Nanotiedekeskuksessa tehtävää tutkimusta voi hyvällä omallatunnolla kutsua piiperrykseksi, mutta nanotasolta löytyy vastauksia niin kysymyksiin maailmankaikkeudesta kuin ihmisten terveydestä.

Vuonna 2004 perustettu keskus elää nimensäkin mukaisesti nanotieteestä. Nanotieteissä tutkitaan sekä teoreettisesti että kokeellisesti molekyylejä, materiaaleja ja rakenteita, jotka ovat nanometrien eli metrin miljardisosien kokoluokassa.

Jyväskylän Nanotiedekeskus on ainutlaatuinen Suomessa sen poikkitieteellisyyden takia. Myös maailmalla samankaltaiset laitokset ovat harvassa.

“Kansainvälisestikään ei ole monta keskusta, joissa olisi näin läheinen keskusteluyhteys fyysikoiden, kemistien ja biologien kesken. Tyypillisesti kaikilla aloilla on omanlainen tyyli ja kieli johon koulutetaan, mikä näkyy suhtautumisessa ongelmiin. Tämä tekee yhteistyöstä yleensä hankalaa. Täällä toimintatapamme mahdollistavat kommunikoinnin kuitenkin jollain tavalla”, naurahtaa Nanotiedekeskuksen johtaja ja teoreettisen fysiikan professori Tero Heikkilä.

Poikkitieteellisyys näkyykin keskuksessa aina tutkimuksesta kahvitaukoihin.

“Kyllä kahvihuonetta voi sanoa tärkeimmäksi huoneeksi. Järjestämme kerran kuussa kahvihuoneessa Explain This -nimisen kokoontumisen, jossa yksi ryhmä esittää kysymyksen tai ongelman ja pyytää apua muilta”, Heikkilä kertoo.

Tutkijoiden lisäksi myös oppilaat saavat käyttää kaikkea rakennuksesta löytyvää huipputeknologista laitteistoa.

 

Nanotieteet taipuvat moneksi, joten keskuksessa on jatkuvasti monta rautaa tulessa. Yksi tämän hetken kuumimmista projekteista on SUPERTED. Projektissa kehitetään erittäin herkkiä sähkömagneettisen säteilyn ilmaisimia, jotka perustuvat suprajohteisiin.

“Kehittämästämme ilmaisimesta tulee huipputarkka. Näitä ilmaisimia on käytetty erityisesti astrofysiikassa. Lähes kaikki tietomme avaruudesta ja maailmankaikkeudesta saadaan tällaisten suprajohtavien ilmaisimien avulla”, kertoo SUPERTED-hanketta johtava Heikkilä.

Suprajohtavuus on ominaisuus, joka saavutetaan erittäin matalissa lämpötiloissa, ja joka mahdollistaa muun muassa sähkövirran häviöttömän kulun aineessa. Tarkimmat ilmaisimet ovat juuri suprajohtavia, sillä sähkövirran häviötön kulku vähentää ilmaisimen lämpenemistä. Lämpeneminen taas heikentää mittausten tarkkuutta.

 

Lähes kaikki tietomme avaruudesta ja maailmankaikkeudesta saadaan tällaisten suprajohtavien ilmaisimien avulla

 

Astrofysiikan uudet kehityssuunnat eivät juuri tavallista ihmistä kosketa, mutta lämpösäteilyn ilmaisimia voidaan hyödyntää monessa arkisemmassakin yhteydessä – vaikka turvallisuuden takaamisessa.

“Jos jollakulla on puukko taskussaan, niin se näkyy kamerassa koska sillä on eri lämpötila kuin ihmiskeholla. Vaatteet ovat mitatulla aallonpituusalueella läpinäkyviä eli eivät näy kamerassa. Suomalainen Asqella-yritys testasi tätä turvallisuuskuvantamista viime kesänä rockfestivaaleilla”, Heikkilä selittää.

Tällainen seulonta sallii enemmän yksityisyyttä kuin vaikkapa nykyään lentokentillä Yhdysvaltoihin lähdettäessä. Sen avulla on myös mahdollista tarkkailla suuria väkijoukkoja.

 

Nanosauna on sentään tavallisen kokoinen ja muutenkin täysin normaali.

 

Projektit ihmiskunnan hyväksi eivät suinkaan lopu turvallisuuteen tai astrofysiikkaan. Heikkilä nimeää yhdeksi tämän hetken mielenkiintoisimmista tutkimuksista (tietenkin omansa lisäksi) Mika Petterssonin johtaman grafeeni-tutkimuksen.

Projekti kulkee nimellä GIN (Graphene-based Interfaces for Neuroapplications). Alkoholijuomaa ei siinä kuitenkaan tutkita, vaan tavoitteena on kehittää grafeenista sellaisia liitoksia proteesien ja ihmiskehon välille, joita keho ei ala hylkiä.

Grafeeni on hiilen muoto, kuten timantti tai grafiitti, jota löytyy vaikkapa lyijykynistä. Se johtaa erittäin hyvin sähköä ja on erittäin kestävää, mikä tekee siitä otollisen materiaalin liitoskohtien kehittelyyn. Ihmisen motoriikka perustuu sähköisiin hermoimpulsseihin, joita aivot lähettävät hermoratoja pitkin ympäri kehoa. Tällä hetkellä liitoskohta proteesin ja kehon välillä koostetaan metallin avulla. Pettersson haluaa korvata tämän metallin grafeenilla.

Futuristisilta kuulostavien projektien lisäksi koko keskus tuntuu humanistista scifimäiseltä laserlaboratorioineen ja virusviljelimöineen. Nanosauna on sentään tavallisen kokoinen ja muutenkin täysin normaali.

 

Keskuksen sokkelomaisten käytävien uumenista löytyy suuri harvinaisuus: Suomen ainoa helium-ionimikroskooppi, tuttavallisemmin HIM.

Tavallisesti nanotason mikroskoopit hyödyntävät elektroneja, atomeja pienempiä hiukkasia, mutta HIM käyttää niiden sijasta ioneja. Helium-ionit ja neon-ionit ovat raskaampia kuin elektronit, joten niillä saadaan tarkempia kuvia .

Mikroskoopin avulla yksityiskohdat erottuvat kuvassa noin nanometrin tarkkuudella.

Nanotiedekeskuksessa HIM:illä on onnistuttu kuvaamaan bakteerien ja niiden omien virusten eli faagien vuorovaikutusta.

“Kyseessä on ensimmäinen HIM:illä otettu kuva faageista. Se on ilmeisesti maailman paras faageista saatu kuva”,  kertoo Heikkilä sinistä ja vihreää vilisevästä kuvasta.

 

Faagien ymmärtämisestä voi riippua tulevaisuudessa paljon. Antibioottien liikakäyttö on johtanut niiden tehon heikkenemiseen joidenkin bakteerien kehittyessä ja muuttuessa antibiooteille vastustuskykyiseksi. Faageja tutkitaan maailmalla uutena mahdollisuutena hyökätä bakteereja vastaan.

Ellei antibiooteille keksitä korvaajaa, voivat nyt helposti hoidettavat taudit kuten keuhkokuume olla tulevaisuudessa jopa tappavia.  Esimerkiksi antibiooteille vastustuskykyistä tuberkuloosia esiintyy jo nyt.

Nanoteknologian hyödyntämistä ihmiskunnan hyväksi saattaa rajoittaa ainoastaan tutkijoiden oma mielikuvitus. Hyödyntämismahdollisuudet vaihtelevat bakteereita hylkivistä sukista kvanttitietokoneiden kehittämiseen.

Voikin vain arvailla, mitä kaikkea eri alojen edustajat keksivät lyödessään viisaat päänsä yhteen. Kuten Nanotiedekeskuksessa on todistettu useaan otteeseen: yhteistyössä on voimaa.

 

  • 5

  • Nanotieteen tutkimus voidaan jakaa Nanotiedekeskuksessa viiteen eri kategoriaan: na- nobiologiaan, nanokemiaan, kokeelliseen nanofysiikkaan, spektroskopiaan ja fotodynamiikkaan sekä teoreettiseen ja laskennalliseen nanotieteeseen.

  • 140

  • Nanotiedekeskuksesta julkaistaan vuosittain noin 140 tieteellistä artikkelia.

  • 30

  • Keskus on tällä hetkellä 18 professorin, 30 tutkimusryhmän ja 140 tutkijan kansainvälinen tieteellinen yhteisö.