Nanoscience Laar en Berg

Nanoscience Laar en Berg

Webquest

Onderwerp Nanoscience, nanotechnologie
Schooltype VO (havo/vwo)
Doelgroep Klas 3 & 4
Vakgebieden Alg. natuurwetenschappen
Aantal personen 5 leerlingen
Totale tijd
Meer dan 10 klokuren

Hoe ver kun je gaan met nanoscience? Dat is de vraag waarmee je deze webquest bezig gaat. Mag allesook, wanneerl alles kan? Welke toepassingen kun je zelf bedenken. Welke economische voordelen zijn er te behalen. Welke gevaren liggen er op de loer? 

1. Inleiding

Nanoscience is om ons heen en beloofd een groot deel van onze toekomst te gaan bepalen. Nu nog in diverse laboratoriums en onderzoekscentra maar snel in ziekenhuizen en computers en waar niet meer. Het is belangrijk om van deze nieuwe technieken kennis te nemen en na te denken over de ethische en praktische kanten ervan.

In de komende lessen ga je jezelf in duo’s verdiepen in de wereld die nanoscience en nano-technologie heet. Je gaat dat doen aan de hand van een aantal opdrachten die je hopelijk zullen stimuleren na te denken over de mogelijkheden, over de onmogelijkheden, economische en ethische kanten van deze vorm van wetenschap. Daar veel materiaal in de engelse taal is vergroot je ook nog eens die woordenschat.

Kijk even naar deze video voor een introductie in nanoscience.

2. Taak

Jullie gaan aan de slag met tekst en beeldmateriaal om jezelf een mening te vormen en kennis te verwerven over het onderwerp. Gebruik de bronnen hierbij. In bronnen de eerste link overslaan, deze is leeg maar wel nodig voor de rss feed berichten.

Vergeet niet je bronnen te vermelden bij je antwoorden.

Werk bij voorkeur in Google docs zodat iedereen altijd toegang heeft tot het document.

In het verslag komen antwoorden op de volgende vragen te staan.

Opdracht 1.

Definieer de begrippen nanoscience en nanotechnologie aan de hand van diverse bronnen in jullie eigen woorden. Geef van beide minimaal een voorbeeld.

Opdracht 2.

Zoek uit welke gebruikstoepassingen er kunnen zijn voor de bij vraag 1 genoemde voorbeelden. Geef deze overzichtelijk weer.

Zie in de link hier wat voorbeelden.

http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/20379583/

Opdracht 3.

Bloedtesten

Lees de tekst achter onderstaande link. (De tekst staat ook bij de bronnen)

Maak een lijst van de woorden en begrippen die je niet begrijpt.

Zoek van die begrippen en woorden de betekenins op.
http://www.kennislink.nl/publicaties/licht-als-tolk-tussen-de-nano-en-de-macrowereld


Licht als tolk tussen de nano- en de macrowereld

Deze publicatie is onderdeel van het thema: 2015 Jaar van het Licht

De biologische cel is een bolwerk van chemische reacties die nog nauwelijks doorgrond zijn. Om deze reacties te kunnen volgen hebben wetenschappers verschillende methodes ontwikkeld, en licht speelt daarin een belangrijke rol. Natuurkundige Michel Orrit gebruikt licht om individuele moleculen te onderzoeken. Hij vertelt over zijn onderzoek. “Licht kan dienen als tolk voor de nanowereld.”

Michel orrit

Michel Orrit van de Universiteit Leiden gebruikt licht als tolk. Stichting FOM

“Ik gebruik licht als tolk. Dankzij licht kan ik waarnemen hoe een individueel molecuul zich gedraagt. Zo hoop ik te helpen ontdekken welke mechanismen de natuur gebruikt om levende wezens te maken zoals ze zijn.

Wij gebruiken de fluorescerende straling die moleculen afgeven wanneer ze aangeslagen worden door laserlicht van een bepaalde golflengte. We vuren één kleur licht af en krijgen een ander kleur licht weer terug. Daaruit kunnen we het gedrag van enkele moleculen en van hun omgeving afleiden. Met een gewone microscoop krijg je die niet te zien.

Met de uitvinding van de scanning tunneling microscoop veranderde dat abrupt. Bij mij rees toen direct de gedachte: als een naald de tolk kan zijn tussen de nano- en de macrowereld, kan een lichtbundel dat misschien ook, maar dan met veel minder storing.

Michel Orrit verwierf internationale faam als pionier in de fysica van enkele moleculen. Hij werkte aan de universiteiten van Bordeaux en Göttingen en kwam in 2001 naar de Universiteit Leiden. Daar leidt hij de groep Single Molecule Optics.

Lang leek het onvoorstelbaar dat we ooit afzonderlijke atomen of moleculen zouden kunnen waarnemen, ook voor mij als student destijds. We dachten dat quantumconcepten altijd abstract zouden blijven. Vele oudere collega’s zeiden dan ook: u verdoet uw tijd. Maar aan de hand van de theorie kun je berekenen dat één molecuul 100.000 fotonen per seconde kan opleveren. Dat moest meetbaar zijn. En dat bleek het uiteindelijk ook. Het was zelfs relatief simpel.
Nano-antenne voor moleculen

Door moleculen één voor één te bestuderen krijg je meer informatie dan uit gewone experimenten, waar gemiddeld wordt over miljarden en miljarden moleculen. Zo weten we nu dat twee moleculen – bijvoorbeeld eiwitten – chemisch gezien dezelfde structuur kunnen hebben, maar zich toch anders kunnen gedragen. Dat is met name relevant voor de biofysica en de celbiologie, waar we processen op moleculaire schaal veel minder goed kunnen verklaren dan in de fysica of de chemie.
Cell nucleus

Een biologische cel werkt met chemische processen die nog lastig te doorgronden zijn. Wikimedia Commons

Misschien kunnen we bijvoorbeeld achterhalen hoe het komt dat het ene molecuul beter aangepast is aan zijn functie dan het andere. Een iPad is door iemand ontworpen, daarom doe hij het. Een levend wezen is in de evolutie ontstaan. Maar hoe? Je kunt zeggen dat de ene soort beter overleeft dan de andere, maar dat is niet het type verklaring die wij als natuurkundigen zoeken. Welke fysische en chemische processen de natuur gebruikt om levende wezens te maken zoals ze zijn, is een van onze grote vragen. Als je dat begrijpt zijn er eindeloos veel toepassingen. Zo kun je de oorzaak van allerlei ziekten ontdekken, van Alzheimer tot ebola.

De techniek om enkele moleculen te bestuderen met licht is inmiddels al zo’n twintig jaar oud en behoorlijk gangbaar. In ons lab proberen we nu manieren te vinden om deeltjes te zien die niet zo makkelijk fluoresceren, zoals de moleculen die het lichaam zelf aanmaakt. We gebruiken bijvoorbeeld gouden nanostaafjes als antennes die het signaal van zwak fluorescerende moleculen versterken, net zoals een radio-antenne elektromagnetische golven versterkt. Of we proberen warmte te meten in plaats van licht. Dat is nu nog heel moeilijk. Maar de geschiedenis heeft laten zien dat moeilijke experimenten met de tijd makkelijker worden, omdat zowel de technologie als het denken vooruit gaat. Ik verwacht dat dat ook voor onze experimenten het geval zal zijn."


a. Vat de tekst samen zodat er een voor jullie duidelijk verhaal ontstaat. Gebruik hiervoor minder dan 200 woorden.

b. Zoek ten minste 2 bronnen die deze tekst aanvullen. Geef de url's.



Tip!

Een samenvatting maak je door de tekst eerst te lezen en te begrijpen. Daarna deze in je eigen woorden op te schrijven.

De volgende reeks opdrachten gaan over de  technische en ethische kant. Zij geven jullie ook de mogelijkheid om je mening te vormen en te geven.

Opdracht 4.

Welke technische problemen komen onderzoekers die de in het bovenstaande stuk beschreven testen gebruiken tegen?

Geef twee originele toepassingen van bpvenstaande techniek.

Opdracht 5.

Welke ethische vragen roept de micro/nano techniek bij je op?

Geef een voorbeeld van twee ethische dilemma's en werk die kort uit.

Opdracht 6.

Probeer inzicht te krijgen in de  eventuele kostenbesparing die de in jullie samenvatting beschreven techniek kan opleveren. Denk hierbij aan  investeringen, research, vroege ontdekking van ziekten en het al dan niet starten van behandelingen.

Zet de economische voordelen en nadelen op een rij.

Opdracht 7.

Geef vier redenen waarom de ruimtevaart en astronomie grote interesse hebben in nanotechnologie en nanosience.

Opdracht 8.

Bedenk een eigen toepassing van nanotechnology en werk die stap voor stap via de ontwerpcircel uit.

Een voorbeeld kan zijn; een nanocoating voor elke individuele haar die er voor zorgt dat je nooit meer je haren hoeft te kammen.

Bedoeling is dat je een NIEUWE toepassing bedenkt en geen toepassing op het web zoekt.

Hieronder staat de ontwerpcyclus uit Solar. Lees het hoofdstuk hierover door  voor de achtergronden bij deze cirkel.

De stappen testen en realiseren mag je overslaan.

De ontwerpcycius



Opdracht 9. Evaluatie

Geef een analyse van hetgeen je hebt geleerd en hoe je het leerproces hebt ervaren.

Tip!

Alleen stellen: "het was leuk en leerzaam en we hebben goed samengewerkt" gaat het niet doen.

3. Werkwijze

Jullie werken in duo's samen aan dit project. Probeer via een logboek de taken te verdelen, dat scheelt heel veel tijd.

Open een Worddocument waarin jullie de opdrachten maken. Inleveren volgens instructie leerkracht.

Ga stap voor stap aan het werk en kijk en lees bijvoorbeeld ook verder dan alleen de bronnen die op de quest staan. Je zult je fantasie nodig hebben en gewoon goed speurwerk om deze quest te maken. Je zult merken dat de tijdsinvestering ongeveer 8 tot 12 uur zal bedragen. Daar je in duo's werkt is dat dus maal 2. Voor de anw theorie achter ontwerpen en processen in de industrie kun je naar hoofdstuk 4 gaan in je Solar boek.?

4. Bronnen

Hier de leestekst van vraag 3.


Licht als tolk tussen de nano- en de macrowereld

Deze publicatie is onderdeel van het thema: 2015 Jaar van het Licht

De biologische cel is een bolwerk van chemische reacties die nog nauwelijks doorgrond zijn. Om deze reacties te kunnen volgen hebben wetenschappers verschillende methodes ontwikkeld, en licht speelt daarin een belangrijke rol. Natuurkundige Michel Orrit gebruikt licht om individuele moleculen te onderzoeken. Hij vertelt over zijn onderzoek. “Licht kan dienen als tolk voor de nanowereld.”

Michel orrit

Michel Orrit van de Universiteit Leiden gebruikt licht als tolk. Stichting FOM

“Ik gebruik licht als tolk. Dankzij licht kan ik waarnemen hoe een individueel molecuul zich gedraagt. Zo hoop ik te helpen ontdekken welke mechanismen de natuur gebruikt om levende wezens te maken zoals ze zijn.

Wij gebruiken de fluorescerende straling die moleculen afgeven wanneer ze aangeslagen worden door laserlicht van een bepaalde golflengte. We vuren één kleur licht af en krijgen een ander kleur licht weer terug. Daaruit kunnen we het gedrag van enkele moleculen en van hun omgeving afleiden. Met een gewone microscoop krijg je die niet te zien.

Met de uitvinding van de scanning tunneling microscoop veranderde dat abrupt. Bij mij rees toen direct de gedachte: als een naald de tolk kan zijn tussen de nano- en de macrowereld, kan een lichtbundel dat misschien ook, maar dan met veel minder storing.

Michel Orrit verwierf internationale faam als pionier in de fysica van enkele moleculen. Hij werkte aan de universiteiten van Bordeaux en Göttingen en kwam in 2001 naar de Universiteit Leiden. Daar leidt hij de groep Single Molecule Optics.

Lang leek het onvoorstelbaar dat we ooit afzonderlijke atomen of moleculen zouden kunnen waarnemen, ook voor mij als student destijds. We dachten dat quantumconcepten altijd abstract zouden blijven. Vele oudere collega’s zeiden dan ook: u verdoet uw tijd. Maar aan de hand van de theorie kun je berekenen dat één molecuul 100.000 fotonen per seconde kan opleveren. Dat moest meetbaar zijn. En dat bleek het uiteindelijk ook. Het was zelfs relatief simpel.
Nano-antenne voor moleculen

Door moleculen één voor één te bestuderen krijg je meer informatie dan uit gewone experimenten, waar gemiddeld wordt over miljarden en miljarden moleculen. Zo weten we nu dat twee moleculen – bijvoorbeeld eiwitten – chemisch gezien dezelfde structuur kunnen hebben, maar zich toch anders kunnen gedragen. Dat is met name relevant voor de biofysica en de celbiologie, waar we processen op moleculaire schaal veel minder goed kunnen verklaren dan in de fysica of de chemie.
Cell nucleus

Een biologische cel werkt met chemische processen die nog lastig te doorgronden zijn. Wikimedia Commons

Misschien kunnen we bijvoorbeeld achterhalen hoe het komt dat het ene molecuul beter aangepast is aan zijn functie dan het andere. Een iPad is door iemand ontworpen, daarom doe hij het. Een levend wezen is in de evolutie ontstaan. Maar hoe? Je kunt zeggen dat de ene soort beter overleeft dan de andere, maar dat is niet het type verklaring die wij als natuurkundigen zoeken. Welke fysische en chemische processen de natuur gebruikt om levende wezens te maken zoals ze zijn, is een van onze grote vragen. Als je dat begrijpt zijn er eindeloos veel toepassingen. Zo kun je de oorzaak van allerlei ziekten ontdekken, van Alzheimer tot ebola.

De techniek om enkele moleculen te bestuderen met licht is inmiddels al zo’n twintig jaar oud en behoorlijk gangbaar. In ons lab proberen we nu manieren te vinden om deeltjes te zien die niet zo makkelijk fluoresceren, zoals de moleculen die het lichaam zelf aanmaakt. We gebruiken bijvoorbeeld gouden nanostaafjes als antennes die het signaal van zwak fluorescerende moleculen versterken, net zoals een radio-antenne elektromagnetische golven versterkt. Of we proberen warmte te meten in plaats van licht. Dat is nu nog heel moeilijk. Maar de geschiedenis heeft laten zien dat moeilijke experimenten met de tijd makkelijker worden, omdat zowel de technologie als het denken vooruit gaat. Ik verwacht dat dat ook voor onze experimenten het geval zal zijn."

5. Beoordeling

Je wordt beoordeeld op de antwoorden die je geeft op de vragen. Elke vraag scoort 10 punten maximaal.

Er zal vooral gelet worden op volledigheid en orginalteit van jullie antwoorden. Het moet blijken dat er kennis is opgedaan omtrent het onderwerp. Tevens laten de leerlingen zien dat ze de theorie van hun boek in praktijk kunnen brengen. De samenvatting mag het totaal van 500 woorden niet overstijgen.?

6. Terugblik

Jullie hebben nu kennis gemaakt met de wereld van nanotechniek.

Als je opdracht tot een goed einde hebt gebracht bezit je kennis over nanoscience en nanotechniek, je hebt samengewerkt en geleerd taken te verdelen, je hebt van een moeilijk stuk een leesbare samenvatting gemaakt, je hebt ethische zaken rondom deze nieuwe vorm van techniek bestudeerd en deze in een goed verhaal gevat. Uit je methode over ontwerpen en design heb je technieken gehaald die je hebben geholpen met het ombouwen van de microsensor naar een nanosensor.

7. Docentpagina

Taal van de website: Nederlands
Trefwoorden: nano, nanoscience, anw, nanotechnologie
Opbrengst van de webquest: Begrip van nnanoscience en nanotechnologie. Tevens gaan leerlingen aan de slag met ontwerpen en design. Ethische vraagstukken omtrent nanoscience en haar toepassingen komen aan ook bod.
Extra benodigde materialen: pen en papier
Webquestmakers: Erik Soer

Deze WebQuest is goed te gebruiken bij:

Methode: Solar Anw deel1 VWO
Hoofdstuk / Les: Design en ontwerpen

Deze quest past in het anw programma. Het kan worden gebruikt om de lessen over ontwerpen en design van een alternatieve insteek te voorzien. Tijdens de lesweken dat de leerlingen werken aan deze quest zullen zij af en toe een beroep op u doen, het is daarom verstandig kennis te nemen van de bronnen die op de quest staan.

Verder is er de mogelijkheid om samen met het vak Nederlands de samenvatting te doen.

Het is ook een idee om deze webquest af te sluiten met een lagerhuisdebat over de ethische zaken rondom deze nieuwe ontwikkelingen.

  • Het arrangement Nanoscience Laar en Berg is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Erik Soer
    Laatst gewijzigd
    2018-06-12 14:10:20
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Hoe ver kun je gaan met nanoscience.
    Leerniveau
    HAVO 4; VWO 6; HAVO; VWO; VWO 4; VWO 5;
    Leerinhoud en doelen
    Natuur, leven en technologie; Technologische ontwikkeling; Biologie; Wisselwerking tussen natuurwetenschap en technologie; Algemene natuurwetenschappen;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur 50 minuten
    Trefwoorden
    anw, nano, nanoscience, nanotechnologie

    Bronnen

    Bron Type
    https://www.youtube.com/v/Cm90Md81zZQ&hl=en_US&feature=player_embedded&version=3
    https://www.youtube.com/v/Cm90Md81zZQ&hl=en_US&feature=player_embedded&version=3     		Video
    https://www.youtube.com/v/i4Ax8sY2U4A&hl=en_US&feature=player_embedded&version=3
    https://www.youtube.com/v/i4Ax8sY2U4A&hl=en_US&feature=player_embedded&version=3     		Video

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    Kiwijs, E. (2011).

    Nanoscience

    https://maken.wikiwijs.nl/32158/Nanoscience

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van