Helbredende nanopartikler

Kjemikere ved Universitetet i Oslo har utviklet en ny teknikk som gjør det mulig å produsere kubeformete nanokrystaller med helt spesielle fysiske egenskaper. Både it-industrien og kreftpasienter kan få glede av den nye oppfinnelsen.

PRIKK LIKE: Professor Poul Norby ved Kjemisk institutt har klart å lage helt perfekte kubiske nanokrystaller, der alle overflatene er identiske. Foto: Ola Sæther.

Professor Poul Norby ved Kjemisk institutt og Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) sier at de nye magnetiske nanokrystallene deres kan få betydning både for utviklingen av nye behandlingsmetoder i helsevesenet og for ny it- og kommunikasjonsteknologi.

Man har allerede studert anvendelsen av magnetiske nanopartikler for å gjenkjenne og ødelegge kreftsvulster. Når krystallene har kommet inn i kreftsvulsten, kan legene ta knekken på kreftcellene ved å varme opp krystallene med et høyfrekvent magnetfelt til 42 grader. Da dør kreftcellene.

Nanopartiklene kan også gjøre det mulig å styre transporten av legemidler til andre typer sykdomssteder i kroppen.

Nesten usynlig

Vanlige mikroskoper må melde pass. De nye nanokrystallene som utvikles ved Universitetet i Oslo, er bare 10 til 60 nanometer (milliontedels millimeter) små og kan bare skimtes gjennom et elektronmikroskop.

Den store nyheten er likevel ikke størrelsen. Forskere fra andre steder i verden har for lengst klart å lage like små nanokrystaller. Ambisjonen til Poul Norby er derimot å finne frem til en metode som både kan styre størrelsen og formen på krystallene. Blant annet har kjemiprofessoren klart å lage helt perfekte kubiske nanokrystaller, der alle overflatene er identiske.

– Formen på de nye krystallene vil kanskje gjøre det mye lettere å koble til legemidler og andre kjemikalier, forteller Poul Norby, som også har funnet frem til en metode som sørger for at alle nanokrystallene blir nøyaktig like store. Nesten i hvert fall.

– Vi har en smalere størrelsesfordeling enn andre. Det er viktig. For i nanoverdenen er det slik at de fysiske egenskapene er avhengige av størrelsen på krystallene. Så det er en fordel at alle krystallene er like. Jo likere størrelsen på krystallene er, desto større er derfor muligheten til å spå hvordan krystallene vil oppføre seg, forteller Poul Norby.

Med fysiske egenskaper tenker han både på magnetisme, elektroniske egenskaper og lysegenskapen fluorescens. Fluorescens betyr at materialer som mottar lys med en bestemt bølgelengde, sender ut lys med en helt annen bølgelengde. Et eksempel kan være et materiale som sender ut blått lys etter å ha absorbert usynlige UV-stråler.

Andre egenskaper

Nanomaterialer har den fascinerende egenskapen at de kan ha helt andre fysiske egenskaper enn større materialer, selv om materialene er bygd opp med nøyaktig den samme kjemiske strukturen.

Den minste endringen i størrelse og utseende på nanokrystallet kan endre både fargen og retningen på lyset, den elektriske ledningsevnen samt de magnetiske egenskapene.

Det betyr at hvis forskerne klarer å få kontroll over størrelsen og formen på nanokrystallene, vil det være mulig å skreddersy fysiske og kjemiske egenskaper.

For at alle krystallene skal bli så like som mulig, har Poul Norby derfor utviklet en helt ny produksjonsmetode som gjør det mulig å kontrollere den eksakte størrelsen på krystallene.

Legger på atom for atom

Noen av nanokrystallene på Kjemisk institutt lages i koboltoksyd. Det kjemiske stoffet, velkjent blant annet fra Blaafarveværket på Modum, har interessante magnetiske egenskaper og er ikke bare interessant for medisinerne, men også for informasjonsteknologene.

– I små nanodimensjoner skjer det noe med den magnetiske egenskapen. Blant annet er det lett å skifte det magnetiske feltet.

Det er en egenskap som gjør krystallene interessante for dem som produserer magnetiske sensorer og lagringsmedier i datamaskinen.

Nanostrukturer kan fremstilles på to forskjellige måter. Den ene, og mest vanlige, er den såkalte ”topdown”-metoden, der man for eksempel lager det fysiske materialet med litografi. Det vil si at man skraper bort lag for lag med atomer inntil man sitter igjen med den ønskete nanostrukturen.

Kjemikerne ved Universitetet i Oslo bruker derimot ”bottom-up”-metoden. De lager nanostrukturen fra bunnen av.

– Vi starter med noen få atomer som henger sammen. Så får vi dem til å krystallisere seg.

Limingen av atomene skjer i en trykk-koker. Når trykket og temperaturen øker, viser det seg at krystallene vokser i en bestemt hastighet i en bestemt retning. Men som Poul Norby sier: – Det har vært mye prøving og feiling underveis.

Tråder, staver og rør

Poul Norby lager også krystaller som oppfører seg annerledes på langs enn på tvers. Ved å lage materialer der lengden er mye større enn bredden, kan kjemikerne utvikle materialer med vanlige fysiske reaksjoner på langs og med helt andre fysiske reaksjoner på tvers.

Materialene kalles for anisotrope krystaller og er spesielt egnet til halvledende materialer og til materialer som leder strøm.

Ved å lage lange krystaller der alle nålene er nanosmale og peker i den samme retningen, akkurat som trærne i en skog, kan forskerne blant annet fremstille et materiale som gir god retningskontroll på lysretningen.

Poul Norby skal også, i samarbeid med professor Helmer Fjellvåg ved SMN og professor Reinhard Nesper ved Kjemisk institutt og den tekniske høgskolen ETH i Sveits, lage en ny type nanorør. Dette er atomtynne rør med en rekke forskjellige elektroniske egenskaper.

– Håpet er å fremstille materialer med helt nye egenskaper. Da kan de for eksempel brukes til kjemiske sensorer og måle små mengder kjemiske stoffer.

Blander atomlag

Som om dette ikke er nok, jobber han også med å dele opp forskjellige typer materialer i atomtykke lag og stokke dem sammen som når man blander en kortstokk. Da danner han et helt nytt materiale med helt nye magnetiske og optiske egenskaper.

– Det betyr at materialer som i utgangspunktet er uinteressante, kan bygges om til interessante materialer, forteller professor Poul Norby ved Universitetet i Oslo.

Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:58
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere