Nanoforskning svävar fritt
Laboratorier för nanovetenskap är oerhört känsliga för vibrationer och lutningar och placeras helst långt från bullrande lastbilar och skrattande studenter. Men Nanolabbet i Lund ligger mitt i stan.
- Att kunna ha den här typen av avancerad utrustning mitt i stan är naturligtvis en stor fördel. Lund är inte bara en jättebra forskningsmiljö utan också en bra företagsmiljö. Det är lätt att hitta rätt kompetens, säger Ivan Maximov, chef över renrummet i Lund Nano Lab.
Lund har en lång nanotekniktradition. Redan 1988 startade Lars Samuelson, professor i halvledarelektronik, Nanometerkonsortiet. Det är en sammanslutning för forskare på området.
- Inom Nanometerkonsortiet ryms inte bara fysiker utan kemister, biologer och medicinare. Det är en mycket blandad miljö. Det krävs folk från olika områden, för nanoteknik är per definition multidisciplinärt, säger Ivan Maximov.
Lund Nano Lab sorterar under avdelningen Fasta tillståndets fysik vid Fysiska institutionen på Lunds tekniska högskola och invigdes i januari 2007. Det är goda dagar just nu. För närvarande jobbar 120 personer i labbet, och några till är på väg in under de närmsta veckorna. De allra flesta är forskare på universitetet, men ett fyrtiotal kommer utifrån. Nio företag lånar in sig på den specialiserade utrustningen – allt från elektronstrålelitografiapparaten till FIB/SEM:en (mikroskop med både elektronstråle och fokuserad jonstråle som sveper över provet för att få en detaljerad bild.
Ett exempel är Ideon-företaget Glo, som arbetar med att ta fram mer effektiva och energisnåla lysdioder. Ett annat är Sol Voltaics som utvecklar solceller som beräknas ha en verkningsgrad på 60 %, att jämföras med 40 %, som är ungefär så hög verkningsgrad som solceller kan ha idag. Effektiviteten kommer sig av att cellerna kan absorbera olika våglängder av solljuset. Detta beror på att det sitter mängder med nanotrådar inne i solcellerna.
Nanotrådar är ett av Lund Nano Labs huvudområden, lager-på-lager av olika halvledarmaterial i endast en dimension. Eller åtminstone så gott som en dimension, för bara i en dimension är tråden större än 100 nanometer. Fördelarna med nanotrådar är att man kan växa dem på ett kontrollerar sätt. Det blir en väldefinierad struktur och en väldefinierad kemisk sammansättning. Tråden behåller den kristallina strukturen men får helt nya egenskaper.
- Lars Samuelson driver på hårt för att utveckla tekniken med nanotrådar. Där är Lund just nu världsledande, både vad gäller forskning och tillämpning, säger Ivan Maximov.
En annan teknik som Lund Nano Lab excellerar i kallas nano-imprint. Det fungerar så att man skapar strukturer i nanostorlek genom att helt enkelt stämpla in strukturen. Jämfört med att rita fram strukturen punkt för punkt med hjälp av elektronstrålelitografi sparar man mycket tid.
- Det är en flexibel och billig metod för att skaffa fram stora mängder nanostruktur, säger Ivan Maximov.
Pådrivande bakom den tekniken är Lars Montelius, professor i fasta tillståndets fysik på Lunds tekniska högskola. Han leder forskningen inom Nanometerkonsortiet kring nanoteknikens möjligheter inom livsvetenskap.
- Det handlar om nanoteknik i växelverkan med biologi. Vi undersöker bland annat hur nerver växer på ytor. Vi tar också fram kontaktdon så att vi kan kommunicera med nerverna, förklarar han.
Kronisk smärta är ett allvarligt problem som berör många patientgrupper och som nu kan få en lösning med nanoteknik.
- Vi har gjort system där vi sätter nanotrådar som ett staket för att kunna styra hur nervtrådar växelverkar med nanoytor. Nanotrådarna är bara 10-20 nanometer tjocka, så de är tunnare än nervtrådar. Men när nerverna växer strävar de längs ytan, som en hand, och så har vi fått nervtrådar att växa mellan nanotrådarna.
- Vi arbetar nu på att implantera elektroder med dessa nanotrådar i hjärnan och upprätta möjligheten att kommunicera med hjärnan. Man skulle till exempel kunna ge signaler som kan eliminera smärtupplevelser hos patienterna med kronisk smärta.
Den här tekniken kan styra alla typer av impulser i hjärnan och kan bli till stor nytta för patienter med olika nervdegenerativa sjukdomar. Särskilt nämner Lars Montelius Alzheimers sjukdom, MS och Parkinsons sjukdom, men även inkontinens.
Och det är det kortsiktiga målet, det görs redan på djur. Lars Montelius tror att tekniken ska kunna användas i sjukvården inom tio år, kanske redan fem. Ett mer långsiktigt mål är till exempel kunna göra till proteser som kan känna och fungera som riktiga kroppsdelar.
- Ett ännu vidare perspektiv av detta skulle kunna ge oss möjlighet att förstå i detalj hur den mänskliga hjärnan fungerar, säger Lars Montelius.
Det kan bli verklighet om ytterligare några år, mellan åtta och femton år, gissar han.
Genom att strukturerna är så små kan man till exempel undvika problem som avstötning.
- Biologin känner inte av dem. De syns inte på radarn, menar Lars Montelius.
I Nanolabbet i Lund förbättrar man också tekniken för biosensorer. Med hjälp av nanotrådar kan man skapa märkningsfria sensorer, det vill säga att sensorn inte behöver kombineras med något material som kan berätta när sensorn har känt av det den skulle känna av.
- Vi har byggt in den funktionen i sensorn, och det ger bättre och känsligare sensorer, säger Lars Montelius.
Men trots att forskningen inne i labbet ligger i framkant är det ingen brådska där inne. Snarare är det med viss sävlighet som de vitklädda människorna rör sig.
- Man rör sig långsamt för att undvika turbulens i luften, inte på grund av vibrationer utan damm. Dammpartiklar ligger på en storlek av en halv mikrometer, alltså 500 nanometer. Vi skapar strukturer med en upplösning på mycket mindre än 100 nanometer. Det kan skapa stora problem om det kommer damm på proverna, säger Ivan Maximov.
