Wetenschap

„U merkt pas wat van microtechnologie als er iets stukgaat”

Piepkleine techniek
is niet ver van huis

Door Helma Rebel-Struijk
Een helikopter op pindaformaat, een compleet chemisch laboratorium dat bijna in een lucifersdoosje past – microtechnologie plaatst techniek in een klein perspectief. Opereren op de vierkante millimeter is voor microtechnologen niet alleen een leuke uitdaging, hun inspanningen leveren ook nog eens praktische toepassingen op.

„Al is het onzichtbaar, het is overal om ons heen. U merkt eigenlijk pas wat van microtechnologie als er iets stukgaat”, zegt prof. dr. W. Ehrfeld. De directeur van het Instituut voor Microtechnologie in Mainz (IMM) geldt als een van Europa's meest vooraanstaande microtechnologen. Hij hield vorige week de gerenommeerde jaarlijkse lezing in Intermediairs lezingencyclus Amstelkringen.

Microtechnologie lijkt een beetje op micro-elektronica. De micro-elektronica verkleinde de transistor tot de huidige minuscule schakeling waarvan er miljoenen op een vierkante centimeter passen. Op dezelfde manier miniaturiseert de microtechnologie de optica, mechanica en chemie. Zodat een pompje ter grootte van een vingernagel en een mixer op rijksdaalderformaat wel futuristisch mogen klinken, maar in werkelijkheid al bestaan.

De meeste toepassingen moet je echter veel dichter bij huis zoeken, benadrukt Ehrfeld. In huis zelfs, zoals in de cd-speler. „De laser-leeskop kan de groeven van een cd volgen zonder het schijfje aan te raken. Dankzij microtechnologie”. Maar ook auto's en vliegtuigen zitten er vol mee. „Een Baby-Benz met zijwieltjes? Niet nodig voor een betere wegligging; daar is het Gyro-systeem voor. Ook weer microtechnologie”.

Helikoptertje
Het bewijs dat de wetenschappers met het kleine tot grote dingen in staat zijn, werd twee jaar geleden geleverd toen een minuscuul helikoptertje z'n eerste vlucht maakte. Een beetje trots is de Duitse microtechnoloog daar wel op. „Onmogelijk, zeiden Japanse onderzoekers voor die tijd tegen mij, want zij waren al vijf jaar op zoek naar een micromotor die z'n eigen gewicht omhoog kon brengen”.

Het wentelwiekje –met een gewicht van 0,5 gram nog geen 2,5 centimeter lang en 8 millimeter hoog– is meer dan alleen een speeltje, benadrukt Ehrfeld. Het is vooral een aansprekend bewijs van de kracht van IMM's micromotor. Toepassingen heeft hij al wel voor ogen. Die moeten vooral in de medische hoek gezocht worden, zoals een soort onderzeebootje om bloedvaten van binnen te onderzoeken. „Nog een jaartje of drie”, en dan zou dat realiteit moeten zijn.

Met een doorsnede van minder dan 2 millimeter is het micromotortje kleiner dan een luciferskop. De onderdelen ervan kunnen zelfs door het oog van een naald. De kunststof tandwieltjes zijn nog kleiner dan de plastickorrels waaruit ze gemaakt zijn. „Hoe we grote hoeveelheden maken? Wat dacht u van genetische manipulatie? Maar dan moeten we nog 300 jaar wachten”, lacht Ehrfeld. In plaats van daarop te wachten, gebruikt hij een soort spuitgietproces, Liga genaamd. Zoals een kind talloze gipsen beeldjes maakt uit een rubberen mal, zo kunnen microtechnologen eindeloos veel micro-onderdeeltjes maken. Alleen is hun mal niet van rubber maar van metaal gemaakt, op een geavanceerde manier.

Minifabriek
Vooral de natuur is een groot voorbeeld voor microtechnologen, zegt de Duitse wetenschapper. „Cellen zijn uiterst complexe chemische minifabriekjes, die maken wij niet zo maar even na”. Al zijn Ehrfelds chemische reactoren heel wat groter dan cellen, ze zijn in elk geval vele malen kleiner dan de gangbare exemplaren. Miniaturisatie heeft juist voor scheikundige reacties een groot voordeel, stelt Ehrfeld. „Reacties gaan veel sneller. Ook kan warmte in een flits worden weggevoerd. Hierdoor is niet alleen het gewenste product veel schoner, ook kunnen gevaarlijke reacties beter in de hand worden gehouden. En gebeurt er een rampje, dan is dat op minischaal”.

De minireactor zal het proces van laboratorium naar chemische fabriek aanzienlijk versnellen, verwacht Ehrfeld. „Nu worden er vele jaren en miljoenen in de zogenaamde opschaling gestopt. Een proces in het laboratorium kun je nu eenmaal niet ongestraft op dezelfde wijze uitvoeren in het groot. Het wordt veel makkelijker. Als een chemische omzetting in een microreactor goed werkt, doet 'ie dat ook in honderd microreactors. Of duizend”.

Eén geïnteresseerde voor het minifabriekje heeft IMM al. „BASF experimenteert er al mee”. Nog geen realiteit maar wel „zeer goed mogelijk” is het minilaboratorium. Ehrfeld is ervan overtuigd dat in de toekomst een heel chemisch laboratorium op een creditcard past. Sceptici troeft hij snel af. „Iemand die vijftig jaar geleden had beweerd dat er miljoenen transistoren op een chip zouden passen, zou ook voor gek verklaard zijn. Maar die heeft nu wel gelijk gekregen”.