Nanorevolutie
‘De mogelijkheid te werken op nanoniveau is een doorbraak vergelijkbaar met de overgang van het Stenen Tijdperk naar de IJzertijd,’ aldus prof. dr. Theo Rasing, nanowetenschapper. Wat heeft nanotechnologie voor ons in petto?
Tekst: Maartje Bakker
Foto: Jos Janssen, Overasselt
Spraken de zeven dwergen en Klein Duimpje op peuterleeftijd tot de verbeelding, inmiddels hebben we realistischere fantasieën over het kleine. Het sprookje voor volwassenen wordt verteld in de natuurwetenschappen. De fijnzinnigste microscopen en moleculaire technieken openen de deur naar een voor het menselijke oog onzichtbare wereld. Nanotechnologie is de mogelijkheid om een nieuw Madurodam in te richten – op een schaal een miljard maal kleiner dan het huidige.
Nanotechnologie staat voor de maakbaarheid van het minieme. Moleculen worden in elkaar geknutseld, zodat allerlei structuren worden gemaakt. De techniek dankt haar naam aan de schaal waarop wordt gewerkt: nanos is Grieks voor dwerg. Met een nanometer wordt een miljoenste millimeter aangeduid: een afstand honderdduizend keer zo klein als de doorsnede van een mensenhaar. De grootte van een molecuul ligt in de orde van enkele nanometers.
Wie zijn oor te luister legt, vangt jubelende berichten op over de toekomst van nanotech. Fijnzinnige sensoren zorgen er bijvoorbeeld voor dat materiaal perfect kan reageren op de omgeving door ingebouwde eigenschappen op het goede moment tot uiting te laten komen. Het resultaat zou dan onder meer het lichtgewicht militaire pak kunnen zijn waaraan wetenschappers werken in opdracht van het Amerikaanse leger. Het beschermt de drager tegen kogels, drukgolven, ontploffende bommen en gasaanvallen. De kleur wordt aan de achtergrond aangepast: een uitstekende camouflage. Als de soldaat een been of een arm breekt, veranderen de textielvezels plaatselijk van structuur en vormen ze een spalk. Bij een bloeding knellen ze het verwonde lichaamsdeel af.
Voetbal als envelop
Geavanceerd reagerende stofjes zijn nog toekomstmuziek, maar wetenschappers zijn hard aan het oefenen. Er zijn twee manieren om nanostructuren te creëren. De eerste is de top-downmethode, waarbij blokjes in hun vorm worden geslepen met chemicaliën. Eén van de producten van deze methode is de nanomagneet, die wordt verkregen uit silicium. Een set magneetjes kan een harde schijf vormen. De afmeting van huidige computerchips bevinden zich al in het nanogebied.
Bij de andere manier om nanostructuren te creëren, de bottom-upmethode, wordt een molecuul stukje voor stukje in elkaar gezet. Wie wil bouwen, moet bekend zijn met de eigenschappen van de stenen. De ordening van atomen kan worden blootgelegd en begrepen door te kijken hoe stoffen uiteenvallen. Fysici beschoten grafiet, een stof die bestaat uit aan elkaar geschakelde koolstofatomen, met laserlicht. Bij het analyseren van de brokstukken stelden de wetenschappers verrast vast dat veel stukjes uit zestig koolstofatomen bestonden: de atomen organiseerden zich in de vorm van een voetbal, die ook zestig hoekpunten heeft.
Waarom waren fysici zo enthousiast over de ontdekking van deze zogenaamde buckyball? ‘Een ronde structuur heeft veel handige toepassingen,’ zegt Theo Rasing, werkzaam in het NanoLab Nijmegen. ‘In zo’n balletje zouden bepaalde stoffen kunnen worden gestopt. Zo kun je een medicijn inpakken, een adreslabel opplakken en ervoor zorgen dat het balletje zich pas opent bij aankomst. Geneesmiddelen, die vaak schade toebrengen aan gezonde delen van het lichaam, kunnen op die manier beschermd worden afgeleverd op de plaats van bestemming, zoals een kankercel.’ Met koolstof kunnen trouwens ook buisjes worden gebouwd, die bruikbaar zijn in elektronica – nanotubes geleiden elektriciteit uitstekend. Ze vinden wellicht toepassingen in uiterst efficiënte batterijen, accu’s en zonnecellen. Optimisten zien hierin een oplossing voor het wereldenergieprobleem. En er is meer positief nieuws voor mens en milieu: drinkwater zou in de toekomst kunnen worden gezuiverd met heel fijnmazige filters, die alle vuiltjes en micro-organismen eruit halen.
Robotjes
Nanowetenschapper Rasing houdt zich niet alleen binnenskamers bezig met nanotech. Samen met scheikundestudent Judy Fonville vormt hij een team dat de Radboud Universiteit vertegenwoordigt in de landelijke populariseringswedstrijd Battle of the Universities. ‘Om nummer een te zijn in de wetenschap is het nodig begrip te kweken in de maatschappij,’ vindt Rasing. ‘Ontdekkingen zijn niet alleen bedoeld voor vakbroeders. Bovendien wakker je anders angstgevoelens aan.’
Angsten van de buitenwereld zijn deels ingegeven door het boek The Engines of Creations (1986) van de populariserende wetenschapper Eric Drexler. Hij voorspelt daarin dat nanorobots van alles kunnen gaan bouwen, van transistoren tot doperwten. Het gevaarlijke is dat de door Drexler bedachte robotjes zichzelf kunnen kopiëren. Dat idee is opgepikt door andere schrijvers, zoals in het boek Prey van Michael Crichton. Zelfs prins Charles sprak drie jaar geleden de vrees uit dat nanotechnologen een plaag van zichzelf replicerende nanobots over de wereld zouden uitstorten. Inmiddels heeft Drexler de gemoederen enigszins gesust door in 2004 te verkondigen dat op hol geslagen zelfreplicatie van nanobots fysisch niet onmogelijk is, maar wel ontzettend onwaarschijnlijk.
Science fiction
Het Haagse Rathenau Instituut probeert reële gevaren van nanotechnologie in kaart te brengen. ‘Over mogelijke gezondheidseffecten is nog weinig bekend. We moeten voorzichtig zijn met de introductie van nanodeeltjes in bijvoorbeeld cosmetica en zonnebrandcrèmes. Doordat ze extra reactief zijn, kunnen ze gevaarlijk zijn voor de gezondheid. Fabrikanten weten dat en ontwikkelden een beschermingslaagje, maar het is de vraag of dat voldoende is,’ waarschuwt Rinie van Est, werkzaam bij het instituut. ‘Een algeheel moratorium is te drastisch, maar per toepassing is het nodig goed na te denken hoe mensen met nanodeeltjes in aanraking kunnen komen. Er moet onderzoek worden gedaan naar de levenscyclus en toxiciteit van een stof. Deeltjes in autobumpers vormen geen gevaar, maar in banden mogelijk wel, omdat die slijten en er zo schadelijke deeltjes in het milieu kunnen komen.’ Een ander schrikbeeld is dat privacy in het gedrang raakt. Heel kleine sensoren en haast onzichtbare camera’s kunnen worden ontwikkeld.
Maatschappelijke twijfels weerhouden bewindslieden er niet van grote geldbedragen opzij te leggen voor nanotechnologie. De Franse president Jacques Chirac denkt dat ‘meer innovatie en onderzoek, juist op het gebied van nanotechnologie, nodig zijn om het concurrentievermogen en de werkgelegenheid voor morgen te garanderen.’ De Nederlandse minister van Economische Zaken Laurens-Jan Brinkhorst noemt nanotechnologie ‘een van de vier industriële sleutelgebieden van Nederland’ waarvoor geld moet worden uitgetrokken.
Wetenschapper Rasing wil zich wel wagen aan een voorzichtige toekomstvoorspelling. ‘Het zou geweldig zijn om functies te bouwen in materialen die zorgen voor herstel wanneer slijtage optreedt. Denk aan het helen van wonden in Star Trek. Science fiction is een goede inspiratiebron voor de wetenschap.’
Rustig afwachten dus. Op een wereld waarin kleren nooit meer gewassen hoeven te worden, door vuilwerende textielvezels. Een wereld met genoeg grondstoffen voor iedereen, omdat alle materialen naar wens kunnen worden opgebouwd, atoom voor atoom. En misschien zelfs een utopisch bestaan, zonder ziekten als kanker.
