Nano- og materialeteknologi
1. Resumé
Udvikling af ny teknologi skal bidrage til at sikre en bæredygtig fremtid. Dette sikres bl.a. gennem udvikling og anvendelse af avancerede og specialiserede materialer, herunder nanomaterialer.
Anvendelsen af nye avancerede (nano)materialer afstedkommer et behov for karakterisering af materialerne, både af hensyn til potentielle sundhedsrisici men også til dokumentation af materialernes egenskaber ved brug i konkrete anvendelser.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Nye materialer og nanoteknologi giver mulighed for at producerer mindre, mere robuste og billigere produkter. Eksempelvis er medicinsk udstyr et område med danske muligheder (fx. høreapparater, sensorer og dossering), hvor USA og Asien nu investerer kraftigt og udenlandske virksomheder i stigende grad bruger nye materialer og nanoteknologi
Som grundlag for nanoteknologi, produktudvikling med nye materialer og til brug for offentlig regulering (f.eks. indberetning af brug af nanomaterialer ) er der et stort behov for at udvikle nye og mere nøjagtige og pålidelige målemetoder. Myndigheder og virksomheder vil i stigende grad kræver internationalt anerkendt dokumentation for at opstillede krav er opfyldt særligt når det gælder sikkerhed, miljø og specifikation af avancerede og specialiserede underleverancer.
Forfalskede (counterfeit) receptpligtige lægemidler er et stigende problem for patienter og danske farmaceutiske virksomheder bl.a. på grund af den øgede internethandel . For at bekæmpe problemet kræver EU i et nyligt vedtaget EU-direktiv 2011/62 / EU, at ”fremstillingsvirksomhed" skal kunne kontrollere ægtheden af de medicinske produkter og individuelle pakker. Forfalskninger inden for en række andre områder er ligeledes et stigende samfundsproblem f.eks. fødevares oprindelse og penge. Mikro og nanomønstre eller avanceret spektrografi er blandt metoder, der kan identificere producent eller afgøre produktionssted.
3. Forskningsbehov
Indenfor plastproduktion er der indenfor de seneste år i Danmark skabt et grundlag for nye avancerede fabrikationsmetoder til funktionalisering af overflader i from af nano- og mikrostrukturering af overflader der kan give f.eks. farve og selvrensende egenskaber. For at komme videre til storskala produktion mangler imidlertid bl.a. avancerede, specialiserede og pålidelige metoder til online karakterisering af materialer, produktions processer og de færdige produkter da dette skal gøres på et langt mere detaljeret niveau, end det hidtil har været tilfældet. Nano- eller mikromønstre (evt. unikt på hvert solgt produkt) kan forebygge eller forhindre forfalskning, men dette vil bl.a. kræve hurtige, nøjagtige og pålidelige målemetoder.
Eksponering af nanopartikler er et af de områder, hvor den offentlige bekymring er særlig stor og hvor der derfor er et særligt behov for grundlæggende forskning inden for udvikling af referencemetoder og referencematerialer f.eks. til harmonisering af forskellige partikeltællingsmetoder.
Endvidere er der brug for nye, nøjagtige og pålidelige målemetoder på en lang række områder, herunder:
- klassificering af hygiejneoptimerede overflader
- karakterisering af nanostrukturer til bæredygtige energianvendelser
- mikro- og nano elecrical mechanical systems (MEMS og NEMS) anvendt som sensorer i f.eks. mikrofoner, accelerometre eller til måling af temperature, fugtighed, energiforbrug samt multisensorer der måler flere parametre
- bionedbrydeligt plastik
- partikel generering, fra plast (mikroplast, skosåler, bildæk etc.)
- toksicitetsniveau af luftbårne nano- partikler, f.eks. fra brændeovne
- optiske fingerprint af farlige mikroorganismer til implementering i realtime-monitoreringsomgivelser som f.eks. arbejds- og produktionsmiljø
- Realtime klassificering og identifikation af biokontamineringsniveau af luft i farmaceutisk rentrumsmiljø
4. Udmøntning
Implementering af forskningsindsatsen kræver et tæt samspil mellem højteknologiske virksomheder, som i deres produktion udnytter (eller kan udnytte) fremtidige avancerede (nano)materialer, danske universiteter med relevante forskningsaktiviteter, samt GTS institutter med erfaring inden for implementering af ny teknologi og udvikling af nye målemetoder.
Dette forslag har et væsentligt overlap med de emner som i H2020 adresseres under NMBP programmet (Nanotechnologies, Advanced Materials, Biotechnology, and Advanced Manufacturing and Processing), men tilpasses særlige styrkepositioner inden for dansk industri. Desuden er forskning i ny måleteknik til karakterisering af nye avancerede (nano)materialer et voksende forskningsområde for en række europæiske metrologiinstitutter, som bl.a. støttes gennem H2020’s EMPIR program (European Metrology Programme for Innovation and Research)
Anvendelse nye (nano)materialer er allerede omfattet af lovmæssig regulering, hvilket kan forventes forstærket grundet en voksende bekymring omkring sundhedsmæssige risici. Typisk sker regulering gennem fastlæggelse af grænseværdier for målbare parametre. Det vil derfor være relevant også at inddrage offentlige myndigheder, således at der sikres sammenhæng mellem lovmæssige krav og udvikling af målemetoder.
5. Danske forudsætninger
Forskningstemaet er rettet mod danske erhvervsmæssige styrkepositioner, hvor fremtidig produktudvikling med nye nanomaterialer giver nye muligheder. Områderne inkluderer bl.a. medicinske anvendelser (fx drug delivery), vedvarende energi (fx solceller) og plastindustri (fx nanostrukturerede polymermaterialer).
Danske universiteter har etableret ressourcestærke institutter og centre rettet mod forskning inden for nano- og materialeteknologi.
Forskningstemaet bygger desuden på GTS-institutternes stærke kompetencer inden for implementering af ny viden på området og inden for etablering af nye metoder til kvantitativ karakterisering af fysiske egenskaber for avancerede (nano)materialer.
6. Målsætninger og perspektiver
Målsætning: Danske højteknologiske industrivirksomheder skal være førende i anvendelse af state-of-the-art nano- og materialeteknologi i deres produktion.
Perspektiver: Danmark skal bl.a. fortsætte med at styrke sit internationale omdømme om at være et miljøbevist land med sikre og sunde arbejdsbetingelser, samt en befolkning der igennem videnspredning og uddannelse har umiddelbart adgang til de nyeste teknologier.
7. Kontaktperson
Jan Hald, Telefon 4593 1144, email jha@dfm.dk