Pyttemaskiner kan sköta transporter i kroppen

Tänk dig en bilmotor som skapar rörelse och gör att bilens hjul snurrar. Tänk dig sedan att motorn krymper tills den är så liten att den får plats i en av cellerna i din kropp. Tillsammans med några hundra andra pyttesmå motorer. Här någonstans börjar vi närma oss årets Nobelpris i kemi. Det handlar om så kallade molekylära maskiner, alltså molekyler som man kan styra och få att utföra ett arbete.

– Det här är ett välförtjänt och roligt pris, som allmänheten kan förstå. Det handlar om maskiner på molekylär nivå som kan utföra samma slags arbete som maskiner i stor skala, säger Bo Durbeej, universitetslektor och forskare i teoretisk kemi vid Linköpings universitet.

Hiss i molekylskala

Årets pristagare har utvecklat bland annat en hiss, en motor och en muskel i molekylskala. Tekniken bygger på att man kan sätta ihop molekyler med flera delar som kan röra sig relativt varandra.

– Det finns naturliga molekylära maskiner, till exempel för att transportera olika saker i våra kroppsceller. På samma sätt skulle man kunna använda syntetiska molekylära motorer som driver ett transportsystem för läkemedel i kroppen, säger Bo Durbeej.

Hans forskning bygger på Bernard Ferigas arbete med molekylära motorer, som innebär att man skapar rotationsrörelse på molekylnivå. Bo Durbeej jobbar med att ta fram riktlinjer för hur motorerna ska kunna bli så bra som möjligt.

Superdator

Den molekylära motorn fungerar genom att via kemiska reaktioner förvandla tillförd energi, till exempel ljus, till rörelseenergi. Ju snabbare reaktionerna sker, desto snabbare roterar motorn och blir därmed starkare.

– Vi får en idé om hur motorn skulle kunna bli starkare, gör en modell och simulerar denna med hjälp av kluster av högpresterande datorer, säger han.

Det handlar alltså framför allt om teoretiska beräkningar. De kräver avsevärda resurser och därför använder man datorer vid Nationellt superdatorcentrum i Linköping.

Tillämpningar i framtiden

– Långsiktigt vill vi testa reaktionerna i verkligheten också, säger Bo Durbeej.

Årets Nobelpristagare i kemi belönas just för att de har byggt fungerande molekylära maskiner. Trots att de då sannolikt inte hade en färdig idé om vad de skulle användas till.

– Detta visar vikten av att satsa på forskning som inte ger omedelbara resultat. Det är ändå väldigt värdefull forskning som kan ha tillämpningar i framtiden.

Molekylärt datorchip

De molekylära motorerna är den sista av de tre stegen för att utveckla molekylära maskiner som belönas med Nobelpris i kemi. Innan Bernard Feriga utformade motorn år 1999 hade de två andra pristagarna gjort viktiga upptäckter.

Jean-Pierre Sauvage konstruerade år 1994 molekylkedjor, så kallade katenaner, där en ring i molekylen på ett kontrollerat vis kunde rotera kring en annan ring när man tillförde energi.

Fraser Stoddart tillverkade år 1994 en så kallad rotaxan, alltså en ringformad molekyl som sitter fast på en axel med mekanisk bindning och rör sig kontrollerat längs axeln. Utifrån detta har hans forskargrupp byggt flera molekylära maskiner, till exempel ett molekylärt datorchip.