Kategoriarkiv: Nanoteknologi

Indlæg om nanoteknologi.

Du er en ion – og du er på vej på dit livs flyvetur!

En af de store glæder ved at arbejde i et eksperimentelt laboratorium er de mange instrumenter og dimser man får lov at arbejde med. Selvom et instrument jo er et middel og ikke et mål er nogle af dem nu alligevel så fantastiske, at de fortjener omtale. I dag vil jeg viser jer et af mine absolutte yndlingsinstrumenter, nemlig vores Time-of-Flight massespektrometer.

TOF

Et massespektrometer er et apparat som kan skelne forskellige typer af molekyler og på den måde give en beskrivelse af hvilken sammensætning man har i den gas man ønsker at undersøge. Dette kan anvendes til alt fra læksøgning af et vakummkammer til avanceret analyse af kemiske stoffer. I vores lab anvendes i stor stil massespektrometre til at påvise omdannelse af kemiske stoffer under katalytiske reaktioner.

Inspireret af Jonas’ indlæg som viser en film af hvordan solsystemet ser ud set fra en rumsonde fik jeg lyst til at lave det samme visualisering af hvordan en ion oplever sin begivenhedsrige tur gennem et massespektrometer. Desværre har jeg ikke kunne finde sådan en film, så I må i stedet tage til takke med mit ydmyge forsøg på at beskrive turen.

Forestil dig, at du er et molekyle, lad os for nemheds skyld antage, at du er en ædelgas, hvis du føler dig ganske særlig og enestående kunne du forestille dig, at du et et Xenon atom, føler du dig mere gennemsnitlig og almindelig kan du være et Argon atom. Som et neutralt atom bevæger du dig omkring i et relativt kaotisk mønster hvor du konstant flyver fra den ene væg til den anden.

For at fungere må et massespektrometer  operere i et relativt højt vakuum; hvis trykket er for højt vil de enkelte gasmolekyler ramme hinanden, og det bliver umuligt at styre ionerne gennem den relativt komplicerede rute de skal igennem for, at vi kan opnå den ønskede masseseparation. En betingelse for at kunne håndtere gassen på en kontrolleret måde er, at vi kan ionisere den, dette foregår i ioniseringskilden:

Pludselig og uden varsel oplever du, at en elektron rammer dig meget hårdt! Efter at have sundet dig et kort øjeblik oplever du til din skræk at kollisionen har frarøvet dig en af dine elektroner – du er blevet til en ion. I dit nye liv som ion er dit bevægelsesmønster kraftigt forandret idet du opdager, at du nu påvirkes af elektriske kræfter, og lige nu kigger du ned i en lille fordybning med hul i midten – din tur ind i massespektrometret er begyndt! 

acceleration_region

Efter at have ioniseret gassen og ledt den ind i selve massespektrometeret gennem en serie af simple elektrostatiske linser er ionerne nu klar til selve masseseparationen. Der findes flere måde at adskille de forskellige typer af gas, men fra navnet Time-Of-Flight kan man nok hurtigt gætte, at vi i dette apparat baserer os på et princip hvor vi adskiller de enkelte komponenter via deres flyvetid hen over en bestemt afstand.

Langsomt bevæger du dig ned mod hullet og ude på den anden side ser du, at du nu befinder dig i et egentlig ganske fredeligt område hvor du er fanget i en smal gyde med et tæt hønsenet til den ene side og en massiv kobberplade til den anden. Glad og tilfreds driver du langsomt gennem gyden indtil du pludselig overraskes af et kraftigt elektrisk felt som sender dig direkte gennem gitteret (pas på at ramme mellem hullerne, ellers bliver dit liv som ion ikke meget længere!).

Ude på den anden side af gitteret raser du nu af sted med en hastighed på 44km/s (24km/s hvis du er et xenon atom). Men ikke nok med, at du pludselig farer afsted, du befinder dig nu på en meget stejl rampe som uden hvil bliver ved med at forøge din hastighed til svimlende højder. Da du efter meget kort tid når en hastighed på 111km/s (61 for xenon) farer du igennem endnu et tæt vævet net og befinder dig nu i et meget langt rør.  Der sker så mange ting på en gang, at du måske slet ikke bemærker, at du får et lille skub som drejer din bane så du nu flyver en lille smule skævt.

IMG_20110201_154610

Pludselig synes din høje fart ikke længere at være et problem, her er fred og ingen fare og dit nye højhastighedsliv forekommer egentlig at være ganske ubekymret. Forude anes dog problemer; det er som om røret slutter i en lang stejl bakke, og det er ikke godt at vide hvad der er på den anden side… bekymringen skal dog hurtigt vise sig at være ubegrundet for bakken viser sig at være nøje afstemt så du roligt og kontrolleret ruller op indtil du et kort øjeblik ligger stille for derefter at rulle ned igen.

IMG_20110201_154631

På turen ned bemærker du, at bakker i det elektriske felt er ægte gnidningsfri og du rammer derfor bunden af bakken med nøjagtigt samme hastighed som du kom med, og du farer igen med voldsom hastighed ud i røret. Glad og ubekymret fortsætter du turen tilbage, ikke siden du for mere end 15μ-sekunder siden mistede en elektron i en voldsom kollision har du oplevet noget rigtig ubehagelig og da du som atom har en uhyre kort hukommelse er den lille oplevelse for længst glemt.

Nej, livet er trygt og ubekymret på vej gennem det store og rummelig rør. Selv ikke da du i det fjerne aner endnu en bakke finder du grund til bekymring – du har prøvet det før og det plejer at gå fint. Men hov, vent, stop, stands!!!!! Alt, alt for sent indser du, at denne bakke er helt anderledes end sidst, denne gang er møder du ikke en blød bakke, men derimod en bakke så stejl, at du fra din vinkel ikke kan se om det faktisk er en væg. Inden du når at se dig om kolliderer du meget voldsomt med væggen, og faktisk rammer du så hårdt at du trænger mange atomlag ind i vægen – kaos råder og du kæmper for at forstå hvad der er sket men’s atomer og elektroner vælter rundt mellem hinanden rundt om dig.

Det sidste du ser er, at endnu flere af dine elektroner er blevet flået af i kollisionen – du ser dem i det fjerne tordne op ad den samme væg som du lige er ramt ind i og først da kommer du i tanke om, at hvad der er en massiv væg for en type ion er en rutsjebane for andre ioner – det hele handler om fortegn, men det kan være lige meget nu…

Når ionen er kommet sikkert gennem hele flight-tube og har ramt detektoren vil dens flyvetid fortælle os hvor tung den er, forudsat at vi kender geometrien af røret samt hvilke spændinger vi anvender til acceleration af ionerne. Hvis vi sender en lang række ioner ud på samme tur som vores ven og plotter alle flyvetiderne får vi en repræsentation af hvilke elementer som var til stedet i den prøve eller den gasstrøm vi ønsker at analysere. Svaret pa, hvad man så kan bruge sådan en analyse til, må vente til en anden gang, men her kommer i hvert fald et eksempel på hvordan sådan et spektrum kan se ud.

Skriv en kommentar hvis du er nysgerrig efter hvilket stof vi her kigger på:

plot.php

Den teknologiske singularitet

DR har en artikel oppe lige nu om kunstig intelligens og hvornår man kan regne med at computerne trækker lige og integreres med mennesket. Den slags forudsigelser har man hørt før og de skal tages med et ton salt, men det er interessant hvem der udtaler sig her – Ray Kurzweil har nemlig brugt en del tid på at beskæftige sig med teknologisk udvikling.

Læs videre Den teknologiske singularitet

NanoCover til skibe virker ikke – firmaet må betale én million kroner

Firmaet NanoCover har tabt et væddemål til Dansk Sejlunion på én million kroner. Firmaet påstod for halvandet år siden at deres nano-produkt til påmaling på skibsskrog beskytter mod begroninger. En test har nu vist at forseglingen fra NanoCover ikke beskytter sejlbåde mod alger og små krebsdyr under vandlinjen. NanoCover har tabt én million kroner til sejlunionen og trækker nu deres markedsføring tilbage.

Læs historien på ErhvervsBladet.dk og på Ing.dk.

Sort som bare… ja, faktisk som intet andet!

Rekorden som verdens sorteste stof er netop blevet slået! Et lag af carbon nanorør reflekterer kun 0,045 procent af det lys, der rammer det, og det slår den tidligere rekord med flere længder.

Personligt er jeg lidt træt af det, for jeg har lige skrevet et svar på spørgsmålet “hvad er verdens sorteste stof?” til et større populærvidenskabeligt tidsskrift, og så bliver rekorden bare slået 🙁

Nanosølv i stor stil på apoteket

For nogle måneder siden var jeg på apoteket, og der lagde jeg mærke til, at stort set alle deres plastre indeholder nanosølv! Nanosølv er jo et velkendt antibakterielt middel, og som sådan virker det jo til at være en god idé at kombinere med et plaster.

Men som bl.a. Nyhedsmagasinet Ingeniøren har skrevet om, advarer flere eksperter mod det begyndende storforbrug af sølvpartiklerne, som vi ser i øjeblikket. Faren er ganske enkelt, at man udvikler bakterier, der er resistente over for antibiotika.

Jeg sendte en forespørgsel til Danmarks Apotekerforening om, hvorvidt det var en problemstilling, man havde overvejet. Jeg har fået svar fra foreningen, der fortæller, at man i forbindelse med nanosølv har konsulteret Lægemiddelstyrelsen, der er den ansvarlige myndighed for produkter, der falder under lovgivningen om medicinsk udstyr. Lægemiddelstyrelsen svarede, at “der ikke er tilstrækkelig videnskabelige resultater på nuværende tidspunkt, som kan påvise en uacceptabel risiko ved sølvpartikler i plaster, men at styrelsen som en del af den sædvanlige markedsovervågning ville være opmærksom på den videnskabelige udvikling på området.

Apotekerforeningen oplyste mig desuden om, at apotekerne er forpligtede til at sælge lægemidler, men sortimentet af andre relevante varer som f.eks. plastre bestemmes helt af det enkelte apotek.

Nanoteknologi skræmmer

Danskerne er bange for nanoteknologi, i hvert fald ifølge en overskrift til en artikel i Ingeniøren.

En ny undersøgelse viser, at forbrugerne mener, at udviklingen inden for nanoteknologi skal fortsætte, og at samfundet må tage nogle chancer. På den anden side er de dog også bekymrede for mulige risici, og de ønsker mere kontrol og mærkning.

Lidt sjovt så nævnes dieselpartikler og asbest også i artiklen. Godt nok er der tale om nanopartikler, men det er ikke lige, hvad jeg forstår ved nanoteknologi.

Hvad er nanoteknologi?

I går sluttede Inascon, en konference for nanoteknologistuderende fra det meste af Europa.

Jeg deltog selv i den vældig inspirerende konference (læs eventuelt mere her) og kom i løbet af de fire dage, den varede, frem til hvad nanoteknologi også er. (Læs om hvad nano almindeligvis er her.)

Det, som er lidt specielt ved nanoteknologi og nanoscience for tiden, er tværfagligheden. Denne dyrkes i høj grad på grunduddannelsen i nanoscience på Aarhus Universitet, hvor de tre første år byder på en række fag inden for fysik, kemi og molekylærbiologi, sådan at man som studerende allerede fra starten er helt igennem tværfaglig. Uddannelsen i Århus administreres af iNANO, interdisciplinært nanoscience center, så allerede i titlen sporer man det høje fokus på tværfaglighed hos iNANO.

Tværfagligheden betyder, at grænserne mellem de forskellige grene inden for naturvidenskab mere eller mindre udviskes, hvilket gør naturvidenskabens verden langt mere mangfoldig. Er man specialist i DNA er der både fysiske, kemiske og biologiske egenskaber at tage fat på. En fysiker ville nøjes med at se på de fysiske egenskaber, og selv om det kan være nok så interessant, synes jeg personligt, at det bliver noget mere interessant, når man ser på disse egenskaber i en større sammenhæng, hvor også molekylets særlige kemiske og biologiske egenskaber betragtes.

Og det er det, vi efterhånden har lært, og det er derfor, det lige nu er superinteressant at være en del af denne nye generation af tværfagligt uddannede nanoteknologer! Vi er ikke opdraget inden for et bestemt fags traditioner, og det skal nok ende med at blive vores styrke.

Utraditionel tænkning indover!