Nobelpriset i fysiologi eller medicin

Årets nobelpris i fysiologi eller medicin belönade upptäckter om hur immunförsvaret (vår kropps system för att skydda oss mot tex virus och bakterier) aktiveras. Ralph M Steinman (som tyvärr hann avlida ett par dagar innan priset tillkännagavs) får ena halvan för sin upptäckt av dendritceller på 70-talet. Dendritceller finns utspridda i kroppen och upptäcker när något främmande kommit in i kroppen och aktiverar då det förvärvade immunförsvaret. Bruce A Beutler och Jules A Hoffman delar på andra halvan av priset för sina upptäckter om det medfödda immunförsvaret. Hoffmann upptäckte att mutationer i en viss gen (som kodar för en receptor som kallas Toll) gjorde att bananflugor inte kunde skydda sig mot infektioner. Ett par år senare visade Beutler att samma sak gäller för möss. Här är det relativt nya resultat från andra halvan av 90-talet som belönas. På SvD finns en bra sammanfattning. En mer utförlig beskrivning finns på nobelstiftelsens hemsida.

Nobelpris för palladiumkatalyserade korskopplingar

Som kemist får man faktiskt lov att vara nöjd i år. Ett fysikpris som nästan lika gärna kunde ha varit ett kemipris, och ett kemipris som verkligen är "riktig" kemi.

Palladiumkatalyserad korskoppling alltså. Det är en syntesmetod man använder för att skapa kol-kolbindningar, vilket är oerhört viktigt för exempelvis läkemedelssyntes, men också för displayer och en hel del andra saker som många av oss använder nästan dagligen. Eller som en av kollegorna sa "Man kan inte kalla sig organkemist om man inte kört deras reaktioner". De tre pristagarna, Richard F. Heck (University of Delaware), Ei-ichi Negishi (Purdue University) och Akira Suzuki (universitetet i Sapporo) har nämligen var och en för sig utvecklat sina metoder och därmed också varsin reaktion uppkallad efter sig. (Trivia i sammanhanget är att synteskemisterna som jag samarbetade med under doktorandtuden fick göra en och annan Suzukikoppling för att jag skulle få mina molekyler.)

Man kan säga att årets nobelpris på många sätt är en vidareutveckling av 1912 års nobelpris i kemi, som gick till Victor Grignard för den så kallade Grignardreaktionen*. Där använder man det betydligt mer reaktiva ämnet magnesium i reaktionerna, och det gör risken stor att utbytet inte blir så stort som man önskar och också att man riskerar förstöra sina önskade reaktionsprodukter.

De palladiumkatalyserade korskopplingarna rapporterades redan på 1970-talet, och att de har varit oerhört viktiga för den organiska kemin har varit oomtvistat åtminstone sedan 1990-talet. Så varför vänta så länge med att ge dem priset? Svaret är sannolikt att man har varit tvungen att vänta lagom länge, så att de andra (tex Stille som är känd för sin tenn-baserade stillekoppling) och ett par andra som gjorde liknande, men inte riktigt lika generellt viktiga saker, helt enkelt skulle avlida så att man kom bort från problemet att för många skulle dela priset**.

KVA:s populärvetenskapliga sammanfattning är utmärkt, så jag rekommenderar den intresserade att klicka sig dit och läsa mer om priset.

*En Grignardreaktion innehåller alltid magnesium, men det måste inte vara en Grignardreaktion för att magnesium ingår i reaktionsblandningen.

**Nobelprisen kan nämligen delas av max tre personer.

Nobelpris för grafen

Årets Nobelpris i fysik gick till Geim (även IgNobelpristagare för några år sedan) och Novoselov för banbrytande experiment med materialet grafen.

Det är ett roligt pris för att 1) jag har redan skrivit om det här så det är lätt att göra en Nobelprispostning, 2) Jag jobbar själv lite grann med grafen, 3) det är ny intressant forskning av relativt unga pristagare.

Tyvärr missade jag ju årets Nobelgissning. Jag trodde det var för tidigt för grafen.

Andra bloggar om grafen, fysik, Nobelpriset, vetenskap

Nobelpris för IVF

Årets nobelpris i fysiologi eller medicin går till Robert Edwards för utvecklingen av IVF, in vitro fertilisering, eller provrörsbefruktning som det ibland kallas. För ovanlighetens belönas något som väldigt många redan vet vad det är. Det handlar om tekniken att sammanföra ägg och spermier utanför kroppen och sedan sätta in embryon i livmodern. Detta är en upptäckt som har betytt mycket för ofrivilligt barnlösa par. Lite intressant är att SvD redan i går morse skrev att nobelpriset skulle gå till Robert Edwards. Tidningar har gissat rätt förut men det ovanliga är att istället för de spekulationer som alltid förekommer skrev SvD att de har källor till sina uppgifter.

Årets kemipris...

...var som så många gånger förr snarare ett biologipris än ett kemipris, om än för viktiga och spännande upptäckter. Nämligen ribosomers struktur och funktion.Ribosomer finns i cellerna hos alla levande varelser, och deras uppgift är att läsa av genetisk information och styra produktionen av proteiner.

Pristagarna belönas för att de lyckats fastställa hur ribosomer ser ut på atomnivå, med tekniker som röntgenkristallografi och elektronmikroskopi, för att såsmåningom producera tredimensionella bilder av ribosomerna på atomnivå.

Det här är en grundläggande biologisk upptäckt, som på sikt kan vara en del av den kunskap vi behöver för att komma tillrätta med problemet med multiresistenta bakterier. Och det är stora vetenskapliga framsteg som ligger bakom årets pris. Men det är tveksamt om det verkligen är är att klassificera som kemi. Å andra sidan kan ju en fysikalisk kemist glädja sig åt årets pris i fysik.

I år handlade det om ljus

Årets Nobelpris i fysik får väl sägas hamna i kategorin "alla känner till det". Sällan har väl ett fysikpris haft så direkt inverkan på folks vardag som de optiska fibrerna och CCD-detektorn.

Kinesen Charles K. Kao fick halva priset för att ha listat ut vad det var som begränsade hur långt man kunde skicka ljus genom en optisk fiber. Att glasfibrer kan användas för att leda ljus visste man redan på 1920-talet. Genom att ljuset totalreflekteras när det träffar en yta mellan ett optiskt tätt material (som glas) och tunnt material (t.ex. luft) i hög vinkel kan en stråle skickas genom en glasfiber även om den är böjd. Det är samma effekt som gör att en vattenyta ser ut som en spegel om man ser den underifrån. Men de tidiga fibrerna var inte tillräckligt genomskinliga; efter några tiotals meter återstod bara någon procent av ljuset som skickats in. Det duger inte för långväga kommunikation. Kao, som jobbade på Standard Telecommunication Laboratories i England räknade och mätte och kom fram till att det framförallt var orenheter i glaset som användes i de tidiga fibrerna som låg bakom den dåliga genomsläppligheten. Han föreslog därför att man skulle arbeta på att ta fram glas av ren kiseloxid, det som idag kallas kvartsglas. Kao insåg även att i tjocka fibrer får många olika svängningsmoder hos laserljuset plats. Även detta leder till spridningseffekter som begränsar hur långt man kan skicka signaler. Kao lyckade få gehör för sina idéer och utvecklingen av tunna glasfibrer i superrent glas där en tunn kärna med högt brytningsindex omges av glas med lite lägre brytningsindex utvecklades snart. Dessa singelmodfibrer är det som ligger till grunden för den fantastiska utvecklingen inom kommunikation vi sett de senaste decennierna. Den teoretiska gränsen för överföringshastighet i en optisk fiber ligger någonstans runt 12Tbit/s och även om vi än så länge bara kan utnyttja några procent av detta så är det ändå miljoner gånger mer än vad som är möjligt till exempel med radiovågor; det är inte konstigt att fibrerna är populära som informationsbärare. Idag används runt en miljard km optisk fiber för att skicka data jorden runt. När jag läste en kurs i fiberoptisk kommunikation för några år fick vi höra att runt om i världen lades ny fiber ut med ljudets hastighet, dvs ca 350 meter ny fiber varje sekund, dygnet runt.

Den andra delen av priset handlar också om ljus, men istället om hur man kan fånga det. CCD-detektorn har revolutionerat vetenskaper som astronomi, men även hur vi i vardagen ser på foto. En CCD är som alla vet detektorn i många kameror och gör jobbet att omvandla fotoner, ljuspartiklar, till elektroner som vi kan spara och behandla i våra datorer. Willard S. Boyle och George E. Smith som utvecklade CCDn arbetade på det legendariska Bell Labs när de fick idén efter timslångt brainstormingmöte. Det tog bara några veckor efter det tills den första prototypen tagits fram. Principen bygger på den fotoelektriska effekten som Einstein förklarade i en av sina artiklar från sitt annus mirabilis; när en ljuspartikel träffar ett material kan den slå loss en eller flera elektroner i materialet. Dessa kan man sedan detektera på olika sätt. En CCD består av en p-dopad kiselskiva (p-dopad innebär att ström leds av positivt laddade "hål" istället för elektroner) med en metalelektrod (gate). När en positiv spänning läggs på gaten trycks hålen bort och ett område kallat utarmningsomåde bildas. De elektroner som bildas när ljuset träffas detektorn "fastnar" i utarmningsområdet. Vanligtvis skulle elektronen snabbt träffa ett hål och förintas, men i utarmingsområdet, som fungerar som en brunn för elektroner, finns inga hål kvar. Därför kan man samla på sig elektroner där tills man är nöjd eller tills brunnen är full. Då kommer nästa trick bakom Nobelpriset. För att läsa av hur många laddningar som samlats i varje brunn flyttar man dem rad för rad till kanten av detektorn där de i en speciell läsrad flyttas vidare till en A/D-omvandlare som gör om antalet laddningar i varje brunn till en digital signal. Med hjälp av speciell mjukvara kan man sedan återskapa bilden från detektorn och spara den i digital form.

Det som framförallt gjort att CCDn revolutionerat vetenskap som astronomi är inte bara fördelen att bilden lagras digitalt utan även att CCD är oerhört känslig, därtill känslig för alla färger, från långvågigt infrarött till extremt kortvågigt röntgenljus. Idag är alla teleskop utrustade med CCD-detektorer och rymdteleskop hade inte varit möjligt utan dem. Kepler har en detektor med nästan 100 miljoner pixlar, men att tänka på innan du köper nästa kamera för att hänga med i megapixelracet är Hubble-teleskopet ursprungligen var utrustat med en 2,5MP-detektor - mindre än de flesta mobiltelefoner idag.

Värt att nämna i sammanhanget är hur årets priser verkligen illustrerar principen om att stå på jättars axlar. De optiska fibrerna hade inte fungerat om det inte varit för utvecklingen av lasern (NP 1964) och halvledarlasern (NP 2000). Och CCDn bygger på halvledarteknik (NP 1956) och integrerade kretsar (NP 2000) utan vilket vi inte haft datorer heller.

Andra bloggar om: Nobelpriset, fysik, vetenskap, CCD, optiska fibrer.

Varför försvinner inte kromosomerna

Årets nobelpris i fysiologi eller medicin går till Elizabeth Blackburn, Carol Greider och Jack Szostak för deras upptäckter om telomerer och telomeras.

Frågan som deras forskning har svarat på är hur kromosomerna bibehåller sin längd. Det är nämligen så att då kromosomerna kopieras vid celldelningen så kommer inte den allra yttersta delen av kromosomen med, alltså blir kromosomerna aningen kortare för varje celldelning. Om detta var den enda processen så skulle kromosomerna naturligtvis försvinna tillslut, men de gör de ju inte så något måste finnas som hindrar detta. Detta något är telomerernas (kromosomändarnas) uppbyggnad av repeterade sekvenser (hos människan TTAGGG som upprepar massor av gånger) tillsammans med enzymet telomeras som bygger upp telomererna igen genom att sätta dit nya DNA-byggstenar.

Intressant nog så lyckades DNs Karin Bojs förutsäga pristagarna i en artikel som publicerades igår. Det blir spännande att se om fysik- och kemipristagarna också blir några som nämnts i hennes text.

Ig Nobel prisen

I väntan på den riktiga nobelprisen så kan man läsa om vilka som fått årets Ig Nobel pris som delas ut för upptäckter som först får människor att SKRATTA och sedan TÄNKA. 2009 års pris delades ut igår. Som forskare på Sveriges lantbruksuniversitet får jag väl speciellt nämna priset i veterinärmedicin som tilldelas brittiska forskare som visat att kor som har namn ger mer mjölk än kor utan namn. En komplett lista (på engelska) finns här.

Att göra det osynliga synligt - årets kemipris

Vi diskuterade potentiella nobelprisvinnare i kemi över lunchen i tisdags. Diskussionen avslutades med att vi enades om att vi hoppades att det skulle vara ett "riktigt" kemipris, och inte något som lika gärna kunde ha belönats med medicin/fysiologipriset, eller något som egentligen är mer biologi än kemi. Våra gissningar och förhoppningar slog förstås (och som vanligt) fel...

Hur som helst, årets nobelpris i kemi belönar upptäckten (Shimomura), applikationerna (Chalfie) och vidareutvecklingen (Tsiens) av grönt fluorescerande protein, GFP.

Sammanfattningsvis kan man säga att årets kemipris handlar om att göra annars osynliga biologiska/fysiologiska processer synliga. Med genteknikens hjälp kan GFP sättas in i gener i levande celler, och genom smart design av de här systemen kan fluorescensen slås på eller av, givet en viss händelse eller process i cellen, och på så sätt kan man följa annars "osynliga" biologiska processer. Ett exempel på ett viktigt användningsområden är möjligheten att faktiskt titta på hur cancerceller beter sig i levande vävnad.

Genom utvecklingen av andra, liknande proteiner som fluorescerar vid andra våglängder har man också kunnat konstruera mer komplicerade system, för att kunna följa flera olika steg i ett händelseförlopp. Det bästa exemplet på detta är antagligen de genmodfierade möss som några Harvardforskare rapporterade i Nature förra året. Kombinationen av proteiner som fluorescerar gult, blått och rött ljus ledde till att forskarna kunde följa enskilda nervtrådar i mössens hjärnor. Experimentet döptes förstås till "brainbow".

Det råder inget tvivel om att GFP-upptäckten och dess applikationer är en stor vetenskaplig händelse, som har betytt mycket för medicinsk, biologisk och biokemisk forskning. Men så där väldigt mycket kemi ligger det inte bakom det här priset.

Shimomura upptäckte GFP när han studerade självlysande maneter under 1960-talet. Självlysande maneter är ju nu inte någon typisk kemi, men att studera GFP:s fotofysiska egenskaper är däremot kemiskt så att det förslår (även om det heter fotofysik), och det gjorde Shimomura. Det bör dock tilläggas att om allt stannat vid maneter och GFP:s fluorescens så hade det knappast renderat ett nobelpris.

Men, slumpen ledde till att rundmaskforskaren Chalfie får höra talas om det "självlysande"* proteinet dryga 20 åre senare, och han fick idén att inkorporera GFP i den genomskinliga rundmaskens gener så att han skulle han kunna följa biologiska/fysilogiska/biokemiska processer i masken, genom att lysa på den med UV-ljus. Efter ett drygt decennium av forskning som mest var av molekylärbiologisk och genteknisk karaktär publicerades de första resultaten i Science 1994. Och proteiner är visserligen (stora) molekyler, men man får nog säga att det är relativt ovanligt för kemister att studera rundmaskar på arbetstid...

Nå, hur kul är det med bara grönt ljus? Inte kul alls tyckte Tsiens, och för den delen också flera andra forskargruppper. Så, den självklara fortsättningen var förstås att, genom att studera GFP och framför allt kromoforen (den delen av molekylen som faktiskt får det att lysa grönt) förstå hur man skulle kunna designa andra proteiner, med andra färger. Och allt detta arbete ledde så småningom till publikationer som den om mössens "brainbow". Tsiens är väl också den som är mest kemist av årets kemipristagare, och som faktiskt arbetar på en institution som har ordet kemi med i namnet.

Pristagarna är väl värda att uppmärksammas för sina resultat, därom tror jag inte att det råder några tvivel. Men som det verkligen är ett kemipris kan nog debatteras...

*Det är naturligtvis felaktigt att prata om GFP som "självlysande", eftersom det inte lyser innan det har exciterats med UV- eller blått ljus.

Brutna symmetrier - årets Nobelpris i fysik

Som de flesta säkert läst vid det här laget fick två japaner och en amerikan (med japansk härkomst) årets fysikpris. Att det handlar om brutna symmetrier ser man i rubrikerna, men vad innebär det?

Priset är för teorier inom partikelfysiken och är i sina detaljer mycket svår att förklara. Teorier är nämligen skrivna med ett matematiskt språk, och översättning till svenska eller andra talade språk låter sig bara göras med mer eller mindre korrekta liknelser.

För att börja skrapa på ytan bör man först titta på symmetrier. Inom fysiken, liksom inom konsten, är symmetri en eftersökt egenskap. Symmetrier både förenklar beräkningar och visar vägen mot nya lagar. T.ex. är lagen om rörelsemängdens bevarande en direkt följd av att fysiken är symmetrisk under förflyttning. D.v.s. det spelar ingen roll om man mäter något här ... eller här. Vad Nambu visade på 60-talet var symmetrier ibland kan gömma sig. Trots att all växelverkan, alla krafter, följer en viss symmetri, kan det visa sig att det lägsta energitillståndet (även kallat vacuum- eller grundtillståndet) är asymmetriskt. En magnet har t.ex. en tydlig asymmetri, en nord+ och en sydsida. Men om man hettar upp en magnet, d.v.s. lyfter den från grundtillståndet, till över en kritisk temperatur (Curietemperaturen) så förloras magnetismen och symmetrin är återställd. När magneten åter kyls till under Curietemperaturen så kommer magnetismen och assymetrin tillbaka, symmetrin bryts alltså spontant. Eftersom grundtillståndet är det vi oftast ser, kan vi på så sätt missa viktiga symmetrier. Nambu visade hur det här går till inom de fältteorier som beskriver partiklarnas lagar och att lagarnas symmetrier fortfarande är giltiga, även om grundtillståndet inte är symmetriskt. Ett viktigt, och aktuellt, exempel på ett spontant symmetribrott är att alla partiklar skulle vara masslösa om det inte vore för ett symmetribrott i form av Higgsmekanismen.

Den andra delen av priset går till studierna av ett speciellt symmetribrott som kallas CP-brott. Fysiker brukar identifiera tre grundläggande symmetrier:

• Spegelsymmetri (P för paritet) som innebär att alla lagar fungerar på samma sätt om man byter håll på alla riktningar, höger till vänster, upp till ner o.s.v.
• Laddningssymmetri (C för charge) som innebär att man byter tecken på alla laddningar, dvs byter partiklar mot dess antipartiklar.
  
• Tidssymmetri (T) som säger att fysikens lagar gäller likadant om tiden går baklänges.

Man kan visa att om man tar de grundläggande ekvationerna inom partikelfysiken och byter tecken (+ till -, - till +) på alla riktningar och laddningar och låter tiden gå baklänges, man utför en CPT-operation, så förblir allt oförändrat. Om vi var gjorda av antimateria och levde i en spegelvärld där tiden gick baklänges så skulle vi inte märka någon som helst skillnad. Fram till 1950-talet trodde man dock att allt dessa gällde var för sig. Det visade sig när man studerade radioaktiva sönderfall att man i vissa fall såg en höger-vänster-asymmetri. Saker såg inte likadant ut i en spegel. Man lyckades se att denna P-asymmetri balanserades av en motsvarande C-asymmetri, men att kombinationen CP fortfarande var giltig - en antipartikel i en spegelvärld uppför sig som en partikel.

Men 1964 gjorde James Cronin och Val Fitch mätningar på sönderfallet hos en grupp partiklar som kallas kaoner och upptäckte att även kombination av C och P symmetri var bruten. Detta var helt oväntat och ställde till en del bekymmer för teoretikerna och gav Cronin och Fitch Nobelpriset 1980. Det var Kobayashi och Maskawa som lade fram en teori som förklarade CP-brottet. Deras teori krävde att det skulle finnas tre familjer av de nyligen upptäckta kvarkarna. Tre familjer innebar sex kvarkar, men 1974, när teorin lades fram, hade man bara hittat tre. Maskawa-Kobayashi-teorin fick inte mycket uppmärksamhet. Men allteftersom kvarkarna ramlade in och slutligen när experiment, vid SLAC i Stanford och KEK i Japan, med sönderfall av B-mesoner visade sig ske exakt (inom en felmarginal på några procent) enligt teorin så har Maskawa-Kobayashi-teorin inlämmats i Standardmodellen för partikelfysiken.

CP-symmetrin är intimt förknippad med förhållandet mellan partiklar och antipartiklar, och ett av de stora mysterierna inom kosmologin är just varför det i universum finns mer partiklar än antipartiklar, när de i Big Bang borde skapats i samma omfattning. Man antar att detta beror på ett spontant symmetribrott av CP-typ som ledde till en liten övervikt av partiklar. Vilket gjorde att jag kan skriva det här idag. Problemet är att man idag vet att den nuvarande teorin inom Standardmodellen inte innehåller tillräckligt med CP-brott för att förklara skillnaden. Många hade därför hoppats på att SLAC- och KEK-experimenten skulle motbevisa Maskawa-Kobayashi-teorin och ge ledtrådar om vägen framåt. Så blev det inte, och Maskawa, Kobayashi och Nambu är väl värda sina pris.

För vidare läsning, se t.ex. Nobelkomitténs vetenskapliga bakgrund, Wikipedia (här, här och här), eller för riktig hard core, Maskawas och Kobayashis originalpapper. Nambus originalpublikation i PRL valdes ironiskt nog inte ut som ett "Milestone paper" av tidskriften. För övrigt skrev man om gömda symmetrier redan 2005 på Cosmic Variance.

Intressant?

Nobelpris för virusupptäckter

Årets nobelpris i fysiologi eller medicin belönar två olika viktiga virusupptäckter. Harald zur Hausen från Tyskland får halva priset för sin upptäckt att två typer av humant papillomvirus (HPV) orsakar livmoderhalscancer. Socialstyrelsen föreslog tidigare i år att vaccination av flickor mot HPV ska ingå i det allmänna vaccinationsprogrammet i Sverige. Francoise Barré-Sinoussi och Luc Montagnier från Frankrike delar på den andra halvan av priset som de får för upptäckten av HIV-viruset. Tidningsartiklar som beskriver priset och pristagarna finns bl a hos DN och SvD. 

IG Nobel prisen 2008

I väntan på de riktiga nobelprisen som börjar tillkännages nästa vecka så tänkte jag uppmärksamma IG Nobel prisen som delats ut under den gångna veckan. Här är en lista på 2008 års pris. Mitt intresse för katter gör naturligtvis att min favorit bland årets pris är biologipriset som går till en grupp som visat att loppor som lever på hundar hoppar högre än loppor som lever på katter. Ett pris går faktiskt för ovanlighetens skull till forskning som jag redan hört talas om. Det är medicinpriset som går till forskare som visat att dyrare placebo (sockerpiller) är effektivare än billigare placebo. Det var en artikel som publicerades i mars i år och som uppmärksammades i några tidningar. Alla försökspersonerna fick samma verkningslösa piller men hälften fick veta att de kostade 2,50 dollar per piller och hälften fick veta att priset sänkts till 0,10 dollar. De som trodde de fick dyrare medicin upplevde bättre effekt av den. Jag känner igen det från mig själv som blir misstänksam om jag tycker att något är alldeles för billigt. 

Nobelpris i kemi - modern ytkemi!

Årets nobelpristagare i kemi heter Gerhard Ertl och är numera emeritus professor vid Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft i Berlin. Priset, som han inte behöver dela med någon, får han för att han lagt grunden till den moderna ytkemin genom sina studier av fenomenet "heterogen katalys".

Så vad är heterogen katalys, och vad är det som gör att det är värt ett nobelpris (vilket det enligt min uppfattning utan tvivel är)?

En katalysator är ett ämne som påskyndar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas eller förändras under själva reaktionen. Och att processen är heterogen innebär att reaktionen sker vid någon slags gränsyta, exempelvis genom att molekyler/atomer i gasfas adsorberas till en yta och sedan deltar i en kemisk reaktion, eller mellan molekyler på en yta och andra molekyler i en vätska. Och det handlar förstås om att kunna studera och första dessa reaktioner i detalj, bland annat genom experiment där man i princip studerar enskilda molekyler.

Och precis som för årets fysikpris är kemipriset lätt att relatera till. En av de mest välkända tillämpningarna av heterogen katalys är den katalytiska avgasreningen alla moderna bilar har, där kolmonoxid och kolväten omvandlas till koldioxid. Ett annat exempel handlar om hur man, genom att förstå exakt hur de kemiska processerna går till, kan undvika korrosionsproblem i exempelvis bilar eller flygplan. Heterogen katalys och kemiska reaktioner på ytor är också viktigt för hela halvledar- och mikroelektronikindustrin, och inte minst för utvecklingen av välfungerande bränsleceller.

Årets kemipris har helt enkelt allt! Det är lätt att förstå varför det är viktig forskning, och Ertls forskningsgärning är mycket imponerande, inte minst med tanke på att han utnyttjat alla möjliga tänkbara experimentella tekniker för att söka svar på sina frågeställningar och för att åstadkomma en så fullständig bild som möjligt av fenomenen, och också för att han återvänt till "gamla problem" när utvecklingen av nya instrument gjort det möjligt att få fram ytterligare information. En sann forskarsjäl!

Dags att låta sig inspireras och se om jag kan studera några heterogena elektronöverföringsreaktioner idag kanske...

Gigantisk magnetoresistans - Nobelpris i fysik

Det blev alltså gigantisk magnetoresistans (GMR) som tog hem årets Nobelpris i fysik. Det handlar om hur små magnetfält kan ge stor inverkan på elektrisk resistans, mer om det nedan. GMR är extra intressant av flera anledningar: För det första så är det nog ett av de snabbaste förloppen från upptäckt till produkthylla. Det tog nio år från Peter Grünbergs experiment 1988 tills IBM introducerade sin 16.8 GB-hårddisk med GMR-läshuvud till konsumenterna. För det ändra är GMR en föregångare till spintronik som mycket väl kan leda till nästa revolution inom nanoteknologi/elektronik. Ett par ord om det på slutet.

Vad är då GMR? GMR är en effekt som man finner i transport av elektroner mellan tunna skikt av magnetiska material. Den bygger på att sannolikheten att en elektron skall kunna ta sig från ett skikt till ett annat beror på hur många lediga tillstånd det finns för elektronen i det nya skiktet, detta kallas Fermis gyllene regel och är en allmän regel. I ett ferromagnetisk material finns en energiskillnad mellan elektroner med spinn upp och spinn ner (relativt magnetens riktning) och detta ger en skillnad i antalet fria tillstånd vid Fermienergin som är den energi som de rörliga elektronerna har. I GMR utnyttjar man på ett listigt vis transporten mellan två ferromagetiska material separerade av ett tunt ickemagnetiskt skikt. När de två magnetiska skikten har magnetfält som pekar åt samma håll så är resistansen låg. När magnetfälten vrids relativt varandra blir det svårare för elektronerna att ta sig fram och resistansen ökar. Den är som högst när magnetfälten är motriktade.

En annan effekt man utnyttjar är att om det ickemagnetiska lagret är tillräckligt tunt så kommer fälten att vilja peka åt motsatt håll, och inte åt samma håll som är det vanliga. Om man fäster (pin) det ena lagrets riktning genom att sätta det direkt på en tjockt magnetiskt lager och låter det andra magnetiska skiktet kunna ändras fritt så får man en sorts magnetisk ventil. Normalt är resistansen hög, men med ett (svagt) externt fält kan man vrida det fria lagrets magnetiska vektor och på så sätt minska resistansen. Det är en mycket känslig effekt, och det utnyttjar man i läshuvuden till hårddiskar. En animation hos IBM visar hur.

Spintronik då? I spintronik utnyttjar man att i vissa system rör sig elektroner med ett visst spinn lättare än de med motsatt spinn. Det som gör spintronik så lovande är att byta spinn på en elektron är en process som är snabb och kräver lite energi. I dagens halvledarteknik stänger av och sätter på en transistor genom att med hjälp av ett elektriskt fält knuffe bort laddningar från ledningskanalen i transistor. Om man istället kan stänga av transistorn genom att byta spinn på elektronern skulle processen kunna göras mycket snabbare. Där kan nästa datorrevolution ligga.

Andra bloggar om: Nobelpriset, fysik, vetenskap, nanoteknologi.

Nobelpriset i fysiologi och medicin

Mario R Capecchi, Oliver Smithies och Martin J Evans delar på årets nobelpris i fysiologi och medicin. De får priset för en serie grundläggande upptäckter om embryonala stamceller och DNA-rekombination i däggdjur. Upptäckterna ligger till grund för genmodifiering där man kan slå ut enskilda gener och har varit mycket viktiga för biomedicinsk forskning. Årets pristagare är tre äldre män verksamma i USA respektive Storbritannien och därmed typiska nobelpristagare.

Ig Nobel prisen

2007 års IG Nobelpris har nu delats ut. Det är sjuttonde gången prisen delas ut och i år så prisas bland annat forskning om skador vid svärdsslukning och hur hamstrars jetlag kan botas med potensmedel. En upptäckt som inte direkt känns ny är priset i ekonomi för hur man kan fånga bankrånare genom att släppa ett nät över dem. Jag känner igen det från tecknade serier jag läste som barn.

Här kan man läsa vad BBC skriver om prisutdelningen.

Vem upptäckte kolnanorören?

På väg hem från ett symposium i Stockholm där Sumio Iijima tilldelats Kungliga Vetenskapsakademiens Aminoffpris för sina insatser för att bestämma kolnanorörens struktur. Iijima hyllas ofta som nanorörens upptäckare, och otaliga papper citerar hans artikel i Nature¹ från 1991 med orden ”the discovery of carbon nanotubes”. Iijima nämns ofta i Nobelprisspekulationer. Under sin prispresentation talade han själv om sitt papper som ”upptäckten” av nanorören, och om bilden i artikeln som ”den första mikrografen” av nanorör. Men, det första påståendet är en sanning med modifikation och det andra en ren lögn.

Sanningen är att nanorörens upptäckt är en kontroversiell historia. De första, om än något otydliga, bilderna på kolnanorör publicerades redan 1952 av Radushkevich och Lukyanovich². De visar otvetydig nanorör med en diameter runt 50nm, dvs flerväggiga rör (MWNT). Varken författarna eller någon annan verkar dock ha insett vikten av upptäckten och pappret föll i glömska. Under tiden fortsatte arbete inom fältet som ännu inte kallades nanorör. 1976 publicerade Oberlin et al. en artikel med bilder på vad som kan vara det första enkelväggiga, eller kanske dubbelväggiga, nanoröret.³ Bland författarna fanns Moribu Endo som alltsedan dess gjort mycket arbete inom nanorörsfältet och som varit pådrivande inom kommersialisering av nanorör tex i sportutrustning. 1987 fick Hyperion Catalysis patent på tillverkning av ”cerbon fibrils with a constant diameter […] an outer region of multiple essentially continuous layers of ordered carbon atoms and a distinct inner core“⁴. Alltså precis MWNT!

Det verkliga avstampet för kolnanorören kom 1985 med Kroto, Curl och Smalleys upptäckt av C60 och Krätschmer och Huffmans metod för masstillverkning av fullerener 1990. Det var det som fick upp världens ögon för kolnanostrukturen. När Iijima publicerade sitt papper 1991 där han som första person lyckades härleda deras struktur från elektrondiffraktion så låg det helt rätt i tiden. Och det är ingen tvekan om att det var då som fältet verkligen tog fart. Sedan dess har antalet publikationer om nanorör ökat exponentiellt och fortsätter att öka fortfarande efter mer än 15 år, något som är mycket ovanligt.

Sumio Iijima har alltsedan slutet av 60-talet varit en av de ledande personerna inom elektronmikroskopi och sedan ”upptäckten” en av de absolut ledande inom nanorörsforskning⁵. Det kan ingen ta ifrån honom. Han förtjänar mer än någon annan epitetet ”Mr Nanotubes”, som Sven Lidin från KVA, introducerade honom. Att han däremot skulle vara nanorörens upptäckare är väl dock inte sant. Det hindrar förstås inte att han ständigt omnämns som just detta, och tom KVA kallade honom just det i sin första annonsering av priset (som dock aldrig gick ut till allmännheten utan bara till andra akademimedlemmar.) Iijimas roll som ”upptäckare” av nanorören, och hans villighet att acceptera denna roll, har lett till en bestående konkurrens och ovänskap mellan Endo och Iijima.

Nästan gång ni läser artiklar om Iijima som kolnanorörens upptäckare så kan det vara bra att ha i åtanke att verkligheten ofta är komplicerad och att det är svårt att sätta ett klart årtal eller namn på många upptäckter.

¹ S. Iijima, Nature 354, 56 (1991).
² L. V. Radushkevich, och V. M. Lukyanovich, Zhurnal Fizicheskoi Khimii 26, 88 (1952).
³ A. Oberlin, M. Endo, and T. Koyama, J. Cryst. Growth 32, 335 (1976).
⁴ H. G. Tennent, J. J. Barber, and R. Hoch, United States Patent no 4663230 (1987).
⁵ För övrigt publicerade Iijima bilder på kolnanorör (J. Microscopy) och fullerener (J. Cryst. Growth) redan 1980 utan att veta vad det var han hade mikroskoperat.

Andra bloggar om: Vetenskap, Kolnanorör, Kolnanotuber, Nanoteknologi.