Nanotechnologie – Scheikundejongens

Ook NOS snapt nano niet

De mooie beloftes die de ‘nanotechnoloog’ ons maakt, verblindt de journalist. Mooie woorden, ongekende fantasieën en gigantische getallen, ze worden allemaal klakkeloos overgenomen. Zelfs het acht uur journaal van de NOS weet science niet meer van fiction te onderscheiden. En ik maar denken dat dit zo’n betrouwbaar programma was. Ze kramen maar wat uit.

Ja lieve redactie van de NOS: jullie verstaan jullie vak niet! Jullie wetenschapsredactie moet terug naar de middelbare school!

Laten we eerst de uitzending van maandagavond bekijken (25 oktober 2010, 20.00h) en dan lopen we even rustig alle domme dingen langs. Het item loopt van 11min27s tot 14min22s.

Glas dat je kunt vouwen, wijn die je van smaak kunt laten veranderen. Dat klinkt als science fiction, maar binnenkort is het realiteit. Het zijn voorbeelden van zogeheten nanotechnologie.

Laten we inderdaad science (wetenschap) niet verwarren met fictie. Dit zijn geen typische voorbeelden van nanotechnologie. Wijn van smaak laten veranderen lijkt me overigens niet uitzonderlijk moeilijk. Iets met azijn?

Ontwikkelingen waarin alleen al dit jaar wereldwijd 1500 miljard euro (€ 1.500.000.000.000) in om gaat.

Dit is natuurlijk onzin, omdat dit neer zou komen op €221 per hoofd van de wereldbevolking. Een serieuzere bron (Industry Week) vertelt het volgende: “By 2009 the nanotechnology market reached an estimated $11.7 billion in sales.” Dat was in 2009 ongeveer tussen de €8–9 miljard euro. Dit is een mis-schatting met een factor 170. Per hoofd van de wereldbevolking is dat in plaats van €221, maar €1. We hebben het hier dus niet over 6 keer de begroting van de Nederlandse regering, maar over een paar honderdste daarvan. Waar heeft de NOS dit enorm grote getal vandaan?

Met nanotechnologie maak je producten op een heel andere manier dan normaal, namelijk met atomen en moleculen. Twee van de kleinste deeltjes die er bestaan. Door die deeltjes aan te passen, zijn we in staat om de eigenschappen van vrijwel alle producten te veranderen.

De redactie die dit item in elkaar gedraaid heeft, is nog voor Daltons atoomtheorie naar school geweest, dus wij zullen zo vrij zijn om nog eens goed uit te leggen waar de wereld uit bestaat.

Alle materie bestaat uit atomen. We kennen nu iets meer dan 100 soorten en die soorten noemen we “elementen.” Deze elementen staan gerangschikt in het periodiek systeem der elementen. Uit atomen kunnen we grofweg drie soorten materialen maken: metalen, zouten en moleculen. Voorbeelden van metalen zijn ijzer, zink en wolfraam; voorbeelden van zouten zijn keukenzout (natriumchloride), roest (ijzeroxide) en kalk (o.a. calciumoxide en calciumcarbonaat); voorbeelden van moleculen zijn aceton (nagellakremover), water (zitten een beetje zouten in) en zuurstof (en veel andere dingen in de lucht, zoals stikstof en koolstofdioxide). Maar kom, laten we niet al te lang stil staan bij deze basale kennis.

Men maakt altijd materialen van atomen en soms met moleculen. Verschrikkelijk onhandige woordkeuze.

Voor de compleetheid zal ik nog mijn favoriete definitie geven van “nanotechnologie”: de studie naar alle materialen waarbij de eigenschappen typisch afhangen van de grootte van het materiaal, en niet zozeer de chemische samenstelling zelf. Dit komt neer op groottes rond de 1–100 nm. Houd in gedachten dat een watermolecuul ongeveer een tiende nanometer groot is. Losjes wordt wel eens opgemerkt dat veel kleine eiwitten en veel grote moleculen deze grootte hebben. Maar let op, de meest interessante nanomaterialen vallen meer onder de categorieën zouten en metalen, niet moleculen.

Atomen aanpassen is overigens iets voor hogere-energiefysici; moleculen aanpassen is klassieke organische chemie.

Nanotechnologie is buitengewoon ingewikkeld, maar wat het ons gaat brengen is onvoorstelbaar.

Afgezien van dat ‘maar’ hier geen tegenstelling aanduidt, is nanotechnologie absoluut niet buitengewoon ingewikkeld in vergelijking met andere actieve velden in de wetenschap. Experimenten naar stromingen, het weer voorspellen en kwantumtheorie zijn wél extreem complex. Voor sommigen is een informatief en genuanceerd nieuwsbericht maken ook ingewikkeld, maar nanotechnologie staat in de wetenschap niet te boek als “buitengewoon ingewikkeld.”

In het filmpje wordt nu uitgelegd dat er naar aanleiding van een kunstinitiatief, een tentoonstelling wordt gehouden over “speculatieve producten.” Hier heb ik niks op aan te merken. Speculatie inderdaad.

Het gebruik van nanotechnologie in producten groeit enorm snel.

Nu wordt er verteld hoeveel geld er uitgegeven wordt aan dergelijke producten. Wel wordt nu netjes onder het vloerkleed geveegd dat er belachelijk veel meer producten zijn die claimen nanotechnologie te gebruiken, dan dat er producten zijn die dat daadwerkelijk doen. Industry Week is het nog steeds niet eens met de NOS: in 2015 wordt geen €2500 miljard uitgegeven aan producten, maar €26 miljard. Honderd keer zo weinig.

Is het [nanotechnologie, red.] leuk, of gevaarlijk?

Welke prutjournalist heeft deze open deur gedirigeerd? Dit zijn toch geen vragen, dit is retoriek. Vraag anders direct even of er ook wel eens ongelukken mee gebeuren, er mogelijkheden zijn in de strijd tegen kanker en of er misschien wel geld mee te verdienen is. Heeft hij echt een speciale studie gevolgd om op dit soort inkoppertjes te komen? En hij is ook nog door de sollicitatieronde gekomen, voordat hij het veld in mocht van de NOS?

Hulde trouwens aan Koert van Mensvoort. Het zilvervoorbeeld legt perfect uit waar de kansen en problemen liggen. Geen foutieve simplificaties nodig, geen ingewikkelde voorkennis, gewoon een beeldend en juist voorbeeld. Het antwoord “We spelen we een beetje met vuur” is wel wat ongelukkig gekozen. Misschien is het handiger om het te vergelijken met autorijden: gevaarlijk, maar noodzakelijk.

Lieve mensen van de NOS, het acht uur journaal was voor mij dé autoriteit op het gebied van nieuws. Als jullie iets zeiden, was het waar. Maar nu ik weet wat voor onzin jullie uitkramen over nanotechnologie, weet ik niet meer of ik jullie wel kan vertrouwen op andere gebieden. Lieve redactie, ik vertrouw op jullie. Want als ik jullie niet meer kan vertrouwen, wie dan nog wel?

Super hydrofoob

Twee onderzoekers van de Graduate Aeronautical Laboratories van Caltech, Adrianus I. Aria en Morteza Gharib, publiceerden al bijna twee weken geleden een waanzinnig kort, maar ook erg mooi artikel in arXiv (spreek uit: archive). Op een flexibel stuk plastic hebben ze een heleboel rechtopstaande koolstofnanobuisjes gezet. Koolstofnanobuisjes zijn erg apolair en daardoor hydrofoob. Dat wil zeggen: water vindt het niet prettig om in contact te staan met de nanobuisjes. Net zoals olie dus.

Doordat de koolstofnanobuisjes als een soort haartjes omhoog staan, is er maar een heel klein contactoppervlak tussen de waterdruppel en de nanobuisjes. Water blijft daardoor als een bijna perfect ronde druppel liggen. En houd je het oppervlak een beetje schuin, dan rolt de druppel zo weg, zonder een spoortje achter te laten. Een dergelijk oppervlak noem je super hydrofoob. Van hun creatie maakten de twee wetenschappers onderstaand filmpje.

Is dit allemaal dan nieuw? Nee, helemaal niet: in de natuur komt dit grapje al heel lang voor. Een aantal waterplanten, zoals de lotus, hebben bladeren die ook super hydrofoob zijn. Het fenomeen uit bovenstaand filmpje heeft daarom als bijnaam het lotuseffect. Hiermee houden deze planten hun bladeren tegelijk schoon én droog. Gelukkig zijn lotusbladeren, in tegenstelling tot koolstofnanobuisjes, niet kankerverwekkend.

Dank voor de tip, Stella.

Studium Generale over nanotechnologie

Nanotechnologie. Ik krijg soms een beetje de kriebels van dat woord. Niet alleen omdat ik de indruk heb dat journalisten die met de term strooien vaak geen idee hebben wat het inhoudt (namelijk: gewoon natuur- en scheikunde), maar ook omdat de mogelijkheden naar mijn mening grof overschat worden. Niet zozeer door de wetenschappers in het veld, maar wel door de eerder genoemde journalisten.

Zo las ik recentelijk in een aankondiging van een discussie-avond van Studium Generale over nanotechnologie: “…door je lichaam patrouillerende nanobots die je bloedspiegel perfect op peil houden.” Nanobots? Laat me niet lachen. We hebben al moeite om een beetje mooi en reproduceerbaar nanodeeltjes te maken. Nanobots horen wat mij betreft écht thuis in sciencefictionboeken.

Met zulke absurde toekomstverwachtingen snap ik wel dat ‘het grote publiek’ een angst heeft voor nanotechnologie. Ik zou me ook niet helemaal lekker voelen bij de gedachte dat er nanobots in mijn bloed zouden zitten. Of in mijn hersenen, als groot complot van de overheid om mij zodanig te beïnvloeden dat ik geen kritische vragen meer stel. Ik zie de laatste tijd overigens ook verdacht veel chemtrails.

Hoe dan ook, het is fijn om chemicus te zijn. Dan weet je dat dergelijke zaken écht niet aan de orde zijn (maar mij moet je niet geloven, want ik ben onderdeel van Het Complot). Wat wél aan de orde is, is dat nanomaterialen andere eigenschappen hebben dan hun niet-nano varianten. Goudnanodeeltjes zijn bijvoorbeeld rood van kleur, terwijl goud normaal goudkleurig is. Ook kunnen nanodeeltjes een stuk reactiever zijn. Dat komt omdat bij nanodeeltjes een veel groter deel van de atomen aan het oppervlak zit. Daarom zijn nanodeeltjes erg interessant voor bijvoorbeeld de katalyse. Ook zouden nanodeeltjes vanwege hun grootte wellicht makkelijker cellen kunnen binnendringen. Maar vergeet niet: moleculen zijn vaak nog een heel slag kleiner en kunnen dat dus ook. Alle reden dus om voorzichtig te zijn met het toepassen van nanotechnologie (of liever: nanomaterialen) in consumentenproducten.

Quantum dots — Een mooi voorbeeld van nanotechnologie: quantum dots, bolletjes van halfgeleiders van enkele nanometers groot. Afhankelijk van de precieze grootte zenden de quantum dots onder invloed van UV-straling diverse kleuren zichtbaar licht uit. Afbeelding © Scheikundejongens

Terug naar Studium Generale. In de betreffende bijeenkomst (theaterdebat, zoals men het treffend noemt) gaat het publiek discussiëren over nanotechnologie. Acteurs zullen de consequenties van de vragen en beslissingen van het publiek live uitbeelden. Ik weet niet wat ik me daarbij moet voorstellen, maar het klinkt interessant. Ik hoop dat de discussie vooral redelijke wetenschap zal bestrijken en de fantastische sciencefiction aan de acteurs overgelaten zal worden.

Het is het natuurlijk lovenswaardig dat met evenementen als deze aan een breder publiek wordt uitgelegd wat nanotechnologie precies is. Ook is het goed dat hiermee een bijdrage wordt geleverd aan het publieke debat over dit onderwerp, maar ik vind het érg jammer dat men in de aankondiging het grote publiek onnodig bang maakt met zaken die totaal niet aan de orde zijn. Maar ja, zo hebben we in elk geval weer wat om over te discussiëren.

De lezing is op donderdag 21 oktober van 20:00 tot 22:00 uur in de aula van het Akademiegebouw in Utrecht. De toegang is gratis. Na afloop is het debat terug te zien via de website van Studium Generale.

NanoYou met Stephen Fry

Het is alweer een tijdje geleden sinds ik een fatsoenlijk filmpje zag dat goed uitlegde wat nanotechnologie is. Deze is met Stephen Fry. Super dik! Goed voor docenten en leuk voor iedereen.

Mijn ochtendoverpijnzing: waarom zijn er zoveel filmpjes die panisch proberen uit te leggen wat nanotechnologie is, maar zo weinig die andere wetenschappen proberen uit te leggen? Organische chemie bijvoorbeeld? Of wat fysische chemie? Kwantummechanica-filmpjes ken ik wel, maar dan weer niks over kwantumchemie. Waarom is dit zo uit balans?

Nanotechnologie is ook gewoon scheikunde

Deze column verscheen gister op Kennislink.

Sinds een decennium of wat is nanotechnologie hartstikke hip. Volgens definities betreft nanotechnologie alle wetenschap die sleutelt aan materialen waarbij één of meerdere dimensies tussen 1 en 100 nanometer liggen. Een nanometer (nm) is een miljoenste millimeter. Bij het maken van nanomaterialen komt vaak scheikunde kijken, terwijl we voor het verklaren van de eigenschappen juist natuurkunde nodig hebben. Maar nanotechnologie is zo verweven in allerlei natuurwetenschappen dat het zich lastig laat indelen in klassieke termen als natuur- en scheikunde. Om die reden wordt nanotechnologie ook wel een vakgebied op zich genoemd.

Het speciale aan de nanomaterialen is dat hun eigenschappen niet alleen afhangen van de chemische samenstelling, maar ook van hun grootte. Een bekend voorbeeld hiervan is goud. Goudbolletjes van enkele tientallen nanometer zijn niet meer goudkleurig, maar juist rood. Hoewel men hier destijds geen weet van had – en het toen zeker nog geen nanotechnologie heette – werd dit in de Middeleeuwen al gebruikt om glas in lood een rode kleur te geven. In 1847 was het de Britse natuur- en scheikundige Michael Faraday die er achter kwam dat de rode kleur werd veroorzaakt door de grootte van de goudbolletjes.

Niks nieuws onder de zon dus, zou je zeggen. Dat er momenteel sprake is van zowel een nano-angst als een nano-hype vinden we dan ook behoorlijk vreemd.

Nano-angst

Allereerst die angst. Omdat nanomaterialen nieuwe en soms onbekende eigenschappen hebben, kúnnen ze gevaarlijk zijn. Een schoolvoorbeeld van een gevaarlijk – maar ‘puur natuur’ – nanomateriaal is asbest. Op basis van de chemische samenstelling had niemand verwacht dat het schadelijk zou zijn. Asbest is een silicaat, maar het glas in je raam bevat ook silicaten. Alleen gaat het bij asbest om vezels van silicaat, met een diameter van ongeveer 10 nanometer. En die blijken door hun vorm bij inademing onder andere asbestose en tumoren te kunnen veroorzaken.

Er bestaat bij velen de angst dat nanotechnologie het ‘nieuwe asbest’ zal worden. Zo gaan er bijvoorbeeld stemmen op om dan maar alle nanomaterialen in consumentenproducten te verbieden. Een belachelijk voorstel natuurlijk, omdat veel bestaande producten ook onderdelen bevatten die ‘nano’ zijn. Eenvoudige voorbeelden zijn de eiwitten in melk en het beschermende laagje aan de binnenkant van een chipszak. Niet alles wat ‘nano’ is, is meteen gevaarlijk. Maar dat moet natuurlijk wél getest worden voor een product op de markt wordt gebracht.

Hoe classificeren we al deze nieuwe, misschien gevaarlijke, materialen nou? Dit is een belangrijke vraag tegenwoordig en we weten niet hoeveel lezingen we daarover inmiddels gehoord hebben. Allemaal moeilijkdoenerij, want we testen toch ook hoe gevaarlijk niet-nanomaterialen zijn? We weten toch ook heel goed dat je methanol maar beter niet kunt drinken maar dat ethanol (met mate) geen bezwaar is? Waarom kunnen we niet gewoon verplicht stellen om ook alle nanomaterialen voor gebruik in consumentenproducten te laten testen? Het probleem is misschien dat de huidige regelgeving geen onderscheid maakt tussen een blok goud en gouden nanodeeltjes, omdat ze dezelfde chemische samenstelling hebben. Maar dat kan niet zo moeilijk op te lossen zijn.

Een glas met melk — Pas op! Bevat nanodeeltjes! Afbeelding © Kennislink

Nano-hype

Dan die nano-hype. Laatst kwamen we zinsneden tegen als “nanotechnologie ontwikkelt momenteel nanomaterialen (…)” en “nanotechnologie draagt bij aan duurzame energie”. Dat is net zoiets als “thermodynamica ontwikkelt momenteel ijs om over te kunnen schaatsen”. Nanotechnologie is een nieuw vakgebied, maar nanotechnologie ontwikkelt niets zelf. Dat doen nog altijd de onderzoekers.
Op zich hebben we er niets op tegen dat mensen positief zijn over nanotechnologie. Als je veel over goede ontwikkelingen in een vakgebied leest, dan krijg je daar een warm gevoel bij. Dat is logisch. Maar het kan ook te ver gaan. Soms zijn fans van nanotechnologie als de fans van een rockband. Die hebben ook de neiging te vergeten dat er nog andere bands zijn.

Kortom, er zijn een aantal factoren waar de eigenschappen van een materiaal vanaf hangen. Eerst waren dat vooral chemische samenstelling en stofeigenschappen, maar daar is nu iets nieuws bij gekomen. We weten dat nu ook de grootte (of kleinte, als je wilt) van het materiaal belangrijk is. Het klinkt als een open deur, maar dit is waarom nanotechnologie zo anders is. Toch blijft het gewoon wetenschap. En wetenschap is bedacht door mensen, die de natuur willen beschrijven. In een beschrijving van de natuur is geen plaats voor hypes en angsten. Daar telt alleen objectiviteit.