Nanovitenskap og nanoteknologi Store muligheter i en liten verden Kenneth Ruud I UNIVERSITETET TROMSØ Tromsø, 27/3 2008 Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 1 / 27
Hva er nanovitenskap? Nano er en størrelsesenhet Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 2 / 27
Hva er nanovitenskap? Nano er en størrelsesenhet En nanometer er 0.000000001 (10 9 )m Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 2 / 27
Hva omfatter nanovitenskap? Avstanden mellom to atomer er 0.1 0.3 nm 4-6 atomer på rad svarer altså til en nanometer Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 3 / 27
Hva omfatter nanovitenskap? Avstanden mellom to atomer er 0.1 0.3 nm 4-6 atomer på rad svarer altså til en nanometer Kjemi=Nanoteknologi? Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 3 / 27
Hva omfatter nanovitenskap? Avstanden mellom to atomer er 0.1 0.3 nm 4-6 atomer på rad svarer altså til en nanometer Kjemi=Nanoteknologi? Ikke helt, men kjemi (og fysikk) er helt sentralt Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 3 / 27
Hva omfatter nanovitenskap? Avstanden mellom to atomer er 0.1 0.3 nm 4-6 atomer på rad svarer altså til en nanometer Kjemi=Nanoteknologi? Ikke helt, men kjemi (og fysikk) er helt sentralt Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 3 / 27
Nanoteknologi er tverrfaglig Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 4 / 27
Mikro vs. makro Alt omkring oss er bygget opp av atomer og molekyler Først i de senere år har vi kunnet observere og manipulere enkeltatomer/molekyler Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 5 / 27
Mikro vs. makro Alt omkring oss er bygget opp av atomer og molekyler Først i de senere år har vi kunnet observere og manipulere enkeltatomer/molekyler CO-menneske på titan-overflate (fra IBM) Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 5 / 27
Et viktig verktøy: STM Scanning Tunneling Miscroscopy (STM) gjør det mulig å observere og manipulere enkeltgrupper av atomer Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 6 / 27
Mikro vs. makro Så vi kan gjøre jobbe med små ting, men hvorfor? Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 7 / 27
Mikro vs. makro Så vi kan gjøre jobbe med små ting, men hvorfor? Egenskapene til enkeltmolekyler kan være meget forskjellige fra egenskapene til mange molekyler som vekselvirker med hverandre (væsker og faste stoffer) Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 7 / 27
Mikro vs. makro Så vi kan gjøre jobbe med små ting, men hvorfor? Egenskapene til enkeltmolekyler kan være meget forskjellige fra egenskapene til mange molekyler som vekselvirker med hverandre (væsker og faste stoffer) Nanoteknologi har to hovedmål: Lage små, funksjonelle materialer Lage materialer som utnytter de unike egenskaper til små systemer Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 7 / 27
Molekylære minnebrikker Vi kan fa plass til veldig mye informasjon pa veldig liten plass (molekylært minne) Forslag pa ultrahøy datalagringsminne basert pa molekylært dataminne (fra NASA s nanoteknologigalleri) Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 8 / 27
Nye materialer/anvendelser Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 9 / 27
Nye materialer/anvendelser Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 10 / 27
Forbes Topp 10 nanoprodukter 2005 Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 11 / 27
Nanoprodukter vil integreres i alt Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 12 / 27
Nanoprodukter vil integreres i alt Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 13 / 27
Husfars drøm Nanoteknologi i Varden Boligavisa 10.5.06 Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 14 / 27
Intet er nytt under solen Fotosyntesen er en nanofabrikk -prosess Vår målsetting bør være: Konstruere like effektive nanofabrikker Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 15 / 27
Intet er nytt under solen Fotosyntesen er en nanofabrikk -prosess Vår målsetting bør være: Konstruere like effektive nanofabrikker Mange legemidler kan betraktes å falle inn under (bio)nanovitenskapsbegrepet Spesialdesignede molekyler finner frem til aktuelle proteiner i kroppen og gir selektiv respons i kroppen vår Materialer med spesielt stor vannavvisende effekt eller stor motstandsdyktighet mot riper, basert på nanostrukturer man kan finne i naturen. Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 15 / 27
Nanoteknologi i helsevesenet Medisinering ved hjelp av nanokapsler (mer fleksibel og målrettet medisinering) Nanosensorer for registrering av helsetilstand Sensorer koblet opp mot rapportering om behov for medisinering (og iverksetting av dette), f.eks. gjennom telemedisin Biomimetiske materialer for å redusere problemer med avstøtning Nanoroboter for karkirurgi Funksjonelle biomaterialer for vevsgenerering og oppbygning av nytt vev Noninvasive imaging (ikke-lineære optiske prosesser, med målsøkende markører Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 16 / 27
Nanobiovitenskap Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 17 / 27
Nanobiovitenskap Molekylære motorer med retning har allerede blitt produsert (i gruppen til Ben Feringa) Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 17 / 27
Hvordan lage nanomaskiner? Vi kan flytte enkeltatomer/molekyler, men hvordan fa dem til a gjøre kjemi? Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 18 / 27
Hvordan lage nanomaskiner? Vi kan flytte enkeltatomer/molekyler, men hvordan fa dem til a gjøre kjemi? Selvorganisering og selvreplisering: La molekylene bygge seg selv Eksempel pa selvreplisering: DNA Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 18 / 27
Skrekkvisjon: Grey goo Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 19 / 27
Skrekkvisjon: Grey goo Eric Drexler har selv avlyst dette skrekkscenariet Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 19 / 27
Etikk må integreres i utviklingen Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 20 / 27
Hva er ikke-lineær optikk (NLO)? Den enkleste ikke-lineære prosessen er frekvensdobling (SHG) To innkommende fotoner med frekvens ω genererer et utgående foton med dobbel frekvens Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 21 / 27
Absorpsjonsprosesser: To-foton absorpsjon (TPA) I stedet for å bli spredt, så kan lyses i stedet bli absorbert av materialet Et eksempel på en slik ikke-lineær absorpsjonsprosess er to-foton absorpsjon (TPA) Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 22 / 27
Anvendelser av NLO prosesser Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 23 / 27
TPA for datalagring i 3D Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 24 / 27
En mulighet: Kvanteprikker Quantum dots Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 25 / 27
Non-invasive imaging med NLO Ved site-selektive molekyler med gode ikke-linere optiske egenskaper ( coated nanodots ), så kan vi f.eks. undersøke farene for CVD uten operasjonelle inngrep Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 26 / 27
Konklusjon Nanovitenskap har mulighet til å bli den neste industrielle revolusjon Nanoteknologi åpner uante muligheter innen de fleste vitenskaper Store vitenskapelige utfordringer Naturen er vår læremester Uklart on nanovitenskap vil bidra til å redusere avstand mellom utviklingsland og industrialiserte land. Nano-divide eller nano-unite? Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 27 / 27
Konklusjon Nanovitenskap har mulighet til å bli den neste industrielle revolusjon Nanoteknologi åpner uante muligheter innen de fleste vitenskaper Store vitenskapelige utfordringer Naturen er vår læremester Uklart on nanovitenskap vil bidra til å redusere avstand mellom utviklingsland og industrialiserte land. Nano-divide eller nano-unite? Fremtiden ligger i de små detaljer Kenneth Ruud (CTCC) Nanovitenskap og nanoteknologi Tromsø, 27/3 2008 27 / 27