Nanorör lika farligt som asbest?

Det har rapporterats en hel del i media de senaste dagarna om hur kolnanorör beter sig som asbest enligt en pilotstudie som publiceras i nästa nummer av Nature Nanotechnology [1]. Eftersom jag jobbar med nanorör är det här naturligtvis något som jag finner intressant. Att nanorör skulle kunna bete sig på samma sätt som asbest är inget nytt. De har, ytligt sett, liknande form och är båda svåra att bryta ner.

Toxicologists have derived a paradigm in which a hazardous fibre is one that is thinner than 3 µm, longer than ~20 µm and biopersistent in the lungs, in other words not dissolving or breaking into shorter fibres

skriver man i artikeln. Detta stämmer in på en del nanorör även om de flesta är kortare än det nämnda gränsvärdet 20µm.

I studien har man injicerat nanorör i bukhålan på möss och undersökt effekterna på bukhålans mesotelhinna (korrekt översättning?). Asbestinandning kan nämligen leda till cancer i samma hinna i lungsäcken, men istället för att låta mössen andas in nanorör, vilket är svårare att genomföra på ett kontrollerat vis, så använde man buken som substitut. Det visar sig då att de längsta nanorören ger liknande inflammationer som asbestfibrer. Studien är en viktig och kan förhoppningsvis leda till att forskare (som nu är de enda som utsätts för nanorör) kan visa lite mer försiktighet i kontakten med materialet, samt att man redan nu vidtar åtgärder för att minska eventuella skadeverkningar som kan komma i samband med storskalig produktion och användande. Det finns dock ingen anledning till panik och inget behov av att förbjuda användning av nanorör eller liknande.

Man skall ha klart för sig att trots att studien är välgjord och att resultaten är oroande så finns flera caveat som nämns i artikeln, men i allmänhet inte i pressrapporterna: för det första har man inte studerat huruvida nanorören faktiskt orsakar t.ex. lungcancer. Man vet bara att de ger liknande initiala symptom som asbest inte om utvecklingen är liknande. Inkubationstiden för asbestskador är 20-50 år, så det är oerhört svårt att undersöka. Man vet heller inte om nanorören faktiskt kan ta sig igenom lungvävnaden fram till mesotelhinnan eller om kroppen klarar av att bryta ner dem innan dess och då inte om det är möjligt att de kan ta sig fram i så stora mängder så att de når upp till en farlig nivå. Att som Vetenskapsradion utropa att "Långa kolnanorör lika farliga som asbest" är därför väldigt spekulativt. Forskarna påpekar dock att de inte undersökt huruvida nanorör har andra farliga egenskaper än att just vara fibrer. De avslutar med uppmaningen att dessa frågor skyndsamt bör adresseras innan den kommersiella användningen av nanorör tar fart.

Slutsatsen av studien är alltså inte "nanorör lika farliga som asbest" utan det kan finnas en risk så vi behöver fler studier i ämnet och bör vara försiktiga i vårt hanterande av nanorören. Fast det ger inte lika sexiga rubriker.

[1] Craig A. Poland, et al. "Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestoslike pathogenicity in a pilot study." Nature Nanotech. doi:10.1038/nnano.2008.111.

Andra bloggar om: kolnanorör, carbon nanotubes, nanoteknologi, vetenskap, medicin, asbest. Intressant?

En pigg 50-åring

I år är det jubileum för en viktig liten pryl förutan vilken världen inte skulla vara sig riktigt lik. Den har gett oss CD- och DVD-spelare, streckkodsläsare, vattenpass, termometrar, skrivare och mycket, mycket annat. Och, inte att förglömma, en väldig massa roliga (och ibland frustrerande) dagar på labbet.

Det är alltså dags att gratulera lasern på 50-årsdagen!

Fast det började förstås tidigare än 1958. Redan 1917 introducerade Albert Einstein konceptet stimulerad emission som är själva grunden för lasertekniken. Och efter honom gjorde andra en hel del hårt arbete som resulterade i de första vetenskapliga artiklarna om maser (microwave amplification by stimulated emission), som publicerades 1954. Och därifrån var steget inte så långt till att förflytta sig till den del av det elektromagnetiska området som vi normalt associerar med ljus. Och så var en optisk variant av masern, LASERn - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, född. I alla fall i teorin.

Artikeln "Infrared and Optical Masers" av Schawlow och Townes som publicerades i Physical review 1958 är är att betrakta som det verkliga teoretiska genombrottet för lasertekniken. Det ska dock påpekas att Prokhorov och Basov vid Lebedevinstitutet i Moskva, oberoende av amerikanerna hade kommit till samma slutsatser. (Följaktligen fick de också dela på 1964 års noblepris i fysik.) Men, fortfarande hade ingen byggt ihop en laser som faktiskt fungerande. Man kan väl anta att det gjordes rätt stora arbetsinsatser på mer än en akademisk instutition under de kommande åren. Vem skulle inte vilja vara först med en fungerande laser?

Vinnare i denna vetenskapliga kapplöpning blev Ted Maiman, som 1960 kunde förevisa den första fungerande lasern, vilket ledde till en mycket känd och mycket kort artikel som publicerades i Nature. Givet vilken betydelse lasrar har idag får man nog säga att varje ord var synnerligen viktigt. Artikeln är totalt ca 300 ord lång, en dryg sida i Nature. Less is more, helt enkelt.

Maimans laser var en s.k. ruby-laser som gav millisekundslånga laserpulser av rött ljus (ca 694 nm). Sen dess har det ju onekligen hänt en hel del, och nu finns det en uppsjö av olika sorters lasrar i världen, allt från den pyttelilla (men alls inte harmlösa) laserpekaren till petawattlasern i Texas. De ger oss synligt ljus i alla färger, de kan ge oss UV-ljus eller IR-ljus, pulserna kan vara långa eller korta, vi kan använda dem i vardagslivet eller för att studera hur kemiska bindingar bryts eller för att studera astronomiska fenomen.

Utvecklingen av lasertekniken har förstås gett upphov till en hög med noblepris i fysik, och användningen av dem har också renderat nobelpris i kemi. Så, låt oss gratulera en 50-åring som både betyder massor för vetenskapen och som har så stor betydelse för oss alla i vardagslivet att vi antagligen har svårt att tänka oss livet utan den. Man vet aldrig vad grundforskningens framsteg och upptäckter kan få för konsekvenser för vardagslivet i slutänden.

Referenser:
Stimulated Optical Radiation in Ruby, T.H. Maiman, Nature, 1960, s. 493-494
Infrared and Optical Masers, A.L. Schawlow, C.H. Townes, Physical review, 1958, s 1940-1949

En artikel om h-index och självciteringar

Min senaste blogpost om hur glastaket illustrerades med hjälp av h-index har fått mig att intressera mig mer för detta bibliometriska mått. Jag har hittat en ny artikel i Trends in Ecology and Evolution som jag vill dela med mig av. Den handlar om hur h-index påverkas av självciteringar. De har undersökt citeringsdata från 40 forskare som publicerat i tidskrifter inom ekologi. En kritik som riktas mot h-index är just att man genom att citera sina egna artiklar kan höja sitt h-index. Slutsatsen i denna artikel är dock att effekten på h-index är mycket liten. Jag gillar artikelns sista mening som lyder:

"Thus, the h-index seems robust enough against self-citations, as it would in any case be foolhardy to base grant or personnel decisions on only small deviances in the h-index."

Referens

Engqvist L, Frommen JG. 2008. The h-index and self-citations. Trends in Ecology and Evolution 23:250-252.

I skogen finns det många träd...

Figur: Sveriges totala utsläpp av växthusgaser (exklusive "LULUCF") i relation till kolförändringar i skogen. Data från naturvårdsverkets hemsida

Jag kikar på naturvårdsverkets data över växthusgasutsläpp de senaste åren. Nog visste jag att skogsmarken hade stor inverkan på den totala växthusgasbalansen, men att det var så här stort hade jag ingen känsla för.

De totala utsläppen, exklusive bidraget från skogsbruk minskar sakta men är väldigt stabilt år från år. Det som kallas LULUCF, d.v.s. förändrad markanvändning och skogsbruk, utgör på lång sikt en stor kolsänka, som är nästan i samma storleksordning som de totala utsläppen, men med stora mellanårsvariationer. Det är framför allt förändringar i mängden kol i träden ute i skogen som utgör den stora posten.

Data för kolförrådsförändringar i skogen kommer framför allt från riksskogstaeringen som räknar och mäter en himla massa träd varje år. Totalt har man 30 000 provytor fördelade över Sverige och håller koll på över en miljon individuella träd. Variationerna beror dels på mätosäkerheter (små relativa förändringar i en gigantisk pool) och dels på reella variationer, som stormen Gudrun 2005, som resulterade i att skogen detta år blev en kolkälla istället för en kolsänka.

Inne i LHC

Jag antar att många redan sett de fantastiska animationerna från världens tuffaste experiment. Det är ett bra sätt att få en inblick i hur stort ATLAS-experimentet faktiskt är.
Missa inte heller uppföljarna här och här som förklarar hur detektorn fungerar. Men hur stor och tuff ATLAS än är, så är det bara en av många detektorer vid LHC. CMS (Compact muon solenoid) är visserligen något mindre än ATLAS, med vinner i invägningen.

Andra bloggar om: Vetenskap, Fysik, LHC, Atlas

Superkondensatorer

Tillbaka från BEC-5 har jag fått en gäng nya uppslag för lagerbladstexter. Den första handlar om superkondensatorer, eller elektriska dubbelskiktskondensatorer (EDLC) som är ett område där Universitetet i Tartu varit ledande. I en normal kondensator lagras energi i två metallytor (elektroder) separerade av ett isolerande skikt. När en spänning läggs på mellan skikten byggs en laddning upp på vardera ytan, positiv på ena och negativ på andra. Laddningen kan lagras och sedan laddas ur om kondensatorn kopplas in i en krets. Kapacitansen C=εA/d, där ε är mellanskiktets permittivitet, A är plattornas area och d avståndet mellan dem. Vi ser att man kan öka kapacitansen genom att öka area och minska avståndet mellan plattorna. Den lagrade energin är proportionell mot kapacitansen, som i typiska kondensatorer mäts i piko- till mikrofarad.

Om man fyller mellanrummet mellan elektroderna med en elektrolyt (en vätska med fria laddningar, t.ex. saltvatten) kommer negativa laddningar att attraheras till den positiva plattan och vice versa. Vid varje elektrod byggs en laddning upp tills den attraherade laddningen balanserar den på elektroden. Detta kallas det elektriska dubbelskiktet. Mellan elektrodernas dubbelskikt är laddningstätheten noll. Det fina är att dubbelskiktet är tunt; endast någon nanometer. Dvs ett riktigt lågt d i kapacitansekvationen. Detta är principen för elektrolytkondensatorer.

I en superkondensator går man ett steg längre och använder elektroder av något poröst material, oftast av kol som dessutom har låg vikt. I vissa speciella kolmaterial kan man få elektroder med extremt stor yta, uppemot 2000 m² per gram. Genom att därtill välja lämplig elektrolyt med goda egenskaper kan man nå kapacitanser på kilofarad, dvs tio storleksordningar högre än normala kondensatorer. Superkondensatorerna är därmed en konkurrent till batterier när det gäller strömförsörjning. Kondensatorerna har flera viktiga teknologiska fördelar över batterier. De är snabba; en kondensator kan snabbt ladda ur en stor laddning vilket gör att man kan nå höga effekter. Effekten per vikt är långt högre än ens de bästa batterierna. Kondensatorer har dessutom lång livslängd; en EDLC klara uppemot en miljon laddningscykler, jämfört med några tusen för batterier. Än så länge har kondensatorerna lägre energitäthet än batterier, men gapet minskar.

Här kommer Yury Gogotsi från Drexler University i Philadelphia in. Hans grupp har utvecklat en metod att skapa porösa kolelektroder där porstorleken kan kontrolleras med subångströmprecision. I ett papper i Science 2006 [1] och nyligen i Angewandte Chemie [2] visade gruppen att med precist utformade porstorlekar kan man dramatiskt öka kapacitansen. Man har nått värden på 170 F/g. Ur detta har dessutom kommit ett företag, Y-carbon, som skall kommersialisera idén. Gruppen har en även reviewartikel på gång i Nature Materials under sommaren.

Superkondensatorerna börjar nu alltså ta in på batteriernas energiförsprång och bli en konkurrent inom även energikrävande applikationer som fordonsteknik. De är dessutom ideala som komplement till de energieffektiva men ganska långsamma bränslecellerna. Samtidigt är det för tidigt att räkna ut batteritekniken. Även där sker utveckling, och många av principerna för batterier och EDLC är liknande så mycket av forsningen inom EDLC kan också appliceras både inom batteri- och bränslecellsteknik.

[1] J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi et al., "Anomalous Increase in Carbon Capacitance at Pore Sizes Less Than 1 Nanometer," Science 313, 1760-1763 (2006).
[2] J. Chmiola, C. Largeot, P.-L. Taberna et al., "Desolvation of Ions in Subnanometer Pores and Its Effect on Capacitance and Double-Layer Theory," Angew. Chem. Int. Ed. 47, 3392-3395 (2008).