Nanotechnologie: minideeltjes met superkracht

Nanodeeltjes veroveren sluipenderwijs de wereld, ze zitten al in crèmes, koelkasten en voedingsmiddelen. Toch is nog veel onduidelijk over het 'minideeltje met superkracht'.  Daarom deze introductie op de  technologie van de eenentwintigste eeuw.


De nanoschaal

Een deeltje van één nanometer is één miljoenste kleiner dan de millimeter die je ziet op een meetlat, ofwel één honderdduizendste kleiner dan een haar op je hoofd. Met deze afmetingen bevinden we ons op de schaal van atomen, de bouwstenen van de materie. Deze kleine deeltjes interesseren de wetenschappers steeds meer. Labo’s overal ter wereld manipuleren ze tot minuscule werktuigen die onzichtbaar in ons dagelijks worden geïntegreerd. Met nanotechnologie wordt een ‘intelligente omgeving’ alsmaar minder sciencefiction en steeds meer realiteit.

Miniaturersing vs. nanotechnologie

‘Miniaturisering ‘ is het toverwoord van de huidige technologie en wetenschap. Toch is nanotechnologie niet hetzelfde als miniaturisering. Dat proces bestaat al veel langer: een pc neemt tegenwoordig geen hele kamer meer in beslag, maar past in de palm van je hand.  Nanotechnologie gaat een stap verder dan verkleinen. Het is ook bouwen. Wetenschappers trachten nanomachines of ‘nanobots’ te ontwikkelen om te integreren in technische apparaten … maar ook in de mens. De natuur geldt daarbij als inspiratiebron. De onderzoekers bestuderen de bouw van levende wezens en eencelligen en proberen met die kennis eigen constructies te maken. Dat kunnen ze via twee strategieën: ‘bottom up’ of ‘top down’. De eerste methode stelt met nanobouwstenen een grotere machine samen, de tweede tracht grote toestellen te verkleinen tot nanoniveau.

De nanodokter

Nanotechnologen beschouwen de natuur als hun grootste inspiratiebron. Levende wezens zitten immers boordevol met structuren op nanoschaal, denk maar aan DNA. Het ligt dan ook voor de hand dat één van de hoofdterreinen voor deze wetenschappers de medische sector is. Door biologische processen na te bootsen kunnen heel wat ziektes efficiënter behandeld worden.

Een 'nanobot' die bloedlichaampjes herstelt in de bloedbaan
Allerlei drug delivery-systemen kunnen medicijnen of andere stoffen op de gewenste plaats in het lichaam afleveren. In het huidige kankeronderzoek werkt men bijvoorbeeld met nanobodies. Dat zijn kleine partikels met een celdodende stof, die ter hoogte van de tumorcellen losgelaten worden en enkel deze cellen vernietigen. Ze sparen gezonde cellen en voorkomen zo de zware bijwerkingen  die niet-specifieke medicijnen veroorzaken. Een algemeen voordeel van deze techniek is dat patiënten hogere dosissen geneesmiddel kunnen verdragen, omdat de stof zijn giftige werking pas verkrijgt ter hoogte van de zieke cellen.

Lego voor gevorderden: bouwen met nanoblokjes

Met behulp van nanobouwstenen kunnen ook nieuwe materialen gemaakt worden die toepassingen hebben in de meest uiteenlopende sectoren. Van zonnecellen die eruit zien als aluminiumfolie, over camouflage- en kogelwerende outfits voor soldaten tot zelfreinigende en beschermende verfsoorten. Zelfs in zonnecrèmes van cosmeticaproducenten als L’Oréal en Beiersdorf zitten nanodeeltjes. Deze weren gevaarlijke UV-stralen, zijn niet vettig en laten geen witte strepen na, zodat ze gelijkmatig bruinen. Ook onze kleding wordt ‘slimmer’ door nanotechnologie. Het Amerikaanse bedrijf ontwikkelde Sensatex textiel dat door ingeweven metalen deeltjes hartslag, lichaamstemperatuur en bloeddruk kan meten.

De verpakkingsindustrie profiteert eveneens van nanopartikels. Kleine kristallen in kunststofbierflesjes vormen een barrière tegen het verlies van zuurstof zodat ze langer houdbaar blijven. Wetenschappers onderzoeken materialen die van kleur veranderen als de verpakte inhoud niet meer vers is. De tijd dat een kartonnen diepvriesverpakking spontaan zijn structuur verstevigt buiten de diepvries is ook niet meer veraf. Ingevroren materiaal blijft op deze manier beschermd tegen temperatuurverschillen bij het aanschuiven aan de kassa en het transport naar huis.

Nanotechnologie kan ook helpen in de strijd tegen chemische vervuiling. Met koolstof nanobuisjes, de dunste vezels die momenteel gemaakt worden, is men erin geslaagd een filtersysteem voor drinkwaterzuivering te ontwikkelen. Hoe meer de onderzoekers de opbouw van materie ontrafelen, hoe beter ze de milieuvervuiling kunnen bevechten. Alle atomen in afval zouden immers gerecycleerd kunnen worden door er nieuwe producten mee te bouwen. Dat zou eveneens een oplossing voor de voedselschaarste betekenen, aangezien elke stof via atomaire bouwstenen als legoblokjes ‘gebouwd’ gaan kunnen worden.

Een blik op de toekomst

Met behulp van nanoelektronica leven wij in de niet meer zo verre toekomst in een ‘intelligente omgeving’. Computers zullen zo klein zijn dat we ze zelf de klok rond dragen en dat ze ook overal in geïntegreerd zijn, van sleutels tot huishoudtoestellen. Bovendien communiceren ze permanent met elkaar via onzichtbare verbindingen. Eén van de vele voorbeelden van deze elektronica is de RFID chip (Radio Frequency Identification), een soort gesofisticeerde streepjescode met bepaalde informatie die via een radiosignaal opgeroepen kan worden. Ze worden momenteel al gebruikt om gestolen auto’s te traceren. De bandenfabrikant Michelin onderzoekt de mogelijkheden om ze in banden te verwerken.

Maar ook in andere sectoren wordt nog duchtig geëxperimenteerd met RFID chips. Het zal niet lang duren of ze worden geïntroduceerd in supermarktartikelen, terwijl bepaalde luchtvaartmaatschappijen voordelen zien voor het labelen van bagage. Zelfs de Europese Centrale Bank overweegt ernstig het idee om RFID chips in bankbiljetten in te bouwen.
Voor de medische wereld lijkt de zogenaamde VeriChip een interessante optie. Deze chip van het Amerikaanse bedrijf Applied Digital Solutions is zo groot als een rijstkorrel en wordt onderhuids ingeplant. Bij een ongeval kan de arts hiermee direct toegang krijgen tot het medische dossier van het slachtoffer. De Food and Drug Administration heeft al toelating gegeven voor deze toepassing, maar de makers van de VeriChip denken ook in de richting van een alternatief voor een paspoort of kredietkaart.

Technisch gezien zijn verschillende toepassingen nu al mogelijk en het zal dus ook niet lang meer duren voor nanotechnologie op grote schaal geïntegreerd wordt in de wereld rondom ons.


Delen





© Vivat.be 2014

Contact | Wie zij wij?