Hvordan skal vi forske på naturens regelbrytere?

Naturens lover og regler er verktøy som vi mennesker har laget for å forstå verden. Men hva gjør vi når de plutselig ikke funker?

Vi mennesker har alltid vært nysgjerrige på hvordan verden fungerer.

Vi har gått fra å lure på hvorfor et eple faller mot bakken, til å fundere på hvordan vi kan sende mennesker til månen, eller hvordan vi kan lage vaksiner som beskytter oss mot sykdommer. De spørsmålene har vi ofte fått svar på ved å bruke naturens lover og regler.

Lovløse nanosystem

Men visste du at naturlovene ikke alltid gjelder? For bittesmå ting så feiler naturlovene voldsomt!

Her er det snakk om ting som er bare noen nanometer store. Det vil si like lite som en hundre-tusendel av et sandkorn. Hvis det er vanskelig å se for seg så hjelper kanskje denne sammenligningen: forskjellen mellom en nanometer og en millimeter er like stor som forskjellen mellom en millimeter og en kilometer.

De bittesmå tingene kaller vi nanosystem, og de nekter å la seg beskrive av reglene til kjemi, og gidder heller ikke å følge fysikkens lover!

Naturen er likevel full av nanosystem som vi har lyst til å forstå bedre. Noen av de står for livsnødvendige oppgaver i naturen eller i kroppen vår, mens andre kunne vi kanskje klart oss uten.

Virus er faktisk et nanosystem, og en av naturens største regelbrytere.

Hvis vi skal forstå hvordan vi kan beskytte oss mot virus så må vi jo først forstå hvordan de fungerer. Men hvordan skal vi klare det det når naturlovene feiler?

Svaret på det er at vi lager nye.

Grunnforskningens gleder

I min forskning prøver jeg å finne lovene som gjelder for disse bittesmå tingene.

Heldigvis har jeg tilgang på litt mer teknologiske verktøy enn Isaac Newton hadde.

Jeg undersøker nanosystemene gjennom simuleringer. De regner ut hvordan atomene inni nanosystemene beveger seg rundt. Det er nemlig de forskjellige atomene inni nanosystemene som får de til å bryte reglene. Hvis vi kan finne ut hvordan det skjer, så kan vi bruke det til å lage nye naturlover!

Akkurat som Newtons gravitasjonslov hjalp oss med å forstå hvorfor et eple faller mot bakken, så kan de nye naturlovene hjelpe oss med å forstå hvordan et virus gjør oss syke.

Men gravitasjonsloven har hjulpet oss med mer enn det. Vi har brukt den når vi designet romskip, bygget bygninger, og laget datamaskiner.

Mitt mål er at de nye naturlovene skal være minst like nyttige. Jeg vil at de skal brukes til å designe helt nye nanosystem, med nøyaktig de egenskapene vi trenger.

Fremtidens løsninger er bittesmå

Vi har faktisk klart å gjøre det for noen spesifikke nanosystem allerede. I testingen av covid-19 brukes det allerede nanopartikler med helt spesielle magnetiske egenskaper. Andre typer nanopartikler kan fungere som nanomedisin som gir mindre bivirkninger.

Nanosystem har et helt enormt potensial, fordi de åpner en helt ny dimensjon av muligheter når vi skal designe fremtidens løsninger.

Hvis vi også kan finne naturlovene som gjelder for nanosystemene, så er de ikke lovløse lenger. Og da kan de gå fra regelbrytere til superhelter.

Hver blå kule er ett enkelt atom som vi regner ut hvordan det beveger seg rundt. Dråpen starter som en helt rundt kule, men etter hvert som tiden går så fordamper noen av atomene fra dråpen og blir til gassatomer.

Se en video med simuleringen av en nanodråpe.

Vilde Bråten

Vilde Bråten er stipendiat ved Institutt for materialteknologi