Projekter vi har finansieret

Organise lysidioder (OLEDs) er en integreret del af hverdagen. For kemikere kan de bruges som kilde til photoner som f.eks. kan bruges til at drive kemiske reaktioner. Almindeligt lys er en blanding af højre- og venstre cirkulært polariseret lys, og hvis man ønsker OLEDs der emmiterer udelukkende den ene chiralitet, kan dette opnås ved brug af komponenter som linær polarisatoerer og kvartbølgeplader. Dette gør dog LED'en markant mere kompleks og mindre effektiv. I dette projekt vil vi udvikle effektive OLEDs ved brug af chirale fluorophorer baseret på såkaldte helicener, og bruge disse til at lave simple OLEDs der udsender cirkulært polariseret lys. I løbet af projektet vil vi udvikle syntesekemi der sætter os i stand til at lave de første kendte polymerer af helicener, og vi forventer at disse vil vekselvirke særdeles stærkt med lys, og dermed fungere som den chiralt emmiterende komponent i chirale OLEDs.

Det store behov for blodtransfusion forventes at stige kraftigt p.g.a begrænset bloddonation og stigende andel af ældre patienter især i forbindelse med kemoterapi, men vedligeholdelse af blodcentrenes forskelige blodtype lagre er enormt dyrt. En genial løsning er at anvende enzymer for at trimme A- og B typen til den universale donor O-type, hvilket vil gøre transfusion langt billigere, og mere tilgængelig samt vil minimere spild af dyrebart opbevaret blod. Der er udviklet enzymer til omdannelse af blod type A og B, men kompatibilitets problemer hos nogle modtagere har stoppet denne løsning indtil nu. Forlængelse af A- typen glykan kæden samt en ny opdaget forlængelse af B-typen forklarer disse problemer og forhindre en enzymatisk løsning for at levere billig og sikker universal blod. Denne ansøgning går ud på at opdage og skræddersy nye enzymer mod de forlængede sukker enheder i A- og B-typerne, for at muliggøre omdannelse af blod til O-type. Vores hypotese er at mucin-associerede humane tarm mikrobiota bakterier har enzymer for at nedbryde alle blod-type antigener. Vores strategi er at screene for enzymer fra udvalgte mucin-nedbrydende specialister og optimere omdannelse af blod med disse nye enzymer. Virkningsgraden af enzymerne vil blive optimeret gennem at skabe enzymvarianter med bedre affinitet til sukker antigener ved blodcellernes overflade. Projektet har en uhyre stor nytte og anvendelse potential for at løse en global sundheds udfordring på en bærdygtig mode.

Vores samfund bliver mere og mere digitalt integreret i takt med at den teknologiske udvikling indenfor informationsteknologi og digitale services fra finansielle transaktioner til sociale interaktioner udbredes og forbedres. Store mængder af dynamiske netværksdata af vores interaktioner og deres tidslige udvikling genereres nu dagligt, og denne digitaliseringen af vores adfærd er ved at forandre alle aspekter af vort samfund, mens vi er massivt udfordret i at forstå strukturen og forudsige adfærden i disse komplekse dynamiske systemer. Der er derfor et stort behov for værktøjer, der er i stand til at skabe en bedre forståelse og forudsigelse af hvordan disse dynamiske netværk af vores interaktioner opfører sig. Hvor modeller til analyse af tidsserier er veletableret, er tilsvarende metoder til analyse af dynamisk netværk kun i sin vorden. Dette projekt vil med inspiration fra tidsrækkeanalyse udvikle algoritmer, der kan lære ud fra store mængder af dynamiske netværksdata de underliggende mønstre og deres tidslige udviklinger og dermed bidrage til at skabe en forståelse af den underliggende struktur af disse systemer samt muliggøre at forudsige deres adfærd. De udviklede værktøjer vil anvendes på en række vigtige udfordringer i vores digitale samfund fra at kunne forstå dynamikken og tidligt detektere trends i vidensproduktion, til at kunne forudsige hvorledes information herunder misinformation spredes, og filterbobler opstår.

Fosfor (P) er en kostbar og ikke-fornybar naturressource, der benyttes som et vigtigt gødningsmiddel i landbruget fordi det har en række uerstattelige funktioner i planter. I store dele af verden er der et markant overforbrug af P i landbruget fordi det bindes stærkt i jorden og derfor er kun en mindre del af det der tilføres plantetilgængeligt. Andre steder på kloden anvendes der derimod alt for lidt P, fordi det ikke er til rådighed eller fordi bønderne ikke har råd til at anskaffe gødningen. Under de forhold fører P mangel til en markant nedgang i høstudbyttet. Man taler derfor om en global P krise, som der akut må findes en løsning på både af hensyn til miljøet, klimaet og produktiviteten i jordbruget, hvor fødevareproduktionen skal fordobles frem mod 2050 for at sikre mad til den stigende befolkning på kloden. Den mest effektive måde til at øge bæredygtigheden af P anvendelsen er at udvikle mere effektive P gødninger. I projektet vil vi omdanne simpelt råfosfat, som ellers kun kan anvendes som gødning efter en meget energikrævende bearbejdning på gødningsfabrikken, til en høj-værdi gødning ved hjælp af den seneste udvikling inden for nanoteknologien. Vi vil sønderdele råfosfat til små nanopartikler og behandle overfladen på partiklerne, så P bindes mindre stærkt i jorden og derved meget lettere kan optages af roden. Herved forventer vi at kunne udvikle en helt ny generation af mere effektive og bæredygtige P gødninger, der belaster klima og miljø meget mindre.

Landbruget er ansvarlig for ca. 65% af den danske udledning af drivhusgassen lattergas (N2O). De vigtigste kilder er handels- og husdyrgødning, og planterester. Trods flere årtiers arbejde med udvikling af modeller for jordens kulstof- og kvælstofomsætning, har eksisterende modeller svært ved at forudsige omfang og tidsmæssig variation af gasformige tab, herunder N2O. Det centrale problem er, at modellerne uden undtagelse benytter gennemsnitlige jordegenskaber og dermed ser bort fra effekter af heterogenitet med hensyn til fordelingen af husdyrgødning og planterester. Det sker, selvom en række undersøgelser i laboratoriet og under markforhold har vist, at den samtidige kulstof- og kvælstofomsætning i sådanne organiske ”hotspots” er en central kilde til N2O. Dette projekt vil modificere en eksisterende model (CoupModel), så den kan beskrive organiske hotspots med stor rumlig opløsning. Det skal ske med en iterativ proces, hvor model-scenarier analyseres og parallelle laboratorieforsøg i samme skala gennemføres til validering og optimering af modellens parametre. Detailstudier med isotop-mærkning og genprober skal dokumentere procesparametre. Den nye model evalueres ved hjælp af resultater fra markforsøg. En mere realistisk model for dyrkningsjordens kulstof- og kvælstofdynamik kan væsentligt forbedre den nationale drivhusgasopgørelse, og den kan styrke udviklingen af klimavenlige dyrkningsmetoder.

En stor udfordring for fremtidens fødevareproduktion er at skaffe nok protein til en hurtigt voksende befolkning og at gøre dette på en miljøvenlig og bæredygtig måde. En af løsninger er kommerciel insektproduktion. I dette projekt vil vi anvende genetiske værktøjer som kan bidrage til at optimere produktion af højkvalitetsprotein, som kan benyttes som foder til husdyr eller til human konsum. Avl med traditionelle husdyr har fundet sted i århundreder og har bidraget til en enorm produktionsfremgang. Vi forventer, at videreudvikling af metoder, som benyttes i husdyravl kan bidrage markant til udvikling af en mere effektiv kommerciel produktion af insekter. Dette vil vi gøre ved 1) at undersøge hvilke insektarter og organiske spildprodukter der egner sig bedst til produktion, 2) generere viden om fænotypisk og genetisk variation for egenskaber der er vigtige for produktion af protein fra insekter, 3) etablere et avlsprogram der kan benyttes til at fremavle mere produktive insekter, 4) benytte dette avlsprogram til at fremavle ønskede egenskaber, og 5) undersøge hvilke gener der har betydning for egenskaberne vi avler for. Samlet set forventer vi, at resultaterne vil løfte insektproduktion nationalt og internationalt og bidrage med løsninger på hvordan vi skaffer mad til et hurtigt voksende befolkning. Samarbejdet involverer forskere med relevante kompetencer fra afdelinger ved Aalborg universitet og Aarhus Universitet samt kolleger fra udlandet.

Processimulering af industriel metalformgivning reducerer tiden fra ide til produkt og muliggør innovativt produktdesign. Derfor har metalindustrien brug for bedre materialemodeller til at forudsige hvorfor, hvor og hvornår brud opstår. Bedre forudsigelse giver mulighed for lavere sikkerhedsfaktorer, mindre materialebrug og billigere og lettere produkter. Duktile brud sker ved dannelse og vækst af porøsiteter i metallets kornstruktur, mens metallet formgives. De eksisterende modeller for duktile brud er ude af stand til at forudsige, hvor og hvornår i kornstrukturen brud udvikler sig, da modellerne ikke tager højde for kornstrukturens kompleksitet. Projektets mål er at anvende en helt ny røntgenmetode udviklet af ansøgerne, som for første gang muliggør visualisering af, hvor og hvornår porøsiteter opstår og vokser i kornstrukturen. De nye data er forudsætningen for at forstå de underlæggende mekanismer. En helt ny generation af materialemodeller vil blive formuleret. En krystalplasticitets model vil blive integreret i en frit tilgængelig simuleringssoftware med et stort brugermiljø. Med basis i simuleringer med denne model formuleres en makroskopisk materialemodel som integreres i kommercielt processimuleringssoftware, som derefter anvendes til at forudsige brud i en industriel case. Projektet muliggøres af komplementære kompetencer fra tre grupper på DTU og to europæiske forskningscentre (Max-Planck Institut Düsseldorf og OCAS i Belgien). En PhD og to post docs uddannes.

Det næste skridt i retning af total digitalisering af samfundet er at erstatte mennesker i monotone arbejdsgange med intelligente beslutningsalgoritmer. De skal ikke alene være i stand til at udføre enkle opgaver men også være i stand til at træffe et smart valg blandt flere mulige, eller endda at udtænke nye muligheder. Sådanne beslutningsalgoritmer mangles i forskellige områder af menneskelige aktiviteter, for eksempel i selvstyret robotter på hospitaler eller i produktionshaller. På nuværende tispunkt findes der ingen tilstrækkelig smart beslutningsalgoritme, der egenhændigt lærer om sine mål og miljø, og efterfølgende træffer beslutninger uden tilsyn eller forudgående træningsproces. Til gengæld viser nylig forskning i matematisk psykologi, at menneskelige beslutningsmodeller udtrykkes kvantitativt bedre ved kvantefysik end ved almindelige statistik. Idet tidligere nævnte psykologer antager at kvanteteori fanger tvetydighed og usikkerhed i menneskelige beslutninger. Ved hjælp af disse fremgangsmåder vil forskerne bag projektet udvikle en beslutningsalgoritme, der implementerer tre behov: nysgerrighed, målsøgning og sikkerhed.

Projektet fokuserer på udviklingen af sølv-nanoklynge farvestoffer som nye markører til anvendelse indenfor fluorescensafbildning. For første gang vil vi være i stand til at benytte en rationel designstrategi baseret på informationer omkring den atomare struktur. Sølv-nanoklynge farvestoffer består af små sølv-klynger stabiliseret af DNA-strenge. Deres optiske egenskaber kan tunes ved at modificere DNA-sekvensen, som ændrer den stabiliserede sølv-nanoklynges størrelse, ladning og form. Det ultimative mål for projektet er at bringe denne nye type af stærkt lysende og bio-kompatible emittere fra laboratoriet til anvendelse i praksis af forskere over hele kloden.

Tøjvask er ansvarlig for en væsentlig del af verdens energiforbrug og miljøbelastning gennem udledning af microplast i vaskevandet. Enzymer tilsat vaskepulver har betydet et kæmpe fremskridt i at mindske miljøbelastningen, så der nu kan vaskes ved lavere temperaturer. I det foreslåede projekt vil vi studere vaskeprocessen i kemisk molekylær detalje, da der stadig spildes enzymkraft i vaskeblandingerne, som består af kemisk komplekse blandinger. Hypotesen er at nogle af enzymerne ”inaktiveres” ved at vekselvirke med nogle af de andre stoffer i vaskemidlet, enten selve sæben (surfactant) eller også fanges de af snavsen på en sådan måde, at de ikke kan udøve deres katalytiske funktion. Med avancerede computer simuleringer og overflade sensitive spektroskopiske metoder, kan vi følge hvordan enzymer vekselvirker med både surfactant partikler (miceller) og med overfladen af forskellige typer snavs (både fedt (smør, olie), protein (kød, blod) og kulhydratoverflader (kakao, marmelade, græs)) vil blive undersøgt, og heraf kan vi udlede om og hvordan de aktive vaskeenzymer eventuelt fanges i uproduktive molekylære komplekser. Sådan indsigt kan hjælpe med at designe vaskeenzymer i fremtiden med en modificeret overflade, så de ikke spildes i vaskeprocessen ved sådanne uproduktive vekselvirkninger. Dette vil betyde kortere vasketider, lavere temperaturer, og mindre mikroplast i afløbsvandet; et klart forbedret miljø-aftryk den enkelte forbruger selv kan regulere.