Projekter vi har finansieret

Jeg foreslår et projekt der skal udforske grundlaget og perspektivet for den næste generation af organiske solceller (OPV) celler, som repræsenterer en lovende teknologi for omdannelsen af solenergi til elektrisk energi. Dette forslag sigter mod at kortlægge og optimere tilpasningen af energiniveauerne, der indgår i solcellens processer, til grænsefladerne af de aktive organiske halvledere i en OPV celle. Fokus er, at måle både de strukturelle, kemiske og elektroniske egenskaber af OPV cellen. Hertil anvendes primært et Skannende Tunnel Mikroskop, som er i stand til både at afbilde strukturen på atomart og molekylært niveau og samtidig bestemme de elektroniske egenskaber ved brug af spektroskopi. Det ultimative mål er at bruge den indvundne viden fra et udvalgt modelsystem, studeret ved lave temperaturer i ultrahøj vakuum til at kunne optimere de kemiske komponenter i de organiske halvledere, således at et optimalt forhold mellem nanoskala morfologi og energiniveau-tilpasning til grænsefladerne kan opnås.

For at vi kan forstå et fænomen, skal vi kunne danne os et billede af det. Det kan gøres direkte, ved at synliggøre fænomenet, eller indirekte, ved at gøre en måling, der følger fænomenet. Hele vores biologiske maskineri er bygget op af fedt, protein og sukker. Fedtet fungerer som barrierer, vægge og membraner, og vi har længe vidst at proteinerne kan være både funktionelle og strukturbærende. Sukker har længe været set som brændstof alene, men vi ved nu at sukkerstoffer også har både funktion og strukturbærende. Udfordringen med sukker er at sukkerstofferne er svære at måle og endnu sværere at synliggøre. Det er den udfordring dette projekt møder. Her vil lanthanider blive brugt til at farve sukkerstoffer. Stoffer der indeholder lanthanider vil blive designet og fremstillet således at de kan binde sukkerstoffer, derved skulle det blive muligt at se sukkerstofferne i mikroskopi, og måle på sukkerstofferne med andre teknikker.

Produktionen af Atlanterhavs-laks og regnbueørred i opdræt nåede i 2011 et omfang på næsten 2,5 millioner tons på verdensplan. Dette svarer ifølge FAO til en markedsværdi på mere end 77 milliarder danske kroner, og det anslås at halvdelen af fisk til human konsumption stammer fra opdræt. For at beskytte disse fisk mod forskellige bakterielle sygdomme, bliver langt størstedelen af fiskene vaccineret. Når fisk vaccineres ved injektion, er vaccinen tilsat en adjuvans – et hjælpestof – som gør at vaccinen bedre kan stimulere fiskens immunforsvar så fisken efterfølgende kan udvikle immunitet overfor fremtidig infektion. De adjuvanser som man traditionelt har brugt til fisk er mineralske olier, og ny forskning har vist at brugen af disse adjuvanser har nogle uhensigtsmæssige og uacceptable bivirkninger hos fisk. I dette projekt vil jeg benytte forskellige nyudviklede, eksperimentelle adjuvanser som er mere avancerede til at aktivere helt specifikke dele af fiskens immunforsvar, således at vi får en bedre forståelse af dette, derefter kan finde en vaccine-sammensætning som stimulerer fiskens immunforsvar effektivt og som samtidig reducerer – eller helt eliminerer – bivirkningerne. Målet er simpelthen at finde ud af hvordan man kan sammensætte en vaccine der giver maksimal beskyttelse uden bivirkningerne.

Hærdning af stål er baseret på omdannelsen af den indre struktur af stålet fra austenit til martensit. I de mest anvendte rustfrie stål skal en sådan omdannelse netop ikke forløbe og kan sædvanligvis undgås ved almindelige temperturer, på trods af at det termodynamisk set er mere favorabel at danne martensit. Anvendelse af sådanne rustfrie stål ved temperaturer langt under frysepunktet vil sætte gang i den uønskede martensitdannelse alligevel. De nuværende teorier og modeller for martensitdannelse ved lave temperaturer er utilstrækkelige til at beskrive alle de fænomener som observeres i dette temperaturområde. I nærværende projekt forslås undersøgelse af martensitdannelse i en række rustfrie stål med forskellige sammensætninger. Der anvendes in situ teknikker som synkrotron røntgen diffraktion, mikroskopi, dilatometri og magnetometri for at kunne følge omdannelsen mens den sker. Resultaterne beskrives med den modulære transformations model udviklet ved Max Planck Instituttet i Stuttgart. De erhvervede indsigter vil kunne indgå i en bedre forudsigelse og rustfrie ståls tendens til omdannelse ved ekstrem lave temperaturer. Derudover kan den opbyggede viden bane vejen for udviklingen af ståltyper som er stabile ved ekstrem lave temperaturer, eller ståltyper som netop drager deres fordel af omdannelse ved lav temperatur for en yderligere optimering af egenskaberne.

Vacciner er meget effektive til at hindre virus epidemier i at sprede sig, og derfor er det er område i konstant fokus. De fleste vacciner skal indgives ved injektion, og dette medfører, at mange ikke får alle de injektioner, der kræves, for at få den fulde effekt af vaccinen. Generelt foretrækkes det at indtage medicin oralt, og derfor ønskes det at have flere vacciner til oralt brug. Det indebærer mange udfordringer at indgive vacciner oralt, så effekten stadig opnås. Vacciner har svært ved at nå tarmen, hvor de skal optages, da de ofte, undervejs, vil blive nedbrudt af syren i maven. Formålet med dette projekt er at indkapsle vaccinen i små mikro-bokse. Mikro-boksene skal fabrikeres i bionedbrydeligt materiale, så de naturligt nedbrydes uden at ophobes i kroppen. Mikro-boksene vil blive fyldt med vaccine og derefter forsegles de med en tynd membran, så mikro-boksene kan klistre til tarmen og dermed øge opholdstiden, så vaccinen har tid til at blive optaget. Derudover vil endnu en membran forsegle mikro-boksene samt den første membran, så vaccinen ikke nedbrydes i maven, men først kan komme ud af mikro-boksene, når de har nået tarmen. Ved at fylde vaccinen i mikro-boksene beskyttes vaccinen, og når boksene hægter sig fast på tarmen, vil det være muligt at optage vaccinen og den kan udøve sin effekt. I dette projekt foreslås mikro-boks konceptet til at udvikle adskillige vacciner til oralt brug.

Blod-hjerne barrieren forhindrer at potentielt skadelige stoffer kommer over barrieren mellem blod og CNS-væsken. Dette gælder også for de fleste lægemidler, hvilket begrænser terapimulighederne for hjernesygdomme som Alzheimer, Parkinson, hjernetumorer og HIV-infektion). Disse sygdomme vil få øgt betydning ved den voksende ældre population og der kræves flere og bedre lægemidler, særlig med evne til at krydse blod hjerne barrieren. Udvikling af denne type lægemidler forløber for tiden ikke så tilfredsstillende som man måtte ønske pga af to årsager: 1) en decideret mangel på simple og billige testmetoder for at afprøve evnen til blod hjerne barriere penetration og 2) mangel på avancerede transportsystemer (carrier) som kan hjælpe lægemidler over blod-hjerne barrieren. Disse to udfordringer ønsker vi at afhjælpe. Vores hensigt er at designe og afprøve en metode på reagensrør for at forudsige om en ny lægemiddelstof og/eller transportsystem vil kunne krydse barrieren. Videre vil vi vha nanoteknologi designe et fedt-baseret transportsystem (solid lipid nanoparticle) som vi for nylig har vist sig at være lovende for øgt transport af lægemiddel over barrieren. Vi vil forsøge at forbedre transportevnen ved at koble molekyler på overfladen sådan partiklerne specifikt binder mod strukturer, som findes ved blod hjerne barrieren.

Implantat-relaterede knogleinfektioner (fx omkring et nyt knæled) er et stigende klinisk problem, som opstår fordi bakterier sætter sig fast på overfladen af implantatet og danner en tyk slim omkring sig. Slimen gør at bakterierne er svære at udrydde og derfor forskes der intensivt i hvordan slimen bekæmpes. Men hvorfor ikke forbygge at slimen overhovedet dannes? Zink er et uorganisk grundstof som findes naturligt i kroppen, hvor det indgår i forskellige cellulære processer. Samtidig er det også velkendt at zink har antibakterielle egenskaber. Som den første vil jeg derfor undersøg om knogle-implantater der er overfladecoatede med zink, kan forhindre dannelsen af slim ved at afprøve dem i en ny grisemodel for knoglebetændelse. Ved at bruge en grisemodel er det muligt, at udføre en grundig karakterisering af både den antibakterielle effekt, det inflammatoriske respons og effekten på det omkringliggende knoglevæv. Coatningen vil blive produceret med en teknik som hedder Atomic Layer Deposition, hvilket er en coating teknik som gør det muligt at styre indsættelsen af zinkatomerne minutiøst. Atomic Layer Deposition er en velkendt overflade coatnings teknik i den elektroniske industri, men har ikke tidligere været brugt til coatning af knogleimplantater. I dag er den hyppigst undersøgte og anvendte overfladecoating af knogleimplantater baseret på coating med antibiotika, men den stigende udvikling af antibiotika resistens bland bakterier kræver at der tænkes i nye alternativer.

I dette projekt vil jeg udvikle og bruge mikroskopiske magnetfeltssensorer til at detektere et panel af markører for blærekræft ud fra en urin-prøve. Diagnosen af og vurdering af effekten af behandling på blærekræft udføres i dag primært ud fra biopsier og kræver omfattende laboratorieanalyser, som detekterer genfejl og nedregulering af vigtige kontrolgener. Nuværende metoder til analyse af regulering af bestemte gener er begrænset af at de skal udføres én ad gangen og at det dermed ikke er nemt at analysere for mange gener. Teknologien, som jeg vil udvikle i dette projekt, vil muliggøre samtidige målinger på et skalerbart antal markører på en enkelt chip. Teknologien udnytter at magnetfeltssensorer kan bruges til at måle tilstedeværelsen af bittesmå magnetiske kugler som bindes til forskellige steder på sensoroverfladen, hvis de DNA molekyler der undersøges er til stede i prøven. En unik mulighed for teknologien er at målingerne kan finde sted samtidig med at reaktionsbetingelserne ændres. Signalerne fra forskellige gener er følsomme for ændringer af reaktionsbetingelserne og deres variation kan bruges til at belyse genernes aktivitet. I projektet vil jeg undersøge et panel på i alt syv markører for blærekræft således at vi med en enkelt måling kan få et ’fingeraftryk’ for en patient ud fra en urinprøve. Dette fingeraftryk vil muliggøre mere præcise diagnoser og vil også være et vigtigt værktøj til at måle effekten af en fokuseret behandling.

Klimaændringer gør det danske klima mere ustabilt og med større temperaturudsving, så der er behov for viden om mere varmetolerante sorter. Det har været muligt at identificere varmetolerante og -følsomme sorter med klorofyl fluorescens og knytte det til genetiske forskelle i form af 3-4 QTL'er på hvedegenomet. Der er yderligere behov for at belyse, hvordan disse QTL'er ændrer den fotosyntetiske effektivitet under stress. Der er skabt fire typer af genotyper i vårhvede ved udvælgelse, hybridisering, selvbestøvning og tilbagekrydsning som et unikt plantemateriale som en forudsætning for undersøgelsen, hvis overordnede mål er at forbedre forståelsen af det fysiologiske og genetiske grundlag for varmetolerancemekanismer men også om den genetiske variation er specifik for varmestress eller en mere generel mekanisme for stress. Hypotesen er, at de varmetolerante sorter kan opretholde en højere netto fotosyntese under stress ved reduceret skade på fotosynteseapparatet (PSII) gennem varmeafledning og hurtigere restitution, højere Rubisco aktivitet og bedre afledning af reaktive ilt arter (ROS) og potentielt en opregulering af varmechokproteiner – altså en samlet forbedret ydeevne under stress. Da kilden til de identificerede varmetolerante QTL'er er fra sorter, der stammer fra Afghanistan og Pakistan, betyder det, at en yderligere forskningsindsats er nødvendig for at studere funktionaliteten af disse QTL'er i nordiske hvedesorter.

Præcisions polymerer til funktionelle, bionedbrydelige og ikke vedhæftende overflader. Polymerer, som er lange molekylekæder af mindre enheder, spiller en vigtig rolle I vores hverdag, og også i højteknologiske applikationer i alt fra elektronik til medicin. Her kan traditionel fremstilling ofte være en begrænsning, da polymerernes opbygning ikke kan kontrolleres tilstrækkeligt. Udvikling af nye fremstillingsmetoder er derfor vigtigt for at udforske og udnytte polymer materialekombinationer med højt potentiale. Dette projektet, som finder sted på Max Planck Instituttet for Kolloider og Grænseflader i Potsdam, Berlin, har fokus på at udvikle nye typer af funktionelle og bionedbrydelige polymerer. Disse vil blive opbygget trin for trin via såkaldt ”fast fase syntese”, som udover at producere polymerer af meget høj kvalitet også giver en meget høj grad af kontrol over rækkefølgen af enhederne. Dermed skabes helt nye muligheder for at kombinere forskellige enheders funktioner i samme polymer molekyle med kontrolleret rækkefølge og struktur. Projektets mål er at kunne fremstille polymer materialer til overflader hvis præcise sammensætning og bionedbrydelighed vil give en langt bedre kontrol af interaktionen til fx proteiner eller bakterier. Dette har mange fordele, bl.a. har det stor betydning for forbedring af effekten af medicinske præparater eller til hurtig og præcis detektering af bakterier i vandforsyninger.