Hvad ved vi om nano?

(PhysOrg.com) -- Nanoteknologi involverer at manipulere det ufatteligt små. En nanometer er omkring 5 kulstofatomer i en række, eller afstanden din negl vokser på et sekund. Materien opfører sig fundamentalt anderledes på den skala, åbner op for nye muligheder for produkter og processer. Nanoteknologi er et enormt voksende forskningsfelt, fuld af muligheder, og medierne og offentligheden begynder at lægge mærke til det.

"Et løfte ved nanoteknologi er ideen om at bygge maskiner på størrelse med molekyler til at trække atomer. Du kunne 'dyrke' alt, hvad du ville. Du kunne dyrke et hus. Eller en t-bone steak, " sagde Arizona State University juraprofessor Joel Garreau på en videnskabscafé, "Fakta eller hype:Hvad fortæller medierne os om nano og andre nye teknologier?" ved Arizona Science Center den 19. marts.

I dag, nanoteknologi bringer os selvrensende vinduer og pletbestandige bukser. Disse produkter er nyttige, men ikke just revolutionerende. Det er løftet om nanoteknologi, der er spændende.

"Verden kunne forvandles så brat, at den er uigenkendelig, " sagde Garreau.

ASU er ved at blive førende inden for nanoteknologisk forskning, både inden for videnskab og teknik samt politiske spørgsmål. I 2009 ASU biofysiker Stuart Lindsay udgav den første omfattende lærebog for området, Introduktion til nanovidenskab. Selvom det er nyt, det begynder at blive brugt meget.

Et nano-casestudie

Lindsay bruger nanoteknologi i sit laboratorium til at hjælpe med at forbedre DNA-sekventeringsteknikker. En af de nuværende udfordringer inden for DNA-sekventering er at tage processen fra noget, der koster titusindvis af dollars og tager uger eller måneder at udvikle sig til noget, der kunne gøres på en computerchip på få minutter eller timer for blot et par dollars.

"Vi ønsker at gøre menneskers sundhed bedre, det er derfor vi gør det, " siger Lindsay.

Det primære mål med Lindsays forskning er at finde en ny måde at læse DNA-baseproteinerne på:A, T, C, og G. Hans team udforsker en metode kaldet elektrontunneling, som Lindsay kalder et "eksotisk stykke kvantemekanik." Elektrontunneling involverer at sende DNA mellem to elektroder, der kan detektere den kemiske sammensætning af hver enkelt base.

Et andet vigtigt stykke teknologi er nanopore, som leder DNA'et mellem elektroderne. Lindsay siger, at nanoporen trækker DNA "som et stykke bomuld gennem en nål." Nanoporer blev engang lavet ved at samle naturlige proteiner, som danner huller i cellevægge, eller ved at tage en elektronmikroskopstråle og bore et lillebitte hul i et stykke silikone. Begge disse processer er svære at udføre, og der er et problem med pålideligt at udskrive elektrodepar meget tæt på DNA.

Lindsays team viste, at et enkelt kulstof nanorør, to nanometer i diameter og centimeter lang, kan nemt vokse på en siliciumwafer ved hjælp af konventionelle videnskabelige metoder. "Du behøver ikke eksotiske teknikker, " han siger.

DNA'et vil derefter glide gennem indersiden af ​​kulstofnanorøret. Dette fænomen var meget uventet. "Dommerne på Science troede ikke på det, første gang vi indsendte papiret, så vi var nødt til at gøre meget mere for at overbevise dem, Lindsay siger, griner. Avisen dukkede op i Videnskab i januar 2010.

Teamet har stadig arbejde at gøre, før de har en fungerende enhed og en virksomhed, der producerer den, men Lindsay siger, "Vi har vist gennemførligheden af ​​denne tilgang til DNA-sekventering. For et par år siden ville de fleste have sagt, at dette var science fiction."

Han tilføjer, "Det er en skam, fordi sandheden om videnskab er, at de fleste midler understøtter trinvise fremskridt, fordi samfundet vil acceptere, at de kan gøre dem. Det betyder, at de store gennembrud er meget svære at understøtte. Det er virkelig værd at finansiere nogle vigtige mål, fordi folk vil nå dem. Hvis du får hold af dygtige mennesker til at samarbejde om et fokuseret mål, du kan virkelig udføre mirakler."

I horisonten

En del af problemet kan være, at offentligheden ikke kan drille ud, hvilke projekter der er "mulige, men fjerne", og hvilke der er "næste års varme produkt." Massemedierne er ikke altid klar over, hvor gennemførligt, og forestående, lovende nye teknologier er. Udvikle teknologier og derefter teste dem for effektivitet, sikkerhed og omkostninger kan tage lang tid. Men offentligheden kan blive forsigtig med at støtte forskning, når alt for hypede "gennembrud" ikke dukker op på markedet hurtigt.

På videnskabscaféen, Garreau talte om "De syv horisonter:Tidslinjer og køreplaner for nye teknologier for de næste tyve år, ” et websted udviklet til at vurdere nye teknologier. Han sagde, at tidslinjen er nyttig til at løse spørgsmål som, "Hvor seriøst skal vi tage det her? Hvor meget tid har vi? Er denne mulighed noget, der kan ske i morgen med sikkerhed, eller noget, der kan være muligt mange årtier i fremtiden?"

Teknologier inden for First Horizon er "tilgængelige, men ikke allestedsnærværende, ” såsom antimikrobielle sokker, der fjerner lugt ved hjælp af nanomaterialer. De andre horisonter omfatter "kommercielle, " "ingeniørarbejde, " "videnskabelig, " "informeret spekulation, " "blå himmel" og til sidst den syvende horisont, "tvivlsom, ” som omfatter videnskab, der ikke ser ud til at være mulig inden for selv de næste 20 år.

Lindsays forskning kan i øjeblikket falde ind under den fjerde horisont, "videnskabelig, "det betyder, at der er bevis for, at teknologien er mulig, men der er ikke forsket meget i, hvordan man kan gøre processen sikker og økonomisk på markedet. Teknologier i denne kategori, ifølge Seven Horizons websted, er "typisk 4-10 år til at nå offentligheden, hvis alt går rigtigt."

The Seven Horizons blev udviklet af Consortium for Emerging Technologies, Militære operationer og national sikkerhed (CETMONS) i samarbejde med ASU's Sandra Day O'Connor College of Law, Lincoln Center for Anvendt Etik, og Prevail Project:Wise Governance for Challenging Futures.

"Nanoteknologi eksisterer næsten ikke i dag, ” sagde Garreau på videnskabscaféen. "Næsten alt, hvad du kan sige i dag om nanoteknologi, er spekulation."

Spekulationer eller i horisonten, hvem er klar over disse fremskridt? Hvem vil få gavn af dem? Som forfatteren William Gibson sagde, ”Fremtiden er her allerede; det er bare ikke ligeligt fordelt."

Nanoteknologi og samfund

Et vigtigt spørgsmål, som nanoteknologi står over for i dag, er udviklingen af ​​regulering i lyset af videnskabelig usikkerhed om teknologien. Elizabeth Corley, en professor ved ASU's School of Public Affairs, undersøger de politiske konsekvenser af nanoteknologi.

"Når vi tænker på et felt som nanoteknologi, videnskaben bevæger sig så hurtigt fremad, at diskussionen om det sociale, etiske, og politiske konsekvenser kommer ofte bagud, " siger Corley, der er co-principal investigator ved Center for Nanoteknologi i Samfundet ved ASU (CNS-ASU).

"Et af målene for CNS-ASU er at sikre, at vi som et videnskabeligt samfund engagerer os i en diskussion om de sociale og politiske implikationer af nanoteknologisk forskning, samtidig med at videnskaben bevæger sig fremad."

Corley modtog tre ingeniørgrader, før hun fortsatte sine doktorgradsstudier i offentlig politik. Hendes nuværende forskning udforsker offentlighedens opfattelse af risici og fordele ved nanoteknologi, samt hvordan de førende amerikanske nanovidenskabsmænd tænker om risici og fordeles rolle i udviklingen af ​​nanoteknologiregulering.

"Vores seneste forskning viser, at nanoteknologi er en af ​​de første nye teknologier, hvor vi har set forskerne mere bekymrede end offentligheden over visse risici, " hun siger. Den største forskel i bekymringsniveau var relateret til menneskers sundhed og miljøet.

Nanotech har lige nu en fragmenteret og næsten ikke-eksisterende politisk ramme. For eksempel, FDA regulerer noget nanoteknologi baseret på en produkt-for-produkt-model, mens EPA regulerer nanoteknologi i vid udstrækning gennem Toxic Substances Control Act (TSCA). Det er meget forskellige modeller, og nogle nanoteknologiske produkter er ikke omfattet af eksisterende regler.

"Offentligheden tænker ofte anderledes om nanoteknologi, der bruges til at producere en livreddende enhed på det medicinske område, end når den bruges til ny overvågningspraksis og -teknikker, " siger Corley. "Det betyder, at det bliver stadig vigtigere at studere offentlighedens opfattelse af særlige anvendelsesområder for nanoteknologi, som miljøet, det medicinske område, og det nationale forsvar.”

Endnu et problem at udforske, Corley siger, er, hvordan vi laver politik om en ny teknologi, når vi endnu ikke kender alle risiciene.

Corley og hendes team har også sporet offentlighedens viden om nanoteknologi over tid, især ved at sammenligne undersøgelsesdata fra 2004 og 2007. Overraskende nok, når man ser på det som helhed, Det offentlige vidensniveau om nanoteknologi har ikke ændret sig meget mellem 2004 og 2007 på trods af talrige opsøgende indsatser. Imidlertid, i en undersøgelse offentliggjort i The Scientist i januar 2010, Corley og hendes team besluttede at se nærmere på forskellige segmenter af offentligheden. De fandt ud af, at der er et voksende nanoteknologisk videngab blandt medlemmer af offentligheden med det mindste og mest formelle uddannelsesniveau.

Fra denne forskning, Corley stiller spørgsmålet, "Hvilken slags opsøgende indsats ville mere effektivt nå de segmenter af offentligheden med lavere formelle uddannelsesniveauer?" Hendes resultater giver et muligt svar på dette spørgsmål, fordi undersøgelsen viste, at internettet kunne fungere som en "nivellering" af disse videnshuller.

"Betyder det virkelig noget, hvis offentligheden forstår videnskab og teknologi?" spurgte Joe Kullman, medieansvarlig for ASU's Ira A. Fulton Schools of Engineering på videnskabscaféen. Hans svar var et utvetydigt, "Ja!"

"Meget af det, der sker, sker – eller sker ikke – på grund af politik, ” tilføjede Kullman. "Folks opfattelser er grundlaget for politik. Politikere lytter til, hvad folk tænker, uanset om det de mener er korrekt eller ej. Hvis vi træffer politiske beslutninger baseret på misinformerede opfattelser, vi vil begå nogle store fejl."