Fysiker Anja Boisen står i spidsen for et forskningscenter, der arbejder på at gøre den spektakulære vision til virkelighed ved hjælp af nanoteknologi. Men selv den mindste lille, slugbare ’læge’ skal tilføres energi for at gøre sit arbejde ned gennem dit tarmsystem, og hvor skal dén lige komme fra? 

Hør også Anja Boisen – der er professor på Institut for Sundhedsteknologi på Danmarks Tekniske Universitet – forklare, hvordan nanoteknologi kan bruges til fx at skabe kemiske forbindelser, der før var umulige, og hvordan 2-årige tænker som forskere, når de sorterer legetøj eller sko.

Hvilken grundforskning driver dit arbejde?

Det er vekselvirkningen mellem nano- og mikrostrukturer, og så det levende. Det levende kan være celler, det kan være væv, det kan være vores krop. Der er så mange ting, vi ikke forstår, og mange ting vi undrer os over. Jeg er sikker på, at der er mange nye opdagelser, vi kan gøre inden for det felt.

Hvad forsker du i?

Vi har to aktiviteter, som vi arbejder indenfor. Det ene er inden for sensorer, som kan bruges til diagnostik. Vi har et projekt, hvor du kan måle, hvor meget medicin der er i dit blod, hvis du for eksempel er i behandling for cancer. Det er rigtig vigtigt, at du hverken får for meget kemoterapi eller for lidt. Specielt med børn skal det kunne justeres meget nøjagtigt. Og det er der desværre rigtig mange steder, man ikke kan i dag. Den anden del, vi arbejder med, hedder ’drug delivery’. Det handler om, hvordan man kan få medicin ind i kroppen på andre måder end ved at stikke sig. Der skal vi igen forstå, hvordan medicinen egentlig kommer ind i kroppen, hvis vi sluger den, og hvad udfordringerne er. Kan vi gøre noget smart dér? Ikke ved at lave nye typer medicin, men ved at bruge det, vi har i dag. Kan vi pakke det ind i nogle mikrostrukturer, der gør, at det hæfter det rigtige sted og bliver frigivet og kommer hen over tarmvæggen og ind i kroppen.

Du har en ung forsker hos dig, der forsker i, hvordan man kan lave en lille sensor, som man sluger, så man kan undersøge tarmen indefra. Når man i dag skal have undersøgt tarmen, skal man have en lysleder ind den ene eller den anden vej. Sjovt nok er lyslederen baseret på grundforskning inden for astrofysik. Hvis der er noget, astrofysikere går op i, så er det, hvordan man kan se noget med meget lidt lys, og sådan er det også, når man er inde i tarmen. Men det er måske snart passé, fordi man kan sluge en lille pille, som bliver ved med at sende, mens den er på vej ned. Det bliver i hvert fald væsentligt mere behageligt for patienten.

Der findes faktisk kameraer i dag, som man godt kan sluge. Det næste, vi gerne vil, er ikke kun at se, men også at kunne tage prøver. Og måske engang også kunne analysere prøverne undervejs, mens den lille kapsel rejser igennem tarmen og kommer ud i den anden ende. Og måske også kunne behandle undervejs. Så det er lidt tilbage til en gammel vision om, at vi en dag skal kunne sluge vores egen læge.Richard Feynman var fysiker. Han holdt et foredrag på Caltech tilbage i 1959. Foredraget hed ’There’s Plenty of Room at the Bottom’, hvor han talte om, at vi skal kunne manipulere med enkelte atomer, bygge ting nedefra og op. Men han havde også en vision om, at vi skal kunne sluge vores egen læge. Og nu er vi faktisk ved at være dér, hvor vi kan gøre det.

Lige for tiden er jeg optaget af at turde tænke nogle af de lidt vilde tanker: Kan vi sluge vores egen læge, og hvad skal der i virkeligheden til? Når jeg ser science fiction-film, tænker jeg nogle gange: ’Aj, okay, det tror jeg aldrig bliver til noget’. Men hvad nu hvis? Og hvad skulle der til? Hvis det handler om at kunne sluge sin egen læge, skal man også på en eller anden måde kunne lave noget energi, mens den lille læge, man har slugt, er på vej ned gennem tarmen.

Hvis den lille læge skal kunne tage nogle beslutninger, så skal den jo på en måde også have noget energi. Og hvis den skal kunne tage nogle prøver og analysere dem og gøre noget ved det, så skal den også bruge energi. Den skal kunne fungere fuldstændig af sig selv på et tidspunkt. Så begyndte vi at tænke: Hvad har man til rådighed i kroppen, som vil kunne lave lidt energi? Der er jo syre i maven. Det kan man lave batterier af. Og tarmen bevæger sig ud og ind hele tiden, så der er noget mekanisk energi, vi måske kan høste og lave om til elektrisk energi. Det er sådan nogle ting, der begynder at være rimelig vilde. Men når vi begynder at gøre det mere konkret, så kan vi faktisk ikke finde nogen, der før har høstet energi ved hjælp af peristaltikken i tarmen, men nu prøver vi. Peristaltikken er den bevægelse, som tarmen gør. Det hele bliver maseret rundt. Når vi har spist noget mad, skal det choppes op, og vi skal sørge for, at det kommer hele vejen ned igennem. Der er en masse bevægelse. Maven bevæger sig i øvrigt også, så det kan man måske også bruge. I dag sluger man faktisk et batteri ved nogle undersøgelser, men hvis man kan undgå det, bliver den slugte kapsel fuldstændig autonom.

Anja C. Andersen: Det er præcis den samme udfordring, man har som astrofysiker, når man sender en rumsonde ud: Hvordan skal den få energi til de videnskabelige instrumenter, man gerne vil have til at lave målinger?

Det er lidt det samme. Vi laver bare en rumsonde inde i maven. Som er væsentligt mindre.

Mikkel Frey Damgaard: Ville I to – Anja C. Andersen og Anja Boisen – kunne udveksle de opdagelser, I gør?

Vi står jo på skuldrene af den samme fysik. Det er et godt eksempel på, at grundforskning kan bruges flere steder. Det er ikke så lang tid siden, Anja C. Andersen holdt et foredrag for os, som var vildt inspirerende. Nogle af de ting, som i Anjas forskning kan være en udfordring – for eksempel at kunne måle med forskellige optiske metoder – gør vi jo også i vores forskning, når vi skal bestemme, hvad for noget kemi vi har på en overflade. Så der er klart et overlap i nogle af de teknologier, vi bruger.

Hvem står du på skuldrene af i din forskning?

Jeg ville nok nævne Heinrich Rohrer, som fik nobelprisen sammen med Gerd Binnig for opdagelsen af scanning tunnel-mikroskopet. Det var en opdagelse, de gjorde på IBM Zürich i 1981, og de fik nobelprisen i 1986. Jeg synes, det er enormt fascinerende, at de egentlig arbejdede med superledning, så de må have været virkelig open-minded og have haft en frihed og kreativitet til at stoppe op og sige: ’Nu har vi denne her lille tunnelleringsstrøm. Kan vi bruge den til faktisk at se enkelte atomer på en overflade?’ Senere begyndte man at flytte rundt på enkelte atomer og skrive ’IBM’ på overfladen.

Et scanning tunnel-mikroskop er et supermikroskop, hvor man faktisk laver et raster-scan. Punkt for punkt flytter man sig hen over en ledende overflade, og så måler man. Du flytter en lille metalspids hen over en overflade, og der går så en strøm mellem metalspidsen og overfladen. Hvis du kommer ét skridt tættere på overfladen, så stiger strømmen ti gange. Der er en eksponentiel afhængighed. Det gør, at det bliver enormt følsomt over for små bump på overfladen. Så følsomt, at man ved at bevæge sig step-by-step kan måle eller føle overfladen af de enkelte atomer.

Problemet med at se noget meget småt er, at man typisk bruger lys til at se. Men du kan ikke se noget, der er mindre end lysets bølgelængde, for så bliver lyset ikke reflekteret på det. Man kan føle det, ligesom en der læser blindskrift. Og så kan de ovenikøbet styre det, så de kan løfte atomer og sætte dem, så de kan skrive ’IBM’. Har du ikke selv lavet en gimmick med et af dine centre, hvor I skrev ’INANO’?

Det var i Aarhus, de gjorde det. Det blev det helt store at flytte rundt på atomer.

Det må være en banebrydende forandring at kunne komme helt derned. Hvad var det for en verden af muligheder, der åbnede sig?

Det var meget den verden, som Feynman også havde beskrevet i sin vision. Og det blev starten på nanoteknologi. Der kom virkelig meget funding inden for nanoteknologi. Der kom en forståelse af, at vi faktisk kan se de enkelte atomer, og at vi kan manipulere materiale på den atomare skala. Og så begynder man jo for det første at flytte rundt med de enkelte atomer. Der var nogen, der troede, at i fremtiden ville alt blive bygget nedefra og op, atom for atom, men det tager lidt lang tid, så det er ikke måden at gøre det på. Men hvis du ser, hvad der foregår på en overflade, som man aldrig har kunnet før, så begynder du at forstå, hvad der egentlig foregår. Og så kommer der et væld af nye anvendelser, hvor man også optimerer, hvad der sker.

Nanoteknologi er vel ikke bare en iPhone, der bliver så lille, at man ikke kan se den?

Nej. Men inden i en iPhone er der helt sikkert nanoteknologi. Der er virkelig små chips derinde, der gør, at din iPhone virker. Alle mulige sensorer, som er bygget på nanoteknologi. Hvis man virkelig skal forstå, hvad det interessante er ved nanoteknologi, er det, at når tingene bliver små, så begynder nogle af dem at opføre sig anderledes. Noget af det første, der blev lavet i Danmark, var at få kigget på små partikler, som man bruger til katalyse. I katalyse handler det om at få kemiske reaktioner til at foregå, som normalt ikke kan foregå. Molekyler, der normalt ikke vil sætte sig sammen.

Man giver dem en overflade, som de gerne vil sidde på. Det er lidt som en dating-platform. Jo mindre de partikler er, jo mere overflade har de. Så man vidste godt, at man skulle lave små partikler til katalyse til at fjerne svovl i benzin. Haldor Topsøe, en virksomhed i Danmark, laver rigtig meget partikler til katalyse, og det foregik i samarbejde med INANO i Århus med blandt andre professor emeritus Flemming Besenbacher og hans gruppe dér. Da man så får scanning tunnel-mikroskoper, kan man kigge på enkelte partikler. For første gang kan man se, hvor denne dating-mekanisme egentlig sker. Det skete faktisk ikke på hele partiklen, men kun ude i kanten. Og når man kan se det, så begynder man at regne på, hvorfor det kun er på kanten. Det er der, den er mest reaktiv. Når man har forstået det, kan man faktisk lave partikler med rigtig mange kanter. På den måde kan du optimere katalysen.

Anja C. Andersen: Det er det samme i astrofysikken. Jo mere overflade et støvkorn har, jo mere reaktivt er det, og jo flere spændende ting sker der. Så tænker man: ’Aha, det er derfor, der er mere gang i denne her del af universet end i den anden del.’ Fordi partiklerne er mindre, og derfor har de mere overflade.

Du siger, at når tingene bliver meget små, så begynder de at opføre sig anderledes. Betyder det, at fysik handler om, at I finder de konstante ting, og så opdager I også en eller anden undtagelse? Det er, som om I har et system, hvor I næsten kan forklare det hele – og så kan I alligevel ikke forklare det sidste.

Vi vil gerne forklare det hele. Men hver gang vi forstår et eller andet, så åbner der sig mulighed for to nye spørgsmål. Vi er jo som fysikere nogle, der altid prøver at drive tingene ud i det ekstreme. Vi prøver at drive vores formler ud i det ekstreme. Nu har man scanning tunnel-mikroskopet, hvor man kan se ned på enkelte atomoverflader, og så tænker man: Hvad er der inden i atomet? Der er kvarker, så kan vi se kvarkerne? Hvor mange partikler er der? Vi holder aldrig op. Vi er sådan nogle, der bare spørger. Forskere er nysgerrige. I virkeligheden er de fleste mennesker heldigvis nysgerrige. Der er mange toårige, der opfører sig ligesom forskere. Hvis man giver dem lov til at være ude i en entré, hvor der har været en fest, og der står en masse sko, så begynder de straks at sortere skoene. Når man kommer ud, er det altid spændende at se, om det er efter snørebåndene eller hullerne eller højden på hælen eller farven. De har også en forskningshjerne, der hedder ’Lad os prøve at rydde op i det her på en eller anden måde og se, om vi kan få noget systematik og forstå, hvorfor de er forskellige’. Men jeg synes også, det er vigtigt at have denne her åbenhed over for, at der er ting, man ikke forstår. Eller at ting kan sættes sammen på en ny måde. Så det er både at finde al strukturen, men også være åben over for det ukendte. At der er ting, som kan kigges på.

Anja C. Andersen: Man skal også give slip nogle gange. Det kan faktisk være svært. Hvis man har arbejdet rigtig længe ud fra en antagelse om, at det er sådan her, og man så indser, at det ikke understøttes af data, eller at man havde glemt at tage højde for noget, eller at man har overset noget – så sidder man og slår sig oven i hovedet og tænker: ’Jeg var også bare for dum at tænke, at det var sådan’. Det er svært. Det er dér, det er hårdt at være forsker. Når man til gengæld så opdager en sammenhæng, så er man jo helt begejstret.

Mikkel Frey Damgaard: I Lykke-Per fra 1898 af Henrik Pontoppidan diskuterer de teknologi på et tidspunkt. Lykke-Per sidder i en salon eller på et værtshus, og så er der en, der siger noget i retning af: ’Jeg bøjer mig først for teknologien, når jeg kan kommunikere med en mand i New York, og ikke bare tale. Jeg vil også kunne se vedkommende.’ Han bruger det som et eksempel på ting, der ikke ville kunne lade sig gøre. I dag er det helt banalt med en Skype-samtale med en kollega eller kæreste, der sidder i New York, hvor man ser hinanden. Så spørgsmålet til jer to er: Hvornår kommer I derud, hvor I forkaster alt, hvad I ved, og forestiller jer noget helt ekstremt?

Anja C. Andersen: Det er svært at vide, for det ved man nærmest først i bagklogskabens klare skær. Vi diskuterer jo hele tiden alle mulige ting. Dengang Einstein og Niels Bohr sad på Niels Bohr Institutet og diskuterede quantum entanglement, som var en konsekvens af den kvantemekanik, som de var ved at udvikle og slet ikke forstod, da var det tankespind: ’Hvad-nu-hvis’, ’Det kunne da godt være’. Nu er det jo en vigtig ingrediens i hele udviklingen af kvantecomputeren og forståelsen af, hvordan den kan laves.

Jeg tror også, det er noget, man ser i bagklogskabens klare lys. Jeg tror, det er vigtigt, at det ikke er de fuldstændige paradigmeskift, man oplever. Men man skal være klar til at forkaste sine ideer og ikke holde fast i en eller anden hypotese, for det er også farligt. Man kan jo komme til at fejlfortolke alle sine resultater. Og så skal man være åben over for folk, der kommer med andre måder at se tingene på, nye ideer.

Anja C. Andersen: Det interessante er heller ikke, om en idé er rigtig eller forkert. Nogle gange kan en idé, der senere viser sig at være helt stukket af, have sat gang i noget, der fører det rigtige sted hen. Når vi skriver forskningsartikler og gerne vil hædre nogen, der skrev en artikel, som satte gang i det her felt, men som vi i dag alle sammen anerkender var forkert, så har vi en formulering, der hedder ’the pioneering paper by …’. Man hædrer dem for at være de første, der satte noget i gang. Man vil ikke skrive, at det er forkert, for det ved alle, så det er der ingen grund til at skrive. Men man kan heller ikke skrive, at det var rigtigt, for det ved vi nu, at det ikke er. Det er en anden vigtig pointe ved grundforskning, at man hele tiden bevæger sig. Og først senere ved man egentlig, om det var rigtigt eller forkert. Først bagefter, når man kigger sig tilbage, kan man se, om det førte til noget.

Nogle gange føler man bare, at et felt bevæger sig langsomt. Det gør det ikke altid. Nogle gange udvikler tingene sig rigtig hurtigt.

Anja C. Andersen: Jeg tænker meget på det som et hundredemeterløb. Man har nogle perioder, hvor man nærmest bare laver små hop på stedet og tænker, at det her fører ingen vegne. Og så, pludselig, starter sprinten. Og så sker der alt muligt. Nu, hvor jeg er blevet ældre, har jeg indset, at de små hop på stedet, hvor man ikke synes, der sker noget, er en del af processen. Så man skal lade være at få stress over det. Men når man er ung forsker, specielt når man ikke er fastansat og er bange for sin næste stilling, kan man godt blive meget frustreret over det. Det ser ud, som om der ikke er sket en dyt i et halvt år, på trods af at man møder på arbejde hver dag og sidder 12 timer i laboratoriet og måler alt muligt, der ikke rigtig vil det, man har tænkt sig.

Hvor langt er I fra at skabe et aggregat, der både kan observere, diagnosticere og behandle på én gang?

Jeg tror, vi vil have de første resultater inden for fem år. Men at sluge din læge tager længere tid. Vi er på vej, og vi er så heldige, at vi lige har fået en ny, fin bevilling fra Novo Nordisk Fondens Challenge Programme til at gøre noget af det mest crazy, nemlig det her med at skabe energi, høste energi inde i kroppen.

Vores projekt hedder EMGUT – Energy Materials for the Gut. Det handler simpelthen om, hvordan vi kan høste energi inde i kroppen. Man kan lave et batteri ved at bruge syren i maven, ligesom et citronbatteri, som man kan lave hjemme på køkkenbordet. Eller også kan vi lave nogle polymerer, som skal være totalt uskadelige og bionedbrydelige. Det bliver en udfordring at lave dem. De er pito-elektriske. Det vil sige, at det er nogle materialer, hvor der, når du trykker på dem, bliver skabt lidt elektricitet, som vi kan bruge til at drive en sensor eller sende signaler gennem kroppen og ud, så vi en gang imellem får et signal om, hvordan det går derinde.

Anja C. Andersen: Og det forstår vi takket være Pierre Curie, Marie Curies mand. Det var ham, der fik beskrevet de materialer.

Det hele er én stor fødekæde på kryds og tværs.

Anja C. Andersen: Der er en ting, jeg vil hædre dig for, inden vi slutter. Jeg synes, at du laver en forskningsgruppe, der minder meget om den måde, jeg tror, at Niels Bohr også lavede sin forskningsgruppe – nemlig at det er inklusivt. Der er et fladt hierarki, og alle kan komme til orde og bliver lyttet til med deres gode ideer. Det er ikke vigtigt, om det er professoren eller en bachelorstuderende, der har ideen. Det vigtige er ideen i sig selv. En vigtig del af et forskningsmiljø er faktisk det med, at man kan komme med sine forslag, og at der bliver ikke grinet, hvis man siger noget, hvor folk tænker, at det er for langt ude. Men at man netop kan lægge de vilde ideer på bordet og stole på, at alle tager dem alvorligt og diskuterer dem på en ordentlig måde. Så kan det godt være, at man slår dem ihjel i løbet af 30 sekunder, fordi de ikke har noget i sig. Men man gør det, og så bliver det ikke sådan, at man ikke har lyst til at komme med vilde ideer næste gang.

For mig har det ikke været et bevidst valg. Sådan er det bare blevet. Alle har gode ideer, og jeg tror meget på samarbejde og på, at det er mængden af gode ideer, og det at man får skabt et miljø, hvor folk føler sig trygge og kan lide at være. Så kan vi netop få et samarbejde til at fungere og få alle de gode ideer i spil. Hvis jeg skal sige noget, der er virkelig svært, så er det at samarbejde. Hvis du laver et tværvidenskabeligt felt som det her, hvor vi for eksempel skal sluge vores læge, så kræver det, at alle discipliner skal kunne mødes og arbejde sammen om det. Vi er jo mennesker, så det er nogle gange svært. Det er både svært at få teknologierne og videnskaberne til at samarbejde, men det er også svært at få menneskerne til at samarbejde nogle gange. Det handler om at få lavet et miljø, hvor det bliver så nemt som muligt.Videnskab bliver skabt af mennesker.