Nanotechnologie: definitie, 2 voorbeelden & 5 toepassingen

Nanotechnologie. Wat is nanotechnologie? Hoe werkt het? Waar zit het in? Wat zijn toepassingen en voorbeelden van nanotechnologie? Wat is digibio en de relatie met nanotechnologie?

Wat is nanotechnologie?

Nanotechnologie is technologie op de schaal van grootte net boven atomen en moleculen (0,060 nm tot 0,275 nm). Dit is een miljardste van een meter.

Op medisch gebied kunnen we straks technologie op deze schaal in het lichaam brengen, zoals in onze bloedbaan of in ons haar. Daarmee kunnen we lichaamsfuncties gaan meten of dingen naar de juiste plek vervoeren, zoals specifieke eiwitten of moleculen.

Hoe werkt nanotechnologie?

Nanotechnologie is niet nieuw. Al jaren wordt gesproken over technologie ter grootte van minuscule omvang. De mogelijkheden zijn gigantisch. Volgens nanobioloog Cees Dekker in het artikel in de Volkskrant is het vergelijkbaar met de ideeën over het internet in 1948.

Nederlandse wetenschappers spelen een niet onbelangrijke rol hierin. Zo won Ben Feringa van de Rijksuniversiteit Groningen in 2016 de Nobelprijs voor zijn werk in nanotechnologie. Hij maakte een soort van auto op nano niveau. Of beter gezegd: een langwerpig molecuul met aan de uiteinden 4 wielen. Die wielen gingen draaien onder invloed van licht.

Cees Dekker: Nanotechnologie is nu zo ver als internet in 1948.

De mogelijkheden van nanotechnologie strelen de fantasie van wetenschappers al jaren. De beroemde natuurkundige Richard Feynman vertelde dit in een lezing in 1959. Volgens hem moet het mogelijk zijn om moleculen mechanisch met elkaar te laten samenwerken, in plaats van met de hulp van scheikundige atoomverbindingen.

Waar zit nanotechnologie in?

Nanotechnologie zit in verschillende dingen. Het bekendste voorbeeld is het gebruik van nanotechnologie in het menselijk lichaam. Zo zijn er onderzoekers die een kleine robots ontwikkelen voor het menselijk lichaam [link onderin]. Die robots kunnen dan continu allerlei metingen doen in het lichaam.

Of een robot kan een waterdruppel in, zoals de foto boven, om die te onderzoeken en te analyseren. Zoals in de Netflix serie Cosmos, een serie die ik zeker aanraad als je dit interessant vindt.

Waar kun je nog meer aan denken?

1. Hersencel computers
2. Minuscule afluisterrobots

#1 Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen en Stanford hebben kunstmatige synapsen ontwikkeld. Deze synaps lijkt op de natuurlijke synapsen, waarvan er miljarden in de hersenen van mensen zitten. Dit zijn zogenaamde hersencelcomputers.

#2 Een ander voorbeeld zijn miniatuur robots die zo licht zijn, dat ze door de lucht worden verspreid [link onderin]. Als duistere toepassing hiervan wordt gesproken over het afluisteren van mensen. Zonder dat je het merkt, omdat de robot via de lucht in je haar of op je kleding is geland.

Nanotechnologie toepassingen (5x)

Wat zijn toepassingen van nanotechnologie?

1. Nier op een chip
2. Lab op een chip
3. Robots in je bloedbaan
4. Lichaamscellen injecteren
5. Chips in je hersenen

#1 Een groep onderzoekers aan de Van der Bilt University in de Verenigde Staten hebben een nier op een chip ontwikkeld [link onderin]. Deze chip is nog niet getest op mensen. Het doel van de onderzoekers om een biohybride apparaat te ontwikkelen die de functies van een nier nabootst. Denk hierbij aan het verwijderen van schadelijke producten, zout en water.

#2 Kunnen we in de toekomst complexe medische analyses van bijvoorbeeld bloed op onze smartphone doen, in plaats van in grote laboratoria, zoals nu het geval is? Dat is het principe van ‘lab on a chip’. Een van de projecten van Federico tijdens een Biologie Hackaton, was Digital Microfluidics (DMF), wat aansluit op het principe van een miniatuur laboratorium. Hoe kun je druppels vloeistoffen over een elektrisch circuit sturen?

#3 De bekende transhumanist en Google topman Ray Kurzweil heeft rond 2011 zijn visie gedeeld over nanotechnologie. Hij gelooft dat we in de toekomst miniatuur robots kunnen implanteren in onze bloedbaan. Deze robots gaan dan op zoek naar bepaalde aandoeningen of zwakke plekken in je bloedvatenstelsel of organen.

De eerste projecten in deze richting worden al gedaan. Zo hebben wetenschappers van de Universiteit van Californië in San Diego (Verenigde Staten) hele kleine robots in de vorm van vissen gemaakt [link onderin]. Dit zijn zogenaamde ‘microfish’. Deze vissen worden chemisch aangedreven en magnetisch bestuurd om zich te bewegen in vloeistoffen. De vissen zijn kleiner dan de breedte van menselijk haar.

#4 Onderzoekers van de Wake Forest Universiteit zijn bezig met de ontwikkeling van nanobuisjes. Deze buisjes zijn 500 nanometer lang, hebben een diameter van 50 nanometer en zijn gemaakt van koolstof. De buisjes kunnen dan als naalden door een celwand heen prikken. Op zoek naar een celkern die hun stof nodig heeft. De focus van de onderzoekers ligt daarbij op het aanpakken van kankercellen.

#5 Elon Musk (Tesla en Space X) gelooft in de combinatie van kunstmatige intelligentie met menselijke intelligentie. Concreet denkt hij aan het implanteren van chips op het niveau nanotechnologie in de hersenen om ons menselijk brein te ondersteunen [link onderin].

Nanotechnologie en biologie

Wat is de relatie tussen biologie en technologie? Zijn er grote verschillen? Federico, die een lezing gaf op de Biohacking Meetup over digibio, is van mening dat alle biologie technologie is. Ik heb hem eerder ontmoet op een avond over DIY biologie bij de Waag Society in Amsterdam [link onderin]. Een zelfde mening heeft Pam Silver (Harvard University) ‘Biologie is de beste nanotechnologie’.

De scheidslijn tussen biologie en technologie is niet zo strikt meer.  Neem medicijnen en supplementen. De meeste medicijnen en supplementen zijn kunstmatig. Niet dat het wordt gemaakt met olie als grondstof, maar omdat het in laboratoria wordt gemaakt door algen en bacteriën. Dat is de mix van biologie en technologie.

Pam Silver (Harvard): Biologie is de beste nanotechnologie

Is dat gek? Federico vertelde dat insuline vroeger werd gemaakt door het pancreas van een varken. Nu wordt menselijke insuline gemaakt door bacteriën. Een ander voorbeeld? Federico vertelde over bacteriën die genetisch worden gemodificeerd om kwaadaardige tumoren op te sporen en te vernietigen.

Samenvatting: biologie is de ultieme nanotechnologie.

[UPDATE] Een ander mooi voorbeeld is een project van wetenschappers van de Chinese Universiteit van Hong Kong [link onderin]. Ze hadden algen uitgerust met biocompatible magnetische stofjes op nano niveau. Met licht en een andere techniek waren de wetenschappers in staat om de algen te volgen en te sturen.

In een van de testen konden de algen hun stofjes loslaten bij geselecteerde kankercellen, terwijl ze de andere ‘gezonde’ cellen links lieten liggen. De onderzoekers zeggen dat het de toekomst van selectieve therapieën kan zijn, waarbij artsen kunnen aanwijzen welke weefsels, organen en cellen wel moeten worden geholpen en anderen niet.

Wat is digibio?

Digibio staat voor de digitalisering van biologie. Het gaat om de relatie tussen biologische databases, biologische simulaties en experimenteren. Federico: “Biologie werd gedigitaliseerd op het moment dat het mogelijk was”. Eigenlijk net als alles. Alles heeft de neiging om zich te digitaliseren op het moment dat het mogelijk was.

Een voorbeeld hiervan is het in kaart brengen van het menselijk genoom. Zodra het kon, hebben we dit gedigitaliseerd. Vroeger was dit onbetaalbaar en waren labs letterlijk vierkante meters. Nu kun je een apparaat kopen voor 2.000 euro ter grootte van een usb stick. In de toekomst doe je een DNA test bij de dokter.

De grote laboratoria van vroeger worden ook steeds meer geautomatiseerd en gerobotiseerd. Volgens Federico worden er daarom veel meer experimenten tegelijkertijd uitgevoerd. Daarmee wordt veel meer data verzameld, wat sneller leidt tot (wetenschappelijke) inzichten en innovatie.

Conclusie

De conclusie die ik voor mezelf na de meetup trok? De meest veelbelovende vorm van nanotechnologie is biologie. Met digitale en elektronische technologie gaan we steeds meer weten over biologie. Andersom gaan we ook steeds meer elektronische dingen in ons lichaam stoppen. Denk aan het continu meten van lichaamsfuncties of het opsporen van zieke en zwakke cellen.

De biologie en technologie gaan versmelten. Fascinerend.

Leeslijst

Je kan podcast interviews luisteren over dit onderwerp. Zo sprak ik met Martijn van Calmthout over zijn boek over nanotechnologie en met Esther Thole over chemie. Zoek de podcast op via iOS of Spotify.

Dit zijn externe links die ik heb gebruikt:

• Onderzoek naar kunstmatige synapsen
• Artikel Engineers have created biocompatible microrobots
• Artikel Elon Musk over technologie in onze hersenen
• Artikel over nier op een chip
• Onderzoek naar 3d microfish
• Onderzoek naar algen en microrobots
• Foto van diego.lopvan boven in het artikel

PS. Wil je me inhuren voor een lezing over workshop over dit onderwerp? Doe dan een boekingsaanvraag!

Hoe denk jij hier over? Laat een reactie achter!