Een volledige introductie van top-nanowetenschapper Chad Mirkin zou teveel van diens spreektijd bij Studium Generale vergen. De drievoudige professor (chemie, material science & engineering, medical science) van Northwestern University in Evanston/Illinois, behoort tot de top tien van `s werelds meest geciteerde chemici. Hij heeft honderden publicaties op z'n naam staan en is betrokken bij zo'n 150 patenten. Hij is winnaar van vele prijzen en onderscheidingen, waaronder de prestigieuze Feynman Prize (2002). Ook ontving hij op zijn vijfendertigste de American Chemical Society Award, een erkenning die soms voorbode is voor een Nobelprijs.
Collega-professor Jurriaan Huskens van Mesa+ karakteriseerde de gedrevenheid van de Amerikaan daarom kort en treffend. `Zijn emailadres begint met `Chadnano' en hij is oprichter van tenminste twee bedrijven op basis van eigen ontwikkelde kennis, NanoInk en NanoSphere. Maar net hoorde ik dat er twee zijn bijgekomen.' Met een kort instemmend knikje nam de op en top gesoigneerde Mirkin het woord.
Waarschijnlijk het meest bekend is Mirkin vanwege zijn in 1999 ontwikkelde nano-fabricagetechniek: dip-pen lithografie. Daarbij zet hij een atomic force microscoop (AFM), één van de `werkpaarden' in de moderne nanotechnologie, op een bijzondere wijze in. Met de gevoelige tip van de microscoop tekent hij letterlijk structuren en patronen op nanoformaat. Metalen, proteïnen of DNA worden gebruikt als `inkt', terwijl oppervlakken van glas, metaal en silicium dienst doen als substraat.
Mirkin: `In onze laboratoria zijn we behoorlijk ver gevorderd met het gebruik van tweedimensionale arrays (rijen) van pennen waarmee we duizenden identieke patronen tegelijk kunnen aanbrengen. Onze methode lijkt op een mechaniek zoals president Jefferson dat al inzette, om zijn handgeschreven brieven te kopiëren. Wij hebben een soort hefboom-overbreng mechanisme ontwikkeld. Zo zetten we microtechnologie in om nanostructuren mee te fabriceren.'
Deze directe nano-schrijfmethode is vooral populair voor zachte, vloeibare oppervlakken. Moleculen vanaf de tip van de AFM, worden via een waterige oplos-meniscus (tussen tip en schrijfoppervlak) één voor één afgezet op het substraat. Lijnbreedtes tot tien nanometer zijn haalbaar. In korte tijd is dergelijke apparatuur in gebruik genomen door onderzoekers in twintig verschillende landen, die werken op een schaal kleiner dan 100 nanometer.
Spannend pionierswerk levert Mirkin bovendien voor de inzet van nanotechnologie bij nieuwe diagnostische instrumenten. In 2003 presenteerde hij de `biobarcode'. Daarmee kunnen medisch specialisten proteïnen opsporen met een ongekende mate van precisie. Zo vond Mirkin markers die in lage concentraties aanwezig zijn in het ruggenmerg, en die duiden op de ziekte van Alzheimer.
Mirkin legt de algemene werking als volgt uit: `De bewerkte nanomaterialen treden op als sondes die zelf op zoek gaan naar een doel; ze hebben een code en binden zich bij herkenning. De nanodeeltjes bevatten DNA of een proteïne. Sommige van deze op nanoschaal bewerkte deeltjes binden zich selectief aan het doel en brengen, als een katalysator, reacties op gang die eigenschappen van het proefmonster veranderen, of er ontstaat een reactie aan het oppervlak waarbij een lichtsignaal wordt uitgezonden. Volgend jaar komt een apparaat op de markt, het Verigene System. Via een speciale chip zijn in één procesgang meerdere tests uitvoerbaar.'
Wie de mogelijkheden van de nanotechnologie werkelijk tot zich wil laten doordringen, zal volgens Mirkin een intellectuele flexibiliteit moeten ontwikkelen. Eigenschappen van materialen op deze schaal kunnen op de meest onverwachte manieren wisselen of zich manifesteren. Zo is het mogelijk om zilvermoleculen dusdanig te slijpen, bijvoorbeeld tot driehoekjes van 80 nm groot, dat deze zich, in oplossing, gedragen als nano-prisma's.
Mirkin: `Een professor nanotechnologie bestaat niet. Ik ben actief in meerdere disciplines. Alleen dan kun je nieuwe werktuigen ontwikkelen voor manipulatie op nanoschaal, de chemische en fysische consequenties daarvan doorzien en, daarna pas, de nieuwe eigenschappen positief benutten.'
De diepgewortelde angst dat nanodeeltjes milieuschade kunnen veroorzaken of dat zichzelf reproducerende nano-robots de mens van binnenuit beheersen, staat ver van hem af. Mirkin: `Daar wordt geen serieus onderzoek naar gedaan, en zakelijke initiatieven zijn al helemaal nooit genomen. We hoeven geen speciale angst voor nanodeeltjes te hebben. Proteïnen zijn ook nanodeeltjes. Daarom benader ik ze met respect.'
