Idén är att skapa och skräddarsy nanopartiklar efter behov. Ulf Helmersson och hans forskargrupp tror att de kommer att klara det. – Vi är säkra på att vi kan tillverka partiklarna, frågan är bara om vi valt rätt tillämpningsområden. Områdena spänner från ljuskällor och kontrastvätska till katalytiska material.
Projektanslag 2012
Designed Nanoparticles by Pulsed Plasma
Huvudsökande:
Ulf Helmersson, professor i plasma och beläggningsfysik
Medsökande:
Linköpings universitet
Igor Abrikosov
Magnus Odén
Lars Ojamäe
Nathaniel D. Robinson
Kajsa Uvdal
Umeå universitet
Ludvig Edman
Lärosäte:
Linköpings universitet
Anslag i kronor:
38,3 miljoner kronor under fem år
Det vilar ett litet magiskt skimmer över nanopartiklar. De små, små partiklarna skulle, om man enkelt kunde matcha partikelns design mot de egenskaper man vill uppnå, nästan kunna fungera som en trolleriformel och göra sådant som idag framstår som sciencefiction till verklighet. Samtidigt som de stora möjligheterna lyfts fram finns också en oro för att kunskapen om hur de små partiklarna påverkar hälsa och miljö fortfarande är ganska outforskade.
Det var när Ulf Helmersson år 2006 lyssnade på ett föredrag av Kajsa Uvdal, en kollega inom ett närliggande område till hans dåvarande forskning, där hon beklagade sig över att hon inte kunde använda nanopartiklarna som hon ville, som idén om hur man skulle kunna skräddarsy nanopartiklar föddes.
År 2008 skapade Helmerssons forskargrupp sin första skräddarsydda partikel.
– Vi har tagit fram en metod som vi är ensamma om. Vi kan göra mycket precisa partiklar och för sådana här sammanhang, relativt många, som vi också kan placera på en yta av plast. I dag går det att köpa partiklar, det är ganska många som gör partiklar, men att applicera dem på en yta, ställer ofta till problem, berättar Ulf Helmersson i sitt arbetsrum på Linköpings universitet.
Styr med plasmapulser
Hemligheten bakom den precisa tillverkningen är bland annat att forskargruppen med hjälp av plasmapulsar kan styra partiklarna.
Under föredraget funderade Ulf Helmersson, som då jobbade med en plasmametod för ytbeläggning, så kallad högeffektspulsad sputtering som ger hög jonisationsgrad av beläggningsatomerna, om det inte skulle gå att kombinera på något sätt.
– Jag fick en idé om att jonisering av atomerna borde förbättra kärnbildningen och tillväxten av nanopartiklar i plasmat. Idén visade sig vara unik och vi ville i det skedet inte gå ut offentlig med den genom att söka externa pengar. I stället gick jag till Mille Millnert, dåvarande rektor, som ordnade ett internt anslag så vi kunde göra de första experimenten och bekräfta att idén höll. Förts därefter skickade vi in den första anslagsansökan, berättar Helmersson.
Plasma är joniserad gas som finns naturligt i till exempel norrsken och elektriska blixtar men även i exempelvis lysrör.
– Nanopartiklar i ett plasma får en negativ potential vilket gör att positiva joner effektivt kan samlas upp på partikelns yta. På så sätt kan vi öka tillväxthastigheten men också laborera med olika joner för att skapa komplexa nanopartiklar med olika sammansättning i kärnan och i skalet, eller till och med olika skal likt en lök.
Den stora utmaningen är att styra tillväxten exakt som man vill ha den. Men eftersom Ulf Helmersson och hans forskningsgrupp är specialiserad på att skapa ytor av tunna metallfilmer med hjälp av pulsad plasmateknik så finns en stor kunskap inom området i gruppen.
– Genom att variera längden, frekvensen och effekten på pulserna kan vi styra och kontrollera tillväxten, säger Helmersson.
Nytt grönt bränsle
Men det finns några hakar, det gäller bland annat att designa rätt partikel för den egenskap man vill uppnå, något som inte är självklart. Ett annat problem är att skapa en tillräckligt stor mängd av partiklarna.
– Det finns massor av tillämpningar för nanopartiklar, det gäller att begränsa sig och välja rätt område, konstaterar Ulf Helmersson.
Gruppen satsar därför på tre områden; polymera ljuskällor, nanoprober inom medicin – kontraströntgen – och katalytiskt material.
– Från början var förhoppningen att samma partikel skulle kunna användas inom alla tre områden. Detta har visat sig vara för optimistiskt. När det gäller kontraströntgen krävs det specifika nanopartiklar som också ska efterbehandlas på ett speciellt sätt, lyckas vi kan metoden användas både för avbildning och för behandling.
Det tredje spåret, att tillverka metanolbränsle från koldioxid och vätgas är kanske det mest spännande.
– Det svåra är att tillverka vätgas på ett ekonomiskt och hållbart sätt. Det finns en utvecklad metod men den kräver bättre katalytiska material. Vi tror att vi ska kunna designa sådana material.
Riskprojekt
Att vara forskare innebär många gånger att man måste försöka kombinera djärva idéer med ett stort tålamod.
– Det här är ett riskprojekt, vi vet fortfarande inte om våra metoder fungerar tillräckligt bra. Även om idén är enkel kräver den rätt teknisk utrustning och förmåga att lösa alla problem som uppstår på vägen. Dessutom går det plågsamt långsamt, den experimentella verksamheten tar särskilt lång tid.
Parallellt, och tack vare forskningen, har Ulf Helmersson också medverkat i flera bolagsbildningar. I slutet av 2013 utsågs han till årets entreprenöriella forskare vid Linköpings universitet.
Text Carina Dahlberg
Foto Magnus Bergström
