Jakten på hjerneprotesen - NTNU
Jakten på hjerneprotesen - NTNU
Jakten på hjerneprotesen - NTNU
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
w<br />
Foto: Geir Mogen<br />
opp silisiumioner fra havvannet. Kiselalgeskallene<br />
varierer i størrelse fra noen få til flere hundre<br />
mikrometer i diameter. Porene er fra 10 til<br />
50 nanometer. Noen av lagene i det lille skallet<br />
blir holdt sammen av sekskantede sylindre<br />
med veldig lette og tynne vegger. Denne formen<br />
er kjent fra bikubene, og vi vet at den er<br />
sterk.<br />
– Biologene har flere hypoteser om hvorfor<br />
og hvordan algene bygger skallene innenfra <strong>på</strong><br />
den måten de gjør det. Algene kan kanskje forbedre<br />
absorbsjonen av sollys; de skal flyte<br />
godt; skallene gjør dem stabile i vannet; de får<br />
bestemte mekaniske egenskaper; de kan lett<br />
feste seg <strong>på</strong> ting, forklarer Tranell.<br />
– Sannsynligvis er dette sammensatt. Algeskall<br />
er uansett funksjonelle. Næringsstoffer i<br />
Alger er kresne i matveien. Bioteknolog Matilde<br />
Skogen Chauton prøver seg fram med ulike<br />
blandinger av silikat, karbondioksid (CO 2),<br />
nitrogen, fosfor, sink, vitaminer og sporstoffer.<br />
«Resultatene fra<br />
simuleringen er lovende.»<br />
Forsker Gabriella Tranell<br />
havet blir transportert inn gjennom porene.<br />
Samtidig er porene så små og dessuten beskyttet<br />
av en membran slik at skitt og lort ikke<br />
kommer inn til organismen, sier Tranell.<br />
GULLKOPIER • Kiselalgene omfatter om lag<br />
10 000 arter. Forskerne er i første omgang interessert<br />
i noen bestemte arter for å finne den beste<br />
og ønskede strukturen i skallet. De har staselige<br />
navn som Thalassiosira pseudonana, Chaetoceros<br />
muelleri, Pinnularia sp. og Coscinodiscus wailesii.<br />
Den siste har vist seg å være en meget god alge<br />
<strong>på</strong> grunn av skallstrukturen, men den er også<br />
vanskelig å dyrke.<br />
Forskerne bruker nanoteknologi for å kopiere<br />
naturlige algeskall med optimal struktur,<br />
det vil si de rette optiske egenskapene. Skallmodellene<br />
kan lages i ulike materialer, deriblant<br />
edle metaller. Gull er et fleksibelt materiale<br />
og velegnet for å lage støpeformer av algeskallene.<br />
En klump med gull får strøm fra en<br />
elektronstråle. Varmen får gullet til å dampe,<br />
og gullatomer legger seg i en tynn film <strong>på</strong> overflaten<br />
til skallene. Med en kobbertape trekkes<br />
gullfilmen av. Forskerne har nå et negativ av algeskallene,<br />
et gullreplikat.<br />
DATASIMULERING • – Gullreplikatene er våre<br />
modeller som blir testet og simulert med optisk<br />
programvare i datamaskiner. Simuleringen<br />
beskriver virkeligheten godt. Resultatene vi har<br />
fra simuleringen, er derfor lovende, forteller<br />
Tranell.<br />
Simuleringen varierer strukturen <strong>på</strong> skallene,<br />
det vil si størrelsen <strong>på</strong> porene og formen<br />
<strong>på</strong> de ulike lagene og bestanddelene. Simuleringen<br />
skal beskrive naturens symmetri, sekskantformen<br />
og andre mønstre. Da må forskerne<br />
blant annet vite hvordan lyset brytes og hva<br />
slags vinkler lyset går i. Skallstrukturen bestemmer<br />
så hvordan lyset blir reflektert og utnyttet<br />
inne i skallet.<br />
Det er også mulig å konstruere en perfekt<br />
modell og deretter lete for å finne modellen hos<br />
naturlige alger. Forskerne vil prøve <strong>på</strong> det senere.<br />
For å finne alger som kan egne seg til bruk i<br />
nanoteknologi og materiale til solceller, gran-<br />
sket forskerne litteraturen til 1800-tallets britiske<br />
gentlemen. Adelsmenn med tid og midler<br />
viet seg til forskning og var særlig fascinert av<br />
alger, som de klassifiserte i tykke bokverk. Her<br />
fant dagens forskere flere typer alger med ulike<br />
skallstrukturer som kan være aktuelle.<br />
SELVORGANISERING • En av de interessante<br />
utfordringene forskerne har, er å organisere algeskall<br />
til å ligge samme vei <strong>på</strong> en overflate. For<br />
å få til dette må de manipulere skallene.<br />
– Poenget er å utnytte den rike og komplekse<br />
nanostrukturen i skallene fullt ut. Med organisering<br />
menes at hele overflaten som algeskallene<br />
ligger <strong>på</strong>, er dekket av skall uten at<br />
skallene overlapper hverandre, forklarer materialteknolog<br />
Julien Romann.<br />
Men først blir algene vasket i syre som fjerner<br />
alt organisk materiale. Syrevasking kan<br />
også brukes bevisst for å endre mønstre og<br />
strukturer i skallene.<br />
Romann forteller at en god metode for å få<br />
et jevnt og enkelt lag med helt rene algeskall <strong>på</strong><br />
en overflate er å skape tiltrekning mellom skallene<br />
og overflaten. Algeskall av silisium er litt<br />
negativt ladet. Når overflaten de skal ligge <strong>på</strong>,<br />
lades litt positivt, oppstår statisk elektrisitet<br />
som gir god interaksjon mellom skallene og<br />
overflaten. Metoden er teoretisk lovende, og<br />
forskerne starter med testing nå.<br />
En annen metode er å bruke væske. Vann og<br />
kloroform er en god kombinasjon. Kloroform<br />
er tettere enn vann og de to væskene blander<br />
seg ikke. Vann legger seg øverst.<br />
– Tyngdekraften gjør at algeskallene vil synke<br />
litt i vannet. Så sedimenteres skallene, samler<br />
seg, før de når grensesnittet mellom vann og<br />
kloroform. En tett film av algeskall dannes naturlig<br />
og kan legges <strong>på</strong> en positivt ladet overflate<br />
som er klargjort <strong>på</strong> forhånd, forklarer Romann.<br />
KRAVSTORE ALGER • Bioteknolog Matilde<br />
Skogen Chauton arbeider <strong>på</strong> laboratoriet som<br />
dyrker alger og sier at det er energikrevende for<br />
algen å bygge det komplekse skallet.<br />
– Skallet må være lett, slik at algen ikke synker<br />
nedover i havet. Samtidig må skallet være<br />
Kiselalgen Coscinodiscus wailesii har skall som er bygget i flere lag silika. Porer og mønstre danner sylindre som tar opp alt lys uten å slippe noe ut igjen.<br />
sterkt nok til å beskytte mot beiting og vannets<br />
bevegelse. Algeskall kan sammenlignes med<br />
samme type glass som laboratorieglassene<br />
våre, som tåler varme og kjemikalier, sier hun.<br />
Kiselalger må ha silikat for å bygge skall. Silikat<br />
er en kjemisk forbindelse mellom silisium<br />
og andre grunnstoffer. Algene tar opp silikat og<br />
et annet særlig hensiktsmessig stoff <strong>på</strong> nesten<br />
samme måte, nemlig titanoksid. Titanoksid er<br />
transparent og har gode ledende egenskaper.<br />
Tynne lag titanoksid i solcellen kan derfor forbedre<br />
effektiviteten.<br />
– Vi får algene til å ta opp titan i skallene når<br />
vi tilsetter titan samtidig som vi «sultefôrer»<br />
algene <strong>på</strong> silikat, sier Chauton.<br />
Enorme mengder havvann skal til for å få<br />
nok alger til solcelleproduksjon. Varierende<br />
biologisk aktivitet i havet gjør dessuten naturlig<br />
sjøvann ustabilt å jobbe med. Et alternativ<br />
er å bruke vanlig akvariesalt tilsatt destillert<br />
vann. Så prøver forskerne seg fram med ulike<br />
blandinger av næringsstoffer til algene, for <strong>på</strong><br />
den måten å styre algenes byggeaktivitet: karbondioksid,<br />
nitrogen, fosfor, sink, vitaminer<br />
og sporstoffer.<br />
– Noen algetyper er kravstore. Andre er ikke<br />
fullt så kravstore. Vi kan naturligvis ikke ta <strong>på</strong><br />
og føle algene, men de er forskjellige, sier<br />
Chauton.<br />
MEN NÅR? • Når kan vi begynne å produsere<br />
solceller med algeskall og nanoteknologi? Ga-<br />
briella Tranell er forsiktig med å s<strong>på</strong>, men har<br />
tro <strong>på</strong> naturens smarte løsninger.<br />
– Om ti år er solceller annerledes enn i dag,<br />
både i design og materialer. Jeg tror vi lager solceller<br />
etter kopier av biologiske strukturer. Vi<br />
må tenke nytt når vi skal utvinne ren og lønnsom<br />
energi. Solcellepaneler er nå konstruert<br />
slik at de flytter seg jevnt etter sola som går<br />
over himmelen, fra øst til vest. Men kanskje vi<br />
bør se <strong>på</strong> hvordan bladene <strong>på</strong> trærne er: ikke<br />
symmetrisk rettet etter lyset til enhver tid, men<br />
vendt i litt ulike retninger.<br />
– Vi ser at det blir mer og mer aktuelt å imitere<br />
naturen, å lære hvordan naturen har gjort<br />
det for å være funksjonell. Inspired by nature!<br />
Gabriella Tranell smiler som en sol. ■<br />
18 gemini • nr. 4 • desember 2011<br />
gemini • nr. 4 • desember 2011<br />
19<br />
Foto: Anita Fossdal/Sintef Materialer og kjemi