Etikettarkiv: Linköpings universitet

Organisk elektronik med sikte på bot av svåra sjukdomar

Hanne Biesmans, doktorand, Jennifer Gerasimov, förste forskningsingenjör, och Xenofon Strakosas, postdoktor, på Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet. Foto: Peter Holgersson
Hanne Biesmans, doktorand, Jennifer Gerasimov, förste forskningsingenjör, och Xenofon Strakosas, postdoktor, på Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet. Foto: Peter Holgersson

I Linköping arbetar en tvärvetenskaplig forskargrupp i gränslandet mellan elektronik och biokemi. Med hjälp av organiska elektronikkomponenter som formas inne i kroppen och blir ett med nervsystemet hoppas man kunna bidra till effektivare behandling av neurodegenerativa sjukdomar.

En gemensam nämnare för epilepsi, Parkinsons och Alzheimers sjukdom är att samtliga orsakas av att nervcellerna i hjärnan eller ryggmärgen bryts ner eller är överaktiva. När det händer drabbas såväl de kemiska som de elektriska signalerna i nervsystemet. Men dagens behandlingar är med få undantag läkemedelsbaserade. Och det är här som professor Magnus Berggren, och hans forskargrupp på Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet, bestämt sig för att göra skillnad. Genom att koppla ihop kemiska läkemedel med organisk elektronik hoppas gruppen kunna utveckla nya behandlingsalternativ för sjukdomar där nervsystemet successivt förtvinar.
– Grundidén är att inte enbart fokusera på läkemedel utan även på elektronik, för att på så vis modellera de elektroniska funktionerna i hjärnan. Kombinationen öppnar nya möjligheter som tidigare inte har studerats inom detta fält, säger Jennifer Gerasimov, förste forskningsingenjör.

Utmaning
För att nå dit försöker forskarna utveckla elektroniska system som man tillverkar på plats, inne i hjärnan. Komponenterna, i form av finfördelade elektroder och molekyler, injiceras och sedan hjälper metabolismen till att sömlöst integrera komponenterna så att de blir en naturlig del av kroppens nervsystem. Elektroniken kan sedan stimuleras från ”utsidan” för att motverka nedbrytningen av nervceller eller hindra dem från att bli överaktiva.
Projektet har redan kommit en bit på väg.
– Vi har lyckats i olika former av laboratoriemodeller och även genomfört toxicitetsstudier som visar få sidoeffekter så här långt. Nästa steg är att utveckla elektroniska modeller som kan användas för att stimulera våra komponenter, säger Xenofon Strakosas, postdoktor.
Den stora utmaningen för hela projektet är att få till själva gränssnittet, alltså bryggan mellan de kemiska medicinerna och den organiska elektroniken.
– Vi måste hitta ett sätt att översätta signalerna och manipulera apparaterna på utsidan för att få till den läkande effekt som vi vill uppnå inne i hjärnan.

Klicka här för att läsa mer om Laboratoriet för Organisk Elektronik

Materialutveckling
Hanne Biesmans, doktorand, påpekar att elektronik som behandlingsform inte är något nytt. Pacemakers har funnits länge, ett annat exempel är användningen av elektroder för att mildra skakningar vid Parkinsons.
– Ett av våra mål är att låta elektroniken bli en naturlig del av nervsystemet. Idag när man placerar elektronik inne i kroppen är problemet att immunförsvaret attackerar apparaturen så att den på sikt inte längre fungerar. Vi vill utveckla ett mjukt och dynamiskt material som blir en del av hjärnan i stället för att ligga och skava bredvid. På så vis undviker man också immunsystemets attack.

Flera fördelar
En annan fördel med ett mjukt material som integreras i hjärnan är att behandlingen kan nå mer än bara en specifik punkt.
– Det pågår forskning inom många neurologiska sjukdomar där elektroder används för att stimulera nervbanorna. Vi vill gå ett steg längre och hjälpa hjärnan att reparera sig själv. I den bästa av världar skulle människor som mist sin minnesfunktionen på grund av att signaleringen till hjärnan gått förlorad, kunna återfå sitt minne, säger Hanne.
Xenofon fyller i att användningsområdet för gruppens organiska elektronik även kan omfatta exempelvis cancerområdet.
– Idag används elektroder för att döda tumörer i hjärnan, men det blir väldigt lokalt och det krävs många elektroder för att uppnå önskat resultat. Med vår teknik räcker det med ett ingrepp, sedan sköter hjärnan resten.

Framtid
Om och när gruppens forskning har nått fram till kliniskt bruk menar han är svårt att svara på.
– Om 15 år tror jag vi är där, men det lovande utfallet så här långt kan innebära att det går fortare än så.
Jennifer konstaterar att forskargruppen ännu befinner sig i början av en lång resa.
– Vi stöter ständigt på saker som leder in på helt nya vägar, forskningens ständiga tjusning och förbannelse.

Linköpings universitet – Neuroengineering

Projektet e-NeuroFarmakologi fokuserar på organisk elektronik som tillverkas direkt inne i nervsystemet. Den tvärvetenskapliga forskargruppen består av samlad kompetens från bioelektronik, materialvetenskap, elektronik och medicin i en ambition att åstadkomma framtida metoder för behandling av neurologiska sjukdomar. Forskningsledare är professor Magnus Berggren, Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.

www.liu.se

Material för framtidens läkemedelsutveckling

Daniel Aili, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet och hans forskarkollegor. Foto: Peter Holgersson
Daniel Aili, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet och hans forskarkollegor. Foto: Peter Holgersson

Cancerforskning, sårläkning och biobläck. Materialen som Daniel Aili och hans forskarkollegor har tagit fram kan användas inom en rad olika områden och öppnar för många nya möjligheter.

Cellodling används i princip i all biomedicinsk forskning. Daniel Aili, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet, har tillsammans med sina kollegor tagit fram material som tar cellodlingen till nästa nivå.
– Det vi gör kan liknas vid ett molekylärt lego. Vi utvecklar legobitar som består av molekyler och använder samma tänk och principer som man gör när man bygger lego, säger Daniel Aili.
Det vanliga sättet att odla celler på är att de odlas i små plastskålar. Då växer cellerna i princip på själva plasten. När celler växer i vävnad är de inbäddade i en slags vattenrik geléliknande substans som kallas extracellulär matrix.
Daniel Aili och hans forskarteam har skapat en typ av material som gör det möjligt att odla celler på ett sätt som mer liknar hur celler växer i vävnad. Materialen som forskarna har tagit fram består till största del av vatten och kallas för hydrogeler.
– Syftet med de olika legobitarna är att kunna peta in så många nödvändiga eller intressanta funktionaliteter i hydrogelen som möjligt. Delvis för att kunna anpassa materialet för olika tillämpningar, vävnadstyper eller celltyper men också för att kunna titta på olika biomedicinskt relevanta frågeställningar, säger Daniel Aili.

Nya möjligheter med biobläck
Tack vare forskarnas möjligheter att styra hydrogelens egenskaper går det att skapa robusta hydrogeler som kan vara både flytande och fasta. Den här typen av hydrogeler kan till exempel användas vid injektioner av känsliga stamceller och som biobläck vid 3D-bioprintning.
– Biobläck är en kombination av hydrogel och celler. Biobläcken används i en 3D-bioprinter för att göra mer sofistikerade och komplexa vävnadslika strukturer, säger Daniel Aili.
Forskarnas hydrogeler används idag bland annat inom cancerforskning, sårläkning och läkemedelsutveckling. I framtiden tror Daniel Aili att vi genom användandet av hydrogeler kan minska djurförsöken inom biomedicinsk forskning. Det finns även goda möjligheter att använda hydrogeler vid till exempel cellterapibehandlingar för att bota svåra sjukdomar.

Daniel Aili och hans team har skapat en typ av material som gör det möjligt att odla celler på ett sätt som mer liknar hur celler växer i vävnad. Foto: Peter Holgersson
Daniel Aili och hans team har skapat en typ av material som gör det möjligt att odla celler på ett sätt som mer liknar hur celler växer i vävnad. Foto: Peter Holgersson
Linköpings universitet – Bioresponsiva hydrogeler

Det tvärvetenskapliga forskarteamet vid Linköpings universitet bedriver forskning kring modulära och programmerbara bioresponsiva hydrogeler. Forskarna utvecklar hydrogeler som bland annat kan användas för att skydda celler vid cellinjektionsterapi, läkemedelsutveckling och biomedicinsk forskning.
Molekylära material är en av enheterna vid avdelningen för Biofysik och bioteknik, Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM).

liu.se

WISE är en historisk materialforskningssatsning

Sara Mazur, director strategic research Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och ordförande för WISE. Foto: Investor
Sara Mazur, director strategic research Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och ordförande för WISE. Foto: Investor

Via det tolvåriga forskningsprogrammet WISE, som inleddes i början av 2022, har Knut och Alice Wallenbergs stiftelse avsatt drygt 3 miljarder kronor för att stärka Sveriges position inom materialforskning. Just materialforskning är ett nyckelområde för att Sverige ska bibehålla sin konkurrenskraft i världens gröna omställning.

Världsproduktionen av material står för cirka 25 procent av de totala utsläppen av växthusgaser. Varje år utvinns 90 miljarder ton råvara globalt för att framställa olika material, en mängd som förväntas fördubblas till 2050. Utvinningen sker till stor del av icke förnybara ämnen vilket orsakar en stor belastning på miljö, samhälle och klimat.
Syftet med WISE är att skapa förutsättningar för ett hållbart samhälle genom nya och förbättrade material och tillverkningsprocesser, vilka också ska göra bättre teknologi möjlig för framtidens energisystem och bekämpning av föroreningar och giftiga utsläpp.
Målet för programmet är att förstå och kunna skapa nya materialsystem ner på atomnivå.

Internationella forskargrupper
– Det övergripande målet med WISE är att Sverige ska bli snabbare, bättre och mer konkurrenskraftigt inom materialforskning. En viktig grundförutsättning för den här kraftsamlingen är att det finns en väldigt bra bas av forskare inom det här området i Sverige. Vi satsar för att Sverige ska bli världsledande, med fokus på excellens och långsiktighet, säger Sara Mazur, director strategic research Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och ordförande för programmet. Hon har tidigare varit forskningschef på Ericsson och KTH-doktor inom fusionsplasmafysik.
Inom programmet ska 25 internationella forskargrupper rekryteras till de sex deltagande svenska universiteten, en forskarskola ska byggas upp med plats för 180 doktorander och 180 postdoktorer. Av dessa är 30 industridoktorander och 30 postdoktorer från industrin. Inom ramen för WISE hoppas man bland annat kunna utveckla helt återvinningsbara batterier, framtidens energisnåla elektronik, solenergidriven rening av vatten, luft och koldioxid samt material för morgondagens hållbara teknologier och infrastruktur.

”Det övergripande målet med WISE är att Sverige ska bli snabbare, bättre och mer konkurrenskraftigt inom materialforskning.”

Bidrar till hållbar tillväxt
Genom nära samverkan i så kallade forskningsarenor skapas möjligheter att utbyta kunskap och erfarenheter mellan akademi och företag. Industrin får ta del av forskningsfronten inom materialvetenskapen och forskarna får insikter i företagens utmaningar.
WISE har fyra strategiska fokusområden: energi, rening av luft, vatten och jord, cirkulär filosofi kring material samt nya innovationer inom materialvetenskap som kan få stor relevans för hållbarhetsutvecklingen. I satsningen ingår sex svenska lärosäten och Linköpings universitet är värd för programmet.
– Vår förhoppning är att WISE ska utmynna i många spännande produkter och innovationer och att vi därigenom kan bidra till en hållbar tillväxt. Samtliga anslag inom ramen för WISE tilldelas via öppna utlysningar. Det här är ett oerhört spännande forskningsområde där Sverige har goda möjligheter att stärka sin konkurrenskraft, säger Sara Mazur.
Tvärvetenskapliga samarbeten förväntas även ske med forskare inom de övriga stora Wallenbergprogrammen, som Wallenberg AI Autonomous Systems and Software Program, WASP samt Wallenberg Wood Science Center, WWSC, Datadriven Life Science, DDLS, och Wallenberg Centre for Quantum Technology, WACQT.

Magnus Berggren, professor vid Linköpings universitet och föreståndare för WISE. Foto: Linköpings universitet
Magnus Berggren, professor vid Linköpings universitet och föreståndare för WISE. Foto: Linköpings universitet

Möjliggör nya utbildningsprogram
– De länder som historiskt sett tagit en ledarposition i samband med omfattande samhällsomställningar har satsat på att tillägna sig ny kunskap. Kunskapen om nya och hållbara material är en av samhällets största utmaningar men även en av dess främsta möjligheter. Framtiden handlar till stor del om att generellt minska användningen av material och samtidigt öka andelen cirkulära material. Här finns många kunskapsluckor att fylla, säger Magnus Berggren, professor vid Linköpings universitet och föreståndare för WISE.
WISE är historiskt även med internationella mått eftersom det är Sveriges och kanske även världens hittills enskilt största satsning på materialforskningsområdet.
– För att en så här storskalig och långsiktig satsning ska bli framgångsrik behövs många olika typer av mötesplattformar där akademi, offentlig sektor och företag kan mötas. WISE är en kunskapssatsning som på sikt möjliggör nya utbildningsprogram. Ett forskningsområde som jag tycker är särskilt intressant är hur företag kan inkludera en produkts återvinning redan i samband med att den designas. Det handlar om att tänka till och ha med slutfasen av en produkts liv redan på ritbordet, säger Magnus Berggren.

Grafenforskning i absolut framkant

Sergey Kubatkin, professor, Tomas Löfwander, biträdande professor och Samuel Lara Avila, forskare på Institutionen för mikroteknologi  och nanovetenskap på Chalmers. Foto: Lisa Jabar  / AnnalisaFoto
Sergey Kubatkin, professor, Tomas Löfwander, biträdande professor och Samuel Lara Avila, forskare på Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto

Ända sedan utforskandet av grafen belönades med Nobelpriset 2010 har materialet rönt stor uppmärksamhet. Men forskare på Chalmers och Linköpings universitet har mycket längre tillbaka än så utvecklat grafenliknande material med unika egenskaper.

Grafen är ett tvådimensionellt material, som består av ett enda lager av kol­atomer. Det är det tunnaste material vi känner till och har en rad spännande potentiella tillämpningar. Men traditionellt grafen har en del begränsningar, som exempelvis storleken, känslighet för vissa gaser samt brist på bandgap, som är nödvändigt för elektronik.
Ledande materialforskare på Chalmers och Linköpings universitet har under många år samverkat i SSF-finansierad forskning om grafenliknande material, som har egenskaper som möter dessa utmaningar. Tillsammans har forskarna byggt upp en unik holistisk forskningsmiljö, med expertis i den absoluta framkanten. Ett viktigt fokus för forskarna är att utveckla högren enkristallgrafen av halvledarmaterialet kiselkarbid (SiC) för metrologi (mätteknik), sensorer och elektronik.
– Möjliga tillämpningar är inom allt från medicinsk fysik till halvledarindustrin. En viktig egenskap hos det grafen vi fokuserar på i projektet är att kristallstrukturen är perfekt, berättar Tomas Löfwander, biträdande professor på Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers.

Rositsa Yakimova, professor emerita på Institutionen för fysik, kemi och biologi på Linköpings universitet.
Rositsa Yakimova, professor emerita på Institutionen för fysik, kemi och biologi på Linköpings universitet.

Stabilt, robust och miljövänligt
Linköpings universitet är en pionjär när det gäller att odla den här typen av enkristallgrafen. Forskargruppen har ett grundmurat internationellt rykte och patenterad teknologi. Teknologin har stor potential att nyttiggöras i industrin.
– Vårt grafen kan odlas i såväl ett lager som med bufferlager och det begränsas bara av storleken på det underliggande substratet. Det är stabilt, robust, miljövänligt och kompatibelt med mikroelektronik utan att det behöver överflyttas. Dessutom utgör vårt grafen en utmärkt plattform för att odla andra tvådimensionella material och för att studera och utveckla sensorer, berättar Rositsa Yakimova, professor emerita på Institutionen för fysik, kemi och biologi på Linköpings universitet.
Ett viktigt område där grafen redan fått genomslag är inom kvantmetrologi. Grafen gör det möjligt att med extremt hög precision mäta resistans vilket gör det möjligt att kalibrera massa. 2019 introducerades det elektroniska kilogrammet, som innebär en ny definition av viktenheten.
– Det ger ett helt exakt mått, något som blir alltmer nödvändigt i avancerade elektroniska produkter och högteknologiska processer. Vår teknologi gör det möjligt att sprida och industrialisera denna typ av precisionsmetrologi. Det är användarvänligt, hållbart och mycket precist, förklarar Samuel Lara Avila, forskare på Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers, samt ledare för Chalmers grafencentrum och Chalmers Vinnovastödda kompetenscentrum 2D-TECH.
Möjliga konsumentnära tillämpningar kan exempelvis vara för högkänsliga magnetfältsensorer som används i fordon, batterier och kraftledningsnät.

Detektorer för luft och vatten
På Linköpings universitet studerar Jens Eriksson, universitetslektor i tillämpad sensorteknik, och hans team hur SiC-baserad enkristallgrafen kan användas till sensorer för att detektera skadliga ämnen i luft och vatten, med särskild fokus på luft. Detta är angeläget – luftföroreningar beräknas ligga bakom sju miljoner förtida dödsfall globalt om året och belastar den globala välfärden med kostnader om 5 biljoner dollar per år. Forskargruppen utvecklar sensorer som är så känsliga att de kan upptäcka molekyler ned till miljarddelar i koncentration.
– Användning av enkristallgrafen för denna typ av sensorer har den stora fördelen att de är extremt känsliga samtidigt som de har en mycket låg brusnivå. Det gäller nu att skala upp och utveckla en plattform för att bredda forskningen, exempelvis för medicinsk diagnostik. Där skulle sådana sensorer kunna detektera biomarkörer för sjukdom i exempelvis utandningsluft och blod, berättar han.

Samverkan avgörande
Den nära, tvärdisciplinära samverkan mellan Chalmers och Linköpings universitet har varit avgörande för att nå så långt i forskningen.
– Till en början fanns en viss skepsis mot vår teknologi från det mer traditionella grafenlägret. Det fanns en uppfattning om att traditionell grafen var det ”riktiga” grafenet. Men vi har visat att vår teknologi håller en mycket hög kvalitet och har enormt goda resultat och tillämpningar inom många områden. Det gör att vi nu kan utöka våra aktiviteter inom forskningen kring andra tvådimensionella material, med målsättningen att finna ytterligare industriella tillämpningar, avslutar Sergey Kubatkin, professor på Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers.

Jens Eriksson, universitetslektor i tillämpad sensorteknik. Foto: IFM, Linköpings universitet
Jens Eriksson, universitetslektor i tillämpad sensorteknik. Foto: IFM, Linköpings universitet
Chalmers och linköpings universitet – Grafenforskning

De två SSF-finansierade projekten ”Epitaxiell grafen för metrologi, sensorer och elektronik”, koordinerat av Tomas Löfwander, samt ”Nya tvådimensionella system från tillväxt till tillämpningar”, koordinerat av Sergey Kubatkin, är exempel på den mångåriga forskningssamverkan inom grafenforskning som görs mellan Chalmers och Linköpings universitet. Forskningen ligger i den absoluta fronten och har resulterat i flera patent.

www.chalmers.se
www.liu.se
www.strategiska.se

Avancerade material för sår som inte vill läka

Johan Junker, senior forskare, Katastrofmedicinskt centrum och LiU, Daniel Aili, forskningsledare och biträdande professor, LiU, och Torbjörn Bengtsson, professor i medicinsk cellbiologi, ÖrU. Foto: Lasse Hejdenberg
Johan Junker, senior forskare, Katastrofmedicinskt centrum och LiU, Daniel Aili, forskningsledare och biträdande professor, LiU, och Torbjörn Bengtsson, professor i medicinsk cellbiologi, ÖrU. Foto: Lasse Hejdenberg

Effektiva sårvårdsmaterial, friskare patienter, kortare vårdtider och minskad antibiotikaanvändning är några av målbilderna för HEALiX. Ett tvärvetenskapligt forskningssamarbete med sikte på att skapa bättre förutsättningar för sjukvården att behandla och läka svårläkta sår.

Svårläkta sår är ett stort problem, framför allt för de patienter som drabbas men även för samhället i stort. Mot den bakgrunden har ett stort forskarteam gjort gemensam sak. I det SSF-finansierade projektet HEALiX är målet att utveckla avancerade sårförband baserade på nya biomaterial, som i kombination med antibakteriella peptider och sensorer kan ge effektivare metoder för att läka svårläkta sår.
Tvärvetenskapen är en av de stora styrkorna i projektet. Här finns förutom specialister inom sårvård och mikrobiologi även experter från både materialforskning och industri. En av projektmedlemmarna i HEALiX är ett ett svenskt medicinteknikföretag, S2Medical, som utvecklar förband av biosyntetisk nanocellulosa för sårläkning. Det nära samarbetet innebär att det redan från projektstart funnits en plan för att gå från grundforskning till patienter och faktisk vård.
– I stort sett alla inblandade har tidigare arbetat med avancerade material och metoder för sårläkning. Genom att slå ihop våra tankar och idéer såg vi en möjlighet att bidra och komma med nya lösningar på problemet, berättar Daniel Aili, forskningsledare och biträdande professor vid Linköpings universitet.

Flygande start
Daniel Aili har under flera år samarbetat med Torbjörn Bengtsson, professor i medicinsk cellbiologi och docent Hazem Khalaf vid institutionen för medicinska vetenskaper vid Örebro universitet, liksom med Johan Junker. Kontakter togs tidigt med Kristiina Oksman, professor i trä- och bionanokompositer, och Linn Berglund, biträdande universitetslektor, vid Luleå tekniska universitet.
Gensvaret blev minst sagt positivt och entusiasmen har fortsatt prägla samarbetet som inleddes redan innan anslaget var i hamn.
– Samverkan har löpt väldigt smidigt från dag ett. När SSF-anslaget kom var startsträckan till stor del redan avklarad, berättar Daniel Aili.
Kristiina Oksman och Linn Berglund forskar kring att ta fram nya material, och framställer cellulosananofibrer från till exempel trä. De ser nanocellulosa som ett lovande bio-baserat material för sårläkning, som nu utgör en ny infallsvinkel för deras forskning.
– Vi har länge arbetat med nanocellulosa som ett hållbart material för olika applikationer, men det medicinska området är en särskilt spännande utmaning för att nyttja nanocellulosans naturliga egenskaper, säger Kristiina Oksman.
Den snabba starten har inneburit att forskningsprojektet redan har kommit en bra bit på väg. Siktet är inställt på att utveckla ett förband som både bidrar till att läka såret och underlättar utvärderingen av behandlingen och sårets status med enkla integrerade sensorer.

Flera spår
Forskargruppen i Luleå har redan utvecklat ett nanocellulosamembran, redo för en första validering för användning som förbandsmaterial. Även forskarna i Örebro, som arbetat länge med att förebygga infektioner och påskynda läkning med antibakteriella peptider, har kommit långt.
– Vi har studerat peptider under många år och sett att de är väldigt effektiva mot olika sjukdomsframkallande bakterier, som exempelvis antibiotikaresistenta stafylokocker, berättar Torbjörn Bengtsson.
Örebrogruppens forskning har resulterat i en antibakteriell komponent som just nu testas på levande organismer i laboratoriet i Linköping. Parallellt jobbar gruppen i Linköping med att integrera de antibakteriella peptiderna med materialet som Luleåforskarna arbetar med att ta fram.
– Forskningen går i flera parallella spår men vi jobbar mycket med att integrera, kombinera och utvärdera de olika koncepten tillsammans, förklarar Daniel Aili.
Det övergripande målet och visionen för projektet är att skapa nya och bättre möjligheter att läka svårläkta sår.
– Infekterade sår är ofta svårläkta och ett förband som ger en tidig indikation på infektion och kan bidra till att stoppa infektionen kommer att vara till stor nytta för patienterna samtidigt som samhällets vårdbörda minskar. Dessutom gör peptiderna bakterierna mer känsliga för antibiotika, vilket innebär lägre doser. På så vis kan våra förband även minska risken för utveckling av antibiotikaresistens, fastslår Torbjörn Bengtsson.

Kristiina Oksman, professor i trä- och bionanokompositer, och Linn Berglund, biträdande universitetslektor, vid Luleå tekniska universitet.
Kristiina Oksman, professor i trä- och bionanokompositer, och Linn Berglund, biträdande universitetslektor, vid Luleå tekniska universitet.
LiU – HEALiX

HEALiX – avancerade sårvårdsmaterial för svårläkta sår. Experter inom klinisk sårvård, forskning och industri ska tillsammans utveckla antimikrobiella sårvårdsmaterial, baserade på peptider och nanocellulosa framställd av skogsråvara. Målet är att minimera behovet av omläggningar och reducera behandlingstider. Projektet ska även studera om man kan bygga in enkla indikatorer i förbanden som visar när såren behöver ses om.
Projektet stöds av SSF under perioden 2019-10-01–2024-12-31

Projektledare:

Daniel Aili
Division of Biophysics and Bioengineering, Department of Physics, Chemistry and Biology
Linköping University
Tel: 013-288984
Epost: daniel.aili@liu.se

Torbjörn Bengtsson
Department of Medical Sciences
Örebro University
Tel: 070-185 53 88
Epost: torbjorn.bengtsson@oru.se

Kristiina Oksman
Division of Materials Science, Department of Engineering Sciences and Mathematics
Luleå University of Technology
Epost: kristiina.oksman@ltu.se

Johan Junker
The Center for Disaster Medicine and Traumatology and Experimental Plastic Surgery, Department of Biomedical and Clinical Sciences
Linköping University
Epost: johan.junker@liu.se

www.healix.se

Innovativ metod banar väg för framtida elektronik

Karl Rönnby, doktorand, Polla Rouf, doktorand, Henrik Pedersen, professor, Chih-Wei Hsu, förste forskningsingenjör och Nathan O’Brien, biträdande universitetslektor på Linköpings universitet. Foto: Lasse Hejdenberg
Karl Rönnby, doktorand, Polla Rouf, doktorand, Henrik Pedersen, professor, Chih-Wei Hsu, förste forskningsingenjör och Nathan O’Brien, biträdande universitetslektor på Linköpings universitet. Foto: Lasse Hejdenberg

Mobiler, datorer och trådlös överföring av data kan förbättras med den nya metod som forskare vid Linköpings universitet har tagit fram. Bättre egenskaper för halvledande metallnitridfilmer ger elektroingenjörer redskap för att bygga bättre elektronik.

All elektronik bygger på halvledare som kan fås att leda ström på ett kontrollerat sätt. Professor Henrik Pedersens forskargrupp vid Linköpings universitet utvecklar metoder för att skapa tunna metallnitridfilmer med bättre kvalitet, vilket kan förbättra framtidens elektronik. Projektet får bidrag från SSF.

Använder tiden i kemin
En grundprocess för tillverkning av ytskikt och tunna lager av olika material är Chemical Vapour Deposition (CVD). Olika gaser leds in i en ugn samtidigt och får reagera med varandra och den yta som tunnfilmen ska finnas på. Processen har vissa begränsningar, och utgångspunkten för projektet var att utveckla metoden för att kunna göra bättre halvledarmaterial.
– Genom att använda tiden på ett smart sätt kan vi få kemin att fungera bättre. Det vi ville testa var om det gick att förbättra kvaliteten på filmerna genom att tidsupplösa tillförseln av gaserna i CVD. En gas i taget skickas in i ugnen på ett tidsbestämt och väldigt kontrollerat sätt. Metoden kallas för ALD och står för atomlagerdeponering – vi deponerar ett lager atomer åt gången som får reagera med den yta som metallfilmen ska finnas på, berättar Henrik Pedersen.
Forskargruppen jobbar med metallerna aluminium, gallium och indium. När dessa metaller reagerar med kväve, bildas nitrider som är vanliga material i halvledare. Galliumnitrid är till exempel grunden för alla ljusdioder.

Lägre temperaturer krävs
– Framför allt indiumnitrid är väldigt temperaturkänslig och fungerar därför inte med den traditionella CVD-processen. En superspännande egenskap hos ämnet är att elektroner förflyttar sig väldigt enkelt genom det. Därför är indiumnitrid lämpligt vid utveckling av elektronik som kan överföra data vid högre frekvenser. Dagens överföring av trådlös dataöverföring slår snart i taket eftersom vi inte kommer att ha tillräckligt med frekvenser att överföra i. Då måste vi upptäcka material som kan komma åt nya frekvenser. Indium-nitrid är ett sådant ämne, säger Henrik Pedersen.
Annan elektronik som kan förbättras med hjälp av nya material är till exempel mobiltelefoner, datorer, ljusdioder och radarutrustning.

Plasma hjälper kemin på traven
I den nya metoden används också plasmaurladdningar för att underlätta kemin och skapa reaktioner vid lägre temperatur. Henrik Pedersen berättar hur det fungerar:
– Vissa molekyler som reagerar lite trögare kan brytas ner genom att vi lägger på ett elektrisk fält kring gasen. Då slits atomerna isär så att fria elektroner och joner skapas. Så fungerar det i plasmaskärmar, lysrör och norrsken. Med hjälp av denna metod kan vi skapa material vid lägre temperatur. Vi hjälper kemin på vägen med hjälp av plasma och tidsupplösning.

Skapat helt ny molekyl
Forskargruppen är världsledande på metoden ALD för nitrider av aluminium, gallium och indium. Man har precis publicerat en studie kring en helt ny molekyl som ingen någonsin tidigare har gjort eller använt. Studien visar att molekylen fungerar väldigt väl i processen för att skapa indiumnitrid. Forskarna har även visat att indiumnitriden kopierar ytans struktur, vilket är en egenskap som är viktig när man skapar halvledarkomponenter.
– Vi har visat att grundidén för projektet funkar. Nu finns det ett sätt att göra indiumnitrid i elektronik. Det innebär att vi låser upp problem och ger elektroingenjörer möjligheter att tänka i nya banor, säger Henrik Pedersen.

Ännu fler möjligheter i sikte
Nästa steg som Henrik Pedersens grupp tittar på är kombinationer av de olika ämnena. Hittills har de gjort ren aluminium-, gallium- respektive indiumnitrid.
– Nu ska vi börja blanda ämnena och göra till exempel aluminiumgalliumnitrid – en blandning av aluminium, gallium och kväve. Genom att blanda ämnena i olika förhållanden, kan vi få fram spännande materialegenskaper.
Ett annat område forskarna sneglar mot är att med kemins hjälp följa ytans struktur ännu lättare:
– Vi vill öppna upp för möjligheterna att i framtiden att skapa ännu mer komplicerade elektroniska komponenter där materialet måste ner i små hål. Det kan du bara göra med tidsupplöst CVD. Genom att komma åt fler egenskaper, öppnas nya möjligheter upp inom elektroniken.

LiU – Framtidens Elektronik

Forskningsprojektet på Linköpings universitet leds av professor Henrik Pedersen och får bidrag från Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF. Målet med denna materialforskning är att möjliggöra spännande utveckling av elektronik.

För mer information, kontakta:
Professor Henrik Pedersen
E-post: henrik.pedersen@liu.se
Tel: 013-28 13 85

Kartlägger teori för material med hjälp av superdatorer

Björn Alling, forskare i teoretisk fysik vid Linköpings universitet. Foto: Magnus Johansson, Linköpings universitet
Björn Alling, forskare i teoretisk fysik vid Linköpings universitet. Foto: Magnus Johansson, Linköpings universitet
Björn Alling har med hjälp av superdatorer tagit fram en beräkningsmetod som visar vad som händer i magnetiska material när de utsätts för höga temperaturer. Ett viktigt framsteg som kan leda till en mer beräkningsstyrd utvecklingsprocedur inom hela materialvetenskapsindustrin.

Historiskt sett har experiment varit den definierande metodologin inom materialvetenskapen, sedan har fysikens teorier använts för att förstå och förklara resultaten.
– Vi vill göra tvärtom, säger Björn Alling, forskare i teoretisk fysik vid Linköpings universitet.
Han berättar att det senaste decenniet fört med sig stora genombrott inom teoretisk materialforskning. Forskarna vet idag vilka beräkningsmetoder som är de mest noggranna och har även fått tillgång till superdatorkrafter för att göra beräkningarna. Det finns dock fortfarande ett antal kunskapsluckor, inte minst inom området magnetiska material.
– Det har inte funnits metoder för hur man utifrån kvantmekanisk noggrannhet tar hänsyn till såväl magnetiska temperaturer som vibrationseffekter och andra typer av oordning som finns i materialen. Det är här vår forskning kommer in i bilden.

Milstolpe
Resultaten har inte låtit vänta på sig. I höstas publicerade forskargruppen en uppmärksammad artikel i den ansedda vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.
– Vi har tagit fram en metod som förenar teorin för magnetisk och vibrationell oordning vid höga temperaturer. Ingen före oss har fått beräkningarna att stämma med hur materialet fungerar i verkligheten. Vår metod sätter nu standard för hur den här typen av beräkningar kan utföras med högsta möjliga ambitionsnivå.
Forskargruppen arbetar nu vidare med metoden i syfte att generalisera dess tillämpbarhet och göra den enklare att använda.
– Målet är att vår forskning ska bidra till att materialvetenskapen kan dra maximal nytta av den revolution som sker inom datorvetenskapen och på hårdvarusidan. På längre sikt hoppas jag att vår forskning kan vara en pusselbit i arbetet med att skynda på de teknikomställningar som krävs för att lösa de stora samhällsutmaningarna inom klimat och miljö, avslutar Björn Alling.

Linköpings universitet
Nya material kan lösa många av de stora utmaningar som världen står inför. Björn Alling har 12 miljoner kronor i forskningsanslag från Stiftelsen för strategisk forskning där forskningsinriktningen är att med hjälp av super­datorberäkningar och kvantmekanik skynda på utvecklingen av nya material.

Linköpings universitet
581 83 Linköping
www.liu.se

ÅF och ABB i topp på forskarnas rankinglista

Malin Frenning, divisionschef för ÅF Infrastruktur. Foto: doff.se
Malin Frenning, divisionschef för ÅF Infrastruktur. Foto: doff.se
Mer än en tredjedel av forskare verksamma inom akademin svarar ÅF eller ABB på frågan om var i näringslivet de skulle kunna tänka sig att arbeta. Det visar Framtidens Forsknings undersökning där 600 forskare svarat på frågor om alltifrån yrkesval till forskningsklimat och framtidsutsikter.

– Det är förstås jätteroligt att så många skattar ÅF högst, men jag är inte förvånad. ÅF är ett bolag i teknikens framkant som arbetar och utvecklas tillsammans med kunder och samarbetspartners. Utbytet av kompetens sker naturligt i en ständigt pågående växelverkan, säger Malin Frenning, divisionschef för ÅF Infrastruktur.
Att ÅF har fokus på utmaningar som är kopplade till samhällsomställningen menar hon kan vara en viktig orsak till topplaceringen.
– En gemensam nämnare för våra verksamhetsområden är att vi arbetar med samhällsnära frågor som rymmer ett brett spektrum med specialiteter. Här möter man det mesta inom i stort sett alla tekniker.
Malin Frenning lyfter även fram ett nära samarbete med akademin som en viktig faktor bakom undersökningsresultatet.
– Samverkan är helt avgörande för att kunna bryta ny mark och hitta rätt väg framåt. ÅF har en strategi som går ut på att omsätta kunskap och forskningsresultat i paketerade lösningar för kunderna. Jag tror att många forskare vill arbeta med saker som tillämpas och alltså verkligen gör nytta i samhället.
ÅF tog hem förstaplatsen även i förra årets undersökning, en placering som förpliktigar.
– Vi kommer att fortsätta på den inslagna vägen och sträva efter att ligga i framkant. Ett led i det arbetet är vår interna innovationsplattform som skapats för att kunna tillvarata alla våra 17 000 medarbetares idéer och kompetenser. ÅF är i toppen för att stanna.

ABB i topp
Även ABB kan se tillbaka på flera års topplaceringar.
– Det är jättekul och jag känner mig stolt som ABB:are över att verksamheten har en sådan bra relation med akademin. Vårt mål är att vara en forskarpartner i världsklass, säger Mikael Dahlgren, forskningschef för Corporate Research ABB.
Det faktum att ABB har en egen forskningsenhet i Sverige är enligt Mikael Dahlgren en av förklaringarna bakom den höga rankingen.
– Här har vi ett 20-tal personer som är aktiva på universiteten, antingen som adjungerade som professorer eller i form av forskningssamarbeten på olika fakulteter. Det nära samarbetet hjälper oss att verka i teknikens framkant.
ABB har strategiska samarbetsavtal med Chalmers, Mälardalens högskola, KTH, Uppsala universitet och Linköpings universitet, något som innebär samverkan hela vägen från forskarnivån upp till rektor.
– Avtalet innebär bland annat gemensamma forskningsprojekt att vi erbjuder examensarbeten och doktorandplatser. Det innebär också att våra medarbetare kan verka som doktorander, adjungerade professorer eller föreläsare på dessa lärosäten. Sedan samarbetar vi även med en rad andra universitet och högskolor, medverkar i flera doktorandskolor, i forskningskonsortier och är en del av några av landets viktigaste kompetenscentrum.

Prioriterade områden
Vad gäller prioriterade forskningsområden för ABB handlar det idag mycket om digitalisering.
– I grunden handlar det om robotik, kraft och autonoma system. AI är ett område som kommer att bli allt större, sedan är kraftelektronik fortfarande väldigt viktigt i många av våra produkter. Vissa delar i materialforskningen samt den elektromagnetiska forskningen är andra stora fokusområden. Vi försöker ligga i framkant och hela tiden spränga gränser med nya produkter som bygger på teknologiska framsteg. Samverkan med akademin är en oerhört viktig del av den strävan, fastslår Mikael Dahlgren.

Mikael Dahlgren, forskningschef för Corporate Research ABB. Foto: Jonas Bilberg
Mikael Dahlgren, forskningschef för Corporate Research ABB. Foto: Jonas Bilberg

Vilka av följande forskningsintensiva företag skulle du kunna tänka dig att arbeta hos? Ange gärna flera.

Starka miljöer på regionala lärosäten

Eva Schelin, nytillträdd vd för KK-stiftelsen. Foto: Johan Olsson
Eva Schelin, nytillträdd vd för KK-stiftelsen. Foto: Johan Olsson
De nya universiteten och högskolorna spelar en viktig roll för att stärka FoU och utveckla näringslivet i Sveriges alla regioner.
KK-stiftelsen bygger starka forskarmiljöer på dessa lärosäten, i nära samverkan med det lokala näringslivet och samhället.

– Det blir en enorm kraft när aktörer från olika sektorer alla samverkar för att möta utmaningar, säger Eva Schelin, nytillträdd vd för KK-stiftelsen.
KK-stiftelsen är en av de nio oberoende forskningsfinansiärer som bildades i samband med att löntagarfonderna avvecklades 1994. KK-stiftelsens uppdrag är att stärka Sveriges konkurrenskraft genom att finansiera forskning och utbildning vid 22 högskolor och nya universitet runt om i Sverige. Alla projekt kräver samfinansiering och en aktiv medverkan av näringslivet. Till skillnad från andra aktörer styr inte KK-stiftelsen bidragen genom att bestämma innehållet i forskningen eller hur lärosätena ska utvecklas.
– Medel från KK-stiftelsen är långsiktiga och används för att bygga miljöer som gör läro­sätena starka inom sina respektive nischer. Lärosätena och näringslivet vet själva vilka behov de har och disponerar bidragen på det sätt som bäst gagnar deras syften utifrån det vi kommit överens om i avtalen. Många forskningsfinansiärer är mer tematiska i sitt upplägg och har styrda utlysningar, men vi kompletterar alla varandra och skapar en helhet. Tillsammans bidrar vi till att bygga ett starkt kunskapssamhälle, säger Eva Schelin.

Skapar starka miljöer
KK-stiftelsen har en rad olika pågående program och projekt runt om i Sverige, som bidrar till starka miljöer och korsbefruktning mellan akademi, näringsliv och övriga samhället. Expertkompetensprogrammet, exempelvis, är ett program för yrkesverksamma där akademin och näringslivet gemensamt skapar förutsättningar för ett avancerat livslångt lärande genom skräddarsydda, kvalitetssäkrade kurser.
Forskningsprofiler är ett program som ger lärosätena möjlighet att i samverkan med näringslivet utveckla en riktigt stark, internationellt konkurrenskraftig forskningsprofil inom ett avgränsat område. KK-stiftelsen har även 16 pågående forskarskolor med över 200 industridoktorander, som i sin tur utvecklar och stärker hela branscher med sin höga kompetens.
Flera av KK-stiftelsen program löper i två till fyra år, men KK-miljöer är riktigt långsiktiga program som spänner över åtta till tio år. Ett sådant program ger möjlighet för ledningen vid lärosätet att långsiktigt och systematiskt arbeta med strategier för att utveckla kompletta miljöer där forskning och utbildning på avancerad nivå samspelar.
– Eftersom näringslivet samverkar i samtliga av våra program och projekt finns alltid en avnämare med konkreta behov. Det är aldrig forskning för forskningens egen skull, utan allt vi gör är tydligt behovsmotiverat och relevant, säger Eva Schelin.

Skev fördelning
Nya universitet och högskolor tar emot 40 procent av alla studenter i Sverige men får endast elva procent av statliga forskningsmedel. 2018 beviljade KK-stiftelsen 500 miljoner kronor i nya projekt, vilket i realiteten betyder en miljard kronor inräknat näringslivets samfinansiering. Det är ett rejält tillskott, och Eva Schelin menar att KK-stiftelsen fyller ett viktigt behov som inte tillgodoses på annat håll.
– Enligt högskolelagen ska högre utbildning i Sverige grundas på forskning och vetenskap och då är det inte rimligt att fördelningen av de statliga medlen är så skev. Vi gör stor skillnad genom att bidra till att högskolorna och de nya lärosätena kan uppfylla kraven. Det stärker hela systemet, säger hon.
Eva Schelin tillträdde som vd för KK-stiftelsen i mars i år. Hon är civilingenjör i maskinteknik med examen från Chalmers och en licentiatexamen från Linköpings universitet. Genom sin karriär har hon arbetat med samhällsbyggnad på ett eller annat sätt. Närmast kommer Eva Schelin från tjänsten som vd på IQ Samhällsbyggnad.
– Det är väldigt spännande att få fortsätta att verka för ett gott samhälle i mitt nya uppdrag. Högskolorna och de nya universiteten är enormt viktiga för näringslivet och den offentliga sektorn i våra olika regioner. Vi bygger starka forsknings- och utbildningsmiljöer som gör stor nytta för Sveriges konkurrenskraft och samhället i stort.

Fakta KK-Stiftelsen
KK-stiftelsen bidrar till forskning och utbildning vid Sveriges nya universitet och högskolor för att bygga internationellt konkurrenskraftiga, kompletta miljöer. Alla projekt bedrivs i nära samarbete med näringslivet, som också står för hälften av finansieringen. KK-stiftelsens kapital uppgår till cirka 9 miljarder kronor, och varje år delas cirka en halv miljard kronor ut till olika projekt.

Knäckte koden som ger 5G obegränsad kapacitet

Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet, här med en antennprototyp. Foto: Lasse Hejdenberg
Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet, här med en antennprototyp. Foto: Lasse Hejdenberg

– Vi har visat att MIMO-tekniken som används för framtidens 5G-nät inte har någon övre begränsning. I takt med att mobilanvändandet ökar handlar det bara om att sätta upp fler antenner, säger Emil Björnson, bitr. professor i kommunikationssystem vid Linköpings universitet.

Mobiltelefonanvändningen ökar lavinartat vilket ställer krav på större kapacitet i näten. Lösningen har fram till nu varit att sätta upp fler basstationer på hustak och master.
– När gränsen är nådd måste man i stället ha smartare teknik på varje basstation, och det är här vår forskning kommer in i bilden, säger Emil Björnson.
Dagens basstationer täcker ett brett område, ungefär som en strålkastare sprider sitt ljus.
– Vi arbetar med MIMO-teknik där basstationerna består av många centimeterstora antenner istället för en stor. Med dagens teknik turas mobilanvändarna om i den ”breda” signalen, samtalen bryts, omärkbart för användaren, varje millisekund. Med MIMO-teknikens riktade signaler kan ett obegränsat antal personer vara igång samtidigt. Signalerna behöver bara göras smalare med hjälp av fler antenner per basstation när antalet personer ökar. Detta gör att kapaciteten i ett mobilnät kan öka många gånger om.
De förestående 5G-näten innehåller de första fröna till tekniken.
– Vi forskar på tekniker som kommer att behövas om fem-tio år, medan företagen ska klara av den ökning som sker nästa år. Vår horisont är längre men vi har redan kommit långt i arbetet med att få företag och universitet i världen att förstå att det är MIMO-tekniken som måste in i framtidens nät.

Energieffektivt
Det som sannolikt kommer att vara begränsningen för framtidens mobilnät är ekonomi och energiåtgång. Ett annat forskningsspår är därför energieffektivitet i framtida mobilnät, som studeras i ett projekt finansierat av Stiftelsen för Strategisk Forskning.
– Eftersom vi gör näten mycket effektivare blir de också mer energieffektiva, säger Emil Björnson, som i år fick prestigefyllda Marconi Prize Paper Award för sitt arbete på detta område.
Om fem-tio år hoppas han att tekniken som forskargruppen utvecklar ska ha börjat användas på allvar.
– Den här smarta signalbehandlingen är det avgjort bästa sättet att lösa framtidens kapacitetsproblem på. Vårt yttersta mål är att trådlös kommunikation ska finnas överallt och att mobiltäckning blir en icke-fråga. När vi nått dit är vi klara och jag får börja forska på något annat!

LiU – 5G MIMO-antenner
MIMO står för Multiple Input, Multiple Output, tekniken innebär att hundratals centimeterstora antenner kopplas samman. Forskare har hittills trott att det finns en övre gräns för hur mycket data det är möjligt att överföra med MIMO-teknik. Emil Björnson och hans forskargrupp har visat att den gränsen inte existerar.

Linköpings universitet
581 83 Linköping
Tel: 013-28 10 00
www.liu.se