Nanotechnologie
komt steeds dichterbij
Een
pincet uit DNA en organische kabeltjes - 10-08-2000
Een
internationaal team van onderzoekers is er in geslaagd een miniscuul
werktuigje - een pincet - te maken uit DNA, zo meldt Nature.
Eerder al vonden Canadese wetenschappers een manier om organische
kabels zichzelf te laten organiseren op siliconen chips. Maxi-vooruitgangen
op mini-schaal.
DNA
als basismateriaal en als ‘brandstof’
Het internationale team dat erin slaagde de pincet uit DNA - mensen
met een flexibele tong zeggen wel eens desoxyribonucleïnezuur - te
ontwerpen heeft zijn thuisbasis in de Bell Laboratories in
New Jersey in de Verenigde Staten. Het is precies de complementaire
aard van de twee DNA-stringen die de nu wereldberoemde dubbele helix
vormen dat het mogelijk heeft gemaakt het miniscule instrumentje te
ontwerpen.
Elke trap op de DNA-ladder is een verbinding tussen twee chemische
basen: ofwel tussen adenine en thymine, ofwel tussen cytosine en guanine.
Een enkele string DNA zal pas stevig aan een andere string vastzitten
als de sequenties van de bases perfect overeenstemmen.
Het pincet bestaat uit drie DNA-stringen: twee ‘armen’, die elk ongeveer
7 nanometer -een miljardste deel van een meter - groot zijn, en een
die als ‘scharnier’, en ‘ruggegraat’ dienst doet en de twee armen
samen houdt. De armen zijn daarbij lang genoeg om een paar extra basen
van de ruggegraat vrij te laten. Die kunnen worden gebruikt om de
pincet te laten werken. Ook dat gebeurt op basis van DNA. Wanneer
de vierde, passende string bij de pincet wordt gebracht hecht die
zich aan vrije basen waardoor de pincet wordt dichtgeritst.
En het ding kan ook weer open. Ook van de vierde string blijven enkele
basen onbezet. Dat laat een eventuele vijfde DNA-string toe de ‘rits’
van de pincet weg te trekken zodat deze laatste zich weer opent, waarna
de vierde en vijfde string samen wegdrijven als restafval.
Volgens de wetenschappers die hierbij betrokken waren is dit een nieuwe
stap in de richting van moleculaire electronische circuits, doordat
DNA-strings aan moleculen zouden kunnen worden toegevoegd om zo een
ordenend mechanisme te ontwikkelen. Maar er viel nog meer nieuws te
rapen dat deze richting uitgaat.
Organische
kabels
Medewerkers van de National Research Council of Canada (NRCC)
hebben een manier gevonden om organische moleculen er toe te brengen
een mooie lijn te vormen. Hun berekeningen wijzen er verder op dat
tussen deze moleculen een elektronische koppeling tot stand wordt
gebracht, waardoor het mogelijk zou zijn elektronische signalen langs
deze ‘kabels’ over te brengen.
Dergelijke innovaties zijn volgens de onderzoekers nodig opdat de
‘Wet van Moore’, die stelt dat elke 18 maanden de snelheid van processors
verdubbeld en de afmetingen ervan met de helft verminderen, geldig
zou kunnen blijven. De microtechnologie dreigt immers een grens te
bereiken: veel kleiner kunnen de toepassingen met de huidige technologieën
nu eenmaal niet meer worden.
De huidige technologie is fotolithografie, een procédé waarbij ultraviolet
licht wordt gebruikt om patronen in siliconen chips te etsen. Wanneer
men echter met grootteordes wil werken die onder de 100 nanometer
zakken dan is deze technologie niet meer bruikbaar. Bovendien is het
onmogelijk met fotolithografie 3D-objecten te maken.
Als zou blijken dat de ontdekking van de NRCC voor praktische toepassingen
kan worden gebruikt dan ontstaat de mogelijkheid kabeltjes te ontwikkelen
met een dikte van slechts enkele moleculen. Het zou echter nog zeker
5 jaar duren vooraleer de kabeltjes gebruikt kunnen worden in functionele
toepassingen
Nanotechnologie:
van science-fiction naar de huiskamer?
Nanotechnologie dook totnogtoe voornamelijk op in de werken van William
Gibson en andere technologisch geörienteerde science-fiction schrijvers.
In essentie is nanotechnologie een verzamelterm voor technologieën
die zich op moleculaire bouwprocessen baseren, of eenvoudiger gezegd,
manieren om dingen te bouwen met moleculen of atomen. De mogelijkheid
werd voor het eerst in 1959 geopperd door Nobelprijswinnaar voor fysica
Richard Feynman die zei dat “de principes van de natuurkunde de mogelijkheid
dingen atoom per atoom ter verplaatsen niet tegenspreken”.
Volgens Eric Drexleren Ralph Merkle, zowat de meest
enthousiaste onderzoekers op het domein van de nanotechnologie zijn
de mogelijkheden onbeperkt. Als de atomen van koolstof in steenkool
worden gereorganiseerd wordt het mogelijk diamanten te maken, als
de atomen van water, grond en lucht worden herschikt ontstaat er hout.
Eén van de belangrijkste doelstellingen van het commerciële bedrijf
Zynex, waaraan onder andere Merkle verbonden is, is de ontwikkeling
van een nanotech ‘assembler’, een miniscuul en zelfs voor een microscoop
onzichtbaar toestel dat door computers bestuurd zou kunnen worden
en uitgerust is met een robot-arm. Dat toestel zou in staat moeten
zijn complexe moleculaire structuren op te bouwen. Die moleculaire
structuren kunnen eender wat zijn, ook nieuwe ‘assemblers’. Een zelf-replicerend
toestel dus.
En dan slaat de verbeelding natuurlijk helemaal op hol. Nanotechnologie
zou volgens zijn hevigste supporters alles veranderen. De technologie
zou bijzonder goedkoop zijn, precies omdat het gaat om zelf-reproducerende
toestellen die erg goedkoop bouwmateriaal zouden gebruiken. Nano-machines
zouden in de menselijke bloedbaan gebracht kunnen worden om daar de
strijd aan te gaan met ziekteverwekkers. Hordes nanotechnologische
apparaten zouden het milieu kunnen zuiveren. Omdat de ‘assemblers’
zelf onzichtbaar zijn zou materie voor menselijke toeschouwers als
uit het niets lijken te ontstaan. Nanotechnologische computertoepassingen
zouden toestaan alle kennis die in een menselijk leven nodig is in
een polshorloge samen te pakken en uiteindelijke zou de ganse bestaande
maatschappelijke orde omver geworpen worden.
Het is daarom goed te zien dat af en toe iemand als George Whitesides,
verbonden aan Harvard, op de rem gaat staan. Volgens hem zijn er nog
tal van onbeantwoorde vragen, en volstaat het niet te filosoferen
over wat er zou gebeuren als de technologie zich op nanoschaal zou
gaan afspelen. Kleiner is volgens hem niet altijd beter, en bovendien
is zo goed als niets geweten over hoe de schaal van de technologie
de principes volgens dewelke deze technologie zal werken, beïnvloedt.
De vurigste voorstanders van nanotech gaan er van uit dat de schaal
geen invloed uitoefent, maar dat is absoluut niet zeker.
En dan zijn er diegenen die vooral de gevaren van nanotech benadrukken.
Hoe gaan we als kwestbare mensen deze zelfreplicerende machines onder
controle houden? Wat als er iets misloopt en een aantal van die dingen
tegen hoge snelheid willekeurige materie gaan aanmaken. En hebben
nanotech instrumenten geen evolutionair voordeel op biologische wezens?
Zal de technologie niet vooral aangewend worden voor destructieve
doeleinden en militaire toepassingen? De mogelijkheden zijn immers
enorm en de mens heeft al geen al te beste reputatie op dat vlak.
Het Foresight Institute neemt het zekere voor het onzekere
en probeert richtlijnen op te stellen om dergelijke evoluties te vermijden.
Maar dat nanotechnologie er zal komen, lijkt wel zeker, zij het niet
noodzakelijk op de manier zoals die in de orgastische jubelberichten
van naïeve science-fiction fanaten staat beschreven. Er wordt echter
wel onderzoek naar gedaan -de universiteit van Washington lanceerde
op 1 augustus de eerste ‘Ph.D.’-opleiding in nanotechnologie -, de
toenemende belangstelling zal hoogstwaarschijnlijk zorgen voor grotere
investeringen in deze sector en Bill Clinton riep in januari het Congres
nog op een beurs van 500 miljoen dollar te voorzien voor nantech-onderzoek.
Het staat er dus aan te komen, maar wat het precies zal worden weet
nog niemand. (DdV)
Related links:
De
homepage van het nanotechbedrijf Zyvex:
http://www.zyvex.com/
De vereniging Foresight biedt heel wat uitgebreide informatie:
http://www.foresight.org/NanoRev/
Meer links in verband met nanotechnologie: http://www.atomasoft.com/
©
David de Vaal
