Etikettarkiv: LU

Cybersäkerhet för industri 4.0

Christian Gehrmann, professor i datasäkerhet vid Lunds tekniska högskola. Foto: Johan Lindvall
Christian Gehrmann, professor i datasäkerhet vid Lunds tekniska högskola. Foto: Johan Lindvall

Projektet Sec4Factory bereder säker väg för nästa generation fabriker.

Nästa fas i den industriella revolutionen innebär mer automation, mer maskininlärning och större mängder realtidsdata. Visionen är ett uppkopplat fabriksgolv där fler produktionsenheter är sammankopplade och automatiserade och ett ständigt flöde av data lämnar fabriken för extern analys, optimering och styrning. Utvecklingen förväntas ge kortare omställnings- och ledtider, färre fel, mer flexibilitet och samtidigt slippa tidskrävande programmering.
– Industri 4.0 blir ett stort paradigmskifte där man har tätare integration mellan produktionsdomänen, affärslogik, underhåll och kontroll, säger Christian Gehrmann, professor i datasäkerhet vid Lunds tekniska högskola (LTH) och fortsätter:
– Men hur öppnar vi upp gränssnitt och kommunikation mot produktionen utan att samtidigt riskera nya attacker? Innan man kan realisera nästa generation fabriker måste man lösa dessa frågor.

Flera lösningar redan på plats
Några av utmaningarna har dock Christian och hans kollegor redan löst. I SSF-projektet Sec4Factory arbetar säkerhetsgrupperna på LTH, LTH:s nätverksgrupp samt säkerhetslabbet på RISE med att öka säkerheten och pålitligheten hos framtida produktionssystem. Projektet drivs i nära samarbete med ABB, Tetrapak och Ericsson.
Bland lösningarna projektet tagit fram hittills kan nämnas en motor som skapar hårdare säkerhetsprofiler för attackkänsliga containerlösningar och mikrotjänster samt ett sätt att skicka data till molnet utan att avslöja avsändarenhetens identitet. De har även tittat på säker arkitektur för fabriker med ett stort antal uppkopplade enheter och hur man byter ägare av en sådan infrastruktur på ett säkert sätt.
– Vi har också ett ”proof of concept” realiserat för digitala tvillingar. I stället för att skicka data från en produktionsenhet till molnet skapar man en digital tvilling av den fysiska enheten, synkroniserar den med produktionsdomänen och skickar vidare alla data därifrån. Det ger endast en kontaktyta utåt för den digitala tvillingen, vilken är betydligt lättare att skydda än om kontaktytorna funnits hos den fysiska tvillingen.

”Uteslut aldrig en attack”
Framöver arbetar projektet även med lösningar för intrångsdetektering och återställande av en attack – något man aldrig bör utesluta, menar Christian.
– Attackerna ökar hela tiden. Samtidigt blir vi mer beroende av funktioner, speciellt i de kritiska produktionsdelarna. Och ju mer beroende du har av något desto större risk finns att man utsätts för något. Det vill vi vända på.

Lunds universitet – Sec4Factory

Lunds tekniska högskola är en teknisk fakultet vid Lunds universitet, har cirka 1700 anställda och 10000 studenter. Sec4Factory startade 2018 och pågår fram till 2024. Det är finansierat av SSF och drivs av LTH i samarbete med RISE.

www.lth.se

Nya lipaser ger hållbarare råvaruförädling

Eva Nordberg Karlsson, professor i bioteknik och Zehui Dong, industridoktorand på Lunds universitet. Foto: Jan Nordén
Eva Nordberg Karlsson, professor i bioteknik och Zehui Dong, industridoktorand på Lunds universitet. Foto: Jan Nordén

I ett gemensamt projekt förbättrar Lunds universitet och livsmedelsproducenten AAK förädlingsprocessen av biobaserade råvaror, minskar svinnet och effektiviserar resursnyttjandet.

När biobaserade råvaror ska förädlas till en slutprodukt, är andelen oanvändbara restprodukter ofta större än den andel som faktiskt når slutbrukaren. Samtidigt är omställningen till förnybara resurser viktigare än någonsin. Men den är också mer möjlig. Restprodukterna från förädlingsprocessen innehåller byggstenar som kan omvandlas till en användbar produkt. Det kräver en katalysator till vilket ett enzym kan vara idealiskt. Och tack vare bioinformatikens utveckling finns idag enorma databaser med sekvensinformation om olika enzymer – något som gör det lättare att hitta den katalysator som krävs.
Eva Nordberg Karlsson är professor i bioteknik på Lunds universitet och handledare för ett av de projekt som nyttjar den möjligheten.
– Vi ska absolut inte slarva bort restprodukterna utan se till att vi använder dem så mycket som möjligt, säger hon.

Samarbete med industrin
Projektet drivs gemensamt med företaget AAK AB, en svensk tillverkare av vegetabiliska oljor för bland annat livsmedelsindustrin och läkemedelsindustrin. Målet är att upprätta en process som effektivt omvandlar deras råvaror till önskad produkt utan oanvändbara restprodukter. I fokus är lipaser, enzym som kan katalysera omvandlingen av oljerika produkter. Till exempel Sheasmör, en av AAK:s produkter som genomgår en av de processer projektet söker effektivisera. Projektet leds av Eva och AAK:s handledare Kim Olofsson och genomförs av industridoktorand Zehui Dong.
– Med kunskap om vilka enzymer vi ska välja för olika typer av funktioner kan vi använda dem på ett smartare sätt. Genom att titta på strukturer, jämföra funktioner och spetsa de som redan finns så hittar vi hela tiden svar på hur vi kan jobba för att få dem lite bättre och lite mer specifika.
Projektet har som mål att möjliggöra en ny processlinje för AAK, och kommer att pågå fram till 2024. Och de är på god väg, menar Eva Nordberg Karlsson.
– Vi har tittat på flera alternativ och vet lite mer om vad vi ska välja och inte ska välja för att få till den resurseffektivitet vi vill nå.

LU – Lipaser för hållbar processing

Lunds universitet/Nya lipaser för hållbar processing
Projektet Nya lipaser för hållbar processing drivs av Lunds universitet och AAK AB och är finansierat av SSF. Lunds universitet grundades 1666 och är Sveriges näst äldsta lärosäte. 2022 har lärosätet omkring 46000 studenter per år och över 8000 anställda.

lu.se

Kan revolutionera fjärranalysområdet

Joakim Bood, professor i förbränningsfysik på Fysiska institutionen vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén
Joakim Bood, professor i förbränningsfysik på Fysiska institutionen vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén

Lasertekniken har ett brett tillämpningsområde, men de begränsade mätmöjligheterna med traditionell laser-radarteknik utgör i många fall en bromskloss. I ett forskningsprojekt vid Fysiska institutionen vid Lunds universitet utvecklas en helt ny typ av bakåtriktad lasring som har potential att revolutionera hela fjärranalysområdet med drastiskt förbättrad detektionskänslighet.

Lasern har kontinuerligt funnit nya användningsområden och är idag till mycket stor nytta inom forskning, industri och samhälle. I de tillämpningsområden där det är svårt att placera lasern nära arbetsområdet används i dagsläget en markplacerad laser som sänder ut en stråle riktad mot mätområdet. En detektor registrerar det laserljus som spritts mot molekyler och partiklar i atmosfären, så kallad laser-radarteknik.
– Den stora begränsningen med laser-radar-tekniken är att laserljuset då det träffar en luftpartikel väsentligen sprids lika mycket i alla riktningar, vilket gör att en extremt liten andel av det spridda laserljuset når detektorn. Dessutom minskar denna andel kvadratiskt med avståndet till mätpunkten. Det begränsar mätmöjligheterna avsevärt, säger Joakim Bood, professor i förbränningsfysik på Fysiska institutionen vid Lunds universitet och forskningsledare för SSF-projektet Bakåtriktad lasring för optisk fjärranalys, som är inne på sitt tredje år av totalt fyra.

Fyller en nyckelroll
Syftet med forskningsprojektet är att överbrygga laser-radar-teknikens fundamentala begränsningar genom att generera en bakåtriktad laserstråle där något av ämnena i den omgivande gasen fungerar som aktivt medium.
– Med bakåtriktad lasring uppnås en betydligt högre känslighet och möjlighet att mäta lägre koncentrationer. Omställningen till ett hållbart samhälle innebär att vi i ökad utsträckning behöver elda med förnyelsebara bränslen, vilket ökar behovet av effektiv beröringsfri övervakning i exempelvis ugnar och på kraftverk. Här kan den bakåtriktade lasringen med extremt korta laserpulser göra stor nytta, säger Joakim Bood.
Inom ramen för forskningsprojektet genomförs laborativa tillämpningar med ambitionen att så småningom driva utvecklingen vidare mot tillämpningar i industrin. En målsättning är att skapa en mobil plattform för den nya mättekniken som kan testas på exempelvis kraftverk, i gasturbiner eller motorer.

Lunds universitet– Förbränningsanalys

SSF-projektet Bakåtriktad lasring för optisk fjärranalys genomförs vid Avdelningen för Förbränningsfysik, Fysiska Institutionen vid Lunds universitet. Vid avdelningen bedrivs forskning och utbildning inom laser­diagnostik med tillämpningar inom allt från förbränning till insektskaraktärisering samt kemiska beräkningar av atmosfärs- och förbränningsfenomen.

Kontakt: joakim.bood@forbrf.lth.se
www.forbrf.lth.se

Forskningen som gör smarta städer säkra

Martin Hell, lektor vid Institutionen för elektro- och informationsteknik vid Lunds tekniska högskola. Foto: Jan Nordén
Martin Hell, lektor vid Institutionen för elektro- och informationsteknik vid Lunds tekniska högskola. Foto: Jan Nordén

Forskningsprojektet Smarty undersöker säkerhetsbrister i den smarta staden.

I framtidens smarta städer är det mesta uppkopplat. Kollektivtrafik, byggnader, vatten- och energiförsörjning och mycket mer – allt utrustat med sensorer och mjukvara som underlättar för oss medborgare. Men med ett växande nätverk av uppkopplade enheter ökar också sårbarheten. Uppkopplade övervakningskameror, vattenkokare, bilar och routrar gör det enkelt för illvilliga att ladda upp skadlig kod eller stjäla data i samhällsviktiga system. Och ju fler enheter i ett system, desto större blir skadan.
– Mängden information att hämta in och behandla ökar varje dag. För att allt ska ske säkert krävs regelbundna uppdateringar av mjukvaran, säger Martin Hell, lektor vid Institutionen för elektro- och informationsteknik vid Lunds tekniska högskola och projektledare för projektet Smarty (Secure Software Update Deployment for the Smart City).

Den smarta staden
I Smarty undersöker Martin och hans kollegor hur den smarta staden kan hållas uppdaterad och säker.
– Det gör vi genom att studera och optimera förutsättningarna att hantera fyra olika områden: sårbarhet, enhetshantering, nätverk, och praktiska tillämpningar, säger Martin Hell.
– Det är i sårbarheten projektet har sin ansats. Vårt mål är att bättre förstå sårbarheter i mjukvara och då behöver vi först identifiera sårbarheterna. Sedan förbättrar vi kopplingen mellan sårbarheterna och mjukvaran, fortsätter han.
Med sårbarheten identifierad behöver enheterna hanteras på ett sätt som möjliggör snabba uppdateringar.
– För att uppdatera en enhet måste du i de flesta fall starta om den. Men trafiksystem, kritisk infrastruktur eller enheter som används för realtidstilllämpningar behöver vara igång nästan dygnet runt. Dessutom drivs ofta olika enheter av olika versioner av en mjukvara.

Täta samarbeten
Det hoppas projektet kunna kringgå genom att ta fram stöd för gradvis uppdatering och för att hantera flera mjukvaruuppdateringar samtidigt.
– Vidare behövs energieffektiva sätt att skicka ut alla uppdateringar och för enheterna att kommunicera med varandra. Detta är särskilt viktigt när enheterna är batteridrivna. För säkerhet kopplad till nätverken tittar vi främst på två växande teknologier: mjukvarubaserade nätverk och blockkedjor.
Det räcker dock inte bara med bra teknik. Det måste finnas användningsområden också, menar Martin Hell. Genom täta samarbeten med både städer och teknikleverantörer får projektet verkliga case och förutsättningar att arbeta med. Ett exempel är ett samarbete med Helsingborgs stad där projektet hanterar enheter kopplade till elcyklar. Andra typer av applikationer som är centrala i projektet är delning av data på ett integritetsbevarande sätt.

Lunds universitet – Smarty

Smarty står för Secure Software Update Deployment for the Smart City. Projektet är beviljat ett SSF-anslag om 22 miljoner kronor, pågår fram till 2023 och är en kollaboration mellan Institutionen för elektro- och informationsteknik och Institutionen för datavetenskap vid Lunds tekniska högskola.

eit.lth.se

De visar hur material formas – live

Med deras nya forskningsplattform kan olika materials formationsprocesser studeras på atomnivå. Justus Just, till höger, och Matteo Ciambezi ser fram emot den första körningen i skarpt läge. På bilden saknas Eva Unger. Foto: Jan Nordén
Med deras nya forskningsplattform kan olika materials formationsprocesser studeras på atomnivå. Justus Just, till höger, och Matteo Ciambezi ser fram emot den första körningen i skarpt läge. På bilden saknas Eva Unger. Foto: Jan Nordén

Världens starkaste synkro­tronljusanläggning, MAX IV, finns i Lund. Nu utökas de experimentella möjligheterna med en anläggning som möjliggör forskning på själva tillverkningen av material (från så kallade funktionella bläck) som används exempelvis i solceller, LED-teknik, röntgen-detektorer och lasrar. Detta gör det möjligt att tillverka material och apparater med högre effektivitet och mindre miljöpåverkan.

– Med in-FORM utvecklar vi en forskningsplattform som använder de unika funktionerna hos MAX IV och gör dem tillgängliga för de som vill forska på olika materials egenskaper under deras uppbyggnadsprocess. Det intresserar redan forskargrupper och avancerad tillverkningsindustri, säger Eva Unger, projektkoordinator, universitetslektor i Kemisk Fysik och Nano Lund vid Lunds universitet samt forskargruppledare vid Helmholtz-Zentrum Berlin i Tyskland.

Studerar ”bläckblandning”
Mycket enkelt uttryckt har Eva Unger, Justus Just, projektledare, och Matteo Ciambezi, postdoktor skapat en småskalig ”beskiktnings”-maskin. Närmare bestämt en slot-die coater, där funktionella material som kan processas från lösningar (bläck) kan appliceras. Medan bläckblandningen pressas ut på ett rullande, temperatursatt band kan materialens tillväxtprocess undersökas med synkotronljuset hos MAX IV:s Balder-stråle (beamline).
– Unikt för vår lösning är att vi kan observera och analysera materialets förändringar på flera olika sätt. I andra fall tvingas man till kompromisser eftersom en mätanordning som är perfekt för en form av observation inte klarar av en annan observationsform lika bra samtidigt. Med in-FORM får vi högsta kvalitet på mätningar baserad på röntgenljus i realtid: materialens struktur från röntgendiffraktion, materialens sammansättning från röntgenabsorption eller röntgen­emission, materialens bandgap från röntgeninducerad luminescens eller optisk spektroskopi, konstaterar Justus Just.

Oväntat förväntat
Slot-die-coatern i in-FORM-systemet, opererar inne i en låda med 0,6 kubikmeters volym där atmosfären kan kontrolleras. Den fjärrmanövreras från kontrollstationen vid experimenten. Innan sommaren kommer de första experiment där materials omvandling undersöks under tillverkningsprocessen att testas skarpt i in-FORM. De första material som undersöks är så kallade perovskithalvledare som används för högeffektiva solceller, av bland annat forskaren Eva Unger och hennes forskargrupp.
– Vi förväntar oss att kunna iaktta förändringar i egenskaper hos materialet som man tidigare inte kunnat studera. Det tenderar att vara så när forskningsvärlden får tillgång till ny, kraftfull teknik. Det vi vet är att vi kommer att få fram väldigt, väldigt mycket data att analysera. Sammantaget blir det ett viktigt bidrag till vår forskning och kan öppna för nya, energieffektivare och miljövänligare material och produkter, säger Eva Unger.
in-FORM är stationär vid MAX IV. Den kommer att vara bokningsbar och ett team på plats kommer att säkra att de som vill använda den i framtiden får ut det mesta möjliga av sina tester. Oavsett om det handlar om forskare från akademin eller industrin.

Exakta mätningar
Matteo Ciambezi understryker maskinens mångsidighet och extrema precision. I princip kan vilket material som helst analyseras. Och det kan göras ner på strukturnivå. Man kan se hur och på grund av vilken påverkan materialstrukturen förändras.
– Vi kan göra många mätningar samtidigt, på samma punkt, och därmed få en exakt förståelse för processerna i materialet vi analyserar. För att tillverka exempelvis elektroder till batterier är det helt central kunskap, förklarar Matteo Ciambezi.
Arbetet med in-FORM och infrastrukturen runt den har pågått i snart tre år. Det kan indelas i tre olika delar:
• Konstruktion/instrumentering för rätt funktion och flexibel integration med MAX IV.
• Metoder för realtidsanalys av funktionella material med multipla tekniker.
• Analysverktyg för live feedback till tekniker och forskare.

Fungerande teknik
Den in-FORM slot-die coater som inom kort testas är den mest sofistikerade av denna instrumenttyp, eftersom dess funktion och system möjliggör observationer av hur material formas i realtid. På plats på MAX IV öppnar den forskningsmöjligheter som inte finns på någon annan plats på jorden. Den ökar tillgängligheten till världens kraftfullaste synkotronljuskälla och utökar samtidigt dess användningsområden.
– Det första testet med Balder-strålen görs för att testa vår konstruktion i skarpt läge, men vi kommer självklart att ta vara på alla data vi får under den körningen. Dessutom är våra lösningar skalbara. Vi har fått lösa många problem för att komma dit vi är idag. Med den skarpa körningen når vi en första, viktig milstolpe i utvecklingen av de nya experimentella möjligheterna. Det känns stort och är det också, avslutar Justus Just.

in-FORM-maskinen. På bilden ses bläckblandningen appliceras på det rörliga bandet.
in-FORM-maskinen. På bilden ses bläckblandningen appliceras på det rörliga bandet.
MAX IV – in-FORM
  • Plattform för granskning av materials formationsprocesser på atomnivå
  • Multipla, högkvalitativa observationsformer samtidigt
  • Stationär vid MAXI IV i Lund
  • Blir tillgänglig för akademisk och industriell forskning

maxiv.lu.se
just.science/in-form/

Nanotrådar för framtidens produkter

Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik. Foto: Jan Nordén
Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik. Foto: Jan Nordén

Nanostrukturer är inte bara mycket mindre än andra strukturer. De har också unika egenskaper som möjliggör många av framtidens högteknologiska produkter. På Lunds universitet görs världsledande forskning för att ta nanotekniken närmare möjliga industriella tillämpningar.

En viktig del är nanotrådar. Dessa är mycket små halvledarstavar, som har unika optiska och elektroniska egenskaper. De kan exempelvis användas för framtidens snabba och energieffektiva transistorer, lysdioder och solceller. Ett problem med dagens teknik för att framställa nanotrådar, som är baserad på elektronstrålelitografi, är att den är mycket långsam och dyr.

Storskalig tillverkning
Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik och koordinator för Exploratory Nanotechnology inom NanoLund, forskar om att vidareutveckla och förbättra en annan teknik för att snabbt, kostnadseffektivt och storskaligt tillverka nanotrådar – Nanoimprint Lithography (NIL).
– Det är en i grunden enkel teknik, som är mycket lovande för nanotrådar. Den är enormt snabb, ger mycket hög upplösning och lämpar sig väldigt väl för massproduktion och industriell användning, förklarar han.
Förenklat går NIL ut på att överföra mönster till en halvledarskiva, kallad substrat, med en slags stämpel. Genom att placera en nanostrukturerad metall- eller kisel-stämpel i ett plastlager som ligger på substratet kan man med hjälp av värme och tryck göra avtryck i plasten. Detta kan upprepas tusentals gånger. Sedan överförs mönstret från plasten till det aktuella substratet.
– Ett huvudfokus för vår forskning är stämpeltillverkning. Stämpeln är nyckeln, som bestämmer upplösning och andra egenskaper i den färdiga enheten, berättar Ivan Maximov.

Goda resultat
Projektet, som finansieras av SSF, börjar komma till sitt slut. Ivan Maximov är mycket nöjd med resultaten.
– Vi har skapat hårdvara i form av infrastruktur, maskiner och verktygslåda samt formulerat protokoll för stämpeltillverkning. Sedan har vi framgångsrikt utformat metoder för att flytta över mönstret från stämpeln till polymeren och vidare till substratet med upplösning bättre än 20 nm. Flera företag är intresserade av att kommersialisera teknologin, berättar han.
NanoLund vid Lunds universitet är en hubb för avancerad nanoforskning, från grundforskning till applikation och kommersialisering. En viktig del av Ivan Maximovs arbete är att undervisa studenter i kursen ”Avancerad framställning av nanostrukturer”.
– Jag har studenter som gått vidare och doktorerat inom nanovetenskap, vilket är väldigt roligt. Detta är ett enormt brett och viktigt fält, där framtidens produkter skapas, ned till atomnivå.

Lunds universitet – Nanotrådar

Projektet ”Utveckling av nanoimprint infrastruktur” vid NanoLund leds av Ivan Maximov och syftar till att vidareutveckla NIL-teknologi och infrastruktur för storskalig tillverkning av nanotrådar. Dessa kan sedan användas i en rad tillämpningar inom bland annat elektronik, optik och grön energi. NanoLund vid Lunds universitet har som mål att utveckla nanovetenskap och nanoteknik för att lösa stora samhällsutmaningar såsom:

  • ett samhälle baserat på förnybar energi
  • utveckling av framtidens IT
  • nya diagnostikverktyg för sjukvården
  • att främja en svensk nanomaterialbaserad produktionsindustri

www.lu.se

Verktyg för mer användbar programanalys

Emma Söderberg, forskare och biträdande universitetslektor i datavetenskap vid Lunds tekniska högskola. Foto: Jan Nordén
Emma Söderberg, forskare och biträdande universitetslektor i datavetenskap vid Lunds tekniska högskola. Foto: Jan Nordén

Många företag, myndigheter och organisationer är beroende av programvaror av hög kvalitet. Genom adaptiva utvecklingsverktyg och mer användbar programanalys hoppas forskare i Lund kunna bidra till bättre källkod och mjukvara av hög kvalitet.

Nyligen drabbades företaget Klarna av ett haveri på grund av en bugg i systemet; användare som loggat in i appen kunde ta del av andra Klarna-användares känsliga uppgifter.
– Att utveckla programvara är komplext, det involverar många olika aktiviteter och det är väldigt mycket att tänka på. Det är därför inte ovanligt att buggar uppkommer. Beroende på vilken mjukvara det handlar om, kan buggar leda till förödande konsekvenser, säger Emma Söderberg, forskare och biträdande universitetslektor i datavetenskap vid Lunds tekniska högskola.
För att hantera komplexiteten och vara produktiv använder programutvecklare verktyg som kan att hjälpa till med uppgifter som kodmanipulation, kodgranskning och koddistribution. Många av dessa verktyg använder programanalys för att hitta fel i koden eller för att föreslå förbättringar.
– Att ha hög kvalitet är jätteviktigt och kan i vissa fall vara livsavgörande. Idag finns det mjukvara i nästan allting, datorer, klockor och smarta telefoner, men även i exempelvis röntgenutrustning och i flygplan.

Källkod av hög kvalitet
I ett forskningsprojekt som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, undersöker Emma Söderbergs forskargrupp hur adaptiva utvecklingsverktyg kan göra programanalys mer användbar.
– Tyvärr har många utvecklare dålig erfarenhet av programanalys och utnyttjar den därför inte optimalt. Det kan exempelvis bero på svårförståeliga resultat, dåligt integrerade eller felaktiga resultat, eller rent av för många resultat. Genom att inte använda programanalys riskerar mjukvaruutvecklare att missa potentiellt viktig och användbar information.
Forskargruppen utvecklar nu ett feedback-system som kan fånga in signaler om användbarhet samt utforskar olika typer av sensorer och prober som kan optimera användbarheten för programanalys.
– Vår långsiktiga förhoppning är att våra verktyg kan stödja utvecklare att utnyttja den fulla potentialen hos programanalys, och därmed uppnå källkod av bättre kvalitet.

Lunds universitet – ADAPT

Forskningsprojektet ADAPT: Adaptive Developer Tools finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning och är ett femårigt projekt som pågår 2020–2024.
Målet är det ska vara enklare för mjukvaruutvecklare att med adaptiva utvecklingsverktyg använda programanalys till fullo, vilket kan leda till källkod av bättre kvalitet.

Kontakt: emma.soderberg@cs.lth.se

Verklighetsnära studier av proteiner

Kajsa Sigfridsson Clauss, strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Foto: Jan Nordén
Kajsa Sigfridsson Clauss, strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Foto: Jan Nordén

MAX IV invigdes 2016 och är en av världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggningar. Här finns metoder för spjutspetsforskning på proteiner som kan leda till utvecklingen av framtidens läkemedel och material.

Kajsa Sigfridsson Clauss är strålrörsforskare vid MAX IV-laboratoriet i Lund. Hon leder ett team av forskare som utvecklar en provmiljö för studier av proteiner under realistiska förhållanden (AdaptoCell).
– Strålrören utgör experimentstationer dit forskare från hela världen kan vända sig med sina vetenskapliga frågeställningar. Vi guidar grupper under hela processen fram till lyckade experiment.
MAX IV har 16 strålrör med olika röntgentekniker, varav tre samarbetar i detta projekt: Balder, CoSAXS samt MicroMAX. Tillsammans bygger de en plattform för avancerade studier av proteiner på detaljnivå.
– Vi erbjuder tillgång till en rad olika tekniker, allt beroende på vilka aspekter av proteinerna som forskare vill studera.

Provmiljö för forskare
För att bättre förstå proteiners samverkan och funktion i celler behöver forskare kunna studera proteinerna i en miljö så nära cellens naturliga förhållanden som möjligt. Genom att studera proteinerna i flytande form (i kontrast till frusen form) är det möjligt att få en mer verklighetsnära kunskap om vad som faktiskt sker i cellerna.
– Vi utvecklar nu en så kallad Adapto­Cell, det vill säga mikrofluidik-baserade flödesceller för proteiner, som kan placeras och integreras vid strålrören och där anpassas till varje specifik röntgenmetod. Det är ett effektivt sätt att dels skydda de känsliga proteinerna som annars lätt tar skada av röntgenstrålen, dels en möjlighet för integrering av ytterligare analyser (à la lab-on-a-chip).
Det pågår många dynamiska utvecklings- och forskningsprojekt vid MAX IV och Kajsa Sigfridsson Clauss ser flera tillämpningsområden.
– Med Adaptocellen erbjuder vi en basprovmiljö för forskare som vill studera komplexa proteiner i lösning och hur de interagerar med varandra eller utför enzymatiska reaktioner.
Att studera och lära sig om kopplingen mellan struktur och funktionen hos enzymer och proteiner kan påverka design av både nya läkemedel och nya sätt att producera energi och bränsle. Förutom proteiner kan flödescellerna även användas för andra flytande prover inom exempelvis materialforskning.

MAX IV – AdaptoCell

Lunds universitet är värduniversitet för MAX IV, en av världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggningar.
Forskningsprojektet Adaptopcell för användare på MAX IV finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning och bedrivs på tre strålrör: Balder, CoSAXS och MicroMAX.

E-post: kajsa.sigfridsson_clauss@maxiv.lu.se
www.maxiv.lu.se

Forskning på jord en lösning för klimatet

Milda Pucetaite, forskare på biologiska institutionen vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén
Milda Pucetaite, forskare på biologiska institutionen vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén

Milda Pucetaites forskning kan leda till försök att mildra klimatförändringarna – den potentiella nyckeln finns i jorden.
– Det finns redan kol i jorden, men ökar man den så minskar mängden koldioxid i atmosfären, säger hon.

Tillsammans med sin forskargrupp vid Lunds universitet fokuserar Milda Pucetaite på jord – som inte är särskilt lätt att undersöka, eftersom den döljs i mörker av alla mineraler den innehåller. Forskargruppen har därför skapat nya verktyg, som gör det möjligt att se in i och studera jorden.
– Vi använder oss av mikrofabricerade chip gjorda av transparent material, de har små mikrostrukturer i sig som gör att vi kan ta till exempel lövrester och jord och se vilka processer som sker däri, säger Milda Pucetaite.

En pågående cykel
Detta sker genom datortomografi och spektroskopi.
– Tack vare det kan vi se in i chipen och analysera dem och ta reda på den kemiska kompositionen av materialen inuti chipen. Det är särskilt användbart när vi vill undersöka processer som reglerar kol i jorden.
Det är en ständigt pågående cykel, där koldioxid går från atmosfären till jorden och från jorden till atmosfären. Genom att öka mängden kol i jorden skulle klimatförändringarna kunna bromsas, men jorden har en övre gräns för hur mycket kol som kan lagras.
– Det är komplicerat, för klimatförändringarna och temperaturhöjningarna gör också att mikroberna i jorden blir mer aktiva och mer koldioxid frigörs, säger Milda Pucetaite.

Saktar ner processen
Hon motiveras av att se sin forskning som en del av något större. 2015 lanserades ”4 per 1000-initiativet” av franska regeringen, där målet är att öka mängden kol i jorden med 0,4 procent varje år i syfte att minska klimatförändringarna.
– För tio år sedan pratade vi om det, nu börjar vi se förändringarna. Med hjälp av den här typen av forskning kan vi sakta ner processen, men det betyder inte att vi kan slappna av och fortsätta att förorena vår planet, säger Milda Pucetaite.
Hon är egentligen fysiker men jobbar nu med mikrobiologi.
– Jag har tidigare inte tänkt på att jorden är så viktig för planeten. Det fascinerar mig att vi med hjälp av chipen kan se in i jorden, de blir ett fönster till underjorden. Förhoppningsvis kan fler människor i framtiden vara intresserade av livet under våra fötter, för det spelar roll.

Lund universitet – Jordens mikrokosmos

Forskningsprojektet ”Mikrochip ökar förståelsen av markens upptag av koldioxid” löper över fem år. Syftet är att generera kunskap kring koldioxidcykeln i jorden och att kunna skapa förutsättningar för ett hållbart jordbruk.
Projektet finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF, som finansierar forskning inom naturvetenskap, teknik och medicin med 700 miljoner kronor om året.

www.cec.lu.se/sv/milda-pucetaite

Nanotekniken öppnar nya dörrar

Christelle Prinz, professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén
Christelle Prinz, professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén

Utvecklingen av nanoteknik har gått snabbt, dock är det först nu den på allvar börjar ses som en stor tillgång inom andra forskningsområden. Vid Lunds universitet utnyttjas nanorör för att utveckla nya sätt att exempelvis föra in biomolekyler i stamceller med hög effektivitet.

Christelle Prinz är professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet och har jobbat under många år med att utveckla nanoteknik.
– För 15-20 år sedan var det vi själva som drev på forskningen inom nanoteknik. Men nu kommer alltfler förfrågningar från andra forskningsområden som ser reella möjligheter att använda nanotekniken inom sina områden, berättar hon.
Nanotekniken kan ha en avgörande inverkan som nytt forskningsverktyg i exempelvis medicinska laboratorier för exakt manipulation av cellinnehåll och genom.

Spännande projekt
Tillsammans med sina kollegor Charlotte Ling, Jonas Larsson och Martin Hjort vid den medicinska fakulteten, driver hon ett större projekt finansierat av SSF, ”Utveckling av nanoinjektionsnålar för genetisk och epigenetisk modifiering av stamceller” som ska möjliggöra korrigering av defekter i den genetiska koden utan att skada cellen.
– Projektet kommer att inriktas på två banbrytande tillämpningar: (i) genetisk redigering av blodstamceller för genterapi och (ii) epigenetisk redigering av stamceller för att göra om dem till till exempel muskelceller (för ökat glukosupptag) och insulin-utsöndrande β-celler för utveckling av typ 2-diabetes-behandling.
På lång sikt förväntar de sig att projektet kommer att adressera flera industriella och samhälleliga behov genom att öppna för nya vägar inom terapi för flera olika typer av sjukdomar.

Ökar effektiviteten
En av de större utmaningarna har varit hur de kan ta sig igenom cellmembranet, som är otroligt svårt att penetrera utan att döda cellen.
– Vår lösning är att använda mycket lokala elektriska fält vilket försvagar membranet tillräckligt för att våra nanorör ska kunna ta sig igenom. Det elektriska fältet använder vi sedan även för att driva in molekyler i cellen.
Fördelarna med att använda nanorör för transporter av molekyler, som DNA och arvsmassa, in i cellerna är att de skonar cellerna. De tekniker som används idag, exempelvis att använda så kallad elektroporering, innebär ofta att cellerna dör.
– Det gör att de metoderna har en mycket låg effektivitet, med nanorören höjs effektiviteten betydligt, avslutar Christelle Prinz.

LU – Nanoteknik

NanoLund är ett starkt forskningsområde vid Lunds universitet som samlar 55 forskargrupper från olika discipliner med ett gemensamt intresse i nanoteknologi. Det är Sveriges största forskningsmiljö för nanovetenskap och nanoteknologi.

www.nano.lu.se