Author Archives: admin

Molekylmixning skapar superstabilt glas

Posted on by

Superstabilt glas med lång livslängd kan bidra till att förbättra alltifrån läkemedel till avancerade bildskärmar och solceller. Forskare vid Chalmers visar hur en mix av många molekyler – upp till åtta på samma gång – kan skapa glas med efterlängtade egenskaper.

Glas är ett så kallat amorft ämne och saknar en vidsträckt ordnad struktur. Det gör att det inte bildar kristaller. Just det faktum att glas inte bildar kristaller gör det mycket användbart. Det vi vanligen kallar glas, exempelvis fönsterglas, är främst kiseldioxidbaserade, men glas kan formas av många olika ämnen. Vetenskapen söker ständigt efter nya glasartade material med bättre egenskaper och nya möjliga tillämpningar. Den Chalmersledda studien publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Science Advances och innebär ett viktigt kliv framåt på det här området.

Mix av molekyler gör det lätt att forma nytt glas

– Genom att blanda många molekyler har vi nu plötsligt öppnat upp möjligheten att skapa nya och mycket bättre glasformande material. Alla som arbetar med organiska molekyler vet att en blandning av två molekyler kan göra det lättare att forma glas, men ingen hade nog förväntat sig att fler, och så här många, skulle kunna ge ett så mycket bättre resultat, säger forskningsledaren Christian Müller, professor på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.

Glas bildas när en vätska kyls ner utan att den kristalliseras, en process som kallas vitrifikation. Metoden att använda två eller tre molekyler för att bilda ett glas är ett väletablerat koncept. Däremot har frågan om vad som händer när man blandar fler molekyler hittills fått liten uppmärksamhet.

Stabilare än fönsterglas

I det här fallet har Chalmersforskarna experimenterat med att blanda upp till åtta olika perylenmolekyler, som var och en har en hög fragilitet. Fragilitet är ett värde som är relaterat till hur lätt materialet kan bilda glas och låga siffror betyder en god förmåga. Mixen av många molekyler gjorde att fragiliteten sänktes avsevärt och forskarna kunde få fram en mycket stabil glasbildare med rekordlåg fragilitet.

– Fragiliteten i glaset i studien är mycket låg och motsvarar de bästa resultaten för något organiskt material, men också jämfört med polymerer och oorganiska material som metalliska glas. Resultaten är jämförbara och till och med bättre än fragiliteten i vanligt fönsterglas, som är det vi hittills känt till som ett av de bästa på att bilda ett glas, säger Sandra Hultmark, doktorand på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers och huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln.

Organiskt glas ger hållbarare bildskärmar

Viktiga användningsområden för stabila organiska glasmaterial är avancerad teknik i bildskärmar som OLED-skärmar och i förnybara energikällor som organiska solceller.

– OLED-skärmar är konstruerade med glasartade lager av organiska molekyler som kan utstråla ljus. Om de blir mer stabila kan vi öka hållbarheten för en OLED och därmed även skärmen, förklarar Sandra Hultmark.

Ytterligare ett användningsområde för stabila glas är läkemedel. Amorfa läkemedel löses upp snabbare och hjälper kroppen att ta upp den aktiva substansen. Därför utformas många läkemedel i glasartad form. För dessa läkemedel är det avgörande att glaset inte kristalliseras över tid. Ju stabilare glas, desto längre tid kan läkemedlen användas.

Glaset förlänger livslängden och sparar jordens resurser

– Med stabilare glas eller glasbildande material, kan vi förlänga livslängden på ett stort antal produkter, vilket i sin tur sparar på både jordens resurser och ekonomi, säger Christian Müller.

Så utfördes forskningen

Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet.
De valde att arbeta med en serie av små, konjungerade molekyler som består av en kärna av perylen med olika påhängande alkylgrupper. Alla åtta perylenderivaterna kristalliserades lätt när de var separerade från blandningen och visade på en fragilitet på över 70.
Mixen av de åtta perylenderivaterna resulterade i ett material som uppvisar en fragilitet på endast 13. Det är ett rekordlågt värde för något glasformande material som hittills utforskats, vilket även inkluderar polymerer och oorganiska material som metalliska glas och kiseldioxid.

Vetenskaplig artikel:

Vitrification of octonary perylene mixtures with ultralow fragility. (Sandra Hultmark, Alex Cravcenco, Khuschbu Khushwaha, Suman Mallick, Paul Erhardt, Karl Börjesson och Christian Müller), Science Advances

Kontakt:

Sandra Hultmark, doktorand på institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola, sanhul@chalmers.se
Christian Müller, professor på institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola, christian.muller@chalmers.se

Inlägget Molekylmixning skapar superstabilt glas dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Luktsinnet – människans snabbaste varningssystem

Posted on by

Hjärnan reagerar blixtsnabbt när det luktar fara. Med hjälp av ny teknik har forskare vid Karolinska Institutet nu kunnat studera vad som händer i hjärnan när det centrala nervsystemet avgör om en lukt är en fara eller inte.

Förmågan att upptäcka och reagera på lukten av möjliga hot är en förutsättning för människors och andra däggdjurs överlevnad. Studien från Karolinska institutet som publicerats i PNAS tyder på att negativa lukter förknippade med obehag processas tidigare än positiva lukter och triggar en snabb och omedveten fysisk reaktion för undvikande.

– Människans undvikande respons på obehaglig lukt förknippad med hot har länge ansetts vara en viljestyrd kognitiv process. Vår studie visar att det är en omedveten och mycket snabb reaktion, säger Behzad Iravani, forskare vid institutionen för klinisk neurovetenskap, Karolinska Institutet, och studiens försteförfattare.

Hos människan upptar luktorganet cirka en tjugondel av hjärnan och vi kan urskilja många miljoner olika luktämnen. En betydande andel av dessa är förknippade med hot mot vår hälsa och överlevnad, som lukten av kemikalier och rutten mat. Luktsignaler når hjärnan inom 100 till 150 millisekunder efter inandning genom näsan.

Mäter lukthjärnans respons

Alla levande varelser överlever tack vare sin förmåga att undvika faror och uppsöka belöningar. Hos människan verkar luktsinnet speciellt viktigt för att upptäcka och reagera på potentiellt skadliga stimuli.

Det har länge varit okänt vilka neurala mekanismer som gör att en obehaglig lukt omsätts i undvikande beteende hos människor.

Det beror bland annat på att det saknats icke-invasiva metoder för att mäta signaler från luktbulben, den första delen av lukthjärnan med direkt (monosynaptisk) koppling till de viktiga centrala delar av nervsystemet som hjälper oss att upptäcka och minnas hot or faror.

Nu har forskare på Karolinska Institutet utvecklat en metod som gjort det möjligt att för första gången mäta signaler från den mänskliga luktbulben som processar lukter och sedan skickar signaler till delar av hjärnan som kontrollerar rörelse och undvikande beteenden.

Snabbaste varningssystemet

Resultaten bygger på tre experiment, där deltagare inledningsvis fick skatta sin upplevelse av sex olika lukter, några positiva och andra negativa. I ett senare skede analyserades lukthjärnans elektrofysiologiska aktivitet som respons på de negativa och positiva lukterna.

– Det blev tydligt att luktbulben reagerar specifikt och tidigt på negativa lukter och skickar en direkt signal till motorcortex redan cirka 300 ms efter att luktsystemet först reagerat på lukten. Den signalen resulterar sedan i att personen, utan att själv vara medvetna om det, lutar sig bakåt och bort från luktkällan, säger studiens sisteförfattare Johan Lundström, docent vid institutionen för klinisk neurovetenskap, Karolinska Institutet.

Han fortsätter:

– Resultatet tyder på att luktsinnet har en unik betydelse för vår förmåga att upptäcka faror i omgivningen, där en betydande del av den förmågan sker på ett omedvetet plan i högre grad än faror som förmedlas av syn- och hörselintryck.

Vetenskaplig artikel:

The human olfactory bulb processes odor valence representation and cues motor avoidance behavior (Behzad Iravani, Martin Schaefer, Donald A. Wilson, Artin Arshamian, Johan N. Lundström) PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences.

Inlägget Luktsinnet – människans snabbaste varningssystem dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Coronavaccination minskade smittspridning inom familjen

Posted on by

Personer som inte var immuna mot covid-19 löpte klart lägre risk både att smittas och att bli allvarligt sjuka om deras familjemedlemmar vaccinerat sig. Det visar en studie vid Umeå universitet.

– Resultaten talar starkt för att vaccination inte bara är viktigt för att skydda sig själv, utan också för att minska smittspridningen, inte minst inom familjen som är en av de miljöer där viruset sprids mest, säger Peter Nordström, professor i geriatrik vid Umeå universitet.

Hur påverkar vaccinet smittspridningen?

Att vaccin ger individer ett gott skydd mot att riskera bli sjuka i covid-19 har visats i ett flertal studier. Däremot har det inte varit lika välstuderat hur detta kan påverka smittspridningen, i synnerhet i familjer som är en av de miljöer där viruset i huvudsak sprids. Detta har forskare vid Umeå universitet undersökt i en ny studie.

Resultaten visade att familjemedlemmar utan tidigare egen immunitet mot covid-19 löpte mellan 45 och 97 procent lägre risk att bli infekterade och allvarligt sjuka, utifrån hur många övriga i familjen som var immuna från antingen en tidigare genomgången infektion eller från två doser vaccin. Ju fler familjemedlemmar som var vaccinerade eller hade haft covid-19, desto mindre var risken att bli smittad.

Minskad risk för nya mutationer

Studien omfattar över 1,8 miljoner personer från mer än 800 000 familjer och bygger på registerdata från Folkhälsomyndigheten, Socialstyrelsen, och Statistiska Centralbyrån. I studien analyserade forskarna hur sambandet såg ut mellan antalet familjemedlemmar som hade immunitet mot covid-19 och risken för covid-19 bland dem i familjen som saknade immunitet. I analyserna tog forskarna hänsyn till bland annat ålder, kön, socioekonomisk status, samt flertalet diagnoser som forskarna i en tidigare studie identifierade som riskfaktorer för covid-19 i den svenska befolkningen.

– Genom att vaccinera sig och därmed hålla tillbaka smittspridningen minskar man inte bara risken att fler blir allvarligt sjuka, utan också risken att nya mutationer av viruset ska uppkomma och få fäste. Att många vaccinerar sig är därför viktigt inte bara lokalt och nationellt, utan även globalt, säger Marcel Ballin, doktorand i geriatrik vid Umeå universitet och medförfattare till studien.

Vetenskaplig artikel:

Association Between Risk of COVID-19 Infection in Nonimmune Individuals and COVID-19 Immunity in Their Family Members.

Kontakt:

Peter Nordström, professor och överläkare, Institutionen för samhällsmedicin och rehabilitering, enheten för geriatrik, Umeå universitet, peter.nordstrom@umu.se, Marcel Ballin, doktorand, Institutionen för samhällsmedicin och rehabilitering, enheten för geriatrik, Umeå universitet, marcel.ballin@umu.se, Anna Nordström, adjungerad professor, Institutionen för folkhälsa och klinisk medicine, avdelningen för hållbar hälsa, Umeå universitet, anna.h.nordstrom@umu.se

Inlägget Coronavaccination minskade smittspridning inom familjen dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Självkörande bilar fixar inte det sociala samspelet

Posted on by

Datoranimering som visar en självkörande bil i en gatukorsning.

Trafiken är full av ”irrationella” människor som ställer till det för de förarlösa fordonen. Därför kommer det att dröja innan självkörande bilar dominerar, menar professorn Barry Brown.

– Det har pratats om självkörande bilar i tio års tid. Hela tiden får man höra att de kommer vara i bruk ”om två år”. Jag tror snarare att det rör sig om 30–40 år.

Det sa professor Barry Brown, Institutionen för data- och systemvetenskap (DSV) på Stockholms universitet, när han ledde ett seminarium i nätverket Digital Futures regi.

– Technology in vivo. Det är ett tjusigt sätt att beskriva min forskning – och det betyder att jag intresserar mig för hur folk använder teknik. Ofta använder jag mig av film för att se hur de faktiskt gör och vad som funkar för dem, sa Barry Brown.

Mobilitet och transporter är det teknikområde som han forskar mest om. Brown har bland annat ett pågående samarbete med Nissans huvudkontor i Palo Alto, USA. Han har studerat hur människor använder sig av GPS, navigerar med hjälp av Iphone, och hanterar elsparkcyklar. För att lära sig mer om trafiksituationen i olika delar av världen delade han ut videokameror till bilförare i Indien, och bad dem att montera kamerorna i kupén.

Forskningsmaterialet finns på Youtube

I den forskning som han presenterade under seminariet har han också använt sig av video, närmare bestämt filmklipp som laddats upp på Youtube. Forskningsmetoden kan tyckas okonventionell, men Barry Brown konstaterade att den har gett honom tillgång till ett rikt datamaterial av hög kvalitet.

– Filmerna som jag har analyserat är mycket professionella. De visar hur självkörande bilar rör sig i trafiken, i vissa fall har 8–9 kameror riggats upp i varje bil.

Under seminariet visade han flera filmklipp, främst från Waymos förarlösa taxibilar som rullar på gatorna i Phoenix , USA. Det var tydligt att fordonen inte alltid kunde hantera det som hände runt omkring dem. Det ledde ofta till att de stannade helt, vilket skapade köer. Och när mänskliga förare försöker ta sig ur köer och manövrera runt stillastående fordon finns alltid en risk för olyckor.

Vägen är en social miljö

De autonoma fordonen har svårt att hålla rätt avstånd till bilen framför eftersom de inte kan läsa av nyanserna i olika trafiksituationer. De uppfattar inte heller subtila signaler från mänskliga trafikanter, till exempel i korsningar. I en av filmerna försökte fotgängare vinka förbi taxibilen, men den stannade ändå. Det slutade med att taxikunden fick veva ner rutan och ropa: ”Sorry! Det är en självkörande bil.”

– Teknikutvecklingen på området har varit häpnadsväckande, bilföretagen har verkligen gjort stora framsteg. Men vägen är en social miljö där vi kommunicerar och interagerar med varandra. Frågan är om vi kan få de självkörande bilarna att förstå det sociala samspelet?

– Jag låter kanske kritisk, men jag ser en del utmaningar. Om man jämför med autopiloter i flygplan, så har ju den tekniken påverkat flygsäkerheten mycket positivt. Där är vi inte än när det gäller självkörande bilar, sa Barry Brown.

Vetenskapliga artiklar:

Making Time: Pausing to Coordinate Video Instructions and Practical Tasks

Notes on the Practices and Appearances of E-Scooter Users in Public Space.

Kontakt:

Barry Brown, professor vid institutionen för datavetenskap, Stockholms universitet, barry@dsv.su.se

Inlägget Självkörande bilar fixar inte det sociala samspelet dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Förskolebarn får lära sig kemi och fysik

Posted on by

Vart försvinner vattnet när man kokar det i en kastrull? Varför dunstar vattenpölen på gården? Visst kan femåringar förstå fysikaliska begrepp – särskilt när experimenten kan utföras med lera och lego.

Kemi och fysik är ämnen som ofta förknippas med lektioner på högstadiet eller gymnasiet. Men enligt förskolans styrdokument ska även förskolebarn kunna ta del av kemiska processer och fysikaliska fenomen.

– Barnen är nyfikna och vill förstå sin omvärld, säger Andreas Redfors, professor i fysik vid Högskolan Kristianstad.

Han ingår i den forskargrupp som under tre år följt drygt 140 pedagoger på olika förskolor i nordöstra Skåne, när de undervisat barnen i kemi och fysik. Lärarna har också deltagit i föreläsningar och workshops för att själva bli bättre på att förmedla dessa ämnen.

Utgå från fenomen i vardagen

Ett av knepen har varit att lägga ribban på en rimlig nivå och utgå från fenomen som finns i vardagen, på förskolan. Vart försvinner vattnet när man kokar det i en kastrull? Varför dunstar vattenpölen på gården?

– Man måste stanna upp, laborera, pröva. Sedan gäller det att sätta ord på vad man pratar om, så att samtalet verkligen blir ömsesidigt. Läraren kanske vet vad vattenrening innebär, medan barnen tror att det handlar om att tvätta stenar med hjälp av vatten, säger Susanne Thulin, biträdande professor i pedagogik.

Experiment med lera och lego

Genom att dra nytta av den digitala tekniken – också detta ett målområde i den senaste läroplanen – har förskollärare och barn bland annat fått återskapa kemiska experiment i lera eller lego, som dokumenterats med datorplattor.

Forskargruppen har varit mån om att engagera samtliga pedagoger i verksamheterna och även försökt ge rektorer och vårdnadshavare aktiva roller. De kan konstatera att lärarnas intresse för kemi och fysik vuxit under projektets gång, och att de också upplever sig ha blivit bättre på att förmedla kunskaperna och entusiasmera barnen.

– Lärarna har insett att detta är något helt annat än lektionerna i kemi och fysik de själva haft på högstadiet. Detta är något de faktiskt kan göra tillsammans med barnen, säger Susanne Thulin.

Rapport:

Undervisning och lärande i förskola om kemi- och fysikrelaterade vardagsfenomen

Kontakt:

Andreas Redfors, projektledare och professor i fysik inriktning fysikdidaktik vid Högskolan Kristianstad, andreas.redfors@hkr.se, Susanne Thulin, biträdande professor i pedagogik vid Högskolan Kristianstad, susanne.thulin@hkr.se,