Vaikka nanotekniikka rajattaisiin tiukimman määritelmän mukaan, uusia sovelluksia syntyy häkellyttävän paljon.

Teksti: Marko Hamilo

Vaikka nanotekniikka rajattaisiin tiukimman määritelmän mukaan, uusia sovelluksia syntyy häkellyttävän paljon.

Julkaistu Tiede -lehdessä 11/2010

Nanoteknologian tutkimusta rahoitetaan avokätisesti. Tutkimushanke kannattaa listata nanotekniseksi, jos sille haluaa rahaa. Ranskan valtion tieteellisen tutkimuskeskuksen (CNRS) tutkijan Christian Joachimin mukaan nanon määritelmä on nyt niin löysä, että 95 prosentissa tutkimuksista termiä nanoteknologia on käytetty väärin. CNRS international magazinen haastattelema Joachim haluaisi rajata nanoteknologian niin sanottuun alhaalta ylös -lähestymistapaan, jossa molekyylejä rakennetaan hallitusti atomi atomilta.

Nanovaunu rullaa kultapinnalla

Suurin osa nanoteknologiasta on vielä perustunut ylhäältä alas -lähestymistapaan, jossa materiaalin rakenteita kutistetaan yhä pienemmiksi, lopulta alle sadan nanometrin kokoisiksi. Tätä on usein pidetty nanotekniikan rajana.Mutta alhaalta ylös -nanotekniikkakin on kehittynyt huimasti viime vuosina. Läpimurtojen taustalla ovat olleet atomivoima- ja tunnelointimikroskoopit. Huiminta edistys on ollut mekaniikan alueella, Joachim väittää CNRS:n lehdessä.”Voimme tehdä molekyylimoottoreita, -vaihteistoja, -kottikärryjä ja niin edelleen, kokoluokassa kaksi nanometriä. On olemassa jopa ’viihteellinen’ kansainvälinen kilpailu siitä, kuka tekee ensimmäisen molekyyliauton, jossa on neljä rengasta ja moottori! Vaikka kukaan ei oikein tiedä, mitä sovelluksia tällaisilla molekyylikoneilla voi olla, tämä kilpailu opettaa meille, kuinka suunnitella koneita ja piirejä yksittäisessä molekyylissä.”Yhdysvaltalaisessa Ricen yliopistossa on jo kehitetty nanoauto – vai pitäisikö mieluummin sanoa nanovaunu. Moottoria siinä nimittäin ei ole, kertoo Kemia-lehti. Vaunun pyörinä toimivat fullereenit, runko koostuu hiiliketjumolekyyleistä. Vaunu lähtee kultapinnalla liikkeelle, kun pintaa lämmitetään.

Partikkelit puhdistavat

Nanotekniikalla alkaa olla myös ympäristösovelluksia. Varsinkin jätevesien tai saastuneiden maamassojen puhdistuksessa metallioksidien nanopartikkeleista voi olla hyötyä, CNRS:n lehti kertoo.Kun titaanioksidinen nanokalvopinnoite altistuu auringonvalolle, se voi pilkkoa ja tehdä vaarattomaksi torjunta-aineita ja ehkä myös tauteja aiheuttavia mikro-organismeja.Toinen lupaava prosessi perustuu keraamisiin kalvoihin, jotka on pinnoitettu rautaoksidihydroksidien nanopartikkeleilla. Tällaisten kalvojen avulla voi nanosuodattaa jätevesiä varsinkin kehitysmaissa, missä vedet ovat usein saastuneita.

Suomalaiset keksivät nanonupun

Suomalaisten ehkä merkittävin panos nanotekniikan kehitykseen on Teknillisessä korkeakoulussa, nykyisessä Aalto-yliopistossa vuonna 2006 kehitetty nanonuppu. Professori Esko I. Kauppisen tutkimusryhmän materiaalikeksintö on idealtaan oikeastaan tavattoman yksinkertainen. Siinä yhdistyy kaksi nanotekniikan tunnetuimpiin kuuluvaa molekyyliä, fullereeni ja hiilinanoputki.Fullereeni on pallomainen hiilimolekyyli, joka koostuu 60 atomista. Siinä on 20 kuusikulmaista ja 12 viisikulmaista tahkoa, kuten vanhanaikaisessa jalkapallossa. Fullereeni löytyi vuonna 1985.Hiilinanoputki taas on kuin venytetty fullereeni, kanaverkkomainen putki, joka voi olla millimetrejä pitkä. Hiilinanoputki keksittiin vuonna 1991.Hiilinanonupussa fullereeni pullistelee nanoputkesta kuin kahva. Pallo on putkessa kiinni tavallisella kovalenttisella sidoksella.Kokonaisuuden ominaisuudet tulevat lähinnä putkesta. Materiaalin sidokset ovat yli kolmanneksen vahvempia kuin timantin sidokset. Hiilinanoputket ovat myös sähköisiltä ominaisuuksiltaan erinomaisia. Niitä voi käyttää johteina tai puolijohteina. Ne ovat taipuisia, ja niillä on huima lämmönjohtokyky.Hiilinanoputkien huono puoli on, että ne eivät ole kemiallisesti kovin reaktiivisia. Fullereenin avulla nanoputki on kuitenkin mahdollista saada reagoimaan muiden yhdisteiden kanssa. Nuppujen ansiosta nanoputkiin voi räätälöidä haluttuja optisia ja elektronisia ominaisuuksia.Sovelluskohteita on Kauppisen mukaan huikea määrä. Nanonuppuja voi esimerkiksi käyttää nanoputkissa koukkuina, jotka estävät putkia liukumasta toistensa lomitse. Näin nanonupuista ja -putkista voisi valmistaa vahvoja komposiittimateriaaleja.Kauppinen kertoo Tieteen tietotekniikka -lehdessä nanobetonista, joka on hyvin vahvaa raudoittamattakin. Tutkijat kasvattivat moniseinäisiä nanoputkia sementtihiukkasten päälle. Rakenteesta tuli paitsi vahvaa myös sähköä johtavaa. Kauppisen mukaan tällaista rakennetta voisi käyttää esimerkiksi lattialämmityksen tekemiseen.

Nokiakin panostaa nanoon

Tekesin FinNano-ohjelmassa (2005–2010) tutkittiin ja kaupallistettiin nanotekniikkaa kymmenillä miljoonilla euroilla. Suomalaiset yritykset kehittivät nanotekniikan avulla esimerkiksi erittäin kevyitä tuulivoimalan siipiä ja hygieenisen puhtaana pysyviä pintoja. Myös Nokia on mukana nanovisioissa.Nokia on kehittänyt Cambridgen yliopiston kanssa matkapuhelinkonseptin, joka poikkeaa täysin nykyisistä puhelimista. Puhelimen pinta voi toimia aurinkokennona, joka pitää pienikokoiset akut aina latauksessa. Na­nosensorit keräävät tietoa ympäristöstä. Puhelin voi olla taipuisa, ja se puhdistuu itsestään, vaikka näytölle tipahtaisi hunajaa.

Marko Hamilo on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Psykedeelit ayahuasca ja psilosybiini tehoavat tutkimusten mukaan masennukseen.

Amazonin alueen ihmiset ovat ammoisista ajoista nauttineet näkyjä nostattavaa ayahuasca-kasviuutetta.

Aine kiinnostaa myös lääketieteen tutkijoita. Se näyttää tehoavan masennukseen ja riippuvuuksiin, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Muilla psykedeeleillä, kuten tietyissä sienissä esiintyvällä psilosybiinillä, on havaittu samanlaisia vaikutuksia.

Ayahuascaa pitkään tutkinut Jordi Riba Sant Paun sairaalasta kertoo, miten vaikeasta masennusta potevat potilaat ovat saaneet apua yksittäisestä kokeilusta.

”Tavalliseen masennuslääkkeeseen verrattuna teho oli todella nopea vain yhdellä annoksella. Hämmästyttävästi tulokset näkyivät heti, ja ne säilyivät monia viikkoja”, Riba sanoo HS:n haastattelussa.

Lontoon Imperial Collegen Robin Carhart-Harris on saanut samanlaisia tuloksia psilosybiinillä.

Ratkaisevia myönteisille vaikutuksille ovat ympäristö ja olot, joissa psykedeelejä käytetään.

”On tärkeää, että ammattiterapeutti valmistelee kokemukseen, on mukana sen aikana ja auttaa sen jälkeen tekemään siitä selkoa”, Carhart-Harris sanoo.

Suomessakin tutkijat etsivät rahoitusta tutkimukseen, jossa testaan psilosybiinin tehoa masennukseen.

Kysely

Kokeilisitko psykedeeliä masennukseen, jos lääkäri määräisi?

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012