Hopp over innholdet

10 spørsmål og svar om nanoteknologi

Artikkelen tilhører Hva er nanoteknologi?, postet 15. jun 2009

Tore Tennøe
KONTAKTPERSON:

Tore Tennøe

Hva er nanoteknologi? Er det farlig? Sjekk hva forskningen sier.

Vi gjør oppmerksom på at denne artikkelen er mer enn tre år gammel. Utviklingen innen nanoteknologi går raskt, og noe av informasjonen kan derfor være foreldet.

  1. Hva er nanoteknologi?
  2. Hvor finner jeg nanoteknologi?
  3. Har jeg nanoteknologi i hus?
  4. Hvordan oppstår de unike egenskapene?
  5. Hvordan vil nanomaterialene påvirke vår hverdag?
  6. Hva slags inspirasjon finnes i naturen?
  7. Hvilke utfordringer møter man på nanonivå?
  8. Kommer nano-robotene, og kan de komme ut av kontroll?
  9. Kan nanoteknologi true helse og miljø?
  10. Har vi god kontroll med helse- og miljøutfordringene?

Deler av teksten på denne siden er inspirert av boka «Där guld glimmar blått».

1. Hva er nanoteknologi?

Nanoteknologi er teknologi på atom- og molekylnivå. Teknologien gjør oss i stand til å utnytte unike egenskaper som opptrer på dette nivået. Blant ambisjonene er å lage materialer med skreddersydde funksjoner.

Utviklingen innen nanoteknologi skjøt fart i 1980-årene da elektronmikroskopet ble utbredt. Slike mikroskoper gjorde det mulig å studere, og etter hvert også kontrollere, partikler og molekyler.

Men visjonene for nanoteknologi stammer allerede fra 50-tallet da nobelprisvinner Richard Feynman kom med sitt berømte utsagn: «There is plenty of room at the bottom». Det er altså mye som er mulig om vi lærer å utnytte naturens minste byggesteiner. Les mer.

2. Hvor finner vi nanoteknologi?

De unike egenskapene som opptrer på atom- og molekylnivå kan være nyttige på nær sagt alle samfunnsområder. Blant annet utvikles materialer («nanomaterialer») som kan gi sterk armering, god ledningsevne og effektiv vannavstøting. Slike materialer er allerede på full fart inn i dagligdagse produkter som sportsutstyr, klær, kosmetikk og byggematerialer. Ofte kreves kun små mengder nanomaterialer for å forbedre et produkt.

Blant mer avanserte bruksområder finner vi nye legemidler, mer effektiv elektronikk og nye energiformer, samt ny teknologi innen matvarer transport, industri og miljø.

Ofte vil nanoteknologien ikke benyttes direkte i selve produktene, men bidra i produksjon og som hjelpemidler. Mye av dette er kun på forsknings- og visjonsstadiet, men fremgangen innen elektronikk kan gi en pekepinn om mulighetene.

3. Har jeg nanoteknologi i hus?

Inneholder solkremen nanopartikler? Er det nanoteknologi i den nye allværsjakka? Og hva er i tilfelle bra og dårlig med dem? Hvordan kan jeg som forbruker få den informasjonen jeg trenger for å ta gode valg? Vi har ikke svar på alt dette, men her har du noen tips dersom du vil drive detektivarbeid på egen hånd.

Ett spørsmål dreier seg om hva som fortjener betegnelsen «nano». I mangel av gode definisjoner og pålegg om hvordan begrepet skal brukes er vi ofte overlatt til markedsavdelingene.

I flere land markedsfører for eksempel Samsung hvitevarer under begrep som «Silver Nano». Disse typebetegnelsene benyttes ikke her til lands, men om det er produktene eller markedsføringen som er annerledes vites ikke.

Mangt som omtales som nanosølv dreier seg om elektrisk ladete sølvatomer som er kjent fra langt tilbake og nokså trivielt. Det nye kan derimot være at vi er i stand til å dosere dem på nye måter.

Innen elektronikk er nanoteknologi allerede dagens standard, og er altså ikke avgrenset til profilerte produkter som Ipod nano.

Innen kosmetikk kan nanopartikler blant annet finnes i solkrem, men her trengs et nøyere detektivarbeid. Et stikkord kan være om du finner «titandioksid» eller «sinkoksid» i ingrediensoversikten. Disse mineralene fungerer som såkalt fysisk filter og reflekterer UV-stråler.Åsne Flyen - Hjem

Tidligere utgaver av solkrem med fysisk filter var ofte hvit på huden som følge av at det fysiske filteret ikke bare reflekterte UV-strålene, men også det hvite lyset. Med nanoteknologi kan vi male titandioksid og sinkoksid opp i mindre partikler (nanopartikler) som fortsatt stopper UV-strålene, men som unngår hvitfargen. (Les mer om temaet i Teknologirådets blogg.)

Det er ikke alltid enkelt å skille lurt fra ulurt, trygt fra farlig, kjent fra ukjent. Spørsmål som er reist om nanopartikler dreier seg ikke nødvendigvis om at de er særlig farlige, men snarere om vi kan forstå og forutsi egenskapene eller om vi beveger oss ut i det ukjente.

Teknologirådet ønsker bedre informasjon om bruk av nanoteknologi, og da især nanopartikler, i produkter. Rådet har imidlertid anbefalt å ikke etablere en egen merkeordning for slike produkter. Snarere enn å måtte ta stilling til et eget merke må forbrukerne kunne forvente at myndighetene sikrer tilstrekkelig kontroll og pålegger forbrukerveiledning der det er behov. Les mer om Teknologirådets anbefalinger.

4. Hvordan oppstår de unike egenskapene?

På den bittelille nanoskalaen har tyngdekraft og bevegelsesenergi, som vi kjenner fra vår skala, lite å si. Snarere dominerer elektromagnetiske krefter som styrer hvordan molekyler, elektroner og lys oppfører seg. Nanoteknologien innebærer at vi utnytter dette til å fremskaffe nye kjemiske, fysiske og optiske egenskaper.

Små nanopartikler av sølv og gull glinser for eksempel ikke i sølvgrått eller gullgult. I stedet antar de alle regnbuens farger, avhengig av form og størrelse. Og mens karbon i vår verden finnes som blinkende diamanter eller grillkull, arbeider nanoteknologien med ultratynne rør laget av et gitter av karbonatomer. Slike karbonnanorør kan lede strøm, noe som er ukjent fra kull og diamanter.

En av grunnene til at tyngdekraften får lov til å dominere på vår skala er at det er så mange atomer at de overdøver hverandre. Nanoteknologien arbeider med å få atomene til å oppføre seg synkront slik at man kan utnytte de elektromagnetiske kreftene. Et eksempel er datamaskinenes halvledere som kun leder strøm når visse betingelser er oppfylt. Et annet eksempel er glass med innebygd persienne, et lag av molekyler som kan innta bestemte posisjoner (se illustrasjon til venstre).

5. Hvordan kan nanomaterialene påvirke vår hverdag?

Når vi mennesker tar i bruk nye materialer og teknologier kan det forandre livene våre. Tidsaldre som stenalderen, bronsealderen og jernalderen har fått navn etter ulike materialer som har hatt stor betydning. Glass, stål og plast er nyere eksempel på materialer som vi i dag knapt klarer oss uten.

Visjonene for nanoteknologien er tilsvarende store. En heis til månen, usynlighetsdrakter og vannforsyning til Sahara er noen eksempler. Hva som blir realisert avgjøres imidlertid til slutt også av betalingsviljen. Og det er derfor kanskje ikke overraskende at bruksområder som kosmetikk, klær og sportsutstyr leder an.

Likevel er det kanskje innen tema som elektronikk, medisin og fornybar energi at potensialet er størst, og det settes inn store ressurser på alle disse områdene. Men selv om nanovitenskapen vil flytte noen grenser er det ingen grunn til at nanoteknologien vil erstatte alle de løsninger og systemer som fungerer godt i samfunnet i dag.

6. Hva slags inspirasjon finnes i naturen?

Naturens egne prosesser foregår på nanonivå. Disse er utviklet og utprøvd over millioner av år, og er mer perfekte enn hva vi mennesker kan fundere oss fram til. Mange nanoteknologer mener derfor at snarere enn å finne opp kruttet på nytt bør vi heller forsøke å kopiere naturen.

Bare tenk om vi kan kopiere fotosyntesen for å produsere strøm, eller lage små molekylære fabrikker som bygger opp nanostrukturer presist etter den oppskrift forskerne har innkodet, etter modell av hvordan DNA gir oppskriften for proteinene våre.

Visjonene om kunstig fotosyntese og molekylære fabrikker er temmelig ambisiøse. Men også til en rekke mer trivielle behov finnes det forbilder i naturen. Blant annet forsøker forskerne å utvikle gekkotape, en tape som kleber seg fast til overflaten med små hår.

Motsatsen til gekkoens klebende føtter finner vi hos lotusblomsten som har blader hvor vann preller av. De samme prinsippene utnyttes til å lage raske ski og båtskrog. Det som tilsynelatende er en glatt overflate består av bittesmå utvekster som avstøter vann. Les mer om hvordan nanoteknologien henter inspirasjon fra naturen her.

7. Hvilke utfordringer møter man på nanonivå?

Objekter på nanoskalaen kan ikke utforskes og forstås på samme måte som objekter på vår skala. For det første kan vi ikke «se» objektene i vanlig forstand siden objektene er mindre enn bølgelengden for synlig lys. For å utforske objektene bruker vi derfor snarere apparater som måler elektromagnetiske krefter.

For det andre er ikke oppførselen styrt av de samme regler som på vår skala. Hos oss dominerer tyngdekraft og bevegelsesenergi, men på nanoskalaen dominerer de elektromagnetiske kreftene.

Vann oppfører seg som en seig væske, objekter frastøter og tiltrekker hverandre alt etter ladningen, og Brownske bevegelser sender partikler tilfeldig rundt. Derfor er heller ikke atomer og molekyler særlig medgjørlige byggeklosser, de kan komme til å klebe seg fast alle andre steder enn der de er ønsket.

Materialer på nanoskalaen kan altså ikke forstås kun som fysiske objekter som oppfører seg forutsigbart. Snarere må de forstås i form av hvilke elektromagnetiske krefter de utøver.

8. Kommer nano-robotene, og kan disse komme ut av kontroll?

I 1986 beskrev futuristen Eric Drexler en utopisk framtid der nano-roboter er designet til å utføre ulike samfunnsoppgaver. Slike maskiner skulle kunne reparere og vedlikeholde menneskekroppen fra innsiden. De skulle kunne bevege seg i omgivelsene, fjerne forurensning og generelt ordne opp.

En utfordring er å designe hvordan slike roboter skulle fungere. En miniatyrutgave av en robot på vår skala vil ikke fungere fordi oppførselen er styrt av helt andre regler. Dernest vil fabrikasjon av slike roboter være vrient all den tid objekter på denne skalaen kleber seg til hverandre og beveger seg uforutsigbart. Dessuten er det en lang og kostbar vei å gå fra å lage en prototyp til å masseprodusere i nødvendig omfang.

Drexlers ide er dermed forkastet som temmelig utopisk. Enkelte mener imidlertid at naturen langt på vei allerede har gitt oss fasiten, nemlig at nano-robotene skulle kunne reprodusere seg selv, etter modell av hvordan proteiner og DNA samspiller om å lage nye proteiner og DNA.

Boka «Prey» av Michael Crichton spinner videre på Drexlers idé. Her presenteres derimot en dystopi av reproduserende nano-roboter som kommer ut av kontroll og konsumerer alt levende for å skaffe seg energi. Andre tilsvarende dystopier advarer om «grey goo», en grå gugge som er det eneste slike nano-roboter etterlater seg.

Igjen er det naturen, i form av proteiner, virus og bakterier, som danner modell. Denne dystopien forutsetter imidlertid ikke bare at menneskeskapte «organismer» kan reprodusere, men også at de klarer å hevde seg i den beinharde konkurransen om å overleve i naturen. Å starte fra bunnen for å designe et system som både kan reprodusere, skaffe energi og beskytte seg mot fiender er trolig langt utenfor rekkevidde.

Ideen om «syntetiske organismer» finnes imidlertid også i en annen variant, kalt syntetisk biologi. I stedet for å designe nye organismer helt fra bunnen vil syntetisk biologi benytte komponenter som allerede finnes. Tanken er å kode DNA med nye oppskrifter, deretter kan DNA-et settes inn i en celle som har nødvendig apparat for å bygge nanostrukturer etter den oppskrift forskerne har innkodet.

Syntetisk biologi gir grobunn for samme frykt og forhåpninger som nevnt over. Men det er fortsatt grunn til å ta litt kaldt vann i blodet, hindrene er mange før en syntetisk organisme kan gå amok.

9. Kan nanoteknologi true helse og miljø?

Nanoteknologien vekker store forhåpninger innen både helse og miljø. Samtidig er det bekymring for at noen av de nye nanomaterialene som fremstilles kan være skadelige for mennesker eller i naturen. Denne bekymringen retter seg særlig mot nanomaterialer i partikkelform.

Størrelsen teller:

Nanopartikler er partikler med diameter på nanoskalaen. Størrelsen innebærer at en stor andel av atomene finnes på overflater, hjørner og kanter hvor de er tilgjengelige til å reagere med andre forbindelser. Dette kan gi opphav til en rekke ønskede egenskaper, men også til uønskede:

  • Den lille størrelsen, kombinert med en reaktiv overflate, kan innebære at nanopartikler lett spres og opptas i miljøet og i kroppen. Kanskje kan enkelte nanopartikler trenge gjennom til steder som ellers er beskyttet.
  • Stor andel reaktive atomer kan innebære høy evne til å påvirke og eventuelt skade celler og organismer.

Et mulig scenario er at nanopartikler tas opp i og skader luftveiene. Luftveiene er en opplagt kanal for opptak av fremmedstoffer, men nettopp derfor er de også utstyrt med en rekke forsvarsmekanismer. Utover at stoffer kan sperres ute kan de bli transportert ut gjennom flimmerhårs- og slimtransport, eller de kan bli ”spist” av forsvarsceller som bryter dem ned eller eliminerer dem på andre måter.

Hvor effektivt dette forsvaret er kommer blant annet an på partiklenes størrelse. Studier viser at nanopartikler trenger dypere ned i lungene enn større partikler. De minste nanopartiklene har dessuten lettere for å unnslippe forsvarscellene.

Undersøkelser av karbonnanorør viser at disse kan hope seg opp i lungene og gi samme betennelsesreaksjoner som asbest. Andre nanopartikler viser evne til å passere fra lungene til blodet som igjen kan frakte dem til andre deler av kroppen.

….ikke farlig, bare man går varlig?

Dersom nanoteknologien skulle frembringe stoffer som kan gi skade er det likevel ingen grunn til panikk. Det er dosen som skaper giften, noe som innebærer at selv giftige stoffer kan være trygge om vi håndterer dem riktig.

En viktig huskeregel er at såfremt vi fremskaffer informasjon om hvordan stoffene oppfører seg så blir det også lettere å håndtere dem riktig. Aktuelle virkemidler kan omfatte alt fra forbud mot å ta i bruk visse stoffer, via HMS-rutiner som begrenser eksponering i arbeidsmiljø, til kostholdsråd og forbrukerveiledning.

10. Har vi god kontroll med helse- og miljøutfordringene?

Bekymringen om nanomaterialer er egentlig ikke at de er spesielt farlige. Mange nanomaterialer vil innebære lav risiko. Men også nanomaterialer med høy risiko kan være reale nok: Såfremt vi har god informasjon om hvordan stoffene oppfører seg så har vi også god mulighet til å håndtere dem på forsvarlig vis.

Etter negative erfaringer med kjemikalier har vi etter hvert skaffet oss økt forståelse for hvordan fremmedstoffer spres og opptrer i kroppen og miljøet. Det foregår mye forskning på området, dessuten har samfunnet et omfattende regelverk for å sikre at produsentene vurderer risiko ved sine stoffer.

Slik risikoforskning og -vurdering vil også være viktig for å håndtere nanomaterialer. En utfordring oppstår imidlertid dersom vi ikke vet hvordan nanomaterialene oppfører seg.

Igjen er det nanopartiklene som reiser de største utfordringene. På én side vet vi lite om de enkelte nanopartiklene, på den annen side vet vi ikke nok om hvilke typer partikler som, ut fra et fugleperspektiv, bør underlegges nærmere undersøkelser.

For hvilke karaktertrekk ved nanopartikler er det som avgjør deres effekter på miljø og helse? Er det den kjemiske strukturen? Er det den geometriske formen? Eller er det ladningsfordelingen på overflaten? (En drøfting av hvilke nanomaterialer som er risikable finnes her.)

Mobilisering av ressurser til forskning og risikovurdering gir gode muligheter for å finne gode svar. Men vi må også ta høyde for at vi ikke en gang stiller riktige spørsmål. Grunnen til at nanoteknologien vekker slik interesse er jo at materialene har nye egenskaper og oppfører seg annerledes. Men dermed kan det også dukke opp egenskaper og oppførsel som vi ikke forutså.

I en situasjon med usikkerhet vil det være ulike oppfatninger om hvordan vi skal opptre (les om dette her). Mange vil mene at usikkerhet er noe vi må leve med, og at kostnaden ved dette uansett må veies opp mot nytten. Andre vil ønske å redusere usikkerheten ved å mobilisere flere ressurser til forskning og forvaltning. Et eksempel på sistnevnte er å etablere en avfallshåndtering som reduserer utslipp til miljøet.

Nanomaterialer er mangfoldige, og vi kan forvente stor variasjon både med tanke på risiko, og kunnskapsnivå rundt dette. I en rapport fra 2008 advarer Teknologirådet om at dagens lovgivning ikke sikrer tilstrekkelig kunnskap ­– og dermed heller ikke tilstrekkelig kontroll. Rapporten gir anbefalinger om hvordan forvaltningen kan opprustes for å ta grep om disse utfordringene. Les om rapporten og anbefalingene her.

 

LES OGSÅ

Hva er nanoteknologi?

Nanoteknologi er teknologi på atom- og molekylnivå. Teknologien utnytter unike egenskaper som opptrer på denne skalaen.

Les hele saken »

Inspirasjon fra naturen

Nanoteknologi innebærer noe ganske nytt. Men prinsippene og egenskapene som teknologien utnytter er godt kjent fra naturen.

Les hele saken »

Nanopartikler og deres egenskaper

Nanopartikler kan kategoriseres ut fra kjemisk og geometrisk struktur. Her kan du finne en enkel beskrivelse av sentrale nanopartikler, som karbonnanorør, C60-fulleren og titandioksid.

Les hele saken »