LØRN case C0151 -
LØRN. RESEARCH

Nikolai Helth Gaukås

Doktorgradsstipendiat ved Institutt for materialteknologi

NTNU

Implanterbare materialer for helseteknologi

I denne episoden av #LØRN møter Silvija doktorgradsstipendiat ved Institutt for materialteknologi ved NTNU, Nikolai Helth Gaukås. Institutt for materialteknologi er Norges ledende utdannings- og forskningsmiljø innen materialvitenskap og teknologi. I episoden snakker Nikolai om hvordan funksjonelle materialer også kan bli brukt som implementerbare materialer innen helseteknologi. Han forteller blant annet om piezoelektriske materialer, et spennende materiale som kan generere strøm til annen implanterbar eletronikk ved hjelp av det bankende hjertet vårt.
LØRN case C0151 -
LØRN. RESEARCH

Nikolai Helth Gaukås

Doktorgradsstipendiat ved Institutt for materialteknologi

NTNU

Implanterbare materialer for helseteknologi

I denne episoden av #LØRN møter Silvija doktorgradsstipendiat ved Institutt for materialteknologi ved NTNU, Nikolai Helth Gaukås. Institutt for materialteknologi er Norges ledende utdannings- og forskningsmiljø innen materialvitenskap og teknologi. I episoden snakker Nikolai om hvordan funksjonelle materialer også kan bli brukt som implementerbare materialer innen helseteknologi. Han forteller blant annet om piezoelektriske materialer, et spennende materiale som kan generere strøm til annen implanterbar eletronikk ved hjelp av det bankende hjertet vårt.
Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

18 min

Choose your preferred format

Velkommen til Lørn.tech, en lærings dugnad om teknologi og Samfunn med Silvija Seres og venner.


SS: Hei og velkommen til Lørn.tech, jeg er Silvija Seres. Tema i dag er prosessteknologi og den jeg har med meg i studio er Nikolai Helth Gaukås, en doktorgradsstipendiat i materialteknologi ved NTNU, velkommen!

NG: Tusen takk!

SS: Veldig hyggelig å ha deg her, Nikolai. Vi skal snakke om hvorfor du synes at implantater og materialteknologi er så veldig spennende å forske på. Og etterhvert kanskje lage produkter på. Har lyst å høre litt også om hva NTNU gjøre spesielt godt på området, men før vi gjør det har jeg lyst å høre hvem du er?

NG: Ja, jeg heter da Nikolai Helth Gaukås og er 27 år gammel. Jobber ved NTNU på institutt for materialteknologi. Jeg har tatt en mastergrad i kjemi, og tar nå en doktorgrad innen materialteknologi med retning mot helseteknologi.

SS: Hva er materialteknologi?

NG: Materialteknologi er læren om materialer rett og slett.

SS: Hvorfor er det spennende?

NG: Materialer er rundt oss til enhver tid. Alt rundt oss er et material og derfor synes jeg det er utrolig spennende.

SS: Dere forsker på egenskaper så de skal kunne være bedre til å lede strøm og varme eller hva prøver man å oppnå?

NG: Ja, det er riktig. Vi ser på materialet rundt oss og tenker på hvordan kan vi utnytte det og hvordan vi kan gjøre det bedre. Og på NTNU på mitt institutt er vi veldig flinke på å se på hvordan vi kan lage de på en mer miljøvennlig måte og hvordan vi kan bruke de mot helse og mer miljøvennlig teknologi.

SS: Altså bedre maling for skip eller?

NG: For eksempel, eller for bedre implantat i kroppen. Eller bedre konstruksjonsmaterialer.

Materialteknologi omfatter nesten alt fordi nesten alt er materialer.

SS: Implantat i kroppen, en ny knokkel eller et nytt organ?

NG: Ja, for eksempel. Jeg kommer fra materialteknologiverden og vi jobber mer med døde materialer. Men når man snakker om implantater til kroppen, så kan man snakke om levende eller døde materialer. Biologisk vev eller dødt vev. Og vi jobber med dødt vev, så vi forsker ikke på å implantere andres organer inn i kroppene, vi forsker på å sette døde og ikke levende materiale inn i kroppen.

SS: Ting som ikke reagerer med kroppen?

NG: Ja, og det er dette jeg synes er spennende med mitt forskningsarbeid. For jeg kommer med bakgrunn i kjemi og materialteknologi som kan være ganske komplisert. Men nå kommer jeg midt i skjæringspunktet mellom biologi og levende vesener, som er uendelig mye mer komplisert. Og det er utrolig spennende å se hvordan våre egentlig enkle materialer interagerer med et så komplisert system som det mennesker kan være.

SS: For i kroppene våre er det kjemi, biologi og elektronikk. Det er mange systemer som overlapper og vi forstår ikke helt sammenhengene.

NG: Det er helt riktig. Så hvis man begynner å zoome inn på menneskekroppen, så kan man til slutt si at på mikroskala snakker vi om kjemi. Det er så ekstremt mange prosesser som foregår i kroppen på en og samme tid, så det er bare putte et implantat inn i kroppen din, det er ikke «bare bare». Det er så mye som kan gå galt og derfor er det utrolig viktig å forske mye på dette her.

SS: En av de morsomste bøker jeg har lest er en gammel bok av en molekylærbiologi eller farmasøyt som heter «molecules of emotion» hvor hun prøver å forklare også hvordan følelsene våre bygges gjennom de forskjellige enzymer som da interagerer med forskjellige celler. Og hvordan våre tanker kanskje kan påvirke helsa og utrolig mye rart.

NG: Det var det som gjorde meg så interessert i kjemi. At kjempe små molekyler kan påvirke alt rundt oss. De kan drepe oss, gjøre oss glad, hjelpe oss til å formere oss. De er helt essensielle for livet rett og slett. Og ett molekyl eller ett materiale kan ha utrolig stor påvirkning på livene våre. Det synes jeg er utrolig spennende.

SS:Nå driver du med doktorgrad, hvordan jobber du med dette her. Hva betyr det egentlig, og hva skal du levere?

NG: Når man tar en doktorgrad skal man til slutt levere en avhandling, men det man egentlig gjør er å forske. Man har et lite forskningsemne man ser på, også skal man prøve å finne ut nye ting.

SS: Og da skal det helst være noe som verden ikke vet om enda?

NG: Ja, jeg hørte at hvis du tar en doktorgrad så er det 50% sjanse for at det du forsker på ikke er forsket på før i det heletatt. Jeg vet ikke om det stemmer, men det er ekstremt tilspisset det vi forsker på. Så jeg jobber med en veldig liten del innenfor implantat-verden da.

SS: Fortell, hva slags implantat jobber du med da?

NG: Jeg jobber med Piezoelektriske materialer.

SS: Hva betyr det det?

NG: Når du klemmer på de så lager de strøm. og de kan brukes på flere måter. Touchscreen for eksempel. Det er det som gir gnisten i lighteren når du tenner den. De kan brukes som trykksensorer, du kan bruke de til å høste energi for hvis du tråkker på den så lager den strøm. Du kan putte den i skoene din og lade mobiltelefonen i lomma. Så i forskningsgruppen vår forsker vi på to måter bruke sånne piezoelektriske materiale på inne i kroppen. Den ene måten er å bruke det utenpå beinimplantat for eksempel. Når du skal bytte hofte setter du inn en metallhofte isteden, men den har en tendens til å ikke gro godt fast i beinet. Så vi ser på om man kan bruke et piezoelektrisk materiale utenpå implantatet som da beinet gror bedre fast til. Og grunnen til at det her skal funke er fordi bein i seg selv er litt piezoelektriske. Og vi tror at den piezoelektriske effekten lager en spenning på beinet når du går, som stimulerer at beinceller vokser til. Så vi tror at hvis vi kan dekke et piezoelektrisk implantat så vil det gro bedre fast i beinet, og healing-tiden går fra å være ett år, til kanskje ett par måneder eller uker.

SS: Så spennende.

NG: Og det andre applikasjonsområdet vi forsker på er å putte dem samme med elektroniske materialer inne i kroppen. Så en pacemaker må du bytte batteri på etter 2-4 år, men hvis du bruker et piezoelektrisk materiale så kan du lade den pacemakeren mens hjertet slår. Hjertet lager sin egen strøm. Og det er åpnet for at vi kan bruke en hel rekke andre elektroniker inne i kroppen vår. For eksempel diverse sensorer. Du kan lage en liten lokal fastlege inne kroppen som måler helsetilstanden din og er drevet av strøm fra disse piezoelektriske materialene.

SS: For vi skal ha ganske mange implantater etterhvert. Dette her er litt spennende og vanskelig etikk også?

NG: Det er det. Og folk synes ikke det er noe problem å ha mobiltelefoner i lomma med alt av personlig informasjon og legge ut dette på nettet, men når vi begynner å snakke om å putte ting inn i kroppen så blir folk litt reserverte. Det synes de kanskje litt rart, men vi må ikke glemme at vi har veldig mye ting inni kroppen som er kunstig nå. Vi har stentorer inne i årene våre, vi har kunstige hjerteklaffer, vi har bein implantat, vi har spiral og p-stav som brukes som prevensjonsmiddel. Dette er jo implantater.

SS: Teller linser som implantat?

NG: Du kan definere det som implantat.

SS: Jeg synes det er litt morsomt den der Cyborg diskusjonen. Når begynner vi å bli litt for mye Cyborg. Alt det som har blitt brukt i en generasjon blir akseptabelt, ingen reagerer på at noen går med linser eller briller, pacemaker og andre implantater. Men når vi begynner å snakke om kunstige lever og sånn, så begynner folk å tenke «å nei».

NG: Jeg synes vi er altfor lite Cyborg. Hvis vi ser historisk på dette, i 1958 skjedde det to fantastiske ting i elektronikkverden. For det første ble det demonstrert den første integrerte kretsen, som la grunnlaget for alt vi har.

SS: Hva betyr integrert krets?

NG: Det er at du kan lage små datamaskiner uten å bruke fysiske ledninger for å koble til. Den ble vist og funnet opp i 1958 å la grunnlaget for alt av elektronikk og små datamaskiner som vi har i dag. Og utviklingen her har vært ekstrem. En annen ting som også skjedde 1958 var at den første kunstige pacemakeren ble transplantert inni et menneske.

SS: Dette skjedde i Sverige?

NG: I Sverige. Arne Larsson, en 43 år gammel svensk mann fikk implantert en pacemaker. Den sluttet å funke etter en dag og han måtte ha en ny en. I løpet av livet måtte han ha implantert 26 forskjellige pacemakere, og han endte med å overleve både den første kirurgen som hadde satt den første pacemakeren og oppfinneren av den pacemakeren. Han døde av kreft i 2001. Utrolig historie. Men selv om disse her to tingene skjedde for nå 60 år siden så ser vi at datamaskiner har tatt helt av, mens implanterbar elektronikk og den utviklingen har gått veldig sakte.

SS: Så du snakker egentlig om å kombinere implantater med datamaskinenes kraft også lage ting som faktisk kan leve i kroppen ganske lenge å gjøre oss sunnere og sterkere?

NG: Ja, gjør oss flinkere. Misforstå meg rett, menneskekroppen er en fantastisk maskin hvis man kan kalle det det. Den kan å løpe, kommunisere, tenke, gjøre vanskelig utregningen og den kan holde seg selv frisk. Og alt dette gjør den på mat, vann og luft. Men det betyr ikke at vi mennesker ikke har begrensninger. Vi bruker biler for å ta oss fram, vi bruker kalkulatorer for å gjøre utregninger og vi bruker medisiner for å gjøre oss frisk. Så jeg tenker at alt som kan gjøre oss mennesker bedre må vi egentlig ta imot med åpne armer. For eksempel elektronikken inne i kroppen.

SS: Det er som at man er i utgangspunktet veldig skeptisk, men jeg tror når det virkelig blir livsviktig for noen av de vi er glad i så prøver vi.

NG: Det er der vi ser at det har skjedd framskritt. Er det livsviktig som du sier, så prøv man det. Sa for eksempel å sette inn noe elektronikk i kroppen som sender ut lyder er kanskje ikke så viktig, men hvis det er elektronikk som skal få hjerte til å fortsette å slå så er det greit på en måte.

SS: Kan jeg spørre deg et dumt spørsmål. Det har vært en del skriverier om utrygge implantater, særlig plastisk kirurgi. Er det noe man burde kunne finne ut av med materialteknologi?

NG: Grunnen til at vi ser disse historiene av at implantater er farlige og at de faller fra hverandre er fordi det er vanskelig å forutse, det er derfor forskningen på implantater krever strengt regelverk. Du skal gjøre ekstremt mye forskning for å få lov til å putte noe inn i kroppen også. For det er vanskelig å forutse det biologiske miljøet du putter det inn i. Kommer det til å bli revet fra hverandre av kjemiske prosesser, av trykk.

SS: Eller ditt eget immunsystem?

NG: Ja, kjempe viktig poeng. Så det er vanskelig å forutse. Og vi vet ikke, ett material kan jo i seg selv når du tester det på labben være ufarlig men med en gang du begynner å plukke det fra hverandre så kan det lage giftige komponenter og få helt andre egenskaper.

For eksempel at de slipper ut ioner som er giftig for kroppen. Og det er vanskelig å teste for alt det her på et laboratorium, og da kan det hende at forskere hopper litt for raskt til å putte dette her inn i menneskekropper og da går det dårlig.

SS: Da er det bedre at de flinke og snille forskere gjør dette her raskere enn de dumme og slemme. For noen kommer til å prøve å tjene penger på dette her og ikke vente på at alt er helt avklart. Da er det viktig at de som klarer å tenke ordentlig systemisk rundt gode eksperimenter og gode raske avklaringer gjør det.

NG: Og gode eksperimenter tar lang tid og det er det som er problemet her. Men vi ser at forskning på implantater har vokst utrolig de siste 10-30 årene. Så det er veldig mye forskning på det her, både i Norge og internasjonalt. Og det er utrolig spennende. Som du sier, vi trenger de snille og flinke forskerne som gjør gode studier. Vi trenger at de jobber på problemene og løser de før de her.

SS: En av de tingene jeg ser nå er at veldig mange jeg kjenner i Silicone Valley begynner å flytte pengene sine inn i dette området som du jobber i. Vi har vært obsessed med big data og AI, og nå er vi plutselig obsessed med life extension technologies som inkluderer alt fra biotech, kybernetikk, materialteknologi, syntetisk molekylærbiologi osv. Og det er utrolig tverrfaglig akkurat som du beskrev det, men når dette begynner å gi folk flere år i livet så kommer de til å være veldig betalingsvillig.

NG: Ja, da kommer jo pengene inn automatisk. Og da får man enda større drivkraft til å forske mer på dette. Så det som er viktig før det tar helt av er å legge et godt grunnlag så vi vet hva som funker og hva som ikke funker.

SS: Og at kanskje det offentlige forsker like mye som det private, sånn som her på NTNU.

NG: Absolutt. Skulle alt vært styrt av penger så hadde vi fått mye dårlige implantater etterhvert.

SS: Er det noe som gjør at du føler at selv om du er i bitte lille Norge kan drive med ledende forskning på dette området?

NG: Ja, forskningsgruppa jeg kommer fra er på institutt for materialteknologi ved NTNU. Vi er veldig gode på materialer og egenskaper til materialer og hvordan lage disse materialene. Så der er vi faktisk i verdensfronten på piezoelektriske-materialer. Men for å putte inn i kroppen der trenger vi samarbeidspartner som kan hjelpe oss. Det er veldig få personer i verden som er spesialisert på mange fagfelt samtidig, man har sitt eget fagfelt og må samarbeider med andre. Og vi har gode samarbeidspartnere verden over, men nå har det begynt å bygge opp en liten enhet på instituttet vårt som jobber med biomaterialer. Materialer som skal brukes i biologisk sammenheng, men som har disse funksjonelle egenskapene som vi kan så godt fra før av.

SS: Er det noen jenter som studerer dette her?

NG: Absolutt! I studiet jeg kommer fra er det et overtall av damer som studerer kjemi.

SS: Så gøy. Hva anbefaler du oss om å lese nå hvis vi skal lære mer om dette?

NG: Det er mange spennende artikler på for eksempel Teknisk ukeblad og Illustrert Vitenskap hvor man kan søke på biomaterialer og implantater. Jeg finner mye spennende artikler der. Det skjer mye kul forskning på 3D-printing av organer for eksempel, og da trenger man ikke bare levende celler, man trenger ett Holst-materiale. Jeg leste nylig en artikkel om hvordan vi forsker på dette i Norge, veldig spennende!

SS: Veldig interessant. Hva synes du folk skal huske fra denne samtalen?

NG: Jeg tror at folk skal vite at det forskes på materialer som kan byttes inn i kroppen for helse teknologi, og at det her kommer. Det kommer til å bli mer vanlig framtiden. Og det er også noe folk bør ta imot med åpne armer og støtte forskningen på. Dette er viktig forskning som kommer til å gjøre livene våres mye bedre i fremtiden.

SS: Nikolai Helth Gaukås, doktorgradsstipendiat til materialteknologi fra NTNU. Tusen takk for at du kom og lærte oss om de kule nye implantater som bygges her i Norge.

NG: Takk for at jeg fikk komme.


Du har lyttet til en podcast fra Lørn.tech, en læringsdugnad om teknologi og samfunn. Følg oss i sosiale medier og på våre nettsider Lørn.tech.


Hvem er du, og hvordan ble du interessert i materials?

Tar en doktorgrad ved institutt for materialteknologi ved NTNU. Har studert kjemi med spesialisering innen materialteknologi. Jeg synes skjæringspunktet mellom materialteknologi og helseteknologi, det simple og det komplekse, er spennende og interessant.

Hva gjør dere på jobben?

Forskningsgruppa forsker på hvordan materialer med såkalte funksjonelle materialer kan bli brukt innen helseteknologi. Det er først de siste årene vi har fått øynene opp for hvordan vi kan benytte disse materialene innen helseteknologi.

Hva er de viktigste konseptene i materials?

Det viktigste konseptet vi forholder oss til er dette med biokompatiblitet, altså hvordan kroppen reagerer i møte med våre «fremmede» materialer.

Hvorfor er det spennende?

Menneskekroppen er et fantastisk system; den kan bevege seg, gjøre beregninger, kommunisere og lege seg selv på én og samme tid. Alt den trenger for å fungere er mat, vann og luft. Det betyr derimot ikke at menneskekroppen ikke kan bli enda bedre, eller at den kan trenge hjelp til å gjennomføre oppgaver.

Hva synes du er de mest interessante kontroverser?

Implantering av materialer i kroppen er et veldig konservativt fagfelt, først og fremst fordi man må være helt sikker på hvordan responsen inne i menneskekroppen vil være. Om man gjør feil er konsekvensene bokstavelig talt fatale.

Dine egne prosjekter innen materials?

Jeg forsker på materialer som kan hjelpe implanterbar elektronikk. Materialene vi forsker på er såkalte piezoelektriske materialer. Det betyr at de har en den egenskapen at de vil sette opp et elektrisk potensial når de blir deformert. Kort fortalt: Trykker man på dem, så lager de strøm. Målet vårt er derfor å lage små piezoelektriske komponenter som man kan, ved hjelp av det bankende hjertet vårt, lage strøm til annen implanterbar elektronikk.

Dine andre favoritteksempler på materials internasjonalt og nasjonalt?

3D-printing av organer. Nasjonalt synes jeg selvsagt min egen forskning er veldig spennende. Av annen forskning jobbes det en del med nanopartikler av forskjellige materialer som kan levere kreftmedisin til kreftceller via blodet.

Hvordan pleier du å forklare materials?

Implanterbare materialer for helseteknologi er ganske enkelt å forklare: Livløse materialer møter levende vev.

Hva gjør vi unikt godt i Norge av dette?

I Norge har vi et godt samarbeid mellom forskningsinstitusjoner og helsesektoren.

Viktigste poeng om materials fra vår samtale?

Å putte materialer inn i kroppen av helsesammenheng kommer til å bli mer vanlig i fremtiden, både som elektronikk og som vevserstatning.

Nikolai Helth Gaukås
Doktorgradsstipendiat ved Institutt for materialteknologi
NTNU
CASE ID: C0151
TEMA: ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
DATE : 181206
DURATION : 18 min
LITERATURE:
https://www.tu.no/artikler/her-far-norske-anita-en-chip-sproytet-inn-i-handen/347568 https://www.tu.no/artikler/her-far-norske-anita-en-chip-sproytet-inn-i-handen/347568</brhttps://illvit.no/mennesket/na-kan-barn-fa-printet-nye-orer style="color: rgb(228, 175, 9)
YOU WILL LØRN ABOUT:
Om implanterbare materialer for kroppen vår Piezoelektriske komponenter De viktigste konseptene i materialteknologi
QUOTE
"Målet vårt er å lage små piezoelektriske komponenter som man kan, ved hjelp av det bankende hjertet vårt, lage strøm til annen implanterbar elektronikk. Vi ser for oss at man kan ha en liten datamaskin inne i kroppen som er knyttet til et sett med sensorer som monitorerer helsetilstanden vår, og dermed har man en elektronisk fastlege inne i kroppen som passer på oss til enhver tid."
More Cases in topic of ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
#C0371
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Fremtiden er elektrisk

Havard Devold

Teknologidirektør

ABB

#C0002
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
VR som medisin

Anne Lise Waal

CEO/CTO

Attensi

#C0001
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Hva er greia med VR?

Silvija Seres

Lørnere

LØRN.TECH