Redactie en lay-out: Imke Debecker, IMEC Outreach Communications Coordinator,

nanotechnologie

IMEC is het grootste onafhankelijk onderzoekscentrum in Europa in nanotechnologie en nano-elektronica. Meer dan 1600 medewerkers van over heel de wereld werken samen in het Leuvense bedrijf. IMEC’s onderzoek vindt zijn toepassing in o.a. een betere gezondheidszorg, slimme elektronica, hernieuwbare energie en veilig vervoer. www.imec.be Alle rechten voorbehouden. Niet uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopiëren, opnamen, of enig andere manier, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Redactie en lay-out: Imke Debecker, IMEC Outreach Communications Coordinator , [email protected]

Net zoals bij elke technologische ontwikkeling uit het verleden zal ook nanotechnologie onze wereld veranderen. In bedrijven, universiteiten en onderzoekscentra, overal ter wereld, houden wetenschappers zich bezig met het onderzoeken van de nanowereld en de ontwikkeling van nieuwe technologieën en applicaties. Vandaag is het al duidelijk dat deze nieuwe technologie een oneindig rits nieuwe materialen, producten, medische behandelingen en manieren om energie te besparen en te produceren zal mogelijk maken. Daarnaast bestaat er echter nog steeds veel onzekerheid over deze nieuwe technologie. Onderzoeksgroepen, NGO’s en organisaties wereldwijd houden zich bezig met de impact van nanotechnologie op onze gezondheid, het milieu en de samenleving. Er bestaat dus al een - enigzins beperkt - debat. Toch merken we dat heel wat meer mensen geïnteresseerd zijn in deze nieuwe wereld en er meer over willen weten. Als onafhankelijk onderzoekscentrum wil ook IMEC hiertoe bijdragen. Deze brochure is een eerste stap ernaartoe. Uiteraard is het niet de bedoeling dat deze brochure nanotechnologie in al zijn complexiteit behandelt. Eerder willen we op een toegankelijke, inspirerende manier een aantal concepten, inzichten en huidige en toekomstige toepassingen van nanotechnologie introduceren. Voor wie meer wil weten verwijzen we graag door naar tal van boeken, rapporten en studies die al deze aspecten meer in detail benaderen. Achteraan in deze brochure vind je een heleboel referenties en verwijzingen naar websites waar je nog meer te weten zal komen.

Klein - kleiner - nano We bestaan allemaal uit sterrenstof. Deze uitspraak hoor je soms. En het klopt! Wat hiermee eigenlijk bedoeld wordt is dat mensen en alles wat ons omringt, of het nu gaat om gebouwen, bomen of voertuigen, opgebouwd zijn uit dezelfde kleine deeltjes: atomen. Deze vaststelling is natuurlijk niet nieuw. Wat wel nieuw is, is dat het technologisch onderzoek vandaag zo ver gevorderd is dat we die deeltjes niet enkel kunnen bekijken, maar ook kunnen manipuleren en verplaatsen. Zo kunnen we volledig nieuwe materialen en toestelletjes maken die niet enkel bijzonder klein zijn, maar ook over unieke eigenschappen beschikken, eigenschappen die radicaal verschillen van wat we vandaag al kennen. Dit is mogelijk omdat stoffen en materialen zich op atomair niveau anders gedragen. Het Griekse voorvoegsel ‘nano’ betekent dwerg. Wanneer we over nanotechnologie spreken, hebben we het over technologie op een extreem kleine schaal. Een nanometer is een miljardste van een meter, ofwel 10 waterstofatomen op een rij. Het is de eenheidsmaat van atomen en moleculen. Maar wat is er nu zo speciaal aan de nanoschaal? Ten eerste wijzigen de fysische eigenschappen van materialen wanneer we dit op de nanoschaal observeren. De fysische eigenschappen van een bepaalde stof zijn ondermeer de geleidbaarheid, de temperatuur, het smeltpunt, de kleur, de kracht, ... Een klomp goud beschikt over heel specifieke eigenschappen: goud blinkt, is geleidend en geelkleurig. Wanneer we deze klomp goud achtereenvolgens verzagen tot steeds kleinere klompjes, verandert er niets aan. Maar met een klompje goud dat door het achtereenvolgens zagen kleiner is geworden dan 100 nanometer, gebeurt er iets heel merkwaardigs. De eigenschappen van het goud veranderen. Zo is het goud niet meer geelkleurig maar rood-bruinkleurig. Ook nanodeeltjes van zilver ondergaan dergelijke transformatie. Terwijl een zilveren ring smelt bij 960° C, smelten zilvernanodeeltjes al op 160°C.

Een metaal kan in onze wereld geleidend zijn, terwijl het in de nanowereld een isolator wordt. Deze bijzondere nano-eigenschappen zijn een direct gevolg van wat fysici kwantumeffecten noemen. Zoals reeds gezegd bestaat alles rondom ons uit atomen. Deze atomen zijn met elkaar verbonden op een bepaalde manier. Grafiet en diamant zijn een bijzondere illustratie van de impact die de atomaire structuur heeft op de bulkeigenschappen van het materiaal. Grafiet gebruiken we dagelijks. Het is het zwarte vulsel dat je onder meer terugvindt in je potlood. Grafiet is zacht (het laat een spoor na wanneer je ermee over een papier gaat), licht, flexibel en geleidend. Diamant daarentegen is hard, stevig en niet-geleidend. Toch zijn deze twee stoffen, grafiet en diamant, opgebouwd uit dezelfde atomen: koolstof. De verschillende eigenschappen van grafiet en diamant zijn toe te schrijven aan de verschillende manier waarop de atomen met elkaar zijn verbonden (de atomaire structuur). Bij diamant is één koolstofatoom verbonden met vier andere koolstofatomen, wat zorgt voor een solide structuur. Grafiet bestaat uit verschillende op elkaar liggende lagen koolstofatomen. Deze lagen schuiven makkelijk van elkaar af. Dit is wat er gebeurt wanneer je met een potlood een lijn trekt: je laat enkele lagen koolstofatomen achter. Hoe worden die kleine structuren nu gemaakt? Hiervoor grijpt men terug naar twee benaderingen: de top-down en de bottom-up approach. De eerste techniek, die we bij IMEC onder meer gebruiken voor het maken van steeds kleinere transistoren, de bouwstenen van een chip, vertrekt van een grote structuur om die steeds te verkleinen. De tweede techniek, de bottom-up approach, bouwt nieuwe materialen op, atoom-per-atoom, net zoals ons lichaam groeit of zich herstelt na een wonde.

Evolutie of revolutie? Nanotechnologie wordt vaak voorgesteld als een nieuwe industriële revolutie. Door deze nieuwe technologische ontwikkelingen zal de wereld volledig veranderen. Toch is het belangrijk te weten dat nanotechnologie geen plotselinge ontwikkeling of ontdekking is. Reeds vanaf de ontwikkeling van de eerste transistor in de jaren vijftig is de trend van schaling (transistoren kleiner maken zodat er meer op één chip kunnen) ingezet. Deze schaling verloopt sinds 1965 volgens de Wet van Moore. Die stelt dat het aantal transistoren op een computerchip dankzij de technologische vooruitgang elke 24 maanden verdubbelt. Later stelde Gordon Moore, één van de oprichters van chipfabrikant Intel, deze voorspelling bij tot een verdubbeling om de 18 maanden. Tot vandaag, tientallen jaren later, blijft deze wet nog steeds gelden. Terwijl de eerste chip slechts enkele transistoren bevatte, vind je vandaag op eenzelfde chipoppervlakte miljarden transistoren terug. Zonder verkleining van de transistorstructuur (van centimeters naar millimeters, micrometers en uiteindelijk nanometers) was dit uiteraard niet mogelijk. Het onderzoek dat vandaag bij IMEC gebeurt richt zich op de ontwikkelingen van transistoren kleiner dan 32 nanometer. Vanuit deze historische context is nanotechnologie dus niets revolutionairs dat plotseling ontdekt werd. De revolutie waar vaak naar verwezen wordt, houdt eerder verband met de ogenschijnlijk oneindige rits van toepassingen die mogelijk worden door nanotechnologie. Immers door het controleren en manipuleren van de atomaire structuur beschikt men over de mogelijkheid elektronische componenten op nanoschaal te maken en structuren en systemen met nieuwe eigenschappen te ontwikkelen. Een belangrijke stap voorwaarts in de verkenning van de wereld van de nanotechnologie is de uitvinding van een aantal microscopen die het onzichtbare

zichtbaar konden maken. Dankzij de Scanning Tunneling Microscope (1982) en de Atomic Force Microscope (1986) werd het mogelijk een oppervlak weer te geven op atomair niveau. Deze supergeavanceerde microscopen laten bovendien ook toe individuele atomen of moleculen op te nemen en te verplaatsen.

Nano: niets nieuws ? Ondanks het feit dat de wereld van de nanotechnologie heel revolutionair en synthetisch lijkt, is Moeder Natuur nog steeds de grootste expert. Overal rondom ons zweven constant kleine nanodeeltjes rond en in de natuur vinden we enorm veel voorbeelden terug van natuurlijke nanotechnologie-systemen en -materialen. Deze natuurlijke bron van nanotechnologie wordt dan ook veelvuldig bestudeerd door wetenschappers en onderzoekers. Dankzij nanotechnologie kunnen gekko’s elke muur beklimmen, ondersteboven op een plafond rennen en daar met één poot blijven hangen. De poot van de gekko is voorzien van heel fijne haartjes die het oppervlak tot op enkele nanometers kunnen naderen. Hierdoor komen er speciale krachten in werking waardoor de gekko zich als het ware vasthecht aan het oppervlak waar hij op loopt of hangt. Materiaalwetenschappers proberen dit natuurlijke principe te kopiëren om zo ultrasterke gekkotape te maken. De lotus is een ander voorbeeld van natuurlijke nanotechnologie. Wereldwijd is de lotus gekend als symbool van reinheid. Dankzij een ingenieus systeem slaagt de lotus er namelijk in haar bladeren steeds zuiver te houden. Wanneer je het blad van de lotus op nanoniveau bekijkt, merk je dat het gehele bladoppervlak bezet is met kleine heuveltjes. Hierdoor kunnen vuildeeltjes zich niet vasthechten. Wanneer het regent nemen de waterdruppels het vuil mee, waardoor het blad zichzelf reinigt. Noch het vuil, noch het water kan zich dus vasthechten aan het

blad. Dit fantastische systeem probeert de mens vandaag te kopiëren. Zo ontwikkelde BASF reeds een lotusspray die oppervlakken waterafstotend maakt. In de collecties van Gap en Dockers vind je hemden, broeken en T-shirts met het lotuseffect terug.

Duik in de nanowereld Koolstofnanobuizen zijn holle, cilindervormige moleculen opgebouwd uit koolstofatomen. De eerste koolstofnanobuizen werden ontdekt in 1991 door Sumio Iijima in schoorsteenroet. Koolstofnanobuizen beschikken over merkwaardige magnetische, mechanisch en elektronische eigenschappen. Ze zijn zeker 100 keer sterker dan staal, zijn veel lichter en enorm buigbaar. Koolstofnanobuizen kunnen materialen dus veel sterker maken dan vandaag mogelijk is. Er bestaan twee soorten koolstofnanobuizen: enkelwandige en meerwandige. Terwijl enkelwandige steeds geleidend zijn, kunnen de meerwandige, afhankelijk van hun precieze structuur, isolerend of geleidend zijn. Als ze geleidend zijn, geleiden ze ongeveer 1000 keer beter dan koper. Vooral in de wereld van de informatie- en communicatietechnologie kijkt men reikhalzend uit naar deze kleine buisjes. Omwille van hun bijzondere mechanische en elektronische eigenschappen wordt er wereldwijd enorm veel onderzoek gedaan naar koolstofnanobuizen. Ze zullen een ware revolutie teweeg brengen voor beeldschermen, sensoren en vooral voor het ontwikkelen van meer geavanceerde chips. Ook IMEC doet onderzoek naar koolstofnanobuizen. IMEC’s onderzoek richt zich vooral op het gebruik van koolstofnanobuisjes als geleidende verbindingen in chips. Traditioneel wordt koper gebruikt om verschillende transistoren of zelfs chips met elkaar te verbinden. Als deze koperdraadjes vervangen kunnen worden door koolstofnanobuisjes, kunnen chips nog kleiner, krachtiger en sneller worden. De buckyball werd in 1985 ontdekt door Nobelprijswinnaars R. Curl, H. Kroto en R. Smalley. Tot deze zuivere vorm van

koolstof werd ontdekt, dacht men dat koolstof in de natuur enkel voorkwam als diamant of grafiet. De buckyball ziet er uit als een holle voetbal en is opgebouwd uit zestig koolstofatomen (C60). De buckyball werd genoemd naar de Amerikaanse architect Buckminster Fuller die de eerste geodetische koepels ontwierp. Dankzij hun specifieke structuur zijn deze koepels enorm stevig en licht. Ook de buckyball staat hierom bekend. Wanneer ze met een snelheid van 15000 mijl per uur op een stalen plaat worden geschoten, spatten ze niet uit elkaar, maar springen ze er eenvoudigweg af. Zowel buckyballs als koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt als bouwelementen in nanostructuren en -systemen. Nanopartikels zijn kleine deeltjes (bolletjes, staafjes, sterretjes, kubusjes, ....) kleiner dan 100 nanometer. Vele eeuwen geleden werden nanopartikels al gebruikt voor het bekomen van prachtige kleurenvariaties in glasramen. Vandaag wordt er intensief onderzoek gedaan naar de eigenschappen van deze bijzonder kleine deeltjes. Deze eigenschappen kunnen nuttig zijn voor een hele reeks van applicaties, van nieuwe geneesmiddelen en behandelingen tot nieuwe materialen en efficiëntere zonnecellen.

Nano: vandaag Vandaag worden al heel wat producten verkocht onder de noemer ‘nano’. In de nano-productinventaris van het Project on Emerging Nanotechnologies bevinden zich nu (september 2008) meer dan 600 producten gebaseerd op nanotechnologie. Natuurlijk is het belangrijk in het achterhoofd te houden dat nanotechnologie ook een zaak van marketing is geworden waarbij men het product tracht te positioneren als een revolutionair, wetenschappelijk onderbouwd product met unieke eigenschappen, onvergelijkbaar met zijn concurrenten. Veel van de nanoproducten die je kan kopen, maken gebruik van passieve nanostructuren zoals bijvoorbeeld speciale coatings. Voor het maken van echte, revolutionaire toepassingen dienen we nog wat langer te wachten. Een kleine greep uit het huidige aanbod nanotech-producten: Antibacterieel bestek en keukengerei: In vele nanotechnologieproducten wordt gebruik gemaakt van een coating (een dunne film) van zilver-nanodeeltjes. Zilver nanodeeltjes worden vooral ingeschakeld omwille van hun antibacteriële eigenschappen. De makers van dit keukenmateriaal stellen dat hun keukengerei dankzij de nanocoating vrij blijft van bacteriën. Chips in allerhande elektronica Door transistoren te verkleinen, kunnen er meer op eenzelfde chip worden geplaatst waardoor deze steeds sneller en krachtiger worden. De chipindustrie is dus één van de voornaamste stuwkrachten achter het nanotechnologieonderzoek. IMEC’s onderzoek concentreert zich vandaag op de 22nm technologie en kleiner. Zonnecrème In heel wat zonnecrèmes worden zinkoxidenanopartikels gebruikt. Zinkoxide in bulk is wit. Zinkoxide-nanopartikels zijn echter kleurloos. Hierdoor zijn de dikke, moeilijk uitsmeerbare

zonnecrèmes verleden tijd. Tennisrackets en fietsen Koolstofnanobuisjes zijn extreem sterk en superlicht. Ze worden vandaag gebruikt in allerlei materialen die sterk, maar niet te zwaar mogen zijn. In de Tour de France van 2005 werd voor het eerst gereden met fietsen met koolstofnanobuizen verwerkt in het frame. Ook in de tenniswereld zijn koolstofnanobuizen schering en inslag. Tennisrackets zijn krachtiger, sterker én lichter, de droom van elke tennisspeler. Skimutsen met D30-technologie D30 materiaal bestaat uit intelligente moleculen. Deze moleculen volgen de vorm van het lichaam onder normale omstandigheden. Bij een plotse schok of val klitten de moleculen razendsnel samen tot een sterke, hechte barrière die het lichaam beschermt. Dit materiaal wordt onder meer gebruikt in handschoenen, skipakken en skimutsen. De skimutsen zijn dus even zacht en soepel als hun normale tegenhangers, maar wanneer de skiër valt wordt de muts even hard als een beschermende helm.

Nano: geneeskunde Ondanks het feit dat er vandaag al heel wat op nanotechnologie gebaseerde producten worden verkocht, zal het nog tientallen jaren duren vooraleer de echt innovatieve toepassingen gebaseerd op actieve nanostructuren mogelijk worden. Vanuit de medische wereld wordt met veel interesse gekeken naar nanotechnologie. Die creëert namelijk heel wat nieuwe mogelijkheden voor diagnose, behandeling en preventie van ziekte. Zo probeert men nieuwe materialen en technieken te ontwikkelen om de diagnose en behandeling van ziektes effectiever, gerichter en sneller te verrichten. Diagnose: Lab-on-chip Om op een correcte manier een diagnose te kunnen stellen zijn vandaag heel wat toestellen nodig. Vandaag wordt een bloedstaal doorgestuurd naar een labo waar het aan een heleboel metingen en testen wordt onderworpen vooraleer de diagnose kan worden bepaald. Dit duurt doorgaans van enkele dagen tot enkele weken. Beeld je nu eens in dat je al deze apparaten zou kunnen verkleinen en ze op 1 chip zou kunnen plaatsen. Dit noemen we een lab-on-chip. Met zo’n klein handig toestel zouden tests veel sneller en ter plaatse kunnen gebeuren, bv. naast het bed van een patiënt, in afgelegen gebieden of in het dokterskabinet. IMEC ontwikkelde zo’n labon-chip voor het opsporen van tumorcellen in bloed. Het bloedstaal loopt in een klein kanaaltje op de chip doorheen verschillende modules. In het eerste deel worden kleine magnetische nanodeeltjes gebruikt die zich aan de tumorcellen binden. De magnetische nanodeeltjes worden over een magnetische sensor geleid om zo het aantal tumorcellen in het bloed te meten. Hierna worden de tumorcellen opengebroken, waardoor de genetische inhoud vrijkomt en vermenigvuldigd wordt. In het laatste deel kan men tenslotte vaststellen of het wel degelijk om tumorcellen gaat (een extra controle dus) en om welk type tumor het gaat.

Behandeling : Nanopartikels in de strijd tegen kanker Sommige nanopartikels warmen op als je ze bestraalt met een laser. Die nanopartikels kunnen worden ingeschakeld in de strijd tegen kanker. De bedoeling is ze zo dicht mogelijk in de buurt van de tumorcellen te krijgen. Wanneer de partikels vervolgens worden opgewarmd wordt de tumor eveneens verbrand. Door de selectieve behandeling van enkel de slechte cellen kan kanker op een meer effectieve en minder schadelijke manier worden behandeld. Behandeling: smart implants Soms valt een ziekte enkel te behandelen door het zieke orgaan weg te nemen of soms functioneert een orgaan niet meer naar behoren, denk maar aan doven of diabetespatiënten. De verdere evolutie van de nanotechnologie zal de functionaliteit van huidige diagnose en therapeutische systemen sterk doen toenemen. Onderzoek gaat vooral uit naar “geslotenlus” systemen waarbij het systeem een bepaalde diagnose stelt en automatisch de juiste therapie geeft bvb. een juiste hoeveelheid medicatie toedient. Een mooi voorbeeld is de evolutie van technologie voor diabetici. Implanteerbare insulinepompen zijn vandaag al op de markt. Bedrijven en onderzoeksinstellingen zijn echter op zoek naar een implanteerbare glucosebiosensor die in staat zal zijn om de glucosespiegel continu te meten en deze te combineren met een insulinepomp. Zo zal een continue bloedsuikerspiegel gegarandeerd worden bij diabetespatiënten. Neuronen op chip Alzheimer, Parkinson en andere hersengerelateerde ziektes zijn nog steeds een mysterie voor de geneeskunde. Vandaag is nog steeds niet geweten wat er gebeurt op hersen- en neuronniveau wanneer deze ziektes toeslaan. IMEC’s onderzoek in dit domein spitst zich toe op de ontwikkeling van elektronische toestellen die werken als een interface tussen het brein en hardware. Met zo’n systeem hoopt de geneeskundige wereld meer te weten te komen over hoe neuronen interageren met elkaar, wat er precies gebeurt wanneer de communicatie tussen neuronen stilvalt en hoe ze hersteld kan worden.

Nano: energie Volgens recente schattingen zullen we tegen 2050 dubbel zoveel energie verbruiken als vandaag. Met de nefaste impact van fossiele brandstoffen in het achterhoofd moeten we dus op zoek naar een alternatief. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie en geothermische energie kunnen hier een uitweg bieden op voorwaarde dat ze op een goedkope en efficiënte manier onze energie kunnen voorzien. Om het energieprobleem op te lossen moeten er niet enkel alternatieven worden ontwikkeld om te voorzien in ons energieverbruik. Ook de producten die we gebruiken moeten energiebewust ontworpen worden. Energie produceren Elke dag straalt de zon zo’n 165 000 Terrawatt aan energie op onze aarde. Aan zonne-energie geen gebrek dus. De vraag waar onderzoekers hun hoofd over breken is: “Hoe kunnen we deze energie op een milieuvriendelijke en economisch leefbare manier capteren, opslaan en omvormen tot elektrische stroom?”. Zonnecellen kunnen dit. Het probleem is echter dat hun kostprijs nog vrij hoog is en hun omzettingscoëfficiënt nog te laag is. Ter illustratie: een zonnepaneel gemaakt met zonnecellen van IMEC spin-off Photovoltech heeft momenteel een omzettingscoëfficiënt van 16%. Slechts 16% van de opgenomen energie wordt omgezet in elektriciteit. Het materiaal dat vandaag gebruikt wordt voor de productie van zonnecellen is kristallijn silicium. Er wordt reikhalzend uitgekeken naar de introductie van nieuwe materialen die de productieprijs van zonnecellen kunnen verlagen. Organische zonnecellen komen hiervoor in aanmerking. Om deze zonnecellen te maken worden geen siliciumschijven gebruikt maar organische nanodeeltjes. Ondanks het feit dat ze nu nog niet even efficiënt zijn als siliciumzonnecellen, zijn ze veel goedkoper te produceren. Zo ontwikkelde IMEC recentelijk een techniek om met nanodeeltjes flexibele organische zonnecellen te spuiten. Dankzij deze techniek

wordt het produceren van organische zonnecellen niet enkel goedkoper. Het laat ook toe om zonnecellen te maken op niet-rigide oppervlakken, zoals bv. dakpannen, golfplaten daken, kledij enzovoort. We kunnen niet alleen elektriciteit produceren uit zonneenergie, ook ons eigen lichaam of onze omgeving is een mogelijke bron van elektriciteit. Energy harvesters zijn kleine toestelletjes die elektriciteit genereren uit onze lichaamswarmte of omgeving. De harvesters die IMEC ontwikkelt worden gebruikt om sensoren te voorzien van energie. Energie sparen Onze energieconsumptie beperken kan op verschillende manieren. We moeten onze huizen beter isoleren, meer efficiënte lichtbronnen gebruiken, sterkere en lichtere materialen gebruiken in de bouwindustrie. De eerste isolerende nanotechnologie-gels zijn reeds in ontwikkeling. Deze nanogels worden gesneden zoals normaal textiel, maar zijn veel lichter en je hebt er minder van nodig dan van de traditionele isolatiematerialen. Bovendien stoten ze water af waardoor ze veel langer meegaan. Wereldwijd wordt 19 % van de geproduceerde elektriciteit verbruikt voor verlichting. Ook op het gebied van onze lichtconsumptie kan nanotechnologie oplossingen bieden. De lampen die we gebruiken zijn niet echt efficiënt. Heel veel energie gaat immers verloren aan warmte. Light Emitting Diodes zijn hiervoor een alternatief. Een LED is een halfgeleiderdiode die licht uitzendt als er een elektrische stroom wordt doorgestuurd. LED’s kunnen gebruikt worden als alternatief voor onze traditionele gloeilamp. Ze gaan langer mee, zijn steviger, verbruiken minder stroom en ze geven minder warmte af, waardoor ze efficiënter omgaan met energie. LED’s bestaan al, maar dankzij nanotechnologie kan de toepassing van LED’s in onze huishoudelijke verlichting ook uitgebreid worden. Zo vonden onderzoekers dat LED’s gebaseerd op nanofosfor een wit licht uitstralen met hoog rendement. Minder energieverspilling dus.

Nanopartikels & nieuwsgierigheid Randy De Palma deed een doctoraat bij IMEC naar biosensoren en nanopartikels. Hij vertelt over zijn passie voor het onderzoek, de wondere wereld van nanopartikels en zijn onderzoekstopic biosensoren. “Als kind was ik niet echt geïnteresseerd in wetenschappen op zich, maar ik was wel heel nieuwsgierig en speelde graag met dingen waaruit je nieuwe zaken kon ontdekken. Toen ik op mijn 18de besloot verder te studeren wou ik ook wel iets in die richting doen. Ik heb scheikunde gestudeerd aan de KULeuven. Na mijn studies wou ik onderzoek doen om terug wat afstand te nemen van de theorie waar ik me vier jaar mee had bezig gehouden. Op een bepaald moment zit je dan echt middenin dat onderzoek en dan is het razend interessant. Omdat je dingen kan ontdekken. Ook al is dat op zich niet echt superbelangrijk. Je gaat er niet de Nobelprijs mee winnen als doctoraatsstudent, maar je wordt er toch door gebeten. Ik denk dat een onderzoeker maar over één eigenschap moet beschikken en dat is dat hij of zij leergierig moet zijn. Als je wil bijleren en je wil vooruitgang boeken in wat je doet dan ga je automatisch een goeie onderzoeker zijn. Nanopartikels Nanopartikels kan je onderverdelen naargelang het materiaal. Bij IMEC werken we vooral met nanopartikels die gemaakt zijn van metalen, zoals bijvoorbeeld goud. Daar kan je dan kleine bolletjes van maken en omdat die zo klein zijn hebben ze speciale optische eigenschappen. Doordat ze licht van een bepaalde golflengte. absorberen, krijgen ze een specifieke kleur. Een rode oplossing van nanopartikels zijn bv. bolletjes, een blauwe oplossing zijn dan weer staafjes. Een tweede soort nanopartikels zijn magnetisch, bijvoorbeeld ijzeroxidedeeltjes, zoals roest op je fiets. Als je die kleine deeltjes tegen een magneet houdt, worden ze magnetisch geladen. Die magnetische en optische eigenschappen kunnen we gebruiken voor allerhande toepassingen. Het onderzoek dat wij bij IMEC doen, richt zich vooral

naar de gezondheidssector. Een belangrijke toepassing is het gebruik van nanopartikels in kankertherapie. We kunnen die deeltjes intelligent maken waardoor ze in staat zijn een kankercel te herkennen. De bedoeling is dat die intelligente nanopartikels ingespoten worden in de bloedbaan. Wanneer ze in aanraking komen met een kankercel herkennen ze die en hechten ze zich daaraan vast. Dankzij de speciale eigenschappen van nanopartikels kunnen ze opgewarmd worden om zo ook de kankercel weg te branden. Aan het gezonde weefsel, dat je natuurlijk niet wil vernietigen hechten de deeltjes zich niet. Zo kan je dus heel selectief de kanker kapot maken en de patiënt zelf gezond houden. Het probleem met kankerbehandeling vandaag is dat je niet enkel de kanker kapot maakt, maar ook het hele lichaam van de patiënt. Biosensoren Iedereen kent het woord ‘biologie’, bio is datgene waaruit de mens zelf is opgebouwd. Zo’n biosensor zal lijken op de chip die in je pc zit maar natuurlijk met andere eigenschappen. Het oppervlak van die chip proberen we een biologische functie mee te geven. Dat gebeurt door biologische moleculen op het oppervlak te plaatsen, waardoor de sensor biologisch intelligent wordt. Die sensor kan dus bepaalde kenmerken herkennen. Wij werken vooral op het gebruik van sensoren voor de detectie van hersenbloedingen. Bij een herseninfarct komen er bepaalde biomoleculen vrij in het bloed. Als je die moleculen nu heel snel kan detecteren, gewoon door een druppeltje bloed op een biosensor te doen, dan weet je heel snel of iemand een hersenbloeding heeft gehad. Het probleem met de huidige methodes is dat dat vaak veel te lang duurt, waardoor de therapie niet meer succesvol is. “

Voor wie meer wil weten Vooral op het internet vind je een schat aan informatie terug over nanotechnologie in het algemeen, de toepassingsgebieden en de impact ervan op onze samenleving. Om toch enigszins de bomen door het bos te zien, hier alvast enkele interessante websites en boeken die het ideale vertrekpunt zijn om meer te weten te komen over nanotechnologie. Internet www.nisenet.org/nano_media_finder www.welcome.ac.uk/bigpicture/nanotechnology cordis.europa.eu/nanotechnology www.nanoforum.org www.nanonu.be www.onderzoekinformatie.nl/nl/oi/nanotechnologie www.nanotech-now.com www.nanowerk.com www.nano.gov www.foresight.org www.leren.nl/rubriek/techniek/nanotechnologie www.imec.be Boeken Nanotechnology: A gentle introduction to the next big idea (Mark A. Ratner and Daniel Ratner) Understanding nanotechnology (Scientific American) Nanotechnology: health and environment risks . (Jo Anne Shatkin) An introduction to nanosciences and nanoetchnology (Alain Nouailhat) Soft machines: Nanotechnology and life (Richard A. L. Jones) Nanotechnology demystified (Williams L. & Adams W.)