Optik snabb som ögat

Optik finns överallt omkring oss, exempelvis i skärmar, belysning, kameraobjektiv och glasögon. Men optiken saknar det mänskliga ögats förmåga att enkelt anpassa sig och fokusera på olika avstånd.

För att komma till rätta med det problemet samarbetar forskaren Alexander Dmitrievs grupp vid Göteborgs universitet med forskare i Spanien (nanoGUNE Center) och Italien (Italian Institute of Technology).

– På våra laboratorier arbetar vi med att styra ljuset med hjälp av magnetfält. Vi använder mycket små magnetfält, med samma styrka som kylskåpsmagneter, för att inte störa omgivningen och för att uppnå en teknik som är liten och bärbar, säger Alexander Dmitriev, professor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet.

Adjö till skrymmande kameraoptik
Genom att på en mycket tunn glasskiva lägga ett lager med nanoantenner för ljus (där antennerna är av guld och nickel och 20 nanometer höga) kunde forskarna vrida och re-polarisera synligt ljus som passerar glasskivan med hjälp av magnetfält.

– Det här ger oss helt nya möjligheter att skapa ultratunna optiska komponenter vars egenskaper kan ändras med en knapptryckning genom att kontrollera ett mycket litet magnetfält, säger Alexander Dmitriev.

Genom den nya forskningen kommer det kanske i framtiden inte längre att behövas skrymmande kameraobjektiv.

– Vi föreställer oss att optiken i framtiden enkelt kan förändras i realtid i din mobiltelefon, eller i ett par specialiserade glasögon, på samma sätt som ögat ständigt anpassar sig, säger Alexander Dmitriev.

Ändra ljuset i realtid
Förutom möjligheten att skapa mycket små och mycket flexibla optiska komponenter öppnar forskningen också för nya kemiska produktionsmetoder.

– Det är mycket viktigt hur cirkulär-polariserat ljus interagerar med olika material runt omkring oss. Cirkulär-polariserat ljus har även den mycket viktiga funktionen att det kan användas för att syntetiskt framställa olika kemikalier och läkemedel med asymmetrisk struktur. Vilka möjligheter öppnar sig inte om allt ljuset gör kan ändras i realtid på beställning? säger Alexander Dmitriev.

Artikel:
Magnetic Control of the Chiroptical Plasmonic Surfaces,

Vattenpestens segertåg i Sverige

Vattenpest är en kärlväxt som kan bilda täta ”skogar” i sjöar, dammar och vattendrag. Den sprider sig genom att små växtdelar driver med vattnet, fastnar på fåglar eller flyttas oavsiktligt av människor, och sedan slår rot på nya platser. Någon fröspridning förekommer inte i Europa, eftersom det bara finns honplantor här.

Vattenpesten har nu funnits i Sverige i över 100 år och den är väl etablerad i de södra delarna och norrut längs kusten. Den har dock fortfarande potential att spridas betydligt mer i skogslänen – som hittills har varit relativt förskonade från invasioner – och ända upp i fjällvärlden. I vissa delar av Europa ses arten allt oftare som ”naturlig”, vilket tyder på att det idag inte sker några större förändringar i de vattenmiljöer där den har etablerat sig.

– Min forskning har fokuserat på om vattenpesten kan anses vara ”naturlig” även i Sverige, eller om den fortfarande har stor inverkan på biologisk mångfald och på ekosystemens funktioner, säger Kristina Tattersdill. Jag har också undersökt vad det är hos växten som gör att den sprids och konkurrerar så bra, och hur den förändrar villkoren för andra organismer.

Växer vid låga temperaturer och trivs i täta bestånd
Kristina Tattersdill har gjort sina fältstudier i sex uppländska skogssjöar – tre utan vattenpest och tre med. Studierna visar att vattenpesten är väl rustad för ett liv i det norra barrskogsbältets sjöar och vattendrag, och har flera egenskaper som bidrar till att den är så framgångsrik.

Till att börja med fann hon att arten kan etablera sig från växtfragment väldigt sent på hösten, och att den dessutom börjar växa tidigt på våren, vilket är en konkurrensfördel.

– När jag inventerade sjöarna i slutet av mars var vattentemperaturen max 5 °C, och då hade de inhemska vattenväxterna knappt börjat återväxten. Vattenpesten däremot hade redan hunnit långt eftersom den har förmågan att övervintra som grön växt.

elodea

Vattenpest är en dybladsväxt som bildar upp till ett par meter långa slingrande stjälkar, Kristina Tattersdill

Förändrar villkoren för andra växter och djur
Vattenpesten visade sig också klara sig bäst när den växer bland sina egna, eftersom den interna konkurrensen stimulerar tillväxten hos enskilda växter. Arten kan därmed forma täta monokulturer och stänga ute inhemska växter.

– Det här leder inte nödvändigtvis till att det blir färre arter av vattenväxter i en sjö, men bottenvegetationens artsammansättning kan förändras. Till exempel saknades inhemska växter i slingesläktet (Myriophyllum spp) nästan helt i de sjöar med vattenpest som vi studerade.

En förändrad växtlighet på bottnarna kan även påverka förutsättningarna för fiskar, insekter och djurplankton som hittar boställen och gömställen i vegetationen. När Kristina Tattersdill analyserade sjövattnet kring vegetationen visade det sig att sjöarna med vattenpest hade en annorlunda sammansättning av vattenlevande insektslarver. Bland annat var larver av flera fjädermyggsarter betydligt vanligare där det fanns vattenpest.

– De här larverna lever av finfördelat organiskt material, som det fanns dubbelt så mycket av i vattenproverna från sjöarna med vattenpest. Det är troligt att bestånden av vattenpest fångar upp mer ”grums” än bestånden av mer glesbladiga inhemska växter, och att fjädermyggorna gynnas av detta.

Viktigt förstå värdet av oinvaderade vatten
Att främmande arter fortsätter att breda ut sig i skogslandskapets sjöar tycks vara oundvikligt enligt Kristina Tattersdill. Hon menar dock att det är viktigt att känna till vilka arter som står på tröskeln, och hur omfattande förändringar de kan orsaka i ekosystemen.

– Vi måste vara medvetna om vilka förändringar som pågår i landskapet, och att vi själva bidrar till många invasiva arters spridning. Och vi måste inse värdet av de opåverkade miljöer vi ännu har kvar.

– Det är viktigt att folk får upp ögonen för hur arter som vattenpest breder ut sig. Samtidigt är det lättare sagt än gjort att stoppa just den. En mekanisk bortröjning kan t.ex. göra större skada än nytta, om den leder till att en mängd små växtdelar sprids i vattenmassan.

Kontakt:
Kristina Tattersdill, 073-896 67 33, kristina.tattersdill@slu.se

Avhandlingen:
Exotic invaders in boreal lakes

Utbredningskarta:
Artdatabanken

Foto:
Tätt bestånd av vattenpest (Elodea canadensis) i Lötsjön öster om Uppsala.
Kristina Tattersdill

Läs mer

Kan ett piller ersätta träning?

De senaste 20 åren har forskare ägnat stor energi åt att få fram ett läkemedel som imitera effekten av träning. Men är det verkligen möjligt? Och vad vet vi egentligen om vad som händer i kroppen när vi tränar?

Den som skummade igenom sina nyhetsflöden i mitten av september skulle lätt kunna tro att träningspillret redan är här. ”Drömpillret är här – ät en tablett i stället för att träna.” ”Nytt piller ’tränar’ kroppen utan ansträngning.”

Ursprunget till rubrikerna var ett inslag i Vetenskapsradion där en amerikansk forskare, Ron Evans, berättade om sin forskning på en substans som ska fungera som en genetisk strömbrytare som beordrar kroppen att bränna fett.

Substansen, GW501516 (förkortat till 516) togs ursprungligen fram av Glaxosmithkline i slutet av 1990-talet som en möjlig behandling av diabetes, men försök på medelålders, överviktiga apor visade istället att 516 var en lovande kandidat för att behandla metaboliskt syndrom. Företaget fortsatte att testa 516, också på människor, fram till dess att det visade sig att möss som intagit substansen i två år utvecklade cancer över hela kroppen.

Glaxosmithkline la 516 på hyllan. Men forskaren som tog fram den har beskrivit dess kemiska sammansättning i en publicerad artikel och flera företag säljer den ”för forskningsändamål”. Med tanke på att 516 sedan 2009 finns på dopningslistan, och flera cyklister har ertappats i kontroller, så har rubriksättarna i någon mening rätt: träningspillret finns. Ron Evans, forskaren som nu testar 516 på möss, använder visserligen väsentligt lägre doser än Glaxosmithkline men substansen är långt ifrån att lanseras som vetenskapligt framprovat läkemedel.

Carl Johan Sundberg, professor i molekylär och tillämpad arbetsfysiologi vid Karolinska institutet, är skeptiskt till möjligheterna att ta fram ett ”träningspiller”.

Ekonomiskt intresse
– Det finns en del forskare som har gjort musstudier men om man granskar dem är de ganska dubiösa. Bakom de här finns intresse att utveckla en substans som ska krängas och man vill gärna presentera en sådan story.

Att fysisk aktivitet har en mängd positiva effekter på människokroppen betraktas som klarlagt. Men varför? Hur går det till? Carl Johan Sundberg beskriver det som händer i kroppen vid träning som en cocktail av reaktioner. Hans forskargrupp fokuserar på skelettmuskulaturen som är lätt att komma åt för provtagning och kan testas funktionellt.

Svenska damhockeyspelare betalar själva

– De skilda fysiologiska profilerna mellan svenska och nordamerikanska damishockeyspelare speglar förmodligen olika fokus i träningen. Det kan härledas till olika sociokulturella förutsättningar och ekonomiska förutsättningar, säger doktoranden Tommy Henriksson.

Utgångsmaterialet i hans forskning är fysiologiska mätningar och enkäter med 119 kvinnliga ishockeyspelare från Sverige och Kanada samt kvalitativa intervjuer med åtta tränare i Sverige, Kanada och USA.

Resultaten visar att de nordamerikanska spelarna har högre maximal isometrisk benstyrka, bättre löpacceleration och hoppkapacitet i stående längdhopp på ett ben samt högre anaerob uthållighet på is. De svenska spelarna hade istället mindre kroppsfett, mer fettfri massa och högre aerob kapacitet.

– Det är möjligt att den kanadensiska fysiologiska profilen är bättre anpassad för ishockeyprestation än den svenska eftersom enbenstester och stående längdhopp visade sig ha ett starkt samband med skridskoåkning, säger Tommy Henriksson.

Svenska damspelare får betala själva
Forskningsresultaten visar också att fälttester i princip är lika bra som laboratorietester när det gäller att förutsäga skridskoåkningsförmåga.

Avhandlingen pekar på mycket stora skillnader i ekonomiska förutsättningar för kvinnliga ishockeyspelare i USA och Kanada jämfört med i Sverige. De nordamerikanska damspelarna kan tack vare system med studiefinansiering via stipendier få ekonomiskt stöd långt upp i åldrarna, medan de svenska spelarna tvingades bekosta sitt idrottande själva efter att de gått ut gymnasiet.

– Förhoppningsvis kan resultaten i avhandlingen bidra till att man kan nyttja damhockeyns knappa resurser effektivare och förbättra prestationen. Men man kommer inte ifrån att ekonomiskt och strukturellt stöd är faktorer som måste förbättras för att damhockeyn ska kunna utvecklas, säger Tommy Henriksson.

Tommy Henriksson är uppväxt i Malmberget och arbetar idag med fysträning och fysiologiska tester på Umeå Performance Center.

Avhandlingen:
Fysiologiska och sociokulturella förutsättningar för prestation inom damishockey. (Engelsk titel: Physiological- and socio-cultural conditions for performance in women’s ice hockey)

Kontakt:
Tommy Henriksson, tommy.henriksson@umu.se, 090-786 66 11, 070-3735981

Läs mer

Posted in BMI

Guldläge för allt elskrot

I april 2017 meddelade teknikföretaget Apple att de har som mål att sluta bryta metaller och mineraler till sina produkter och istället förlita sig på återvunnet material. Det gäller bland annat utvinningen av koppar, aluminium, wolfram och guld. Det finns dock en liten hake – de vet inte hur det ska gå till. Och dagens Appleprodukter innehåller endast en liten del av detta återvunna material.

Okunskap bakom ädelmetallers bortfall
En som forskar på hur metallerna i elavfall bättre skulle kunna återvinnas är Bo von Bahr, teknisk licentiat i miljösystemanalys och projektledare vid forskningsinstitutet RISE Research Institutes of Sweden.

– I dag får man bara ut en liten del av de ädelmetaller som man vet finns i elektroniken, vilket främst beror på att nuvarande EU-regelverk fokuserar på kvantitet av basmetallerna järn, koppar och aluminium och inte på kvalitén. Det finns inga bestämmelser om och för ädelmetaller.

I studien ”Ädelmetaller i avfall” har han och kollegorna vid RISE undersökt hur dessa ädelmetaller, bland annat guld, sitter fast i olika de materialen och hur stora mängder det handlar om. Genom att analysera det som blev kvar efter att farligt avfall avlägsnats och identifierbara komponenter, så som kretskort, bildskärmar och sladdar, återvunnits hittade de både guld, silver och sällsynta jordartsmetaller.

17 sällsynta jordartsmetaller
Sällsynta jordartsmetaller – eller rare earth elements (REE) – är en grupp med 17 grundämnen som alla är metaller (skandium, yttrium, lantan, cerium, praseodym, neodym, prometium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, tulium, ytterbium, lutetium).

Metallerna, som egentligen inte är så sällsynta, används i allt från smarta mobiler och surfplattor till elbilar och vindkraftverk. Mer än 97 procent av den globala utvinningen sker i Kina, vilket gör resten av världen extremt beroende av landets billiga arbetskraft och miljöfarliga gruvor.

Sällsynta jordartsmetaller har påvisats på flera ställen i Sverige, bland annat i Stockholms skärgård och vid Vättern. Flera gruvföretag är intresserade av att utvinna metallerna och berggrunden vid Norra Kärr vid Vättern rankas som ett av de mest intressanta projekten i Europa.

Källa: SGU och Bo von Bahr

– Man vet ungefär hur mycket guld det finns i till exempel kretskort från datorer och det finns också speciella processer för att ta vara på det. Men det kan ju finnas guld i många andra elektroniska prylar, till exempel modem, hårtorkar och radioapparater, och där är det mycket svårare eftersom man inte vet hur mycket eller var det finns.

Att man inte tidigare har brytt sig om att forska på hur dessa metaller kan utvinnas beror enligt Bo von Bahr på att återvinningen, precis som mycket annat, styrs av ekonomin. Så länge det är dyrare att köpa återvunna ädelmetaller än metaller utvunna ur gruvor så är drivkraften låg för återvinning.

Bara en sjättedel återvinns
Det är även ekonomin som styr huruvida ett land överhuvudtaget anser att det är lönt att återvinna elavfallet eller om de tjänar mer på att exportera det till ett fattigt land i exempelvis Afrika. Trots att detta är olagligt exporterades enligt FN 41 miljoner ton elavfall till afrikanska nationer år 2014, varav bara en sjättedel återvanns på rätt sätt.

– Dess länder får sin närmiljö förgiftad och arbetarna sin hälsa förstörd på grund av dåliga utvinningsprocesser. De manuella återvinningsprocesserna gör också att en del ädelmetaller går förlorade, men det är ett långsiktigt problem.

För att komma till rätta med elavfallet på avvägar föreslår han ekonomiska styrmedel.

– Man kan kanske betala en pant när man köper en tv som man får tillbaka när man lämnar den till återvinning? Att utveckla en databas för att registrera elektronik i ett pantsystem borde inte vara så svårt. Ett annat alternativ är att införa skatt på det som utvinns ur jordskorpan så att det blir billigare att återvinna än att gräva. Sen underlättade det ju också om sakerna håller så länge som möjligt och att man kan reparera dem när de går sönder.

22 kilo elavfall per person

o