Etikettarkiv: Stockholms universitet

Framtidens elektronmikroskopi på SU

Cheuk-Wai Tai, Thomas Thersleff och Tom Willhammar, forskare vid Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund
Cheuk-Wai Tai, Thomas Thersleff och Tom Willhammar, forskare vid Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund

Kunskap om material ner till atomnivå är en förutsättning för att skapa framtidens högteknologiska produkter. På Stockholms universitet utvecklar forskare särskilda mikroskop i den absoluta framkanten för sådan forskning.

Hongyi Xu, forskare.
Hongyi Xu, forskare.

I takt med att produkter blir allt mindre i storlek och allt mer avancerade i funktion ökar behovet av detaljerad materialkunskap. På Institutionen för material och miljökemi på Stockholms universitet arbetar forskaren Cheuk-Wai Tai och hans team (forskare Hongyi Xu, Tom Willhammar och Thomas Thersleff) med att utveckla transmissionselektronmikroskop (TEM) som kan ligga till grund för framtidens avancerade materialforskning. TEM är en bildteknologi där elektronstrålar används för att få högupplösta, detaljrika bilder av mycket små prov. Forskningen, som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, syftar både till att utveckla nya mikroskop, men också till att förbättra existerande elektronmikroskop på ett kostnadseffektivt sätt.
– Hur atomer är arrangerade i ett material är avgörande för dess egenskaper. Tänk bara på skillnaderna mellan en blyertspenna och en diamant – kemin är densamma, men atomstrukturen helt annorlunda. Elektronmikroskopi ger oss möjligheten att åstadkomma den sortens extremt detaljerade kunskap, förklarar Cheuk-Wai Tai.

Fokusområden
Projektet har tre fokusområden: att på ett mer precist, stabilt och flexibelt sätt montera det studerade provet i mikroskopet, att kontrollera elektronstrålen exaktare, så att olika delar av provet kan studeras utan att skadas, samt slutligen att synkronisera mikroskopets detektorer för att få en mer välorganiserad och multidimensionell bild av provet.
Tillämpningarna för denna nya generation av TEM är många, exempelvis för forskning inom datorvetenskap, halvledare, konventionella material som exempelvis stål, samt för funktionella material inom bland annat den gröna teknologin.

Sverige en hubb
Forskarna samverkar med olika laboratorier och det finns ett stort intresse och stöd från industrin. Forskargruppen är tvärvetenskaplig, med expertis inom bland annat fysik, materialvetenskap, kristallografi och spektroskopi. Cheuk-Wai Tai framhåller att Sverige är en hubb för avancerad karaktärisering med spridningstekniker, inte minst genom MAX IV och ESS. Elektronmikroskopi är en mycket komplementär teknik där Stockholms universitet har en lång tradition och utrustning i framkant.
– Det är strategiskt viktigt för Sverige och väldigt spännande att vara en del av, avslutar han.

Stockholms universitet – Framtidens elektronmikroskopi

Projektet ”Ett mångfacetterat verktyg för framtidens elektronmikroskopi” finansieras av SSF inom ramen för programmet Instrument-, teknik- och metodutveckling. Forskningens mål är att utveckla nästa generations transmissionselektronmikroskop (TEM) för avancerad materialforskning samt metoder att uppgradera dagens befintliga TEM. Forskningen bereder väg för framtidens avancerade materialforskning, ner på atomnivå.

www.mmk.su.se

Bygger ny kunskap om bakteriers liv och leverne

Kristina Jonas, docent i molekylär biovetenskap på Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund
Kristina Jonas, docent i molekylär biovetenskap på Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund

Bakteriella infektioner är fortfarande en av huvudorsakerna bakom allvarliga och dödliga sjukdomar. Kristina Jonas och hennes forskargrupp vid Stockholms universitet och SciLifeLab arbetar med att kartlägga de molekylära mekanismerna bakom bakteriernas liv och leverne.

Bakterieforskning har gamla anor men bakteriernas förmåga att överleva stressfaktorer som till exempel hetta, svält och antibiotika är till stor del fortfarande en gåta. I ett SSF-finansierat projekt arbetar Kristina Jonas, docent i molekylär biovetenskap, och hennes forskargrupp med att kartlägga de molekylära mekanismer som gör att bakteriers tillväxt och celldelning kan förändras under växlande förhållanden.
– Ett av våra fokusområden är chaperoner, en klass proteiner som har viktiga funktioner i proteinveckning och nedbrytning. Vi vet också att chaperonerna reglerar vissa proteiner med nyckelfunktion inom tillväxt och celldelning.
Fyra år in i projektet har forskarna lyckats kartlägga ett flertal olika mekanismer och funnit hur en viss typ av chaperon kan kontrollera bakteriernas tillväxttakt.
– Vi har även studerat hur olika chaperoner bidrar till bakteriernas förmåga att reparera sig själva från skador som uppstår när de utsätts för antibiotikastress eller hetta.

Flera spår
Ett annat forskningsspår är inriktat på en viss typ av proteaser och deras förmåga att bryta ner proteiner. Här har forskargruppen hittat en faktor, ett nytt protein, som bidrar till exakt reglering av proteasaktiviteten, en upptäckt som på sikt skulle kunna vara målstruktur för utveckling av nya typer av antibiotika.
Kristina Jonas berättar att forskningen så här långt fokuserat på icke-patogena bakterier.
– Vi har börjat arbeta även med en viss typ av patogena bakterier som orsakar bland annat lunginflammation och är svåra att kontrollera eftersom de har hög antibiotikatolerans. Här handlar det om att försöka förstå hur chaperoner och proteaser bidrar till patogenicitet genom att reglera proteiner med viktiga cellulära funktioner.
Kristina Jonas betonar att forskningen i första hand handlar om att bygga ny kunskap som på sikt kan ge ringar på vattnet i form av olika nyttogörande applikationer som till exempel ny antibiotika.
– En del av den kunskap vi får fram ser vi kanske inte hela vidden av idag. Forskning är som ett pussel med många okända bitar, ibland dröjer det innan alla bitar funnit sin rätta plats och skapar en helhet. Det vore förstås kul om min forskning en dag visar sig ha lagt grunden till en produkt, men det är kunskapsbygget som är det viktiga. Utan kunskap blir det ingenting alls.

Stockholms universitet – Bakteriers tillväxt

Kristina Jonas leder SSF-projektet ”Nya mekanismer i bakteriers tillväxtreglering” som belyser de molekylära mekanismerna bakom bakteriell tillväxttakt och celldelning, vilka hjälper bakterierna att anpassa sig till ändrad miljö. Forskningsresultaten bidrar till utveckling av nya strategier för att kontrollera bakteriell spridning inom medicin och industri.

Kristina Jonas
Tel: 08-16 25 80
E-post: kristina.Jonas@su.se
www.jonaslab.org

Banbrytande forskning för optimerad katalys

Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund
Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund

Katalys är oumbärligt i nästan alla kemiska processer. Ändå är det ett område med väldigt många obesvarade frågor. Peter Amann vid SU utvecklar banbrytande nya instrument och metoder för att studera katalys under realistiska förhållanden.

Katalys är ett grundläggande förlopp och används inom nästan all tillverkning i den kemiska industrin. Det är också avgörande i framtida kemiska energiomvandlingar, som till exempel bränsleceller och konstgjord fotosyntes. Förenklat är en katalysator ett ämne som transformerar en sorts molekyl till en annan, utan att själv förbrukas under processen. Trots stora forskningsinsatser saknas tillräckligt kunnande om hur processen kan optimeras.
– Det har varit mycket svårt att få insikt i de här processerna på atomnivå under reaktionerna på katalysatorytorna. De flesta av dagens experimentella tekniker är antingen indirekta och man ser bulken, eller så görs de i vakuum. Instrument har saknats för att följa molekylerna i mer verklighetsnära förhållanden vid ytan, där trycket är högt, berättar Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet.
Peter ingår i en experimentell verksamhet, skapad vid professor Anders Nilssons internationella rekrytering med ett stort bidrag ifrån Vetenskapsrådet. Gruppen har nära samarbete runt teoretiska simuleringar under ledning av professor Lars GM Pettersson. Nu bygger de en stark experimentell verksamhet i kemisk fysik inriktad mot processer på ytor.

Utvecklat instrument
Peter Amann leder ett projekt som utvecklar fotoelektronspektroskopi med röntgenljus (XPS) vid höga tryck. Tekniken studerar katalys under förhållanden som liknar dem vid industriella tillämpningar. Med stöd från SSF har gruppen utvecklat nya forskningsinstrument som klarar förhållanden med höga temperaturer och där trycket är över en bar.
– Det är en stor utmaning och kräver innovativ teknologi. En teknik som vi utvecklat är virtuella celler, där gas riktas mot katalysytan och skapar ett lokalt område med högt tryck, förklarar Peter Amann och tillägger att fokus framåt ligger på CO- och CO2-hydrogenering, för att studera hur molekyler förvandlas från en art till en annan på katalysmaterialet. Det är intressant för att kunna omvandla CO2 till bränslen och kemikalier som på sikt kan minimera klimatförändringarna.

Industriell tillämpning
Forskningen går nu in i en andra fas, där instrumenten testas i vetenskapliga och industriella miljöer. Bland annat samarbetar man med det ledande katalysföretaget Haldor Topsoe A/S och Uppsalabaserade Scienta Omicron.
– Vi sysslar med grundforskning, men detta är ett enormt spännande område med stor relevans för industrin. Vår forskning har gått från att vara högrisk och experimentell till att faktiskt blicka mot nyttiggörande inom industrin.

SU – Optimerad katalys

Peter Amann och hans team studerar katalys och hur den katalytiska processen kan optimeras i industriella processer. Det sker både genom att utveckla nya, innovativa instrument och genom att testa dessa i realistiska förhållanden, med högt tryck och höga temperaturer. Det är grundforskning i den absoluta frontlinjen, med ett brett spektrum av potentiella industriella tillämpningar. Forskningen stöds av Stiftelsen för strategisk forskning inom programmet Instrument-, teknik- och metodutveckling.

www.xsolasgroup.fysik.su.se

KTH toppar forsk­ningschefernas lista

Kungliga Tekniska Högskolan, Chalmers tekniska högskola och Lunds universitet hamnar högst upp på listan över vilka lärosäten som forskningschefer i näringslivet kan tänka sig att arbeta vid.

Allra populärast är KTH; hela 61 procent av de tillfrågade har lagt en röst här. Chalmers som kom på andra plats fick röster från 48 procent av forskningscheferna, medan Lunds universitet samlade in 41 procent. Tätt inpå topptrion återfinns universiteten i Uppsala, Linköping och Stockholm med 38, 30 respektive 26 procent.

Vilka av följande universitet/högskolor skulle du kunna tänka dig att arbeta hos? Ange gärna flera.

Proteinforskning underlättar upptäckt av neurodegenerativa sjukdomar

Tara Hessa, forskningsledare på institutionen för biokemi och biofysik.
Tara Hessa, forskningsledare på institutionen för biokemi och biofysik.
Sedan 2015 bedrivs forskningsprojektet Protein Kvalitetskontroll, lett av forskaren Tara Hessa vid institutionen för biokemi och biofysik på Stockholms universitet. Forskningsprojektet, som pågår fram till 2020, fokuserar på att kartlägga orsaken till felveckade proteiner i cellmembranet. Forskningsresultatet kan göra det lättare att upptäcka kroniska och neurodegenerativa sjukdomar på ett tidigt stadium.

Hälften av alla proteiner som produceras inuti celler trafikeras från cytosolen till membranomgivna organeller, som det endoplasmatiska nätverket. Dessa proteiner måste veckas på rätt sätt för att de ska utföra sin funktion. När proteiner inte veckas på rätt sätt, på grund av genetiska mutationer, cellstress eller andra yttre faktorer, aggregeras de i kroppen. Det kan i förlängningen leda till sjukdomar som diabetes typ 2 eller allvarliga neurodegenerativa sjukdomar som demens.

Nedbrytning av fellokaliserade proteiner
– Mekanismen bakom hur celler känner igen felveckade sekretoriska och membranproteiner och eliminerar de toxiska effekterna av en viss typ av fel i proteinproduktionen är okänd. Målet med forskningsprojektet är därför att undersöka hur proteiner veckas medan de syntetiseras på ribosomer och vilka kontrollmekanismer som upprätthåller korrekt proteinveckning. Vi vill undersöka detta kontrollsystem genom att identifiera nya komponenter och förstå mekanismen bakom maskineriet som sköter nedbrytning av fellokaliserade proteiner, säger Tara Hessa, forskningsledare på institutionen för biokemi och biofysik.

Kan leda till banbrytande läkemedel
Enligt WHO finns det idag cirka 160 000 personer med demenssjukdom i Sverige och 47 miljoner i hela världen. Genom att undersöka de grundläggande stegen i och mekanismen bakom hur cellen känner igen hur felveckade proteiner bildas och förstörs, kommer vi att förbättra vår kunskap om hur vi kan behandla dessa sjukdomar i framtiden. Visionen är att läkemedelsbranschen så småningom tar sig an forskningsresultaten och arbetar vidare med dem, med målsättningen att utveckla nya banbrytande läkemedel som kan bidra till att demens och andra neurodegenerativa sjukdomar kan förebyggas på ett tidigt stadium.
– Hittills har vi studerat två modellprotein som orsakar olika former av demens. Parallellt studerar vi hur den här typen av mutationer påverkar individers insulinnivå utifrån hur cellen hanterar och förstör de felveckade proteinerna. Vi strävar också efter att avgöra strukturen för proteinet BAG6, ett protein som hjälper till att eliminera felveckade proteiner, säger Tara Hessa.

SU – Proteinkvalitetskontroll
Forskningsprojektet Protein Kvalitetskontroll beviljades medel från SSF 2014 och kom igång ordentligt året därpå. Finansieringen från SSF har varit helt avgörande för att forskningsprojektet ska kunna utvecklas.
www.su.se

Samarbete för världsledande mikroskopi

För att få en miljö fri från vibra­tioner gjuts en betongplatta på en sandbädd direkt på berggrunden. Foto: Niklas Björling
För att få en miljö fri från vibra­tioner gjuts en betongplatta på en sandbädd direkt på berggrunden. Foto: Niklas Björling
Ett av världens mest avancerade elektronmikroskop finns snart vid Stockholms universitet. I anslutning till satsningen lanseras samarbetet CEM4MAT, för att på bästa sätt utnyttja mikroskopen i regionen.

Gunnar Svensson, prefekt vid MMK, Stockholms universitet. Foto: Niklas Björling
Gunnar Svensson, prefekt vid MMK, Stockholms universitet. Foto: Niklas Björling
Den omfattande ombyggnationen för att hysa det känsliga nya instrumentet är redan i gång. Sedan tidigare finns fyra transmissionselektronmikroskop vid Institutionen för material- och miljö­kemi (MMK), Stockholms universitet. Det nya mikroskopet är en satsning på spetskompetens.
– När det levereras kommer det att vara det mest moderna i världen. För att attra­hera duktiga forskare behöver vi den här satsningen. Stockholms universitet är redan väldigt framstående inom materialkemi, nu kan vi ytterligare förstärka attraktionskraften, säger Gunnar Svensson, prefekt vid MMK.
Med det nya mikroskopet kan forsk­arna se var varenda atom sitter i nanopartiklar. Till exempel kommer det att gå att titta närmare på polymerer som cellulosa, eller förstå katalysatorer och batterier bättre.
I juni lanserades samarbetet CEM4MAT, Centre of Electron Microscopy for Materials Sciences. Stockholms universitet, Uppsala universitet, KTH och forskningsinstitutet Swerea KIMAB har alla egna elektronmikroskop och olika specialistkompetens. Genom sam­arbetet ska alla lära av varandra och utnyttja instrumenten fullt ut. Även det regionala näringslivet kommer att ha nytta av satsningen.

Alla typer av användare
– Vi tydliggör och synkroniserar. Vi ska visa vilka kurser som finns inom elektronmikroskopi, ha gemensamma workshops och samla specialister. CEM4MAT ska fånga upp alla typer av användare, företagspartners är också välkomna. Bara vi lär känna varandra och träffas ofta kommer det att bli lätt, säger Gunnar Svensson.
Finansieringen för starten av CEM4MAT kommer från en samverkanscheck från Stockholms universitet, och övriga samarbetspartners har sedan bidragit. Varje partner äger sina egna instrument och bidrar med personal. Investeringen för Stockholms universitets nya mikroskop beräknas landa på totalt 50 miljoner kronor.
– Vår vision är att vårt nya mikroskop och CEM4MAT ska bli så framgångsrikt att vi i framtiden kan attra­hera externa medel för driften, säger Gunnar Svensson.

CEM4MAT
CEM4MAT, Centre of Electron Microscopy for Materials Sciences är ett forskningssamarbete runt transmissionselektronmikroskopi (TEM). Stockholms universitet, Uppsala universitet, KTH och Swerea KIMAB ingår i CEM4MAT.
www.cem4mat.se

www.cem4mat.se

Forskarskola i neutronspridning – strategisk satsning som inger respekt

Kristina Edström, professor vid Uppsala universitet och föreståndare för Forskarskolan i neutronspridning och Martin Månsson, universitetslektor vid KTH och studierektor för SwedNess. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild
Kristina Edström, professor vid Uppsala universitet och föreståndare för Forskarskolan i neutronspridning och Martin Månsson, universitetslektor vid KTH och studierektor för SwedNess. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild

– När ESS står färdigt behövs en ny generation neutronspridningsforskare som kan ta vara på de möjligheter som ges. Forskarskolan SwedNess är ett viktig led i det arbetet, säger Kristina Edström, professor vid Uppsala universitet och föreståndare för Forskarskolan i neutronspridning.

Om sex år ska forskningsanläggningen ESS, European Spallation Source, invigas i Lund. För att ta höjd för framtiden har Stiftelsen för strategisk forskning gått in med 120 miljoner kronor till en svensk forskarskola i neutronspridning. Ett viktigt syfte är att bygga upp kompetens så att Sverige ska kunna använda och dra nytta av den nya forskningsanläggningen på bästa sätt. Skolan kommer att ge plats för upp till 40 doktorander de närmaste åren, de 20 första som nu är antagna har alla olika utbildningsbakgrund.
– Vi har delat upp dem i fyra områden: grundläggande kemi och fysik, funktionella material, ingenjörsvetenskap och livsvetenskaper samt processer. Sammantaget utgör våra doktorander en brokig skara människor med olika spetskompetenser. Det ska bli väldigt spännande att äntligen få sätta igång arbetet med själva skoldelen och allt vad det innebär i form av kurser, studiebesök och annat, säger Kristina Edström.

Samverkan
Forskarskolan som går under förkortningen SwedNess – Swedish Neutron Education for Science & Society, är ett samarbete mellan sex svenska lärosäten. Förutom Uppsala universitet är Chalmers, KTH, Linköpings universitet, Lunds universitet och Stockholms universitet med i satsningen.
– Doktoranderna som rekryterats både i Sverige och utomlands får sin utbildning på något av dessa lärosäten, förklarar Martin Månsson, universitetslektor vid KTH och studierektor för SwedNess.
Han berättar att det för tillfället finns en relativt liten krets med expertis inom neutronspridning och att de mest erfarna professorerna till stor del kommer att vara pensionerade då ESS är i full drift runt 2023. Det finns därför en överhängande risk att Sverige kommer att ha nationell tillgång till en världsledande forskningsanläggning, men ha väldigt få forskare med kunskap och erfarenhet nog för att kunna använda dess fulla kapacitet.
– Just därför är SwedNess en så strategiskt viktig satsning. Här byggs en helt ny generation forskare, som när ESS tas i drift kommer att ha de kunskaper som krävs för att ta vara på de möjligheter som ges.
Viktigt är också att satsningen kom i precis rätt tid.
– Om bara något år hade det varit för sent. Själva vitsen är ju att våra doktorander ska vara klara, och kanske till och med hinna göra en post-doc, innan ESS sätter igång på allvar.

Sprida kunskap
Kristina Edström nickar instämmande.
– Det glöms lätt bort att ESS inte är en nationell resurs som är öppen för alla svenska forskare. Vi måste ansöka om tid precis som alla andra. Om man får tid eller inte beror på hur kompetent man är och kvaliteten på ansökan. Även vi i Sverige måste vara på tårna och det är just det vi har fått möjlighet att vara nu.
Ett viktigt syfte med forskarskolan är enligt Martin Månsson att bygga en ny svensk så kallad community för neutronspridning.
– Vi siktar på att skolan ska producera minst en framtida professor till varje samarbetsuniversitet. Sedan får vi inte glömma bort att en stor del av de som doktorerar går till industrin. Det innebär att vi även tillför kompetens inom neutronspridning i det svenska näringslivet, vilket är en minst lika viktig bit.

Framtid
SSF:s satsning på forskarskolan har fått stort genomslag både nationellt och internationellt.
– Att vi satsat så mycket på neutronspridningsforskning vid precis rätt tillfälle tror jag ger signaler om att Sverige inte bara bygger den här källan, vi vill även se till att göra det bästa utav den. SwedNess är en satsning som inger respekt, säger Kristina Edström.
Martin Månsson är övertygad om att satsningen både på ESS och den nya forskarskolan kommer att sätta Sverige på den internationella kartan.
– Att Sverige har fått förtroendet att vara värdland för ESS och driva en nationell forskarskola i neutronspridning är en unik möjlighet för ett så litet land, säger han.
– Sedan får man inte glömma bort att SwedNess inte bara är en skola. Vi bygger upp en kurskatalog och ett nätverk som vi hoppas ska skapa intresse även inom andra forskargrupper som vill kunna utnyttja de fantastiska möjligheter som den framtida neutronkällan vid ESS innebär, avslutar Kristina Edström.

SwedNess

Stiftelsen för strategisk forskning (SSF) finansierar en svensk forskarskola i neutronspridning, Swedish Neutron Education for Science & Society (SwedNess) med 120 miljoner kronor. Forskarskolan är resultatet av ett samarbete mellan Uppsala universitet, Chalmers, KTH, Linköpings universitet, Lunds universitet och Stockholms universitet.

SwedNess
Uppsala universitet
E-post: info@swedness.se
www.swedness.se