Naturvetare tar Nobelprisade upptäckter vidare

Nobelpriset i kemi: Ett ramverk som löser miljöproblem

Upptäckten som belönas med årets Nobelpris i kemi kan bli en ”game changer”. Med ett nytt sätt att bygga material kan många av samhällets utmaningar lösas. En av dem jobbar Sascha Ott på Ångströmlaboratoriet med.

Lägg begreppet MOF på minnet. Det står för Metal-Organic Frameworks och kommer bland annat till nytta vid vattenrening, att fånga in koldioxid från luften och utvinna vatten från luft.

Med inspiration från hur diamanter är uppbyggda har pristagarna visat hur man kan bygga nya material, där metaller och organiska föreningar gifter ihop sig under bildning av mycket porösa material. En av utmaningarna som forskarna har lyckats bemästra är att göra materialen stabila.

Många hoppar på tåget

– Jätteroligt och välförtjänt pris. Forskare över hela världen har hoppat på tåget och jobbar med att utveckla MOF-materialen och hitta nya tillämpningar, säger Sascha Ott, professor vid Ångströmlaboratoriet i Uppsala.

Han har själv träffat två av pristagarna vid olika MUF-konferenser, bland annat i Uppsala.

Fokus för Saschas forskargrupp ligger på katalys genom att använda elektriskt ledande ramverk, som de själva har utvecklat och byggt upp på labb.

Som en fotbollsplan

– Det handlar bland annat om göra vätgas av vatten och metanol av koldioxid, som är energikrävande processer. Med ramverken kan de processerna bli mer energieffektiva.

På så sätt kan ett cirkulärt system skapas, där koldioxid fångas in genom en MOF, medan en annan bildar kolföreningar som kan användas både som energi och inom industrin.

Hur är det möjligt och hur funkar det?

– Det här är ett nytt sätt att bygga material. Hemligheten är att den totala ytan inuti ett ramverk – ofta regelbundna kristaller – är otroligt stor. Ett gram av materialet rymmer en yta stor som en fotbollsplan och är fylld av porer, där gaser och andra kemiska ämnen kan flytta in och ut.

Enorm potential

Potentialen är enorm och vissa talar om ”game changer”. Redan i dag har kemisterna byggt tiotusentals olika MOF:ar. Några tillämpningar har kommit långt. Till exempel har de använts för att separera PFAS från vatten, bryta ner läkemedelsrester i miljön, fånga in koldioxid och skörda vatten ur ökenluft.

– De MOF-baserade elektrokatalysatorer vi jobbar med fungerar bra på labb, men steget är långt innan det finns färdiga produkter, säger Sascha Ott.

Här är pristagarna:

Susumu Kitagawa, född 1951 i Kyoto, Japan. Fil.dr 1979 vid Kyoto University, Japan. Professor vid Kyoto University, Japan.

Richard Robson, född 1937 i Glusburn, Storbritannien. Fil.dr 1962 vid University of Oxford, Storbritannien. Professor vid University of Melbourne, Australien.

Omar M. Yaghi, född 1965 i Amman, Jordanien. Fil.dr 1990 vid University of Illinois Urbana-Champaign, USA. Professor vid University of California, Berkeley, USA.

Nobelpriset i fysik: Kvantfysik som kan ge oss nya läkemedel

Den prisade upptäckten ligger till grund för den forskning som bedrivs på Chalmers. Ett resultat är att Sveriges största kvantdator byggs där, under ledning av Göran Johansson.

Det jublas på Chalmers i Göteborg i dag. Två av pristagarna har varit gästforskare där och har täta kontakter med högskolan än i dag.

– Fantastiskt roligt och välförtjänt att det här området belönas med ett Nobelpris, säger Göran Johansson, professor i tillämpad kvantfysik på Chalmers tekniska högskola.

Närapå magisk tunnling

Den forskning han bedriver bygger på de upptäckter som pristagarna har gjort.

–Genom kvantmekaniken kan en partikel gå rakt igenom en till synes omöjlig barriär att passera. I den klassiska fysiken studsar partikeln tillbaka. I experiment har pristagarna visat att de kvantmekaniska egenskaperna även fungerar i större skala.

Görans forskargrupp studerar kvantfysik på superledande chipp, vilket är möjligt tack vare att pristagarna fångade kvantfysiken i ett chipp. Det handlar bland annat om att få atomer att koppla till en endimensionell ljusvågledare.

Många år på nacken

Själva kvantfysiken såg dagens ljus redan för hundra år sedan. Även de prisbelönta upptäckterna har många år på nacken och gjordes i mitten av 1980-talet.

– Mycket har hänt sedan dess i utvecklingen av superchipp. Här på Chalmers bygger vi landets största kvantdator med målet att kunna lösa betydligt svårare problem än vad dagens superdatorer klarar.

Vad kan det vara?

– Det kan handla om att göra avancerade beräkning och tillämpningar inom läkemedelsutveckling och medicinska behandlingsmetoder, men också AI och maskininlärning.

Så fungerar naturen

Vad är tjusningen med kvantfysik?

– Det är så naturen fungerar: partiklar kan tunnla genom barriärer, där elektroner kan passera genom att gå till höger eller vänster. Det är fascinerande, säger han entusiastiskt.

Till saken hör att Göran Johansson håller i trådarna för Sveriges största forskningsprogram inom kvantteknologi, Wallenberg Centre for Quantum Technology. Så inte undra på att han är glad i dag.

Han påpekar att transistorerna i datorernas mikrochipp är ett exempel på den etablerade kvantteknik vi har omkring oss.

– Årets fysikpris har bidragit till utvecklingen av nästa generation av kvantteknik, som kan ge oss redskap som kvantkryptografi, kvantdatorer och kvantsensorer.

Det här fick de pris för:

”för upptäckten av makroskopisk kvantmekanisk tunnling och energikvantisering i en elektrisk krets”

Kvantmekaniken tillåter att en partikel går rakt igenom en barriär, i en process som kallas tunnling. Så snart ett stort antal partiklar är inblandade brukar sådana kvantmekaniska effekter vara helt obetydliga. Pristagarnas experiment demonstrerade att kvant-mekanikens egenskaper ändå kan bli påtagliga även på makroskopisk skala

Här är pristagarna:

John Clarke, född 1942 i Cambridge, Storbritannien. Fil.dr 1968 vid University of Cambridge, Storbritannien. Professor vid University of California, Berkeley, USA.

Michel H. Devoret, född 1953 i Paris, Frankrike. Fil.dr 1982 vid Université Paris-Sud, Frankrike. Professor vid Yale University, New Haven, CT och University of California, Santa Barbara, USA.

John M. Martinis, född 1958. Fil.dr 1987 vid University of California, Berkeley, USA. Professor vid University of California, Santa Barbara, USA.

Nobelpriset i medicin:
Banar väg för vacciner mot bland annat artrit och MS

Upptäckten av T celler som reglerar immunförsvaret har belönats med Nobelpris. Forskaren Rikard Holmdahl jobbar med att ta fram ett vaccin mot autoimmuna sjukdomar som grundar sig just på reglerande T celler.

Vem vill inte ha ett starkt immunförsvar som gör att man slipper förkylningar och svårare sjukdomar, som cancer? Men det kan också bli kroppens värsta fiende och orsaka autoimmuna sjukdomar.

Årets Nobelpris belönar tre forskare för upptäckter som hindrar immunförsvaret att skada kroppen.

– Superroligt! Jag är så glad, det här är mitt i prick för basal forskning, utbrister Rikard Holmdahl, forskare vid Karolinska institutet, som tidigare själv har suttit i Nobelkommittén

Han menar att upptäckten har ändrat synen på immunsystemet. Som så ofta har den ena upptäckten lett till den andra.

Ser lovande ut

Det har Rikard Holmdahl tagit vidare i sin forskning.

– Vi försöker göra vacciner mot autoimmuna sjukdomar och planerar nu kliniska prövningar, säger han optimistiskt och räknar med att det kommer att fungera.

Ännu så länge finns det inga vacciner eller effektiva mediciner mot autoimmuna sjukdomar, som reumatoid artrit, MS och diabetes typ 1.

– I dag behandlas dessa patienter först sedan de fått sjukdomen. Men det finns ett stort behov att behandla tidigare i sjukdomsförloppet och kanske förhindra uppkomsten av sjukdom genom ett vaccin som kan stärka de regulatoriska T cellerna.

Förebygg med vaccin

Mellan 5 och 8 procent av världens befolkning lider av någon autoimmun sjukdom, dit också Crohns sjukdom och psoriasis hör.

– Det gäller att komma in i ett tidigt skede innan sjukdomen har brutit ut, vilket kan bli möjligt eftersom man kan upptäcka antikroppar i blodet flera år innan sjukdomen bryter ut.

Hur vet man det?

– Genom diagnostik. Tanken är att kunna förebygga sjukdomen med vaccin i stället för att försöka bota när den har brutit ut.

Två sidor av samma mynt

De sjukdomar Rikard Holmgren jobbar med handlar om reumatism – artrit – och SLE, som är en autoimmun sjukdom, kopplad till inflammationer. Trötthet och smärta i muskler och leder är vanliga symtom som oftast drabbar kvinnor.

Det finns en annan sida av T cellerna, där man i stället för att aktivera dem trycker ner dem.

– Det är två sidor av samma mynt. Genterapi baserad på kroppens egna T-celler är en framgångsrik behandling mot flera olika former av cancer, säger Rikard Holmdahl.

Fakta om upptäckten:

Det började redan i mitten av 1990-talet då japanen Shimon Sakaguchi hittade immunceller som skyddar kroppen mot autoimmuna sjukdomar. Senare visade han vilken gen som styr utvecklingen av regulatoriska T-celler som ser till att vårt immunförsvar tolererar våra egna vävnader. Däremellan visade de två amerikanska pristagarna att en muterad gen orsakar en autoimmun sjukdom.

Här är pristagarna

Mary E. Brunkow, född 1961. Fil.dr vid Princeton University, Princeton, USA. Senior Program Manager vid Institute for Systems Biology, Seattle, USA.

Fred Ramsdell, född 1960. Fil.dr 1987 vid University of California, Los Angeles, USA. Scientific advisor, Sonoma Biotherapeutics, San Francisco, USA.

Shimon Sakaguchi, född 1951. Läkarexamen 1976 och Fil.dr 1983 vid Kyoto University, Japan. Distinguished Professor vid Immunology Frontier Research Center, Osaka University, Japan.