Delfinerne fra Aarhus Universitets logo lavet i DNA
En gruppe forskere fra Center for DNA-Nanoteknologi, CDNA, og Interdisciplinært Nanoscience Center, iNANO, ved Aarhus Universitet beskriver i en artikel i tidsskriftet ACS Nano hvordan de med et nyudviklet computerprogram kan folde DNA i vilkårlige nano-strukturer.
Som et eksempel har forskerne formet delfinerne fra Aarhus Universitets logo i DNA med en størrelse på kun 200 nanometer, hvilket svarer til en hundrededel af bredden på et menneskehår. Til at lave delfinen fra AU’s logo blev der designet 216 stykker DNA som blev bestilt ved et lokalt DNA-syntesefirma. I laboratoriet blev DNA-stykkerne blandet med en længere DNA-streng, oprenset fra en virus, som ved opvarmning og afkøling selv finder sammen i den ønskede todimensionale delfin-lignende struktur.
Teknikken til at folde DNA kaldes DNA-origami - opkaldt efter den japanske papirfoldningskunst, origami - blev opfundet for nyligt af Paul W. Rothemund fra California Institute of Technology. At det faktisk lykkedes forskerne at forme DNA-stykkerne til AU’s delfiner blev bekræftet af en efterfølgende scanning med Atomar Kraft Mikroskopi, AFM. Det blev desuden vist at DNA-delfinerne kunne designes med fleksible haler og at de kunne samles to-og-to i en konstellation der ligner delfinparret fra AU’s logo.
Studierne er udført i et interdisciplinært samarbejde mellem tre forskningsgrupper ved Molekylærbiologi, Fysik og Kemi der alle er tilknyttet
Center for DNA-Nanoteknologi
. De omtalte DNA-strukturer er designet og samlet i professor Jørgen Kjems’ gruppe ved Molekylærbiologisk Institut. Jørgen Kjems udtaler:
DNA-origamimetoden er en helt unik metode til at selv-organisere DNA i komplicerede strukturer helt nede på den skala hvor vores molekyler i kroppen taler med hinanden. Den software vi har designet gør det meget hurtigere og mere sikkert at designe vilkårlige DNA-origamistrukturer. Hvor det hidtil har taget uger at konstruere strukturer manuelt, kan vi nu gøre det på få sekunder.
Det tværfaglige Center for DNA-Nanoteknologi blev etableret i 2007 som et af Danmarks Grundforskningsfonds ’Centres of Excellence’. Et af hovedtemaerne for centerets forskning er anvendelsen af DNA som et materiale der kan programmeres til at samle nanobyggesten til funktionelle nanostrukturer. Professor Kurt Gothelf, som er leder for Center for DNA-Nanoteknologi, udtaler:
Det er helt utroligt fascinerende at over 200 stykker DNA kan programmeres til at danne komplekse prædesignede strukturer på nanoskala.
Han fortsætter:
Vi har igangsat adskillige forskningsprojekter hvor vi bruger metoden til at samle funktionelle nanostrukturer til anvendelse inden for sygdomsbekæmpelse, diagnostik og elektronik.
Center for DNA-Nanoteknologi er en del af Interdisciplinært Nanoscience Center, iNANO, der ledes af professor Flemming Besenbacher, hvis gruppe har stået for at visualisere DNA-delfinerne og deres fleksibilitet ved hjælp af Atomar Kraft Mikroskopi, AFM. Flemming Besenbacher udtaler:
Dette er et eksempel på et meget succesfuldt tværfagligt samarbejde mellem Jørgen Kjems’, Kurt Gothelfs og min egen gruppe. Det er tværfaglige samarbejder af denne type der vil blive styrket yderligere når Aarhus Universitets nye iNANO-hus står færdigt og de tre forskningsgrupper flytter under samme tag.
Forskernes arbejde er publiceret for nyligt i online-udgaven af ACS nano og bliver trykt den 24. juni 2008. Abstraktet kan læses
her
, men det kræver abonnement at downloade artiklen.
Fylder din DVD eller CD samling efterhånden også lige rigeligt? Er du også træt af, at skiverne roder ovenpå stereoanlægget eller ligger i de forkerte covers? Hvad siger du så til en ny type disk, hvorpå du kan lagre hele din DVD samling…og ikke kun din, men også dine venners, din families og dine naboers? Sådan en type disk er i øjeblikket ved at blive udviklet ved hjælp af nanoteknologi.
Forskere i Australien er ved at udvikle dette nye format af optisk disk optagelse, som de forudsiger, vil kunne lagre op mod en petabyte – 200.000 gange så meget som en almindelig DVD. Teknologien bygger på brug af metalliske nanostave. Ved at bruge komponenter i nanoskala vil data kunne lagres i op til 300 lag og i fem dimensioner: tre rumlige samt farve og polarisation. Forskerne bag projektet regner med, at det nye disk format vil være kommercielt tilgængeligt indenfor de næste 10 år.
På
NANOART 21
lægger en stor samling af spændende billeder af nanoteknologi. På siden kan man
stemme
på de flotteste billeder.
De billeder der, lige for tiden, ligger i toppen er:
Nr 1 med 199 stemmer:
Billedet viser nogle celler, som er markeret med en fluoreserende markør for DDR2 (Discoidin Domain Receptor 2). DDR2 er et membran protein, som man mener, er involveret i at måle, hvilke mekaniske kræfter cellen bliver udsat for og kan fortælle cellen, hvis den skal forandre sig i forhold til disse kræfter.
Den blå fave er cellekernen, den grønne fave er actin protein, der medierer de makaniske kræfter på cellen, og den røde fave er markøren for DDR2. (S. Baxter - Mech. Eng., E. Goldsmith - Cell Biology, C. Murphy -Chemistry, C. Robinson – Art; University of South Carolina NanoCenter).
Nr 2 med 190 stemmer.
Billedet skal illustrere nanoverdenen set fra en nanopartikels perspesktiv. Lidt sjov tanke, men maleren er da sluppet godt fra idéen.
En spændende anvendelse af ny teknologi er at lave kunst ud af det. Det har den japanske kunstner
Sachiko Kodama
gjort ved at anvende en såkaldt ferrofluid, som er en væske der indeholder magnetiske nanopartikler. Da partiklerne er meget små bliver partiklerne opløst i væsken, og dermed er væsken magnetisk. Ret vildt.
Se filmen herunder:
Her en endnu en flim, som illustrerer brug af ferrofluids:
Jeg forsker selv i hvordan man kan lave ferrofluid bestående af
magnetiske nanopartikler
. Disse partikler bruger jeg dog ikke til kunst, men til at forsøge at behandle kræft på et tidligt stadie.
Den næste måned har vi
techsperience
tema om hvordan teknologi kan give dig nye oplevelser. Så følg med her på nanobloggen (
RSS feed
)
Husker du
Modu
- mobiltelefonen, der skifter form efter behov? Den virker allerede kluntet og “so yesterday”, når man ser Nokias koncepttelefon Morph - en telefon, der kan bøjes, foldes, er selvrensende, solopladende og sansende. Det hele takket være nanoteknologi, som iflg. Nokia kommer til at revolutionere måden, mobiltelefoner ser ud på.
I samarbejde med instituttet for Nanoscience ved Cambridge University i England har Nokia netop præsenteret Morph ved udstillingen “Design and the Elastic Mind” ved Museum of Modern Art (MoMa) i New York.
Idéen er, at ved hjælp af nanoteknologi kan man konstruere mobiltelefoner med så fleksible egenskaber, at de kan formes afhængig af situationen. Forestil dig en mobil i en almindelig candybar størrelse. Skal du bruge mere skærmplads til video eller kortnavigation, folder du den blot et par gange ud og tredobler dermed skærmen. Skal du videre, folder du den derimod en enkelt gang sammen, så den bliver helt smal, hvorefter du bøjer den omkring dit håndled som et armbånd, mens et headset holder dig i kontakt med omverdenen.
Overfladen kan samtidigt laves selvrensende, så man slipper for fedtede fingre og øreaftryk på skærmen - et stigende irritationsmoment ved de populære touchscreen telefoner. Såkaldt “Nanogræs” i overfladen absorberer desuden solens stråler, som omdannes til elektricitet og oplader det supertynde og fleksible batteri. Nanosensorer leverer ikke mindst informationer om vores omgivelser fx graden af luftforurening, eller vift mobilen over et stykke frugt og se om det er fuld af kemikalier.
Det lyder lidt som en fremtidsvision (hvilket vi jo er eksperter i), og det er det også, idet Nokia først forventer at kunne introducere dele af nanoteknologien i deres telefoner om 7 år. Men konceptet lyder meget lovende - husk at se videoen efter klippet, hvor visionen bliver tilsat billeder - og flere ekstrafeatures.
Kommer man forbi MoMa i New York, kan udstillingen besøges indtil d. 12. maj 2008.
Nanokunst er en ny type af kunst, der bevæger sig på grænsefladen mellem videnskab, teknologi og kunst. Nanokunst afbilleder spektakulære atomare og molekylære strukturer på nanoskala, således at fantastiske nanoskulpturer opstår.
Nanostrukturene afbilledes først med forskellige nanoteknologiske billeddannelsesteknikker som f.eks.
Skanning Elektron Mikroskopi
eller
Atomar Kraftmikroskopi
. Herefter behandles billederne af en kunstner, der ved hjælp af forskellige artistiske teknikker farvelægger og modificere billederne, således at de mest utrolige kunstværker skabes.
Udover at frembringe ny fantastisk kunst, er nanokunst oprindeligt opstået ud fra et ønske om at formidle og udbrede kendskabet til nanoteknologien og til den indsigt og viden om en helt ny størrelsesorden, som fremtiden vil give os.
Nedenfor ses nogle eksempler på den nye kunstart. Du kan læse mere om nanokunst og se flere billeder
her
.
Dette billede hedder Uorganisk. Nanoskulpturen er dannet ved at nedfryse en opløsning af grafit nanopartikler. SEM billedet heraf er derefter farvelagt digitalt, og resultatet er derefter overført til lærred. Billedet koster 541 euro og kan købes
her
.
Billedet her hedder forståeligvis Leopard I bevægelse. Det er dannet ud fra et SEM billede af meget små dråber af en titanium organometallisk forbindelse, der er coated med guld. Billedet er følgende farvelagt og manipuleret digitalt og overført til lærred. Billedet koster 10154 euro og kan købes
her
.
Den populære Science as Art er nu blevet afholdt. Billederne viser virkelig imponerende og flotte strukturer, som er dannet med nanoteknologiske metoder.
Her er et par af vinderne:
Nanoeksplosion: Farvet elektron mikroskop billede en overflade beklædt med magnetiske nanowirer (CoFeB). Billedet viser, hvad der sker, når man propper lidt for mange magnetiske nanowirer på overfladen, en slags dommedag på nanoscala. (Billede: Fanny Beron, École Polytechnique de Montréal, Montréal, Canada)
Den røde planet: Kombineret 3D-billede dannet ud fra to
scanning tunnel mikroskop
billeder. Både ”landet” og ”himlen” er guldoverflader, hvor forskellige kemikaliers (HATNA og THAP) er påsat. (Billede:: Sieu Ha, Princeton University, Princeton, USA)
Forestil dig en fjeder dannet af et såkaldt ”smart materiale”, som husker udgangsstrukturen i tilfælde af deformationer. Ved svag opvarmning vil fjederen skabe udgangsstrukturen igen, ligegyldig hvor udstrakt og bøjet den er blevet. Eller forestil dig et plastiklignende produkt (polymer), som er stift, men ved svag opvarmning bliver blødt og bøjeligt.
Disse smarte materialer er nu blevet mulige at fremstille til fornuftige priser. Derfor vises her er en kort fantastisk video, som illustrerer nogle af egenskaberne ved disse såkaldte smarte materialer.
Flere informationer om disse smarte materialer kan findes
her.
Der er flere, der påstår at nanoteknologien bliver det 21. århundredes revolution. Andre siger, at nanoteknologien er ond og farlig. For at kunne sætte påstandene lidt i perspektiv, er her 7 små historier om den nanoteknologi, der allerede er i vores liv og har været det i lang tid. Der er nemlig utallige eksempler på nanoteknologi i naturen. Blandt andet kan nævnes, at sommerfuglens vinger får sine farver fra nanokrystaller, naturlige nanopartikler i mælken bidrager til dens gode egenskaber, og flere blomster bliver beskyttet af nanostrukturer på overfladen.
I anledning af den nært forestående jul, tænkte vi, det ville være passende at bringe disse billeder af verdens mindste adventskalender. Den måler sølle 8.4 µm gange 12.4 µm, hvilket er så lille, at den kan ligge 5 mio. gange på et frimærke. Kalenderen er fremstillet af en gruppe forskere fra Institut for Eksperimentel og Anvendt Fysik ved Regensburg Universitet i Tyskland. Lågerne for 1. til 6. december er blevet åbnet, og indenfor gemmer der sig billeder af vinter- og julemotiver. De mindste strukturer på billedet er kirkens vinduer, der måler omkring 20 nm. Arbejdet er ikke nyskabende, men ment som et hyggeligt indslag i juletiden. Ikke desto mindre er de anvendte teknikker vigtige inden for forskning i og fremstilling af mikro- og nanostrukturer. Med disse billeder ønsker NANOvidensbanken alle en glædelig jul.
Forestil dig en fodboldturnering, hvor bolden ikke er større end bredden på et hår og banen på størrelse med et riskorn. Scenariet lyder som det rene science fiction. Dette er dog ikke tilfældet for The U.S. Department of Commerce’s National Institute of Standards and Technology (NIST) afholdte d. 7-8 juli 2007 den første fodboldturnering på nanostørrelse.
For at deltage i turneringen skulle man have små robotter, som vejer under nogle få hundrede nanogram. Robotterne er således ikke på nanostørrelse, men har en længde omkring nogle hundrede mikrometer. Robotternes færden over banen følges på et optisk mikroskop og styres elektronisk via et visuelt feedback.
Kampene mellem deltagerne foregik dog ikke som almindelige fodboldkampe. I stedet for var der tre forskellige discipliner, som deltagerne skulle udvise deres robotters færdigheder i. Den første disciplin var en 2 millimeter sprint på tid. Den anden disciplin var en slalom, fra det ene mål til det andet, hvor der var placeret ”forsvarsspillere, polymerer” på banen. Den tredje disciplin handlede om at drible så mange bolde som muligt i mål i et givent tidsinterval.
Man kan læse mere om turneringen og formålet med arrangementet på http://www.nist.gov
For cirka 140 år siden foreslog en af historiens mest betydningsfulde naturvidenskabelige forskere, James Clerk Maxwell en tænkt situation, som senere har fået øgenavnet ”Maxwell´s demon”.
Maxwell´s demon handler om selektiv udvælgelse af molekyler uden forbrug af ekstern energi. Man kan forestille sig to beholdere adskilt med en væg, hvori der sidder en dør. Ved denne dør sidder en lille demon, som f.eks. kun åbner døren for bestemte molekyler. På den måde vil der efterhånden som tiden går opstå en koncentrationsforskel af molekyler mellem de to beholdere. Man kan forestille sig, at alle molekylerne f.eks. slutteligt befinder sig i den ene beholder, mens den anden beholder er tom.
Dette strider imod termodynamikkens 2. hovedsætning, der siger, at entropien for en ikke-reversibel proces vokser og derved dannes der mere uorden i ens samlede system. I tilfælde af Maxwell´s demon vil entropien falde for vores samlede system, da alle molekylerne pludselig kun befinder sig i den ene beholder. Problemet med dette paradoks kan forklares ved, at der ikke findes nogen ”demon”, som ikke forbruger nogen form for energi. Ved brug af energi, vil der nemlig samlet set ske en forøgelse af entropien.
Skabelsen af Maxwell´s demon har fascineret et utal af forskere. Et forskerteam fra Edinburgh University har for første gang syntetisk fremstillet en molekylær maskine, der kan danne koncentrationsforskelle mellem to rum ligesom Maxwell´s demon. Man kender dog til systemer fra naturen, som har samme evne til udvælgelse af bestemte molekyler. Maskinen, som forskerne fra Edinburgh University har fremstillet, forbruger energi fra bestråling af lys til at udføre opgaven, og bryder derved ikke termodynamikkens 2. hovedsætning.
Dannelsen af sådanne molekylære systemer er utrolig vigtig til forståelsen af de fundamentale mekaniske egenskaber, der er på atomart niveau. Man kan f.eks. ikke bare skalere designet af en bilmotor ned til nanoskala. Her vil den ikke virke, da bl.a. friktion og varmeudvikling er så forskellig fra den makroskopiske til den mikroskopiske skala.
Man kan læse den tekniske forklaring på, hvordan den molekylære maskine, som man har fremstillet på Edinburgh University, er opbygget og virker
her.
Mens nogle løber i cirkler med armene i vejret og råber halleluja og blot venter på, at nanoteknologi-bølgen skal skylle ind over dem og helbrede uhelbredelige sygdomme, forsyne dem med lynhurtige og smukt dekorerede computere i ørerings-format, slå græsplænen, lave deres havregrød om til saftige bøffer og brændestablen til diamanter, fjerne generende lugte, holde tøjet rent og sende dem på eksotiske rumrejser, er andre allerede på vej ned i deres nanobot-sikrede bunkers med armene fulde af dåsebønner og en uforgængelig JAKA Bov.
Historierne, vi har hørt, må jo være forskellige. Nogle af de præsenterede visioner for nanoteknologi er højtflyvende, både hvad angår lyse og mørke sider. Som jeg tidligere skrev:
”Misforståelser findes der mange af. Fejlagtige drømme- og skrækscenarier er udbredte. Sandheden er nok, at nanoteknologien aldrig vil hverken frelse eller udslette os, men vil revolutionere verden og føre mange fantastiske produkter og muligheder med sig.”
“Nanotechnology, the science of molecular engineering at the atomic scale, has captured the popular imagination. From movies to TV series to video games, utopian fantasies and horror scenarios involving nanotechnology have become a staple of the entertainment industry. The hyperbole surrounding this new technology comes not only from the media but also from scientists who exaggerate the anticipated benefits of nanotechnology to justify research funding, as well as from environmentalists and globalization opponents, who sometimes indulge in doom-and-gloom prophecies to advance their own agendas. The result is widespread misinformation and an uninformed public.”
Jeg har ikke læst bogen, så kan desværre ikke udtale mig om dens kvalitet, men skulle nogen derude have læst den, er I mere end velkomne til at kommentere den her på siden. Endnu er der heller ingen anmeldelser at finde på Amazon.
