Forskningsbloggen

Ja, det här har nÃ¥gra mÃ¥nader pÃ¥ nacken fÃ¥r jag erkänna. Det har legat pÃ¥ min ”att publicera”-lista sedan i mars. Nämligen upptäckten att grafen är elektriskt kompatibel med mänsklig vävnad. Detta har man visat genom att med hjälp av grafentransistorer registrera elektriska signaler frÃ¥n kycklingembryon, rapporterar Ny Teknik. Grafen är ett fantastiskt material som förefaller kunna användas till det mesta, och dess endimensionella variant, kolnanoröret, har tidigare visat sig vara kompatibel med nervceller. Terminator är pÃ¥ väg att realiseras!

Kolnanorör är ett ofta återkommande nyckelord här. De är ett tacksamt forskningsämne, då man hela tiden hittar nya egenskaper, tillämpningar och fenomen. Nu rapporterar Ny Teknik att man har upptäckt ett helt nytt fenomen där en temperaturvåg som snabbt rör sig längs kolnanoröret pressar elektroner framför sig. Med en elektrisk krets kan man plocka ut elektronerna och producera elkraft. Man tänker sig tydligen en möjlig tillämpning som högkapacitetsbatteri. Det här kräver dock höga temperaturer och att nanostruktur bestryks med någon typ av bränsle som kan antändas och alstra der erforderliga värmen.

Kolnanorör är flitigt förekommande på den materialvetenskapliga frontlinjen. Det avspeglas också här på forskningsbloggen, där de är ett av de oftast behandlade ämnena. Nanoteknik är i mångas ögon ganska kontroversiellt på grund av de hittills tämligen okända miljö- och hälsoeffekterna. Partiklar i nanoskala (< 0,1 μm) är så små att de lätt tas upp av kroppen och effekterna av detta är ännu inte särskilt väl kartlagt. Särskilt stor uppmärksamhet i det här sammanhanget får kolnanorör. Dels för att det är en av få typer av nanopartiklar som faktiskt framställs kommersiellt, men kanske framför allt för att de geometriskt påminner om (ännu vassare) asbestfibrer, som är totalförbjudna i Sverige på grund av sina toxiska och cancerogena effekter på lungorna.

Kolnanorör har omgärdats av särskilda krav redan tidigare, och nu rapporterar Ny Teknik att man har påvisat cancerogena effekter på liknande sätt som hos asbest.

Kolnanorör kan användas till mycket, och jag har tidigare skrivit om att man har visat att de är kompatibla med mänskliga nervceller. Vid University of Southern California gÃ¥r man nu ännu ett steg längre, rapporterar NSF. Man bygger en syntetisk hjärna där kolnanorör fÃ¥r ta pÃ¥ sig rollen som nervceller. De fungerar ganska bra i den rollen. Tack vare sin geometriska struktur kan de förses med oerhört mÃ¥nga elektriska anslutningar i alla plan och alla riktningar och kan därigenom simulera synapserna i nervcellerna. Det är dock en bit kvar innan man kan bygga en fungerande hjärna. Den allra största utmaningen är att försöka efterlikna den verkliga hjärnans adaptiva förmÃ¥ga att bygga pÃ¥ sig själv och skapa nya nervceller och synapser där det behövs. NÃ¥gon sÃ¥dan teknologi finns över huvud taget inte – än.

John Hart vid universitetet i Michigan har tagit fram en teknik för att framställa fantastiska mikroskopiska bilder. Genom att föra över en bild med hjälp av fotolitografi till en kiselyta och låta stående kolnanorör växa på mönstret har han bland annat gjort 0,5 mm små porträttbilder av Barack Obama (www.nanobama.com).

Nanobama. Källa: John Hart (http://www.nanobama.com)

Fler bilder av John Hart kan ses på www.nanobliss.com. En beskrivning på svenska av hans teknik finns hos Ny Teknik.

Det har skrivits hyllmetrar med papers om kolnanorör de senaste Ã¥ren och de har ocksÃ¥ figuerat ganska flitigt pÃ¥ forskningsbloggen: här och här, till exempel. De smÃ¥ fibrerna har väldigt intressanta mekaniska och elektriska egenskaper, men pÃ¥ grund av att de är sÃ¥ rackarns smÃ¥ har det varit svÃ¥rt att använda dem pÃ¥ ett vettigt sätt i ”riktiga” tillämpningar. Nu har man dock hittat en ny form, skriver bland annat Science News, som man kallar för ”kolossala kolrör”.

Källa: Peng, mfl. Från sciencenews.org

De är så kolossalt stora, med en diameter på ca 0,1 mm, att de syns med blotta ögat. De är uppbyggda av grafenskikt precis som en typisk konstgjord lättviktskonstruktion: ett tvåväggsrör med längsgående mellanväggar. Trots sin storlek har de fortfarande väldigt intressanta egenskaper, och i och med att de är så pass stora är de förhållandevis lätta att hantera och processa. Förhoppningen är nu att det ska bli lättare att omsätta kolnanorörens roliga egenskaper i praktiken.

Kolnanorör är alltid på tapeten nuförtiden. Nu har man visat att de kan vara kompatibla med nervceller och därigenom kan användas för implantat i hjärnan eller som byggnadsställningar för återväxt av ryggmärg. Inte nog med det, kolnanorörens intressanta elektriska egenskaper kan dessutom stimulera aktiviteten hos nervcellerna. Fantastiskt! Hjärnimplantat är nåt jag har drömt om ända sedan jag såg David Cronenbergs eXistenZ. Än så länge har man dock bara gjort försök in vitro.

Ny Teknik rapporterar om att den amerikanska myndigheten Environmental Protection Agency bestämt sig för att skärpa kraven på toxikologiska undersökningar av kolnanorör. Giftigheten hos dessa får sägas vara bekräftad. Får man in dem i kroppen, tex genom inandning, så har de ungefär samma effekt som asbestfibrer. I och med att de är så oerhört tunna, med en diameter på ner till ett fåtal nm, transporteras de lätt i kroppen och kan tränga in i celler och orsaka celldöd och cancer.

Källa: Wikipedia

Kolnanorör (med dess varianter kolnanofibrer och flerväggs-kolnanorör) är förmodligen de mest kommersiellt gångbara nanomaterialen så här långt, och det är naturligt att man har börjat lagstifta runt dem. På sikt lär det behövas säkerhetsföreskrifter för alla möjliga typer av nanomaterial.

Enligt Ny Teknik har EU-kommissionen tagit ett liknande beslut tidigare i år. Det är synd att krävs att någonting görs i USA innan det hittar fram till den svenska pressen.

Geckoödlan gör mÃ¥nga materialforskare avundsjuka. Tack vare mikrostrukturen i dess hud kan den klättra pÃ¥ lodräta väggar. Principen gÃ¥r ut pÃ¥ att utnyttja Van Der Waalskrafterna mellan molekylerna i huden och molekylerna i väggen. Tricket är att fÃ¥ ”molekylär” kontakt pÃ¥ sÃ¥ stor yta som möjligt. Geckoödlan lyckas med detta genom att den har väldigt mÃ¥nga väldigt smÃ¥ taggar, eller hÃ¥r, pÃ¥ huden som kan ansluta mot väggen.

Det jobbas på många håll med att försöka ta fram syntetiska material med liknande egenskaper och den senaste tiden har flera genombrott rapporterats. På Berkeley har man tagit fram ett material baserat på mikrofiber av polypropen och man siktar på att nå en skjuvhållfasthet i nivå med geckons, omkring 100 kPa. I Dayton rapporteras det att man har slagit geckon med en faktor tio och nått en skjuvhållfasthet på 1 MPa. Principen här är att man använt två olika lager av kolnanorör som fungerar ungefär som ett blixtlås. Smart!