Fra Aarhus Universitet er der to større grupperinger, som deltager i MAX4ESSFUN projektet, da de i stor udstrækning allerede anvender synktron- og neutronstråling fra store faciliteter udlandet.
Strukturbiologi
Den ene gruppe omfatter forskere indenfor strukturbiologi , som arbejder på institut for Molekylærbiologi og Genetik, institut for Biomedicin, og Interdisciplinary Nanoscience Centeret (inano). Der er for tiden ca 100 personer på Aarhus Universitet, som anvender strukturbiologiske metoder. Her anvender de røntgenkrystallografi, småvinkel spredning samt i stigende grad elektronmikroskopi til at studere proteiner og andre makromolekylers atomare opbygning og funktion.
Materialeforskning og Nanoteknologi
Den anden gruppering fra Århus, som deltager i MAX4ESSFUN, omfatter forskere inden for materialeforskning og nanoteknologi, som er tilknyttet Institut for Kemi og det interdisciplinære iNANO center. Her er der i øjeblikket seks forskningsgrupper med tilsammen ca. 100 personer, der benytter sig af synkrotron- og neutronstråling, primært inden for metoderne diffraktion, totalspredning og tomografi. Anvendelsesområderne omfatter bl.a. termoelektriske materialer, ion-batterier, katalysatorer, magnetiske materialer, uorganiske nanopartikler, tyndfilm, brintlagrings-materialer samt bio-uorganiske systemer såsom knogle, emalje, osv. Herunder kombineres med en bred vifte af komplementære analyseteknikker, f.eks. elektronmikroskopi, grundstofanalyse, måling af fysiske egenskaber, termisk stabilitet, osv.
Kendskabet til metoderne spredes ud
’Til vores glæde involverer MAX4ESSFUN nu også en medvejleder fra institut for Geoscience på Aarhus Universitet, som hjælper en postdoc fra Lunds universitet med at studere biomineralisation, det havde vi ikke forudset’, fortæller professor Gregers Rom Andersen.
Helt nye muligheder – Derfor er Århus med
ESS og MAX-IV vil sammen med andre lignende store Infrastrukturanlæg i udlandet åbne helt nye muligheder for vores forskning. Inden for strukturbiologi vil specielt BioMAX stationen på MAX-IV gøre det muligt for forskerne med røntgenkrystallografi at bestemme nye atomare strukturer af proteiner langt hurtigere, end de kan i dag samt studere mere komplekse og sjældne systemer.
’Vi håber også at kunne begynde at studere dynamikken af proteiner. Røntgenstråling er dog ikke optimal til at studere brintatomer, disse har indtil nu nærmest været “mørkt stof” for strukturbiologer. Vi ved, de er der, men observerer dem meget sjældent direkte. Med ESS vil det blive meget nemmere for os direkte at studere brintatomer i proteiner. Specielt tror vi, at det kan blive vigtigt for vores forståelse af reaktionsmekanismer i enzymer’ fortæller Gregers.
”Tilsvarende for hårde materialer vil ESS og MAX-IV også styrke AU’s forskningsgrupper” fortæller center administrator Jacob Becker , og uddyber ”Krystallografisk karakterisering af nye materialer er en nøgle til at forstå deres egenskaber og ultimativt optimere dem til teknologisk anvendelse. En af metoderne er pulverdiffraktion, der tager ”fingeraftrykket” af en krystalstruktur; her er data af høj kvalitet essentielle for at opsnappe subtile atomar-strukturelle ændringer, der i sidste ende kan vise sig kritiske for egenskaber og funktion. Både MAX-IV og ESS vil desuden understøtte ”live”-krystallografi, altså målinger på dynamiske systemer der udvikler sig i realtid. Dette omfatter bl.a. reaktionsveje i kemiske synteser – dannelsen af nanopartikler, bio-uorganisk mineralisering, osv. Et andet eksempel er ion-batterier hvor mekanismerne bag op- og afladning vil kunne studeres direkte. Datasæt optages med andre ord så hurtigt, at de ultimativt kan stykkes sammen som billedframes i en krystallografisk-strukturel ”film”, der viser materialers udvikling under reelle driftsbetingelser.”
Eksperimenter med fokus på energi og sygdomsbehandling
Cancer og Sclerose
Et af de projekter som Aarhus Universitet har under MAX4ESSFUN omhandler protein kinasen RSK2. Formålet er at undersøge, hvorledes en cystein aminosyre i denne kinase danner en kovalent binding med et såkaldt ”Michaels acceptor” molekyle bundet til kinasen. Projektet udføres af ph.d. studerende Marlene Sørensen i samarbejde med Esko Oksanen fra ESS, som er ekspert inden for neutron krystallografi. Ved at anvende denne metode, sigter de mod at bestemme atomare strukturer, hvilket giver mulighed for at opnå en mere detaljeret forståelse af hvorledes kinasen og Michaels acceptoren genkender hinanden samt opnå en forståelse af proteinets dynamiske egenskaber. Denne viden er vigtig for udvikling af fremtidige lægemidler rettet mod RSK og MSK kinaser i forbindelse med behandling af cancer og sclerose.
Fra Varme til energi
Et andet af vores projekter drejer sig om udvikling og forståelse af det termoelektriske materiale ruthenium-arsenid, RuAs2 og udføres i samarbejde med Anders Palmqvist fra Chalmers i Gøteborg. Et termoelektrisk materiale kan ses som parallelt til solceller, blot producerer de elektricitet ud fra varme i stedet for lys. RuAs2 er et højtemperatur-materiale, med god termoelektrisk effektivitet omkring 600-700oC. Disse temperaturer er imidlertid også udfordrende for ethvert materiale, da varmen kan drive kemisk nedbrydning og atomar-strukturelle omlejringer, der ødelægger de termoelektriske egenskaber. MAX4ESSFUN projektet drejer sig om at prøve at forstå disse omlejringer bedre, særligt hvordan de forløber og forekommer ved forskellige syntesemetoder for RuAs2. Håbet er, at udvikle forståelse af hvordan materialets varmestabilitet kan forbedres, med henblik på en fremtidig teknologisk anvendelse til energi-indvinding fra spildvarme.
De ansvarlige i projektet fra Aarhus Universitet er følgende: