Etikettarkiv: Uppsala universitet

Uppsalaforskare gör Big Data till Smart Data

Ida-Maria Sintorn, CTO, Vironova, Carolina Wählby, professor och Salman Toor, docent vid Uppsala universitet. Foto: Johan Marklund
Ida-Maria Sintorn, CTO, Vironova, Carolina Wählby, professor och Salman Toor, docent vid Uppsala universitet. Foto: Johan Marklund

– Inom HASTE-projektet utvecklas metoder som snabbt kan sortera bort ointressant information, hitta data som är relevant och analysera den på ett sätt som bidrar till nya insikter. Det är då Big data blir till Smart data på ett hållbart sätt, säger Carolina Wählby, professor vid Uppsala universitet.

Inom, HASTE, (Hierarchal Analysis of Spatial and Temporal Data) arbetar en tvärvetenskaplig forskargrupp med att ta fram metoder för hierarkisk rankning av mikroskopidata med sikte på tillämpningar inom life science. Det övergripande målet är att effektivisera analysen av bilddata. Forskningen sker i samarbete med bland annat Vironova där ett forskningsspår är inriktat mot automatiserad mikroskopibildsanalys av biologiska prover.
I Vironovas fall handlar det främst om analys av nanopartiklar som ingår i läkemedel. Ett aktuellt exempel är mRNA-vaccin, en typ av vaccin som använts flitigt under coronapandemin.
– För Vironovas del handlar projektet om att effektivisera bildtagning och analys av läkemedel, vilket är en tjänst som företaget tillhandahåller läkemedelsföretag för att i sin tur optimera kvalitet och tillverkning av läkemedel. För att analysera läkemedlen använder Vironova elektronmikroskop. Här genereras stora mängder bilddata, men det är bara en ganska liten del som är av intresse för analysen. Genom att exkludera irrelevant data tidigt i processen kan man spara både tid och beräkningsresurser, säger Ida-Maria Sintorn, CTO, Vironova.

Prototyp
Projektet har under de gångna åren kommit en bra bit på väg. Docent Salman Toor har tillsammans med sina forskarkollegor vid Uppsala universitet utvecklat en sofistikerad beräkningshierarki som i samband med bildtagning gör en snabb analys som fastställer om bilden är relevant och om den ska sparas eller inte.
– Vi har testat delar av vår prototyp i Vironovas verksamhet och kommit fram till ett proof-of-concept. Vårt verktyg gör det möjligt att i förväg se var man bör fokusera analysen, vilket kraftigt minskar tidsåtgången, effektiviserar resursanvändningen och minimerar koldioxidavtrycket, förklarar Saalman Toor.
En viktig fråga är förstås vad i den stora datamängden som anses vara relevant data.
– Därför handlar en annan del av HASTE-projektet om att utveckla AI-metoder. Genom att kombinera dem med beräkningseffektiva mått som beskriver sannolikheten för att en del av en bild eller tidssekvens innehåller vetenskapligt relevant information kan vi omvandla Big Data till Smart Data, fastslår Carolina Wählby.

Klicka här för att läsa mer om HASTE

Uppsala universitet – Big data

I samarbete med Vironova och AstraZeneca närmar sig HASTE-projektet insamling, analys och tolkning av mikroskopibilddata på ett hierarkiskt sätt. Här används AI och deep learning för att utveckla effektiva beräkningsmetoder som kan ranka lågupplöst data enligt intelligenta spatiala och temporala informationshierarkier, med syftet att fokusera analysresurser efter relevans. Projektet stöds av SSF 2018–2023.

E-post: carolina.wahlby@it.uu.se

www.uu.se

MAX IV – unik infrastruktur på plats

Marcus Agåker, Uppsala universitet, projektledare för Veritas. Foto: Jens C Hilner
Marcus Agåker, Uppsala universitet, projektledare för Veritas. Foto: Jens C Hilner

MAX IV är Sveriges största satsning på forskningsinfrastruktur. Infrastrukturen, med det nya strålröret Veritas, står öppen för världens forskare.

Synkrotronljuslaboratoriet MAX IV är Sveriges hittills största satsning på forskningsinfrastruktur. Bland annat erbjuder laboratoriet forskning genom resonant inelastisk röntgenspridning, även kallad mjukröntgenspridning eller RIXS. Tekniken används främst till att förstå materialegensaker på atom- och molekylnivå och är användbar för studier inom fysik, kemi, biologi, medicin och mycket mer.
De experimentella möjligheterna här går inte att hitta på andra ställen i världen, enligt Marcus Agåker, projektledare för Veritas på Uppsala universitet.
– Till exempel finns möjligheten att studera vätskor och gaser med hög spektroskopisk upplösning, eller möjligheten att följa tidsutvecklingen i material på nanosekunds-nivå till makroskopisk tid, säger han.
Infrastrukturen erbjuder testmiljöer vid 16 strål(ljus)rör vid tre acceleratorer, däribland strålröret Veritas. Lunds universitet står värd för laboratoriet och merparten av tekniken för Veritas har utvecklats på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.
– Vid Veritas har man inom ett SSF-finansierat projekt utvecklat nya typer av experimentmiljöer för RIXS-mätningar, som nu erbjuds forskarsamhället. Dessa provmiljöer har även gjorts så att vi kan flytta experimenten mellan olika strålrör, säger Marcus.
Hans kollega Conny Såthe är strålrörsansvarig på MAX IV. Han utvecklar:
– Röntgenfotoner kan beskrivas med tre egenskaper: energi, riktning och polarisation. Medan tidigare strålrör av den här typen bara kunnat undersöka förändringar i fotonernas energi, kan vi nu undersöka alla tre – vad som händer med energi, riktning och polarisation i spridningen av röntgenljuset i det undersökta provet.

Brett spektrum av möjligheter
Ett antal projekt har redan beviljats stråltid under våren 2022 för sina mätningar. Bland annat en grupp från Oxford som tittar på batterimaterial i olika grader av uppladdning och urladdning. En annan grupp från Stockholm undersöker hur vattenmolekylen interagerar med sig själv och sin omgivning i olika extrema förhållanden, i både vätskeform och i olika is-strukturer. En tredje grupp från Brasilien studerar järnbaserade högtemperatursupraledare.
– Nu strömmar det in innovativa experimentidéer från hela världen, och det är en utmaning för MAX IV att sålla fram de mest angelägna förslagen, säger Conny.

Klicka här för att läsa mer om Veritas vid MAX IV

MAX IV – Strålröret Veritas

MAX IV är Sveriges hittills största satsning på forskningsinfrastruktur för forskning på bland annat materialvetenskap och materialteknologier. Veritas är ett av strålrören i laboratoriet och är unikt i sitt slag. Utvecklingen av experimentmiljöer vid Veritas är finansierad av bland annat SFF och utförd vid Ångströmlaboratoriet i Uppsala.

maxiv.lu.se

Banbrytande teknik för framtidens it-komponenter

Oscar Grånäs, forskare vid Institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt
Oscar Grånäs, forskare vid Institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt

På Ångströmlaboratoriet i Uppsala studerar Oscar Grånäs och hans kollegor en mekanism med potential att revolutionera energiförbrukningen hos it-komponenter.

Av all energi som produceras i världen idag används endast en tredjedel. Övrig energi omvandlas till spillvärme och försvinner innan den hinner nyttjas. Ett talande exempel är it-sektorn som står för 10 procent av den globala elkonsumtionen. En stor del av detta blir till spillvärme; värme som i sin tur behöver kylas ned av fläktar som kräver ytterligare energi.
Det är en energiglupsk spiral som vi med dagens teknik inte kan komma ifrån. Elektronikkomponenterna går varken att göra mindre eller mer energisnåla. Det krävs ett teknikskifte.
– Ungefär som när led-lampan ersatte glödlampan. Glödlampan slösade bort 70–80 procent av energin till värme även fast vi bara ville ha ljus. En led-lampa kan generera samma ljus men med mycket mindre energi. Vi försöker åstadkomma samma revolution för datorkomponenter och it-system, säger Oscar Grånäs, forskare vid Institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Hitta gynnsamma kombinationer
På Ångströmlaboratoriet studerar han och hans forskargrupp huruvida en teknik med övergångsmetalloxider kan vara lösningen. Projektet, kallat Modellering av korrelerade material för framtidens teknik, är finansierat av SSF-programmet Ingvar Carlsson Award. Anslaget riktar sig till forskare verksamma utomlands och som är strategiskt viktiga för Sverige. Anslaget fick Oscar Grånäs när han arbetade på Harvard, kort därefter flyttade han och forskningen till Uppsala.
– Idag används oftast kisel som halvledare. Materialet är billigt och tacksamt, men den generar också mycket värme. Därför tittar vi istället på oxider av till exempel järn eller nickel, så kallade övergångsmetalloxider. När man belyser övergångsmetalloxiderna går de från att vara isolerande till att leda ström. Idén med projektet är att hitta vilka kombinationer av övergångsmetaller och syre som är gynnsamma.
Men övergångsmetalloxiderna har en komplicerad fysik och är inte helt enkla att hantera. Därför har projektet utvecklat en mjukvara som kan beskriva dess egenskaper. Mjukvaran låter dem genomföra kostnadseffektiva datasimuleringar för att avgöra bästa möjliga konfiguration som sedan kan tas vidare i laboratoriet.
– Vi har gått från att utveckla beräkningsmetoder till att använda beräkningsmetoder och simulera de olika materialens ledningsförmåga. Vi har testat och validerat att våra metoder fungerar. Mjukvaran och algoritmerna som automatiserar det här är en viktig del vi vill ska komma andra till gagn, säger Oscar Grånäs.

Uppsala universitet – Energieffektiva it-komponenter

Modellering av korrelerade material för framtidens teknik
Forskningsprojekt kring nya energieffektiva mekanismer för it-komponenter. Projektet leds av Oscar Grånäs vid Uppsala universitet och är finansierat genom SSF-programmet Ingvar Carlsson Award. Projektet startade 2017 och pågår till hösten 2021.

www.physics.uu.se

FiC banar väg för industri 4.0

mdh-ssf_FicIllustration--6-6-2021--V02

2016 gav sig SSF-finansierade forskningsprojektet Future Factories in the Cloud på att lösa några betyd­ande tekniska utmaningar i utvecklingen av nästa generations industri. I år presenterar de flera spännande resultat.

Hans Hansson, projektledare och professor i realtidssystem vid Mälardalens högskola.
Hans Hansson, projektledare och professor i realtidssystem vid Mälardalens högskola.

Programvara i molnet och förmågan att snabbt få in nya produkter kommer att vara en av de största konkurrensfördelarna för svensk industri i framtiden. Men med ökad automatisering, fler smarta lösningar och en strid ström av enorma mängder data, finns utmaningar att hantera. Styrning av industriella realtidsprocesser från molnet ger flera fördelar, men ställer stränga krav på låg och förutsägbar fördröjning mellan molnet och maskinerna.
Det kräver snabbare, stabilare och mer pålitliga system för både överföring och beräkning av data än vad som finns idag.
De senaste fem åren har forskningsprojektet Future Factories in the Cloud (FiC) banat väg för sådan teknik. Projektet är finansierat av SSF och har genomförts i samverkan mellan Mälardalens högskola, Chalmers och Uppsala universitet. Projektet har arbetat nära industrin, bland annat för att kunna använda skarpa data och digitala simuleringsmodeller baserade på verkliga produktionsmiljöer.
– Vi har tagit fram nya metoder och verktyg som kan bidra till effektivare, flexiblare och mer förutsägbara system. Vi har bland annat fokuserat på områdena funktionssäkerhet, förutsägbara dataflöden och effektiv resursallokering, säger Hans Hansson, projektledare och professor i realtidssystem vid Mälardalens högskola.

Tryggare funktionssäkerhet
Vid Mälardalens högskola har Hans Hansson och hans kollegor tagit fram ett verktyg för att lättare bedöma och garantera funktionssäkerheten hos automatiserade tillämpningar, till exempel samverkande fordon och robot­armar.
– Det behövs en redundans i systemet och möjligheten att bevisa att det inte händer något farligt om något går fel. Det är inte minst en utmaning när flera maskiner och enheter samarbetar, berättar Hans Hansson.
För att kunna säkerställa att säkerhetsnivån i ett system är på en acceptabel nivå har de utvecklat en simuleringsbaserad metod. Med hjälp av så kallade digitala tvillingar av industriella system kan de samla in data från simulerade scenarier.
– Vi har till exempel arbetat med självkörande dumprar i en bergtäkt, där vi kunnat utforska fel och risker hos olika maskiner och enheter.

Per Gunningberg, professor i datakommunikation vid Institutionen för informationsteknologi vid Uppsala universitet.
Per Gunningberg, professor i datakommunikation vid Institutionen för informationsteknologi vid Uppsala universitet.

Förutsägbara fördröjningar
Snabbare internet har gjort det möjligt att köra tidskritiska tillämpningar i molnet. Men internet innebär också fördröjningar i nästintill oförutsägbara variationer. Det gör dataflödet oberäkneligt och kan leda till instabilitet hos tillämpningarna.
Vid Uppsala universitet har Per Gunningberg, professor i datakommunikation vid Institutionen för informationsteknologi, arbetat med verktyg som kan mäta fördröjningar mellan en tillämpning i molnet och en användare eller maskin.
– Det vi mäter är variationer i fördröjningar vilket är en väldigt viktig faktor för att skapa förutsägbarhet för styrsystem i molnet, förklarar Per Gunningberg.– En del programvara för styrsystem kan finnas i molnet, men andra delar behöver finnas närmare tillämpningarna när fördröjningarna blir för långa. Då kan en så kallad Edge-server placerad mellan tillämpningen och molnet vara lösningen. Vårt verktyg kan mäta avstånd och överföringshastigheter på ett sätt som gör det möjligt att avgöra vilka delar som bäst placeras var. Det gör att en industriplanerare kan bygga upp en optimal infrastruktur efter faktiska förutsättningar, säger han.

Marina Papatriantafilou, docent vid Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers.
Marina Papatriantafilou, docent vid Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers.

Effektivare databearbetning
Vid Chalmers har Marina Papatriantafilou, docent vid Institutionen för data- och informationsteknik, fokuserat på metoder för snabb och kontinuerlig bearbetning av data. Metoderna riktar sig till exempel mot datatunga tillämpningar som smarta elnät, självkörande bilar och automatiserade fordon i produktionsmiljöer. De kännetecknas av sensorer som ger stora mängder data. Dessa data genereras kontinuerligt, vilket bearbetningen måste kunna hantera. Idag är möjligheterna att hantera sådan data tekniskt begränsade.
– För att kunna dra nytta av de enorma mängder data som genereras från olika sensorer behöver de också bearbetas parallellt, i ”streams”, i den takt de genereras. Vi har utvecklat metoder som delar upp beräkningarna så att vissa beräkningar sker i Edge-servrar, och andra i molnet. Och vi kan göra det med god balans mellan kvalitet och hastighet vilket inte varit möjligt tidigare, säger Marina Papatriantafilou.

Mälardalens Högskola – Factories in the Cloud

Projektet startade 2016 och är finansierat av Stiftelsen för strategisk forskning med 34,6 miljoner kronor under fem år. Projektet är ett samarbete mellan Mälardalens högskola, Uppsala universitet och Chalmers tekniska högskola och leds av Hans Hansson, professor i realtidssystem vid Mälardalens högskola.

www.mdh.se
www.es.mdh.se/fic

Supertunna solceller ger nya möjligheter

Marika Edoff och Charlotte Platzer-Björkman, professorer på Uppsala universitet. Medverkar i projektet gör även KTH och Chalmers. Foto: Mikael Wallerstedt
Marika Edoff och Charlotte Platzer-Björkman, professorer på Uppsala universitet. Medverkar i projektet gör även KTH och Chalmers. Foto: Mikael Wallerstedt

Ångströmslaboratoriet på Uppsala universitet är ett av Europas nav för utveckling av solceller. Här bedrivs världsledande forskning om nya typer av tunnfilmssolceller för billigare, effektivare och mer miljövänlig solel.

Solen är den kraftfullaste energikällan som finns. Därför har solceller goda förutsättningar att bli en viktig del av lösningen för ett fossilfritt samhälle. Idag ligger solkraftens andel av EU:s elproduktion på fem procent och den ökar snabbt. De allra flesta av dagens solceller är kiselbaserade och produceras storskaligt i Kina. Det är en väletablerad teknologi, men den har nackdelar. Kisel absorberar solljus dåligt och därmed krävs en ganska tjock kiselplatta för att få tillräcklig verkningsgrad. Energi­åtgången vid tillverkning är också hög.

Utvecklar tunnfilmssolceller
Charlotte Platzer-Björkman och Marika Edoff, som båda är professorer på Uppsala universitet, forskar om tunnfilmssolceller, som är runt hundra gånger tunnare än kiselsolceller. Inom ramen för det SSF-finansierade programmet Material för energitillämpning utvecklar de tillsammans med sina forskarkolleger framför allt två sorter av solceller: CIGS, som använder koppar, indium, gallium och selen, samt CZTS, byggt på koppar, zink, tenn och svavel. CIGS finns idag tillgängligt på marknaden, medan CZTS är en ny teknologi, som ännu inte har kommersialiserats.
– Vi tittar både på solceller baserat på ett enskilt material, och strukturer där olika material absorberar en viss del av solens spektrum, för maximal verkningsgrad. Här tittar vi också på andra material, inklusive det som kallas perovskit, berättar Charlotte Platzer-Björkman.

Lätta att integrera
Verkningsgraden på CIGS är idag 23 procent, medan CZTS ligger på 12 procent. Målet är att få upp den till 15–20 procent. En stor fördel med tunnfilmssolceller är att de lättare kan integreras i produkter och anpassas estetiskt till stadsbyggnad. De består dessutom av giftfria material.
– Det är tvärvetenskaplig forskning som kombinerar teoretiska modeller med detaljerad analys och mätning. Det är oerhört värdefullt att ha hela kedjan av expertis när vi undersöker materialens fördelar och begränsningar och vilka egenskaper olika kombinationer har, säger Marika Edoff.
En fundamental del av projektet är de två doktoranderna, som väntas bli klara i år, berättar Marika.
– Att utbilda nästa generations solcellsexperter är bland det viktigaste vi gör. Det är kompetens som svensk industri kommer att ha nytta av.

Uppsala universitet – Supertunna solceller

Nio forskare får dela på nära 300 miljoner kronor i utlysningen ”SSF – Material för energitillämpningar”. Målet är att forskarna tillsammans med industrin ska få fram nya material för att skapa effektivare och mer hållbara energisystem.
Uppsala universitet öppnade i januari en ny avdelning för solcellsteknik, med forskning som spänner över ett brett område från grundläggande fysik, kemi och elektronik till materialvetenskapliga tillämpningar som tunnfilmsteknik, materialutveckling och processteknik.

www.materialvetenskap.uu.se/forskning/solcellsteknik/



Ny teknik ger nya svar om Parkinson

Per Andrén, professor vid institutionen för farmaceutisk biovetenskap vid Uppsala universitet. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild
Per Andrén, professor vid institutionen för farmaceutisk biovetenskap vid Uppsala universitet. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild

En av världens mest moderna anläggning för masspektrometri­avbildning finns i Uppsala. Här arbetar forskare med att utveckla framtidens dia­gnostik och behandling mot sjukdomar som exempelvis Parkinson.

Utvecklingen av nya tekniker inom imaging har revolutionerat forskares möjligheter att diagnostisera och studera sjukdomsförlopp samt läkemedelssvar vid olika typer av cancer- och neuro­degenerativa sjukdomar.
– Den plattform som vi har byggt upp vid Uppsala universitet möjliggör vetenskapligt utbyte inom läkemedelsutveckling samt preklinisk och klinisk forskning, säger Per Andrén, som 2016 fick världens första professur i masspektrometrisk avbildning.
Med hjälp av ett stort anslag från Stiftelsen för strategisk forskning, har han lett arbetet med att etablera en världsledande infrastruktur för samarbeten med olika forskargrupper och life science-företag i Sverige och Europa.
– Vi kan hjälpa till under hela processen, från planering och genomförande till analys och sammanställning. Vi har experter inom olika vetenskapsområden som masspektrometri, farmaci, farmakologi, farmakokinetik, molekylärbiologi, cellbiologi, läkemedelskemi och neurovetenskap.

Sensationella fynd
Med hjälp av den tekniska plattformen med avancerad avbildningsteknik kan forskarna analysera läkemedel, läkemedelsmetaboliter, neurotransmittorer, lipider, peptider och små proteiner i tunna snitt av biologisk vävnad. De kan studera exakt var läkemedlet distribueras och metaboliseras i olika organ, och samtidigt studera effekterna av en viss behandling.
– Vi kan exakt kvantifiera koncentrationer av såväl läkemedel som signalsubstanser i hjärnan. Vi har nyligen utvecklat en helt ny teknik som gör det möjligt att på en och samma gång avbilda ett stort antal neurotransmittorer i hjärnan.
Per Andrén leder även ett forskarteam som försöker förstå de bakomliggande mekanismerna för sjukdomar som Parkinson.
I den tvärvetenskapliga tidskriften Science Advances har den svenska forskar­gruppen i nära samarbete med ett franskt forskarteam publicerat en studie som kan leda till ökad förståelse och utveckling av ny behandling mot ofrivilliga och besvärande överrörlighet vid Parkinsons (levodopa-inducerade dyskinesier).
– Det är nya sensationella fynd. Målsättningen är att kunna hitta mekanismer och svar på hur vi kan förebygga och stoppa de neurodegenerativa sjukdomarna, säger Per Andrén.

Uppsala universitet och Scilifelab – Spatial Mass Spectrometry

Spatial Mass Spectrometry (masspektrometrisk avbildning) grundades 2010 vid Uppsala universitet och är en nationell forskningsinfrastruktur samt en del av SciLifeLab, Science for Life Laboratory – ett av världens främsta forskningscentrum för molekylära biovetenskaper.

E-post: per.andren@farmbio.uu.se

Här görs det omöjliga möjligt

Ulf Jansson, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild
Ulf Jansson, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet. Foto: Dan Pettersson / DP-Bild

– I samverkan med industrier och andra lärosäten gör vi det tidigare omöjliga möjligt. Grunden är lagd, nu är det bara en fråga om tid, fastslår Ulf Jansson, professor och forskningsledare för SSF-projektet Utveckling av processer och material i additiv tillverkning.

Additiv tillverkning, eller 3D-printning, har potential att fullständigt revolutionera villkoren för tillverkningsindustrin. I ett tvärvetenskapligt samarbete mellan Uppsala universitet, Luleå tekniska universitet och Malmö universitet arbetar forskarna med att utveckla experimentella och beräkningsvetenskapliga metoder för att studera samband mellan process, mikrostruktur och egenskaper. I ett forskningsspår studeras en ny typ av additiv tillverkning där laser används för att smälta pulver, något som orsakar oerhört höga avsvalningshastigheter.
– Detta är en helt ny typ av fenomen vid materialtillverkning som reser en rad intressanta frågeställningar. Vi arbetar nu med att utveckla metoder med vars hjälp vi kan styra lasern och därmed kontrollera uppbyggnaden av materialet, säger Ulf Jansson, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet.

Kräver modellering
I nästa steg siktar forskarna på att framställa helt nya material.
– Vi har bland annat jobbat med att framställa metallglas, som normalt sett är i det närmaste omöjligt beroende på de extremt höga avkylningshastigheter som krävs. Dessa kan vi nu åstadkomma med den nya additiva tillverkningstekniken som därmed erbjuder helt nya möjligheter att printa komponenter i metallglas. För att nå ända fram behöver vi dock hjälp med att modellera temperaturgradienter och andra viktiga tillverkningsparametrar.
Hjälpen kommer i det här fallet från Luleå och Malmö där forskare arbetar med modellering och simulering av processen.
– Vårt mål är att genom datorsimulering av tillverkningsprocessen vara ett stöd i framtagningen av nya material. Med hjälp av simulering kan vi både ta fram de temperaturgradienter som krävs för att få de önskade egenskaperna i mikrostrukturen samt prediktera de spänningar och deformationer som uppstår i processerna, säger Andreas Lundbäck, biträdande professor vid LTU.
Projektet har utmynnat i flera industrisamarbeten och gett ringar på vattnet i form av en masterutbildning och stora satsningar på Teknisk-Naturvetenskapliga fakulteten i Uppsala. En viktig del i projektet har också varit att utnyttja nya metoder som till exempel neutronspridning där Sverige satsar stort med den nya ESS-anläggningen i Lund.

UU – Additiv tillverkning

SSF-projektet Utveckling av processer och material i additiv tillverkning syftar till att överbrygga klyftan mellan grundläggande vetenskap och produktion inom additiv tillverkning. Projektets huvudambition är att utveckla och tillämpa nya processer och modeller för att förutsäga och bygga AM-komponenter med specifika mikrostrukturer och egenskaper som kan användas i generisk industriell produktion.

Forskningsprogrammet i oorganisk kemi
Ångströmlaboratoriet
Lägerhyddsvägen 1
751 21 Uppsala
www.uu.se

Ny teknik mäter molekyler i vävnad

Ingela Lanekoff, docent i analytisk kemi. Foto: Mikael Wallerstedt
Ingela Lanekoff, docent i analytisk kemi. Foto: Mikael Wallerstedt

Genom att mäta molekylers sammansättning och förändring i celler kan vi förstå vad som händer vid sjukdomstillstånd. En ny teknik har utvecklats som kan bidra till stora framsteg inom biomedicinsk forskning.

När kroppens molekyler hamnar i obalans, ökar risken för sjukdomar. Vad som orsakar dessa processer i kroppen är okänt. Ökad kunskap om molekyler kan ge bättre förståelse för sjukdomar och leda till nya behandlingar och mediciner. En forskargrupp vid Uppsala universitet har utvecklat en ny teknik som spårar förändringar av molekyler i vävnader. Ingela Lanekoff, universitetslektor och docent, berättar om sina förhoppningar:
– Genom den metod vi har utvecklat kan vi skapa ökad förståelse för kemin bakom biologin. Tekniken kan jämföra sjukdomstillstånd mot friska vävnader och spåra läkemedelsupptag. Vi har till exempel jämfört vilka molekylära skillnader som sjukdomar som diabetes och stroke bidrar till i vävnaden. Jag tror att forskning inom biomedicin kan ta rejäla kliv framåt med vår teknik.

Hittar de svåraste molekylerna
Många tekniker som studerar molekyler använder en metod som heter masspektrometri. Denna teknik kräver att molekylerna omvandlas till joner så att de kan vägas och separeras utifrån sin massa och elektriska laddning.
I Ingela Lanekoffs projekt används tekniken nano-DESI kopplat till masspektrometri för att göra det möjligt att skapa bilder av var olika molekyler befinner sig på en vävnadsyta.
– Nano-DESI bygger på att vi löser upp molekyler från olika koordinater på ytan med en vätska och använder en elektrospray för att förvandla dem till joner. Koordinaterna bildar sedan pixlarna i en bild. Eftersom vissa molekyler är kluriga att omvandla använder vi olika kemiska tillsatser så att vår teknik klarar även dessa. Det gör att tekniken är väldigt flexibel och kan skräddarsys efter behov.
– Metoden fungerar redan idag men kräver inlärning och manuellt arbete. Vi vill göra tekniken mer tillgänglig genom att automatisera den med hjälp av olika moduler. Inom två år bör vi ha en prototyp.
I sitt arbete har Ingela Lanekoff kontakt med olika discipliner inom forskarvärlden:
– Det är viktigt att tänka tvärvetenskapligt när du utvecklar metoder. Genom att samarbeta med biologer, medicinare med flera vet jag att den teknik vi utvecklar verkligen är användbar. Det är spännande att vara en del av och på nära håll följa utvecklingen inom bioanalytisk kemi.

UU – Molekyler i vävnad

Ingela Lanekoffs forskargrupp Uppsala universitet har utvecklat en ny teknik som spårar förändringar av molekyler i vävnader. Nu gör gruppen tekniken tillgänglig genom att automatisera den. Målet är att samarbeta med andra forskare för att förstå kemin bakom biologin. Projektet får bidrag från SSF.

För mer information, kontakta:
Ingela Lanekoff
ingela.lanekoff@kemi.uu.se
tel: 018-471 3673

Forskning om framtidens smarta biosensorer

Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt
Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt

Kiselbaserad integrerad kretschipteknologi är grunden till det moderna informationssamhället. Vid Uppsala universitet tar man kiselchippen vidare till nästa steg – för att skapa biosensorer, med en rad tillämpningar inom exempelvis bioteknik.

Datachip av kisel, så kallade integrerade kretsar, är själva livsnerven i datorer, mobiltelefoner och annan digital kommunikationsutrustning. Under lång tid har fokus för datachipforskning varit att minska komponentstorleken för att uppnå snabbare elström och högre integrationstäthet. Nu har emellertid nedskalningen nått den grundläggande fysiska gränsen för en funktionell komponent.
– Men den väletablerade kiseltekniken för tillverkning av nanoskaliga komponenter är fantastisk. Vi vill fortsätta att utveckla den för nya tillämpningar som smarta biosensorer, säger Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet och ansvarig för projektet.
– Komponenterna har egenskaper som gör dem oerhört lämpliga eftersom deras stora yt-till-volymförhållande ger en känslighet för laddning, kraft, ljus och massförändring som aldrig har varit möjlig tidigare. De är också snabba och kan masstillverkas till en låg kostnad.

Minilaboratorier
Genom att utnyttja den etablerade tekniken för halvledarkomponenter i nanoskala vill Zhen Zhang och hans team skapa laboratorier i miniformat, där komponenterna används som smarta sensorer, istället för som stödelektronik i traditionella avkänningsutrustningar. Detta blir ett snabbare, mer tillförlitligt och kostnadseffektivt alternativ till dagens dyra biosensorer.
Möjliga användningsområden är att snabbt och träffsäkert upptäcka sjukdomar eller testa för antibiotikaresistens. Sensorerna kan också detektera joner för att säkerställa vattenkvalitet, eller fånga och analysera enskilda molekyler. Allt detta har stort intresse för forskning inom livsvetenskaperna.
– Det finns en enorm potential. Utmaningen är att det stora yt-till-volymförhållande som gör kiselnanokomponenter så lämpliga som biosensorer också gör dem känsliga för störningar. Vi fokuserar mycket på att hitta lösningar för detta.

Bred kompetens krävs
Det är tvärdisciplinär forskning, med expertis från bland annat elektronik, materialvetenskap, fysik, elektrokemi, biokemi och biomedicin.
– Uppsala universitet har en unik position, med sitt avancerade laboratorium och breda kompetenser. Det är en väldigt god miljö för den här forskningen.

UU – Smarta Biosensorer

Projektet Halvledarnanosensorteknik för ett smartare samhälle finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning. Forskningen syftar till att utnyttja teknologin bakom kiselbaserade mikrochip för att skapa framtidens biosensorer. Den breda kompetensen vid Uppsala universitet, samt unika laboratoriemiljöer vid bland annat Ångströmlaboratoriet och den nationella Myfab infrastrukturen för nanotillverkning, möjliggör den tvärdisciplinära, avancerade forskningen.

zhen.zhang@angstrom.uu.se
www.personal.teknik.uu.se/zhenzhang

Batterier nyckelteknologi i grönt Europa

Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet, koordinerar Battery 2030+ med stöd från SSF och EU-kommissionen. Foto: Mikael Wallerstedt
Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet, koordinerar Battery 2030+ med stöd från SSF och EU-kommissionen. Foto: Mikael Wallerstedt

Battery 2030+ är ett storskaligt och långsiktigt forskningsinitiativ med målet att utveckla framtidens batterier. Kristina Edström, professor vid Uppsala universitet, koordinerar initiativet och hoppas att Europa ska ta ledningen inom batteriutvecklingen.

I takt med att vårt samhälle ställer om till förnybar energi, krävs hållbara lösningar för energilagring i form av batterier. EU lanserade nyligen The European Green Deal med målsättningen att bli en klimatneutral världsdel senast 2050. Batterier är en nyckelteknologi för att nå det målet.

Konkurrenskraftiga batterier
Battery 2030+ ska få de bästa forskarna i Europa att jobba ihop och få fram batterier med högre energilagringsförmåga och längre livslängd. Det är även viktigt att de är billigare, säkrare och mer hållbara. EU-kommissionen och Stiftelsen för strategisk forskning, SSF, stöttar initiativet.
– Det första året har Battery 2030+ tagit fram en färdplan för att kunna göra en storskalig satsning. Vi har valt ut olika projekt som ingår i familjen Battery 2030+ och tanken är att komma igång skarpt den första september. Förutom Uppsala universitet finns andra svenska lärosäten med bland de som har vunnit projekt, säger Kristina Edström.
Kristina Edström är koordinator, spindeln i nätet som ska få alla projekt att jobba tillsammans. Hon kommer att jobba med flera hundra forskare, ett antal företag och olika intressegrupper för att forskningen ska följa färdplanen och nå de uppsatta målen. Det är även hennes uppgift att visa upp forskningen och skapa intresse inför nästa fas av finansiering.
– Jag har fått resurser från Stiftelsen för strategisk forskning för att kunna koordinera initiativet. Det är en stor ära att få leda något sådant här. SSF insåg tidigt hur strategiskt viktigt det är att leda Battery 2030+ från Sverige. En av deras styrkor är att snabbt reagera på sådant som är strategiskt viktigt för svensk forskning, på ett sätt som få andra finansiärer kan göra. Utan resurserna från SSF hade jag inte kunnat jobba med den kvalitet som krävs för att vi ska vara relevanta för EU-kommissionen. Vi vill vara en viktig röst för batteriforskningen.

Forskning viktig för industrin
– Vi går mot en elektrifiering av samhället. Batterier är väldigt centrala i denna samhällsförändring eftersom de är flexibla och har en hög verkningsgrad. Behovet av olika typer av batterier växer och Europa måste hänga med i utvecklingen. Idag domineras batteriutvecklingen av Sydostasien, vilket gör oss sårbara. Frågan är om europeiska fordonstillverkare kommer att ha tillgång till batterier i den omfattning de behöver för att vara konkurrenskraftiga? Det kan innebära att vi förlorar jobbtillfällen i Europa, säger Kristina Edström som förespråkar europeisk batteritillverkning.
Det är inte bara transporter som behöver hållbar energilagring. Kristina Edström nämner smarta städer som behöver lagra energi när vinden inte blåser och det är solfattigt. Sjukvården använder batterier i operationssalar och patienter har små batterier i medicintekniska hjälpmedel. Alla former av robotisering och automation innebär batterier. Listan kan göras lång över områden där olika batterier behövs för olika ändamål.
– Det finns ett väldigt stort intresse för batteritillverkning i Europa. Om vi har en stark forskning, kan vi bidra med kunskap som gör europeiska tillverkare konkurrenskraftiga på en världsmarknad som är ganska tuff.

Måste våga testa nya idéer
Målsättningarna är höga för Battery 2030+. Kristina Edström tror att forskningen kommer att leda till en bättre förståelse för vad som gör att ett batteri fungerar optimalt och hur man kan förbättra existerande sorter. Men hon hoppas även att man lyckas göra nya saker som ingen har sett ännu.
– Det räcker inte att forska på det som tillverkare behöver idag eller om ett år. Vi måste ha lite galna idéer, våga göra fel och testa nya idéer. Vi ska ha ett tioårsperspektiv och följa vår färdplan. Genom forskningen kan vi vara ett stöd för företag som ska stå för själva tillverkningen. På så sätt hoppas jag att vi får en europeisk tillverkning av batterier, avslutar Kristina Edström.

Om BATTERY 2030+

Det långsiktiga forskningsinitiativet BATTERY 2030+ för samman akademi och industri för att utveckla nästa generations högeffektiva, hållbara och säkra batterier.
Målet är att skapa framtidens batterier, och därmed förse den europeiska batteriindustrin med ny banbrytande teknik och konkurrenskraft. Initiativet, som stöttas av EU:s ramprogram Horizon 2020 genom en så kallad Coordination and Support Action (CSA), bygger på ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt. Initiativets kärngrupp består av 17 aktörer från nio europeiska länder där Uppsala universitet ansvarar för samordningen.

www.battery2030.eu

För mer information, kontakta:
Kristina Edström
koordinator för BATTERY 2030+ och professor i oorganisk kemi
Uppsala universitet
Tel: 070-167 90 06
E-post: kristina.edstrom@kemi.uu.se