Å lage nanomateriale er komplisert og krev dyrt spesialutstyr. Men naturen gjer det heile tida, og det med stor presisjon.

Forskarar ved NTNU ville difor sjå om det var muleg å bruke naturens eigne mønster og støypeformer til å lage nanomateriale.

Og det var det. Med hjelp frå ein piggete, liten tass på havets botn har forskarane nå laga nanotrådar som er hundre gonger lengre enn dei har klart før. 

– Tradisjonelle nanotrådar er ikkje lengre enn 0,2 millimeter. Dei vi laga med hjelp av gullmusas børstar, kunne bli opptil to centimeter, seier stipendiat Florian Mumm og førsteamanuensis Pawel Sikorski ved NTNUs Institutt for fysikk.

Børstar med kanalar

Gullmusa (Aphrodita aculeata) er ein liten og fargerik fleirbørsteorm som trivst best på mudderbotn, heilt ned til 1000 meters djup. Ho blir opptil 20 cm lang. Børstane, eller «pelsen», er bygd slik at dei gir irisering, regnbogeglans.

Men det var ikkje fargespelet i pelsen som trakk forskarane til den vesle børstemarken.

– Børstane hos gullmus, og hos andre fleirbørstedyr, har ein heilt bestemt struktur med eit stort tal kanalar i nanostorleik. Vi ville teste om desse kunne brukast til å lage nanomateriale med eigenskapar som vi ikkje finn i dei som er produsert på standardmåten, med porøse membranar, seier Sikorski.

Dessutan er gullmusa enkel å få tak i. Ho er vanleg både langs norskekysten, i Nordsjøen, i Nord-Atlanteren og i Middelhavet. Ho blir brukt til disseksjonsundervisning, og kan kjøpast.

– Vi fekk fire gullmus frå ein marinbiologisk stasjon i Skottland, til ein pris av 200 kroner i fraktkostnadar, fortel Florian Mumm.

Til nå har dei berre brukt tre. Mumm syner fram den fjerde, oppbevart på eit glas med sprit. Ho har fortsett fargeglansen att i børstepelsen.

Fylte pigg for pigg

Mumm plukka børstepigg for børstepigg av dei daude gull¬musene. I veggane på dei hole børstane er det tett i tett med parallelle kanalar med ein diameter på 150 til 200 nanometer, 0,00015 til 0,00020 millimeter.

Kvar børste kunne ha opptil 100 000 slike kanalar.  

Børstane vart så brukt som templat – støypeform – for nanotråder. Ved hjelp av elektrisk spenning vart kanalane fylt med koppar eller nikkel.

Resultatet var nanotrådar opptil 100 gonger lengre enn dei som er laga med dei vanlige, eksisterande metodane. Til ein brøkdel av prisen – men rett nok med ei betydelig mengd tidkrevjande, manuelt arbeid.

Ny tenkemåte

Ei utfordring som står att, er å finne metodar for å fjerne støypeforma, det vil seie gullmusas børstar, utan å øydeleggje nanotrådane. Børstane er danna av kitin og protein, og viste seg vanskelege å bryte ned.

– Vi forsøkte ulike metodar, og klarte det delvis, men ikkje med heile trådlengder intakt. Det trengs meir forsking for å løyse dette problemet, seier Mumm.

– Men likevel: Vi satt att med trådlengder på éin millimeter, atskillig lengre enn det som kan produserast med vanlege metodar, legg han til.

Forskaranes hensikt i denne omgangen var uansett ikkje å produsere lange nanotrådar til industriell bruk. Det var snarare å demonstrere ein annan måte å tenkje på. 

– Vi arbeider i skjeringspunktet mellom biofysikk og nanoteknologi, og bruker kunnskap og teknikkar frå begge fagområda. Vi ville vise at det er muleg å lage lange nanotrådar på basis av naturens eigne oppskrifter og former. Det har vi klart, med hjelp frå gullmusa, seier Florian Mumm.