Ladda ner filen här. - Illustrerad Vetenskap
Ladda ner filen här. - Illustrerad Vetenskap
Ladda ner filen här. - Illustrerad Vetenskap
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
29<br />
30<br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
39<br />
40<br />
41<br />
42<br />
43<br />
44<br />
45<br />
46<br />
47<br />
48<br />
49<br />
50<br />
51<br />
52<br />
53<br />
54<br />
55<br />
56<br />
57<br />
58<br />
59<br />
Bättre virustest<br />
Plasmo<strong>ner</strong> spårar<br />
livsfarligt virus<br />
Förmågan att dra ljus genom<br />
mikroskopiska hål i metallfolie<br />
gjorde plasmo<strong>ner</strong>nas existens<br />
känd för forskarna. Nu används<br />
hålförsedd metallfolie bland<br />
annat i en biosensor, som spårar<br />
virus i blod- och salivprover.<br />
Foliens grupper av hål beläggs<br />
1. Ljus riktas – i detta fall<br />
underifrån – mot en bit metallfolie<br />
med rader av hål. Det sätter<br />
plasmo<strong>ner</strong> i svängning på ytan.<br />
Ljus<br />
med varsitt protein, som binder<br />
sig till antikroppar, som man<br />
vet är knutna till vissa virus.<br />
Anhopas antikroppar ovanpå en<br />
grupp av hål, kan plasmo<strong>ner</strong>na<br />
inte dra ljuset genom och<br />
man kan med blotta ögat se<br />
att det är frågan om ett virus.<br />
Antikroppar<br />
Protein<br />
Farliga virus kan med hjälp<br />
av plasmo<strong>ner</strong> spåras i en<br />
biosensor, som utvecklats<br />
till exempelvis flygplatser.<br />
Ebola<br />
2. Plasmo<strong>ner</strong>na samlar upp så mycket e<strong>ner</strong>gi<br />
runt hålen att det omvandlas till ännu mer ljus på<br />
andra sidan av folien. På ovansidan är varje<br />
grupp av hål belagd med varsin typ av protein.<br />
3. Innehåller ett blod- eller<br />
salivprov virus, binder sig antikroppar<br />
till proteinet i en viss grupp av hål.<br />
Antikropparna blockerar ljuset, vilket<br />
kan ses med blotta ögat.<br />
Denna PDF är endast för privat bruk och får inte kopieras till andra eller spridas via länkar på nätet (t.ex. via e-post eller på Facebook) © Copyright <strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong>/Bonnier Publications. www.illvet.se<br />
ILL_SV_16_062_160582-PGH-plasmo<strong>ner</strong>-16 62 9/26/12 7:35 PM
Plasmo<strong>ner</strong> är forskarnas nya<br />
Supervapen<br />
Bättre virustest Ny biosensor ger snabbt svar i katastrofområden.<br />
Billigare sole<strong>ner</strong>gi Tunna solceller sparar det dyra grundämnet kisel.<br />
Snabbare elektronik Mindre datorchips rymmer mer information.<br />
effektivare cancerbehandling Sjuka celler bekämpas utan biverkningar.<br />
”D<br />
et<br />
den tunna biten guldfolie mot<br />
måste vara fel,” tänkte Thomas<br />
Ebbesen, när han han höll upp<br />
ljuset. Ljuset strömmade nämligen genom<br />
guldfolien, och det borde det enligt<br />
den norske forskarens och all klassisk<br />
optik inte kunna göra. Som fysikalisk<br />
kemist, anställd vid det amerikanska NEC<br />
Research Institute, visste han att de 100<br />
miljo<strong>ner</strong> minimala hålen i folien var 200<br />
gånger mindre än diametern av ett människohår<br />
och därmed mycket mindre än<br />
våglängderna i synligt ljus. Ljuset kunde<br />
med andra ord omöjligt klämma sig<br />
ge nom hålen. Så hur kunde det då vara<br />
precis det som hände?<br />
Det skulle gå nästan tio år från upptäckten<br />
1989 innan Ebbesen och hans<br />
fors karkollegor fick svar på frågan. I dag<br />
kan de dock glädjas åt att orsaken till det<br />
magiska ljuset är det hetaste feno me net<br />
inom nanoteknologin och spås en lysande<br />
framtid inom allt från digitalkameror<br />
till sole<strong>ner</strong>gi och cancerbehandling.<br />
Metallfolie kan rädda människoliv<br />
Det ljus som Thomas Ebbesen riktade<br />
mot guldfolien visade sig ha satt igång en<br />
dittills oupptäckt typ av elektronvågor<br />
kallade ytplasmo<strong>ner</strong>. Dessa har minst tio<br />
Ljusets nya <strong>här</strong>skare<br />
Plasmo<strong>ner</strong> är elektronvågor, som bildas<br />
genom att man riktar ljus mot en metallyta.<br />
Då deras våglängd är minst tio gånger<br />
kortare än våglängden hos synligt ljus, kan<br />
de bära ljus och information med sig genom<br />
de minsta passagerna och nätverken.<br />
gånger kortare våglängder än synligt ljus<br />
och kunde därför transportera ljuset genom<br />
foliens mycket små hål. Studier har<br />
sedan visat att plasmo<strong>ner</strong> under rätt förhållanden<br />
kan aktiveras på alla metallytor.<br />
När de korta vågorna väl satts i<br />
svängning, kan de samla upp mer ljus<br />
och föra det vidare. Det gör det för första<br />
gången i historien möjligt för fors karna<br />
att manipulera med ljus i nanoskala.<br />
Metallfolier med rader av mikroskopis<br />
ka hål är nu på väg att få en praktisk<br />
användning. Man kan utforma hålens<br />
storlek, form och inbördes avstånd så att<br />
plasmo<strong>ner</strong>na enbart koncentrerar och<br />
transporterar ljus med en specifik frekvens<br />
och därmed färg. Det kan sedan utnyttjas<br />
till att förstärka enfärgat ljus från<br />
ljusdioder och laser och till att förbättra<br />
ljusupptag ningen i och därmed kvaliteten<br />
hos digitalkameror.<br />
Med något större perspektiv för<br />
mänsk ligheten har forskarna vid det<br />
amerikanska Boston University använt<br />
de hålförsedda metallfolierna till att<br />
utveckla en ny biosensor, som kan spåra<br />
livsfarliga virus som ebola och det besläktade<br />
Marburgviruset i blod eller salivprover.<br />
Det nya verktyget har utvecklats för<br />
att kunna användas i utvecklingsländer,<br />
på flygplatser och på andra ställen där<br />
det ofta kan uppstå natur eller människoskapade<br />
katastrofer. Med hjälp av plasmo<strong>ner</strong>na<br />
kan forskarna inte bara nästan<br />
ögonblickligen konstatera om det testade<br />
blodet är infekterat utan även se hur<br />
framskriden sjukdomen är.<br />
Plasmo<strong>ner</strong> gör solceller billiga<br />
Den ihåliga metallfolien är emellertid<br />
inte det enda sätt som forskarna kan<br />
använda plasmo<strong>ner</strong>na på. De e<strong>ner</strong>gitäta,<br />
små elektronvågorna kan också ge oss<br />
billigare och effektivare solceller med<br />
hjälp av flera olika nyutvecklade tekniker.<br />
Den ena av teknikerna är baserad på<br />
nanopartiklar av metaller som guld eller<br />
silver. Principen är att partiklarna med<br />
hjälp av plasmo<strong>ner</strong> fungerar som små<br />
Av Rolf Haugaard Nielsen. Illustratio<strong>ner</strong>: Claus Lunau. Foto: Shutterstock, British Museum, A. Pasieka, S. Gschmeiss<strong>ner</strong>, SPL/Scanpix<br />
Denna PDF är endast för privat bruk och får inte kopieras till andra eller spridas via länkar på nätet (t.ex. via e-post eller på Facebook) © Copyright <strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong>/Bonnier Publications. www.illvet.se<br />
ILL_SV_16_062_160582-PGH-plasmo<strong>ner</strong>-16 63 9/26/12 7:35 PM<br />
63<br />
Print: lku Status: 860 - Er PDFet Layout:PGH Red.sek:TF<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
29<br />
30<br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
39<br />
40<br />
41<br />
42<br />
43<br />
44<br />
45<br />
46<br />
47<br />
48<br />
49<br />
50<br />
51<br />
52<br />
53<br />
54<br />
55<br />
56<br />
57<br />
58<br />
59<br />
64<br />
Billigare sole<strong>ner</strong>gi<br />
Nanometall tar till<br />
vara alla solstrålar<br />
Med dagens teknik kan forskarna<br />
inte konstruera solceller som är<br />
både billiga och effektiva. Tunna<br />
solceller med en minimal förbrukning<br />
av det dyra grundämnet<br />
kisel utnyttjar bara ljusets<br />
korta blå och gröna våglängder.<br />
De långa röda våglängderna<br />
passerar igenom utan att alstra el.<br />
Detta problem löser plasmo<strong>ner</strong><br />
i två nya, tunna solceller.<br />
Snabbare elektronik<br />
Ljuset krymps<br />
i datorchips<br />
Plasmo<strong>ner</strong> kan med sina korta<br />
våglängder bära mycket stora<br />
mängder data direkt från ljus-<br />
ledarkablar in i ett datorchips –<br />
utan användande av omformare.<br />
Just nu arbetar forskarna framför<br />
allt på två olika slags plasmoniska<br />
vågledare till våra datorer,<br />
mobiltelefo<strong>ner</strong> och annan<br />
elektronik – en enkel och en<br />
mer avancerad modell.<br />
Guldpartiklar<br />
dödar cancerceller<br />
Forskarna hoppas att inom fem<br />
år ha utvecklat en snabb, billig<br />
och skonsam cancerbehandling<br />
med hjälp av plasmoniska nanopartiklar.<br />
Många cancerformer<br />
kommer att kunna behandlas<br />
genom att patienten genom<br />
huden belyses med strålning<br />
i nära infrarött, medan tumörer<br />
djupare in än tio centimeter<br />
kan nås med en fiberlaser.<br />
<strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong> . 16/2012<br />
Plasmonsolcell med nanopartiklar Plasmonsolcell med metallförhöjningar<br />
Solstrålar Solstrålar<br />
Kisel<br />
1. När ljuset träffar<br />
solcellen, börjar<br />
plasmo<strong>ner</strong> rulla<br />
runt på ytan av de<br />
metalliska nanopartiklarna,<br />
vilket<br />
förstärker ljuset.<br />
Enkel vågledare<br />
1. Ljusstrålen riktas<br />
mot en V-formad<br />
rispa i datorchipsets<br />
metall, vilket får<br />
plasmo<strong>ner</strong> att<br />
börja rulla runt på<br />
metallens yta.<br />
effektivare cancerbehandling<br />
Ljusstråle<br />
Nanopartikel<br />
Kisel Guld Tumör<br />
100 nm<br />
1. Guldpartiklarna med en<br />
diameter på 100 nanometer<br />
och en kärna av kisel injiceras<br />
i blodet i ett hölje som döljer<br />
dem för immunförsvaret.<br />
2. Partiklarna vrider<br />
ljusstrålarna, så att<br />
även de långa vågorna<br />
fångas in och reflekteras<br />
mellan partiklarna<br />
och metallen i botten.<br />
Det alstrar mer ström.<br />
Ström av<br />
information<br />
Hög koncentration<br />
av plasmo<strong>ner</strong><br />
2. Nere i rispan<br />
flyter plasmo<strong>ner</strong>na<br />
vidare runt på det<br />
mikroskopiska chipset,<br />
medan de drar ljuset<br />
och därmed informationen<br />
med sig.<br />
Blodkärl<br />
Metallskiva<br />
Metalliska<br />
nanopartiklar<br />
Kisel<br />
1. En bottenplatta<br />
med metallupphöjningar<br />
i nanostorlek<br />
fångar in ljus och bildar<br />
plasmo<strong>ner</strong>, som rullar<br />
från upphöjning till<br />
upp höjning i bottnen.<br />
Avancerad vågledare<br />
Icke-ledande<br />
kärna<br />
1. Ljusledarens signal<br />
med en våglängd på<br />
380–740 nanometer<br />
sänds in i chipsets vågledare,<br />
som består av<br />
till exempel plast eller<br />
glas inpackat i metall.<br />
2. Partiklarna tränger själva<br />
in i cancertumörerna, som<br />
har porösa kärlväggar, medan<br />
de inte tas upp i den friska<br />
vävnaden, där kärlen är täta.<br />
Metall<br />
Metallförhöjningar<br />
2. Plasmo<strong>ner</strong>na vrider<br />
ljuset 90 grader, så att<br />
de långa vågorna också<br />
fångas in och sänds<br />
rakt genom det tunna<br />
elproducerande<br />
kisellagret i solcellen.<br />
Ljusledare<br />
2. I ytan mellan<br />
metallen och glaset/<br />
plasten omsätts ljuset<br />
till plasmo<strong>ner</strong>, som bär<br />
informationen vidare<br />
med sina tio gånger<br />
mindre våglängder.<br />
3. Den sjuka vävnaden<br />
bestrålas. Plasmo<strong>ner</strong> samlar<br />
upp ljusets e<strong>ner</strong>gi och omvandlar<br />
den till 50 graders värme,<br />
vilket dödar cancercellerna.<br />
Denna PDF är endast för privat bruk och får inte kopieras till andra eller spridas via länkar på nätet (t.ex. via e-post eller på Facebook) © Copyright <strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong>/Bonnier Publications. www.illvet.se<br />
ILL_SV_16_062_160582-PGH-plasmo<strong>ner</strong>-16 64 9/26/12 7:35 PM
anten<strong>ner</strong>, som fångar in och koncentrar<br />
solljuset på samma sätt som radioanten<strong>ner</strong><br />
samlar upp radiovågor. Cellerna är<br />
inrättade så att solens strålar sänds flera<br />
gånger fram och tillbaka genom de elproducerande<br />
skikten, och det mesta av ljuset<br />
stannar inne i cellen. Hela manövern<br />
går ut på att spara på det dyra grundämnet<br />
kisel, som i dag står för 40 procent av<br />
priset för en solcellspanel.<br />
En annan teknik går ut på att konstruera<br />
solceller, som har metalliska upphöjningar<br />
i nanostorlek placerade med<br />
jämna mellanrum längs solcellens bottenplatta<br />
av metall. När solljuset träffar<br />
upphöjningarna, uppstår plasmo<strong>ner</strong>,<br />
som rullar som vågor från upphöjning till<br />
upp höjning över bottenplattan. Eftersom<br />
det inkommande ljuset är kopplat till<br />
plasmo<strong>ner</strong>na, vrids ljuset 90 grader så att<br />
ljusstrålarna rör sig på längden genom<br />
det tunna kisellagret i solcellen. På så sätt<br />
fångas de långa våglängderna i solljuset<br />
och det produceras mer ström.<br />
Solceller måste bli mellan två och fem<br />
gånger billigare, innan sole<strong>ner</strong>gi kan konkurrera<br />
ekonomiskt med fossila bränslen<br />
som olja och naturgas. Lyckas det, kommer<br />
solpaneler att kunna spela en central roll<br />
i framtidens klimatvänliga elförsörjning.<br />
Plasmoniska solceller har potentialen att<br />
bli tillräckligt billiga.<br />
Snabbare och enklare elektronik<br />
På lite längre sikt kan plasmo<strong>ner</strong> göra vår<br />
elektronik snabbare än någonsin. Forskar<br />
na förväntar att de nyupptäckta elektronvågorna<br />
kan åstadkomma en sedan<br />
länge eftertraktad övergång mellan den<br />
globala datakommunikationen, som<br />
sänds via ljusledarkablar, och den lokala<br />
databehandlingen i de elektroniska chipsen<br />
i våra datorer och mobiltelefo<strong>ner</strong>.<br />
Övergången från ljus till ström är i dag<br />
besvärlig och kräver e<strong>ner</strong>gi, då ljussignalerna<br />
först måste sändas in i en omformare,<br />
som omvandlar dem till elektriska<br />
signaler, innan datorn eller mobiltelefonen<br />
kan leverera ljud, text och bilder.<br />
Det kommer att bli både billigare och<br />
betydligt snabbare om man i stället kan<br />
sända ljussignalerna direkt in i de små<br />
elekt ris ka räkneenheterna i chipset. Det<br />
kan man med plasmo<strong>ner</strong>na, som å ena<br />
sidan kan bevara ljusets höga frekvenser<br />
på flera hundra gigahertz – och därmed<br />
bära enorma datamängder – och å andra<br />
sidan har åtminstone tio gånger så korta<br />
våglängder, så att de kan föra informa<br />
tionen direkt in på även de mest mikroskopiska<br />
datorchipsen.<br />
Ett område där plasmo<strong>ner</strong> med<br />
stormsteg kan vara på väg ut i verkliga<br />
livet är cancerbehandling. När cancer<br />
i dag behandlas med cellgifter och röntgenstrålning,<br />
accepterar patienterna biverkningar<br />
som kan upplevas som värre<br />
än själva sjukdomen, då detta är priset<br />
för att överleva. Trots det är det bästa<br />
möjliga resultatet ändå ofta att tumörerna<br />
bara slutar växa och krymper, men<br />
med plasmoniken är amerikanska forskare<br />
vid Rice University i Houston mycket<br />
nära att ha utvecklat en behandling<br />
som elimi<strong>ner</strong>ar tumörerna fullständigt<br />
och botar sjukdomen – utan väsentliga<br />
biverkningar för patienten.<br />
Forskarna har behandlat<br />
cancersjuka möss med en ny<br />
metod, som innebär att de belyser<br />
plasmoniska nanopartiklar<br />
av guld. Hos de behandlade<br />
mössen försvann alla tecken<br />
på cancer på 10–12 dagar.<br />
Mössen fick inga biverkningar<br />
och guldnanopartiklarna är<br />
ogiftiga och utsöndras med tiden<br />
via levern. Metoden testas<br />
nu på människor. De första<br />
Plasmo<strong>ner</strong> spökade i antik glaskonst<br />
Glasblåsare under antiken och<br />
medeltiden använde plasmonik –<br />
utan att veta om det. Det mest kända<br />
exemplet är Lycurguspokalen, som<br />
är tillverkad i romarriket på 300-talet.<br />
Då pokalen tillverkades, blandade<br />
glasblåsaren minimala metallpartiklar<br />
i glaset. När pokalen belyses med vanligt<br />
vitt ljus, som innehåller alla våglängder<br />
i synligt ljus, börjar plasmo<strong>ner</strong> att<br />
cirkulera runt på metallpartiklarnas<br />
ytor. Kommer ljuset utifrån, passerar de<br />
långa röda våglängderna genom glaset,<br />
medan de kortare blå och gröna<br />
våglängderna absorberas och sprids,<br />
så att pokalen förefaller grön. Placeras<br />
ljuskällan inne i pokalen, reflekteras<br />
de gröna och blå färgerna in mot<br />
pokalens inre, medan de<br />
röda vågorna passerar<br />
rakt igenom och<br />
ger glaset ett utifrån<br />
sett rödaktigt sken.<br />
illvet.se<br />
Lycurguspokalens<br />
skiftade färger kan<br />
studeras på British<br />
Museum i London.<br />
försöken att behandla patienter med<br />
cancer i halsen och hjärnan har precis<br />
avslutats. Visar sig resultaten vara lovande,<br />
kan det nya supervapnet mot cancer<br />
bli redo att tas i bruk på sjukhusen inom<br />
fem år, till exempel för behandling av<br />
cancer i lungor, bröst, prostata, bukspottkörtel<br />
och hjärna. Metoden blir billig, då<br />
lasrar för nära infrarött ljus är hyllvara<br />
och då förbrukningen av guld till nanopartiklarna<br />
är så blygsam att en vigselring<br />
innehåller tillräckligt med guld för<br />
att behandla ett dussin cancerpatienter.<br />
Med alla plasmo<strong>ner</strong>nas användningsmöjligheter<br />
har vetenskapen visat att det<br />
inte alls var något som var fel, då Thomas<br />
Ebbesen 1989 såg ljuset strömma genom<br />
guldfolien. Det var snarare en gåva.<br />
Se plasmo<strong>ner</strong>na döda cancerceller<br />
Skanna QR-koden med<br />
din telefon eller gå in på<br />
hemsidan och se det<br />
nya supervapnet i bruk.<br />
www.illvet.se/plasmonbehandling<br />
Pokalen belyst utifrån<br />
Pokalen belyst<br />
inifrån<br />
16/2012 . <strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong><br />
Denna PDF är endast för privat bruk och får inte kopieras till andra eller spridas via länkar på nätet (t.ex. via e-post eller på Facebook) © Copyright <strong>Illustrerad</strong> <strong>Vetenskap</strong>/Bonnier Publications. www.illvet.se<br />
ILL_SV_16_062_160582-PGH-plasmo<strong>ner</strong>-16 65 9/26/12 7:35 PM<br />
65<br />
Print: lku Status: 860 - Er PDFet Layout:PGH Red.sek:TF<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
3<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5<br />
5
Change language