Vildes forskning er på kant med naturlovene

Øverst oppe i Kjemi, blokk 2 ligger en gang. I gangen ligger et rom. I rommet står det en pult, og bak denne pulten sitter vår tids svar på Newton. Foran to digre PC-skjermer pepret med ligninger og simulerte atomer, troner nemlig Vilde Bråten, doktorgradsstipendiat i nanosystemer.

Blikket flakker raskt mellom de ulike dataskjermene i det hun viser fram et nanosystem hun har konstruert. I overkant av 40 timer i uka sitter den nyetablerte vitenskapskvinnen her og undersøker små ansamlinger med blå og røde prikker. For det utrente øyet kan det se ut som en tilfeldig mengde flekker, komplementert av et virvar med meningsløse tall og matteuttrykk. Men tallene skjuler en uløst gåte. De blå prikkene oppfører seg nemlig ikke helt som de skal. De gjør opprør mot våre etablerte naturlover.

LES OGSÅ: Ut å løpe? Prøv denne ruta

Matte, matte, matte …

Det var dette opprøret Vilde presenterte da hun i slutten av september sto midt på byscenen i Trondheim, som en av finalistene i Forsker Grand Prix. Men hvordan havnet hun egentlig her? Hva gjør at en fersk student plutselig får øynene opp for usynlige nanosystemer? Vi lar Vilde få ordet.

– Jeg har alltid vært veldig glad i matte, det kan jeg huske helt fra barneskolen, mye mer enn i samfunnsfag!

Etter å ha vokst opp på Lillehammer begynte hun derfor å studere industriell kjemi og bioteknologi på NTNU. Riktignok etter å ha tatt seg et par friår.

– Først var jeg et år på folkehøyskole i Sogndal på ski og klatrelinja, og så hadde jeg et år med backpacking og jobbing.

To års erfaring rikere startet hun altså på studielivet, et liv som har opptatt henne kontinuerlig siden da. Også her fikk matematikken en stor stjerne.

– På tredjeåret vårt velger vi spesialisering og da tok jeg teoretisk kjemi. Innenfor det emnet kan man igjen velge enten kvantekjemi eller den mer anvendelige versjonen termodynamikk, som har blitt min spesialisering.

LES OGSÅ: Kjære Erna: Vi leser til eksamen

Vaskemiddel uten partikler

Før hun visste ordet av det var masteren unnagjort, og Vilde valgte å tre inn i doktorgradsstipendiatenes rekker. Men nøyaktig hva doktorgraden skulle dreie seg om var ikke en selvfølge. Kanskje ikke så rart med tanke på at forskningen hennes dreier seg om de minste systemene som finnes. Nanosystemer er umulig å observere med det blotte øyet, så man kan spørre seg hvordan Vilde oppdaget dem.

– På masteren hadde jeg veldig flinke og inspirerende veiledere som jobbet med termodynamikk. De var interesserte i å jobbe videre med det som heter nanotermodynamikk.

Nanotermodynamikk? Vilde forklarer videre.

– Altså å finne termodynamiske beskrivelser for bittesmå system.

Dette må vi nok gå litt dypere inn i. For de av oss som synes den termodynamiske allmennkunnskapen har blitt litt rusten, kan Vilde by på en oppklaring.

– Termodynamikk handler om de drivende kreftene, det som får ting til å skje. Forskjeller i trykk, konsentrasjon og temperatur vil jevnes ut og det fører til at ting beveger seg i naturen.

Termodynamikken til nanosystem hørte imidlertid ikke Vilde om før hun var et godt stykke uti studiene. Da innså hun også at mange har et ganske feilaktig bilde av nanobegrepet.

– Jeg leste på ett eller annet vaskemiddel at det var uten nanopartikler, forteller hun og smiler.

– Da tenkte jeg at det var bare noe tull.

I dag er det nok fremdeles mange som anser nanoteknologi for å være noe halvskummelt og truende. Men den oppfatningen er ikke særlig berettiget, kan Vilde forsikre.

– Det å fremstille nanopartikler som noe universelt farlig er helt feil!

LES OGSÅ: Teknologi som kaster seg på hjernebølgen

Ingen knappenål

Men hva er disse nanosystemene da? De er vel ikke først og fremst helsefremmende? La oss gå mer grundig til verks for å nøste opp i begrepet.

– Nanosystemer er en slags «middle ground» mellom klassisk kjemi, som gjelder hvordan alle ting i naturen henger sammen, og den mer abstrakte vitenskapen som omhandler atomer og elektroner helt ned på kvantekjeminivå.

På tross av at nanosystemene kan bestå av et titalls tusen atomer, kan de neppe skryte på seg noen knappenålsstørrelse.

– Vanligvis sier vi at nanosystemer er ting mellom en og hundre nanometer. Eller så kan vi si at det er når ting blir så små at de endrer oppførsel.

LES OGSÅ: Under store katastrofer vil du fortsatt kunne snakke med Eivin

Naturens rebeller

Det er her alle varselklokkene bør begynne å ringe. «Så små at de endrer oppførsel» er ikke nødvendigvis en positiv beskrivelse.

– Overflaten til nanosystemene får partikkelen til å oppføre seg annerledes enn ventet. Dette kan få utilsiktede konsekvenser dersom vi skal utnytte nanoteknologien, sier Vilde.

Hun bruker et av eksemplene fra Forsker Grand Prix for å forklare nærmere.

– Et virus har mye høyere trykk inni seg enn det vi forventer. Hvis vi bruker de vanlige reglene vi har fra fysikk og kjemi for å finne ut av trykket i viruset, gir det oss feil svar. Man skulle kanskje ikke tro det, men virus bryter altså med naturlovene vi har operert med i flere hundre år.

Nanosystemene er med andre ord noen bittesmå rebeller, og det er her forskerhjernen til Vilde kommer inn i bildet. Den skaper orden i systemet.

– Mitt prosjekt handler ganske bredt om å finne mer generelle beskrivelser for egenskapene til nanosystem. Det betyr å enten lage helt nye naturlover eller justere de vi har.

LES OGSÅ: Studenter bruker hypnose mot eksamensangst

Suppe på en brødoppskrift?

– Grunnen til at nanosystemene ikke følger reglene vi forventer, er at de er helt andre ting enn store system. Vi bruker lovene som gjelder en ting, på noe de ikke gjelder.

– Litt som å bruke en brødoppskrift når man skal lage suppe?

– Ja, på en måte, og så forstår man ikke hvorfor man ikke får noe som er flytende. Når brødoppskriften slår feil, er man rett og slett nødt til å finne sin egen løsning.

Men å lage nye naturlover, slik Vilde gjør, krever spesielle framgangsmåter.

– Når jeg arbeider, bruker jeg simuleringer. Det er et program på datamaskinen som regner ut hvordan alle atomene i et nanosystem beveger seg rundt.

– Hvordan kan det være mulig?

– Hvis to atomer er en viss lengde fra hverandre, da har de en viss mengde energi. Men hvis de er litt lenger fra hverandre har de en annen

Ved hjelp av Newtons andre lov, kreftene er lik masse gange akselerasjon, regner dataprogrammet ut hvordan og hvor fort atomene beveger seg.

LES OGSÅ: Sexklubbsjefen anmeldt for hallikvirksomhet, selv mener han klubben er et sted for pleie

Nanomedisin

– Men hva er egentlig poenget med å forstå bevegelsene til et atom? Kan man bruke kunnskap om nanosystem til noe fornuftig?

– Vi kan bruke det til å forstå systemene som allerede finnes i naturen, slik som for eksempel virus, eller andre makromolekyl som gjør viktige oppgaver i kroppen.

Foruten å forstå eksisterende nanosystem kan man også konstruere egne nanopartikler. Denne teknologien har blitt tatt i bruk innen medisinske disipliner allerede.

– Nanomedisin er kreftbehandling der man lager en slags boble av nanopartikler som har cellegift inni seg. Den finner svulsten effektivt, slik at man slipper å gi cellegift til hele kroppen og kan levere dosen direkte til svulsten, forklarer Vilde.

Man skulle kanskje ikke tro det, men nanoteknologi har faktisk også hatt en finger med i spillet når det kommer til koronapandemien. Nanopartikler blir nemlig brukt i koronatesting.

– Partiklene som brukes har helt spesielle magnetisk egenskaper. De fester seg til den genetiske delen av viruset slik at vi kan identifisere at det er korona.

LES OGSÅ: Fem på gata og to i treet om konspirasjonsteorier

Sceneskrekken

Under Forsker Grand Prix 2020 fikk Vilde endelig spre ordet om disse utrolige nanosystemene til et større publikum. Det var imidlertid et stort steg for nanoforskeren som ikke hadde stått på scenen siden ungdomsskolen.

– Jeg spilte litt teater da jeg var yngre, men utenom det har jeg aldri stått på en scene med spotlight på meg … og hvertfall ikke snakket om noe jeg selv har laget!

Men etter gruppesamtaler, medietreningskurs og generalprøver var Vilde og de andre trondheimsdeltakerne mer enn klare for å innta Byscenen med storm. På knappe fire minutter skulle de presentere forskningsarbeidet sitt på en så overbevisende måte som mulig. Kanskje passet den korte tidsrammen spesielt godt for en nanoforsker, eller kanskje det var en lovmessighet? Uansett, den som nesten nådde helt til topps i konkurransen var en kvinnelig versjon av Newton, med temaet «Lovløse nanosystemer».

LES OGSÅ: Kreftfremkallende krabber og forurenset fisk