op dezelfde verdieping te laten werken. Lieber wijst nog wel even op het risico dat niemand zich meer een specialisme écht diepgaand eigen maakt. Maar hij kan iedereen aanraden om zichzelf tijdens de studie al te verbreden door een paar vakken extra te doen.
En voor we het vergeten: Micronit Microfluidics, de producent van glazen labs-op-een-chip die onlangs werd uitgeroepen tot de op twaalf na snelst groeiende Nederlandse onderneming, blijkt niet te zijn opgericht door labspecialisten, maar door chipdeskundigen. Elektrotechnici, dus.
http://cmliris.harvard.edu/index.php
Nog geen opmerkingen