Usynlig operationskniv er snart en realitet

Nanoværktøjskassen - verdens absolut mindste værktøjskasse, hvor knivene, borene, saksene og pincetterne blot måler milliontedele af en millimeter og indirekte styres ved hjælp af laserstråler - vil takket være forskning fra Risø og Danmarks Tekniske Universitet (DTU) kunne være en realitet om ganske få år. Der er tale om en helt ny teknik, hvor værktøjet vil blive så fintfølende, at eksempelvis en kniv kan lægge et snit tværs gennem én enkelt celles membran - uden at beskadige cellens kerne. Og hvor en saks kan styres ind i cellen for at foretage et ganske bestemt klip, og absolut intet andet! Avancerede celleundersøgelser Teknikken, der i første omgang vil være anvendelig i laboratorier, vil blandt andet kunne bruges i forbindelse med avanceret kræftforskning. Men den vil også kunne komme til nytte ved en lang række andre former for sygdomsforskning, hvor videnskabsmænd har brug for at gennemføre avancerede celleundersøgelser. Flytbare lysstråler I virkeligheden er der tale om en meget avanceret instrumentplatform, der kan operere i nanoformat (1 nanometer = en milliontedel millimeter, red.). Opfindelsen hviler på et særligt system til manipulation af laserlys. Det er udviklet af en gruppe forskere på Risø under ledelse af dr.techn. Jesper Glückstad, og det er lykkedes gruppen at spalte laserlys i 80 stråler. Tredimensional Hver stråle virker som en pincet, og den kan her og nu - i såkaldt realtime - ved hjælp af en computermus bevæges i tre dimensioner (3D). Disse lys'pincetter', som hver er 1/1.000 millimeter tykke, kan bruges til at flytte mikroskopiske partikler, for eksempel celler; en teknik, Risøforskerne allerede har arbejdet med i nogle år. Tricket kan lade sig gøre, fordi lyset ledes gennem et snedigt system af såkaldte Fourierlinser. Kraftoverføring Processen, der styres med avanceret datateknologi, får laserlyset til at foretage en kraftoverføring - og det er denne kraft, der gør de spaltede laserlysstråler i stand til at fungere som pincetter. Fordi lysstrålerne er så manipulerbare, har tanken om at lade dem være styremekanisme i en 'værktøjsplatform' for operationsredskaber i nanoskala imidlertid været nærliggende. Og det er det, Jesper Glückstad og hans kolleger på Risø sammen med forskere fra Mikroelektronik Centret ved DTU har gjort: DTU-forskerne konstruerede en række mikrostrukturer i silica, der er en slags kvartsglas. Komplekse bevægelsesmønstre Disse strukturer lignede det korsformede landingsstel på et månefartøj - og på hver af de fire ender af 'korset' blev der hæftet en laserstråle. Disse stråler er så bevægelige, at de på én gang kan både skubbe, trække, vende og dreje. Resultatet var, at mikrostrukturerne, der målte 1/100 millimeter, via laserstrålerne kunne udføre utrolig komplekse bevægelsesmønstre; bevægelser af den art, der skal til, for at man overhovedet kan håndtere et operativt indgreb på nanoniveau. Værktøj kobles på Ser man lys'pincetterne' og mikrostrukturerne som den samlede instrumentplatform, så mangler nanoværktøjet stadig. Men det kan fremstilles i løbet af meget få år, fortæller Jesper Glückstad: »Man kan forestille sig, at det laves i silica, men en anden mulighed er 2-foton fotopolymerisering. Her har man nemlig allerede formået alt lave strukturer i nanoskala«. Japansk opfindelse 2-foton fotopolymerisering vil sige, at man ved hjælp af koncentreret laserlys 'skriver' mønstre i en plastikmasse. Mønstrene hærder, 'skylles' med en særlig teknik fri af massen - og så har man et objekt i utrolig småt format. Metoden er udviklet af japanske fysikere ved Osaka Universitet, og i 2001 lykkedes det dem på denne måde at skabe verdens hidtil mindste figur: en tyr, hvis mindste fysiske træk blot målte 150 milliontedele af en millimeter. Historien fik hæderspladsen i et nummer af det ansete videnskabstidsskrift Nature - og skaffede minsandten også Osakaforskerne optagelse i Guinness Rekordbog. »Ved hjælp af 2-foton fotopolymerisering vil man kunne skabe de mikroskopiske knive, save, bor og sakse, der skal til for at operere i nanoformat, og de vil uden større besvær kunne kobles på en instrumentplatform, der styres af vores laserlyssystem. Det er noget, vi skal i gang med nu via et EU-forskningsprojekt, og den samlede værktøjskasse bør kunne være klar i løbet af få år«, siger Jesper Glückstad. Amerikansk interesse Interessen for de særlige laser'pincetter' til styring af nanoværktøj er også til stede i udlandet. I USA søger blandt andre National Institute of Health om støtte til et stort kræftforskningsprojekt, hvor den danske opfindelse indgår.