"Polymerfunktionaliserade porer”. Det låter jättekrångligt, men är faktiskt ganska konkret. Wallenberg Academy Fellow Andreas Dahlin vid Chalmers avdelning för tillämpad kemi arbetar med att skapa tunna filmer med små porer. Vid varje por fästs polymerer – kedjeformade molekyler – för att fungera som små grindar. På det viset blir poren inte bara ett hål, utan får en funktion.

– Naturliga celler är en bra inspirationskälla. I deras membran sitter massor av proteiner som bara släpper igenom vissa molekyler och spärrar vägen för andra. Det borde gå att skapa konstgjorda system som klarar samma sak, säger Andreas Dahlin.

Borrar minimala hål med hjälp av joner

De smarta filtren består oftast av en metall i kombination med ett isolerande ämne. De två materialen läggs växelvis i extremt tunna lager som bildar ett membran. Tjockleken på lagren kan styras med en precision på någon enstaka nanometer och lagren är som mest hundra nanometer tjocka, en tiotusendels millimeter. Membranet förvandlas till ett filter genom att Andreas Dahlin och hans kollegor borrar hål i det. Men i den här pyttelilla skalan kan man inte använda någon vanlig borr. Istället sprider forskarna ut ett slags små korn på ytan och ovanpå kornen ännu en film, av något tåligt och skyddande material. När kornen skrapas bort blir det kvar håligheter i skyddet. Hela ytan utsätts sedan för joner som reagerar så kraftigt med de oskyddade delarna att det bildas hål rakt igenom membranet. När skyddslagret sedan tas bort, återstår ett membran fyllt av porer som har en diameter på ungefär 100 nanometer.

Vid varje por fästs till sist en polymer, ofta genom att forskarna placerar ut en liten startmolekyl som får polymeren att bygga sig själv på plats. Polymeren ska sedan fungera som en grind som kan öppnas och stängas.

Polymerens form styr funktionen

Mycket av Andreas Dahlins arbete gå ut på att hitta sätt att påverka de fastsatta polymererna så att de släpper igenom just de molekyler man vill. Till exempel finns det polymerer som ändrar form om temperaturen ändras. En av forskargruppens favoritpolymerer är lång och utsträckt i rumstemperatur, men behöver bara bli 32 grader varm för att plötsligt få helt andra egenskaper. Då rullar den ihop sig till en liten boll. I utsträckt läge stänger polymeren filtrets porer, när den krymper ihop öppnar den dem.

Att ändra pH, surhetsgraden, är ett annat sätt att påverka polymererna så att de byter form.

– Man kan också kombinera polymerer, till exempel med en temperaturkänslig på ena sidan porerna och en pH-känslig på andra sidan. Det finns många tricks för att styra genomsläppligheten, säger Andreas Dahlin.

”Att jag blev utsedd till Wallenberg Academy Fellow har gett mig en karriär vid universitetet. Jag har dubblat min gruppstorlek, och äntligen kommit till en storlek där jag verkligen känner att vi är produktiva. Utan anslaget hade jag nog inte suttit här i dag.”

Filter kan göra det möjligt att studera enskilda proteiner

Ett filter som släpper igenom utvalda molekyler skulle kunna användas på många sätt inom biologi, kemi och fysik. Det kan skilja ett ämne från ett annat, eller göra det möjligt att upptäcka extremt små mängder av ämnet i en blandning. Främst siktar forskarna in sig på att filtrera fram proteiner. I framtiden hoppas Andreas Dahlin också att det ska gå att fånga enstaka proteiner inuti porerna, för att närmare kunna studera hur de beter sig under olika förhållanden. Det normala i dag är att molekyler undersöks som grupp, vilket i praktiken ger forskarna ett medelvärde av hur de beter sig. Andreas Dahlin liknar det vid att man skulle ta fram ett medelvärde på ögonfärgen i den svenska befolkningen. Svaret skulle bli ”brungrå” – men det säger ju inte så mycket om hur våra ögon faktiskt ser ut.

– Det jag gör är tillämpad forskning; jag utvecklar en ny teknik. Men min dröm är att den ska göra det möjligt för oss att lära oss mer om hur proteiner fungerar. I så fall blir det största värdet av det här projektet kanske inte tillämpningen, utan den grundvetenskap som tillämpningen leder tillbaka till, säger Andreas Dahlin.

Tycker bäst om att tänka ut experiment

Arbetet med molekylfiltren ger honom gott om tillfällen att göra det han tycker allra bäst om som forskare: att designa nya experiment. Han är som allra mest nöjd när han lyckats tänka ut det perfekta försöket för att få fram just den information som forskargruppen vill ha.

Andreas Dahlin har alltid tyckt om naturvetenskap och matematik, ända sedan han gick i skolan. Men vilket ämne han tyckte bäst om varierade. Kanske är det därför han har hamnat på ett tvärvetenskapligt forskningsområde där biologi, kemi och fysik möts. Men att han skulle bli och förbli forskare har inte varit självklart.

– När jag blev utsedd till Wallenberg Academy Fellow gjorde det en skillnad som mellan natt och dag. Utan anslaget hade jag nog inte suttit här. Det är svårt att få medel till att anställa så många forskare som jag har omkring mig nu. Så kanske hade jag slutat, helt enkelt, och gjort något helt annat. Varit lärare, eller hemmapappa.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström