Hvorfor nanoteknologi er mere end bare et modeord

Hvad formoder ordet "nanoteknologi" for dig?

Jeg har brugt den bedste del af en uge på at tale om udtrykket "nanoteknologi", og om det er et rigtigt felt, et reelt udtryk eller ej.

I sin enkleste forstand, nanoteknologi betyder at arbejde med materialer i størrelsesordenen en milliarddel af en meter. Præfikset "nano" refererer til en milliarddel:det er en del af den videnskabelige målestørrelse.

Jeg bruger udtrykket nanoteknologi som et praktisk overordnet udtryk til at beskrive mit forskningsområde. Min forskning går på at lave nanopartikler, der kan bruges som små kapsler til at levere medicin til celler. Jeg arbejder med proteiner og en række guldnanopartikler for at forsøge at nå dette mål.

Læs mere:Forskning løser problemer i den virkelige verden:eksperter skal arbejde sammen for at få det til at ske

Salg af nanoteknologi

Ligesom mange videnskabelige og akademiske termer, nanoteknologi (også kendt som "nano") er et overforbrug, overhypet udtryk i massemedierne.

Kosmetikvirksomheder reklamerer for produkter med "nanoteknologi" - måske i håb om at formidle, at bittesmå robotter reparerer din hud. Imidlertid, disse produkter er mere tilbøjelige til bare at omfatte liposomer - små, dobbeltlags bobler af lipid. De er nanopartikler, ikke helt de nano -robotter, vi ville forestille os fra science fiction.

Tata Nano -bilen i Indien, og Apples iPod Nano musikafspiller bruger også præfikset "nano". Det er blevet et bekvemt præfiks, på samme måde som "mikro" og "smart" er overforbrugte og effektivt meningsløse marketingtermer.

For at komplicere tingene yderligere, nanoteknologi og nanovidenskab er nu populært synonymt med "miniaturerobotter, der vil gøre verden til gråt" eller minimale usynlige trusler mod vores sundhed og miljø.

Det er rigtigt, at der er en vis bekymring omkring de potentielle miljøvirkninger af forkert bortskaffede nanomaterialer. Nanomaterialers toksikologi og lovgivningsmæssige spørgsmål omkring deres anvendelse og bortskaffelse er en løbende diskussion.

Men det er frustrerende som videnskabskommunikator og videnskabsmand at se udtrykket "nano" brugt på nogle af disse måder - ikke på grund af mangel på humor, men på grund af den indsats, der kræves for at imødegå disse misforståelser, er ofte uforholdsmæssig i forhold til den lethed, hvormed de bliver misbrugt.

Betyder 'nano' ingenting?

Så gælder udtrykket nanoteknologi for alt, og derfor ikke betyder noget? Mens nano er et modeord i reklame og medier, der er en mere specifik forståelse af, hvad det indebærer inden for videnskab - eller rettere, ingeniørarbejde.

Nanoteknologi er et bredt felt, der dækker forskning og opfindelser, der gør brug af de kvanteeffekter, der sker på nanoskalaen - det vil sige på nanometer eller milliarddel af et meters niveau.

På grund af materialernes og partiklernes størrelse på dette niveau, kvanteeffekterne bliver mere markante på nanoskalaen, og kan bruges til at generere helt nye, tyndere materialer.

Udtrykket "kvanteeffekter" refererer her til materialets egenskaber, der former smeltepunkt, fluorescens, elektrisk ledningsevne og kemisk reaktivitet.

For eksempel, på nanoskala, der er nye optiske egenskaber - det vil sige reaktioner mellem lys og materiale - der kan bruges til applikationer såsom nanobarkodning.

Nanoteknologi bruger disse egenskaber til at lave nye materialer og enheder - alt fra blød elektronik, plasmoniske supergitter (ultratynde nanomaterialer, der interagerer med lys), guld, sølv og polymer nanopartikler, nanotråde, og så videre.

I sandhed, biomolekyler og vira er de originale, helt naturlig nanoteknologi. Biomolekyler såsom DNA kan lagre den genetiske kode for liv, men strukturen af ​​DNA kan bruges til at generere nanotråde, og DNA kan bruges som en bro mellem partikler for at forbinde dem sammen.

Proteiner kan bruges som stilladser til at gøre metalliske strukturer kendt som metallo-organiske rammer, der kan bruges som filtre eller til behandling af terapier, for blot at nævne to applikationer.

Vi kan også lave materialer af uorganiske materialer som guld og sølv - der findes nu penne, der giver dig mulighed for at tegne nanotrådskredsløb.

Solcreme har nanopartikler, og sølvnanopartikler bruges som antibakterielle midler i mange dagligdagsartikler. Litiumbatterier bruger nanotech til bedre opbevaring:faktisk, nanotech er afgørende for at forbedre batteriets ydeevne og kapacitet.

Og nanotech er nyttig i miniaturiseringsenheder og forbedrer deres ydeevne. Vi har nu håndholdte DNA-sekventer, der kan bruges i marken. Vi behøver ikke længere at sende prøver tilbage til laboratoriet og vente på resultaterne - vi kan sekvensere DNA på stedet, takket være den intelligente brug af proteiner i miniaturiserede enheder.

Det meste af nanoteknisk forskning er tværfagligt (kombinerer forskellig ekspertise), endda tværfagligt (opererer på mange videnskabelige områder). Det kræver, at du dykker ned i kemi (uorganisk og organisk), elektronik, analytisk kemi, overfladekemi, proteinkemi og struktur, nukleinsyrekemi (både DNA og RNA), lipider (fedtstoffer), og mange flere teknikker.

Så, det er ofte lettere at bruge det overordnede udtryk "nanoteknologi", når man beskriver denne form for forskning, der involverer mange discipliner.

Vi bruger materialers nanoskalaegenskaber, kreativitet og opfindsomhed til at skabe ny teknologi, nye materialer, nye strukturer, og måske i fremtiden, nye måder at være på.

Tænk på det på denne måde:hvis du vil krympe enheder, du gør komponenterne i disse enheder mindre. Nanoteknologi bruger bare komponenter i nanometerstørrelse til at bygge disse enheder, ved hjælp af de kvanteeffekter, der er fremtrædende på denne skala.

Nanoteknologi samler alle disse funktioner til nyttige applikationer.

Nano er ikke bare 'BS'

Ved kulansigtet, forskning er for det meste spændende ideer, der kræver kedelig optimering; forsøger at fremstille bittesmå genstande nedefra og op (dvs. bygning i nanoskala) i stedet for ovenfra og ned (raffinering af eksisterende materialer).

Inden for nanoteknologi, vi behøver ikke at bryde store materialer op i små stykker, vi forsøger at generere dem nedefra og op ved hjælp af kemi. Den slags arbejde kan være kedeligt, men når det virker for første gang, det er som magi.

Så nanotek kan, Sommetider, som Elon Musk antydede, være en "BS" catch-all term.

Men det er også et felt, mange forskere og ingeniører arbejder på hver dag, og som mange universiteter anerkender. Det vokser, spirende felt fuld af spændende og intelligente nye opfindelser.

På mange måder, det er et virkelig seriøst forsøg på at krydse både organisk og uorganisk sammen til enheder, der efterligner naturens udsøgte forfininger. Det er svært - og spændende.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.