Case

Det grimme nanogræs der blev til den smarte sensor

Professor Anja Boisen fra Danmarks Tekniske Universitet benytter sin Sapere Aude: DFF-Topforskerbevilling til at udvikle ”nanogræs”. Det skal for eksempel bruges til i samarbejde med industrielle partnere at opspore det stærkt giftige stof PCB i byggeaffald samt at hjælpe patienter med cystisk fibrose til at diagnosticere farlige lungeinfektioner. Og i modsætning til nuværende metoder bliver det nemt, billigt og ikke mindst hurtigt.

  • Teknologi og Produktion


Historien om Anja Boisens nanogræs minder lidt om eventyret om den grimme ælling. Grundstoffet silicium kan fremstilles i skiver, der ligner en cd. Skiverne kan man så komme ind i en ætsemaskine, som normalt vil lave en fin, glat overflade. ”Men hvis man nu skubber lidt til den ætseproces, så bliver ætsningen ujævn, og overfladen får en struktur, der minder om en græsplæne, bare i miniformat. Desuden bliver overfladen helt sort, og det er jo noget, man normalt ikke vil have – det er jo grimt,” griner professoren. Det viser sig imidlertid, at hvis man kommer et meget tyndt (og derfor billigt) lag guld oven på dette nanogræs, får det nogle helt specielle optiske egenskaber. Fanges blot nogle få mo lekyler af et stof, man leder efter, på nanogræsset, vil man ved at lyse på det med en laser kunne identificere det. Når laserlyset rammer stoffet på nanogræsset, sender det nemlig et unikt ”fingeraftryk” tilbage, som med det rette udstyr kan aflæses og genkendes. Man har med andre ord en sensor. Den er hurtig og billig at fremstille, og så kan den opspore selv meget små mængder af det stof, man leder efter.

Sensor med mange muligheder
Og sensorer er der et stort behov for. Det kan for eksempel være til at finde giftstoffer i vores omgivelser, bakterier i patienter eller uønskede mikroorganismer i industriel produktion. Normalt kræver det prøvetagning, indsendelse til laboratorier og ikke mindst kostbar ventetid, hvor patienters tilstand forværres eller produktionen i en virksomhed standses. Der vil derfor være store gevinster ved at kunne få svaret med det samme. Og det er kort fortalt endemålet med Anja Boisens projekt.

Industriel interesse
Projektet kombinerer grundforskning i nanogræssets struktur og funktion med anvendt forskning. I samarbejde med firmaerne Golder Associates og Hansa Fine Chemicals arbejder Anja Boisens gruppe på at kunne opspore det stærkt giftige stof PCB i bygningsaffald. En anden anvendelsesmulighed gruppen arbejder med, er identifikation af farlige bakterier i lungerne på patienter med cystisk fibrose. I dag benyttes en besværlig og ubehagelig prøvetagning fra patienternes svælg – hvis gruppens metode lykkes, vil patienterne kunne nøjes med at ånde på nanogræsset, hvorefter svaret straks kommer.

Nanogræs til salg
I tilgift har Anja Boisen været med til at stifte firmaet Silmeco, der producerer og sælger nanogræsset til andre forskere rundt om i verden, for der er flere og flere, der fatter interesse for det: ”Selv om det måske var lidt fristende at holde det for sig selv og publicere en hel masse, er det jo alligevel meget bedre at få det ud til andre og se, hvad de kan få ud af det,” siger Anja Boisen afslutningsvist.

Mange veje til succes
Ofte starter de dygtigste forskere med bevillinger fra Danmarks Frie Forskningsfond til at udvikle de grundlæggende ideer for senere at få midler fra Danmarks Grundforskningsfond, Innovationsfonden eller internationale fonde afhængigt af projektets karakter. Virkeligheden er imidlertid mere kompleks, og i dette tilfælde er ideen med nanogræs som sensor opstået via en bevilling fra det daværende Strategiske Forskningsråd og altså forfinet og videreudviklet ved hjælp af midler fra Danmarks Frie Forskningsfond. ”Jeg synes, det er fantastisk, at der er mulighed for at prøve ting af og finde ud af, om det virker og hvordan. Det er nysgerrigheden, der driver værket. Vi skal jo ikke nødvendigvis stå med et færdigt, kommercielt produkt i den anden ende, så vi har mulighed for at lade projektet udvikle sig i andre retninger, hvis nye ideer opstår undervejs”, siger Anja Boisen, der pointerer, at de forskellige fonde og bevillingstyper supplerer hinanden, så der ikke opstår uhensigtsmæssige pauser i finansieringen.

 

Anja Boisen - klik på billedet for at se stor version.

Sapere Aude topforsker 2012

 

Læs Anja Boisens portræt

 

Kort populærvidenskabelig projektbeskrivelse:

Polychlorinated biphenyler (PCBer) er blandt verdens 10 giftigste kemiske forureningskilder. PCBer blev anvendt meget i perioden 1950-1970 i diverse bygningsmaterialer. I Danmark er der eksempelvis målt kraftigt forhøjede koncentrationer i adskillige daginstitutioner/skoler. I dag tager konsulentfirmaer som Golder Associates mere end 100 materialeprøver i et enkelt rum, som derefter sendes til centrale laborarier.

"Simple" og "on-the-spot" målinger ville lette PCB screeningsarbejdet betydeligt og muliggøre online overvågning af PCB niveauer. Patienter med Cystisk Fibrose (CF) får i en meget ung alder Pseudomonas aeruginosa (PA) lungeinfektioner. Jo tidligere infektionen opdages/nedkæmpes jo længere lever patienterne.

I dag kontrolleres CF patienter på månedsbasis ved at opsuge slim fra lungerne. En hurtig og non-invasiv måling af bakterie-infektion ville lette patientovervågning og dermed forhåbentlig den gennemsnitlige levetid. Patienter med PA har hydrogen cyanid (HCN) i deres udåndingsluft. Vi foreslår at bruge HCN som markør for infektion. For både PCB og HCN er det nødvendigt at måle ppb/nM koncentrationer og begge molekyler forventes at give kraftige surface-enhanced Raman scattering (SERS) signaler.

Vi ønsker at udforske, optimere og anvende vores nyligt opdagede nanogræs substrat til følsom og bærbar spektroskopi/molekylær genkendelse. Muligheder for at anvende nanogræs substraterne til localized surface plasmon resonance vil desuden blive undersøgt nøje.

 
Nanogræs