Forskere har skapt materiale som beveger seg selv – kan bli starten på en helt ny industri

Forskere har utviklet et oppsiktsvekkende materiale som kan bevege seg, skifte form og styre sine egne bevegelser ved hjelp av DNA. Oppdagelsen kan på sikt gi oss medisinsk utstyr som tilpasser seg kroppen, mikroskopiske roboter og materialer som utfører oppgaver uten elektroniske motorer. Teknologien kan også åpne nye industrielle muligheter i Norge.

Vitenskap og teknologi: Tenk deg en liten robot som beveger seg inne i kroppen uten en tradisjonell motor. Eller et medisinsk implantat som endrer form etter behov, styrt av biologiske prosesser.

Det høres ut som science fiction, men forskning publisert i det anerkjente tidsskriftet Nature Materials viser at slike ideer kan ha et vitenskapelig grunnlag.

Forskere ved Weizmann Institute of Science i Israel og University of Minnesota i USA har klart å skape et materiale som produserer sine egne mikroskopiske motorproteiner.

Disse motorene får materialet til å bevege seg, krølle seg sammen og endre struktur.

Det mest oppsiktsvekkende er at bevegelsene styres av DNA, uten at materialet består av levende, intakte celler.

Materialet har sin egen biologiske motor

Vanlige maskiner trenger elektriske motorer, hydraulikk eller andre mekaniske systemer for å bevege seg.

Forskerne har valgt en helt annen løsning.

De har bygget materialet av mikroskopiske proteintråder, kalt mikrotubuli. Slike strukturer finnes naturlig inne i kroppens celler.

Ved å tilføre DNA og det biologiske maskineriet som trengs for å produsere proteiner, fikk forskerne materialet til å fremstille motorproteinet kinesin.

Kinesin bruker kjemisk energi til å bevege seg langs proteintrådene.

Når mange slike motorer arbeider samtidig, oppstår krefter som får hele materialet til å endre form.

I forsøkene dannet materialet små forhøyninger, folder og bevegelige strukturer.

Kan programmeres til å starte og stoppe

Det virkelig interessante er at forskerne ikke bare klarte å skape bevegelse.

De klarte også å programmere hvordan materialet skulle oppføre seg.

Ved å endre DNA-instruksjonene kunne de få materialet til å bevege seg kontinuerlig, stoppe etter en bestemt periode eller veksle mellom høy og lav aktivitet.

Forskerne utviklet dessuten en biologisk reguleringsmekanisme som fungerer som en slags automatisk brems.

Dette er et viktig prinsipp dersom teknologien en dag skal brukes til praktiske produkter.

Et materiale som bare beveger seg tilfeldig, har begrenset nytte. Et materiale som kan programmeres til å utføre bestemte bevegelser, kan derimot bli grunnlaget for helt nye maskiner.

Små roboter kan bli blant de første bruksområdene

En mulig anvendelse er såkalte myke mikroroboter.

Dette er svært små robotsystemer som kan bevege seg ved hjelp av fleksible materialer i stedet for tradisjonelle mekaniske deler.

I fremtiden kan slike systemer tenkes brukt til å transportere små mengder væske, flytte partikler eller utføre presise oppgaver i laboratorier.

En annen mulighet er mikroskopiske pumper der biologiske motorproteiner skaper bevegelse i væsker.

Dette kan være interessant for medisinske analysemaskiner, avansert laboratorieutstyr og produksjon av legemidler.

Det er imidlertid viktig å understreke at forskerne foreløpig ikke har utviklet slike ferdige produkter. Oppdagelsen demonstrerer et prinsipp som andre forskere og teknologibedrifter kan bygge videre på.

Kan fremtidens implantater tilpasse seg kroppen?

Medisinsk teknologi er et annet spennende område.

Dagens implantater er vanligvis laget for å beholde en bestemt form. Fremtidige biomaterialer kan i teorien utvikles til å endre form eller mekaniske egenskaper etter et programmert forløp.

Det kan åpne for nye typer vevsstøtte, kirurgiske hjelpemidler og avanserte systemer for kontrollert transport av legemidler.

Tenk deg eksempelvis en mikroskopisk mekanisme som aktiveres på et bestemt tidspunkt og deretter stanser av seg selv.

Slike anvendelser vil kreve omfattende forskning på sikkerhet, stabilitet og hvordan materialet fungerer i kontakt med kroppen.

Forskerne har ennå ikke dokumentert at teknologien fungerer inne i mennesker.

Kan også få betydning for norsk industri

Selv om oppdagelsen kommer fra forskningsmiljøer i Israel og USA, kan kommersialisering av denne typen teknologi skape muligheter også i Norge.

Norge har allerede betydelig kompetanse innen bioteknologi, avanserte materialer, medisinsk teknologi og industriell produksjon.

SINTEF arbeider blant annet med syntetisk biologi, nanomedisin, biologiske polymerer og 3D-bioprinting.

Dette er fagområder som kan være relevante dersom DNA-styrte materialer videreutvikles til industrielle produkter.

Norske bedrifter kan eksempelvis få muligheter innen produksjon av spesialiserte biomaterialer, laboratorieutstyr, mikroskopiske pumper og komponenter til medisinsk teknologi.

Arbeidsplasser kan oppstå både innen forskning, produktutvikling, produksjon, kvalitetssikring og eksport.

Men det forutsetter at teknologien kan utvikles til pålitelige produkter som markedet faktisk etterspør.

Kan gi muligheter på Vestlandet

Også industrimiljøene på Vestlandet kan på lengre sikt finne interessante anvendelser.

Regionen har omfattende kompetanse innen materialteknologi, automatisering, presisjonsproduksjon og avansert industri.

På Haugalandet og i Sunnhordland finnes dessuten virksomheter med erfaring fra utvikling av teknisk kompliserte produkter for krevende miljøer.

Det betyr ikke at lokale bedrifter allerede arbeider med denne nye teknologien.

Men dersom biologisk programmerbare materialer blir kommersielt interessante, kan eksisterende industrikompetanse gi et grunnlag for å utvikle produksjonsutstyr, spesialkomponenter eller nye produkter.

Særlig vil samarbeidet mellom bioteknologer, materialforskere, automasjonsingeniører og industribedrifter kunne bli viktig.

Fra laboratorieforsøk til arbeidsplasser

Veien fra en vitenskapelig oppdagelse til en industriell suksess kan være lang.

Det nye materialet ble testet i laboratorieoppsett på bare noen få millimeter.

I ett av forsøkene fortsatte bevegelsene i mer enn ti timer, men produksjonen av nye proteiner avtok etter hvert som de nødvendige ressursene ble brukt opp.

Forskerne må derfor løse flere utfordringer før teknologien kan brukes kommersielt.

Materialene må blant annet bli mer stabile, kunne fremstilles i større mengder og fungere pålitelig over lengre tid.

Produksjonskostnadene må også ned.

Det vil trolig bli nødvendig med egne produksjonsmetoder for slike biologisk aktive materialer.

Nettopp her kan det oppstå nye markeder for bedrifter som utvikler laboratorieutstyr, bioteknologiske produksjonsprosesser og automatiserte produksjonslinjer.

Kan Norge sikre seg en del av verdiskapingen?

Norske bedrifter har muligheter til å delta i utviklingen av slike teknologier, selv om selve grunnforskningen skjer i utlandet.

En vei videre kan være forskningssamarbeid mellom universiteter, institutter og industribedrifter.

En annen er å utvikle spesialiserte komponenter eller produksjonsmetoder som kan selges til internasjonale teknologiselskaper.

Innovasjon Norge har allerede støtteordninger for bedrifter som utvikler nye produkter basert på biologiske ressurser.

Det finnes dermed virkemidler som kan være relevante for prosjekter innen ny bioteknologi, selv om den konkrete teknologien må vurderes opp mot kriteriene for støtte.

Hvor mange norske arbeidsplasser oppdagelsen eventuelt kan føre til, er det foreløpig ikke grunnlag for å beregne.

En liten oppdagelse med store muligheter

Foreløpig er det snakk om mikroskopiske bevegelser i et laboratorium.

Men betydningen av forskningen ligger i noe større: Forskerne har vist at genetiske instruksjoner kan brukes til å kontrollere bevegelsene i et kunstig fremstilt materiale.

Dermed kan DNA få en ny rolle, ikke bare som en oppskrift på biologiske komponenter, men som et programmeringssystem for fremtidens materialer.

Om dette ender som medisinske mikroroboter, spesialiserte industrikomponenter eller helt andre produkter, gjenstår å se.

For Norge kan det bli interessant å følge utviklingen tett.

Den neste store industrimuligheten trenger ikke nødvendigvis å komme fra en fabrikkhall.

Den kan begynne med noen få millimeter materiale i et forskningslaboratorium.