On Monday 6 November, it became official which new research projects are recieving grants from the Swedish Research Council in order to implement their ideas. Five projects and a total amount of 20 million SEK went to researchers at the Department of Chemistry and Chemical Engineering at Chalmers University of Technology.
“Warm congratulations to our researchers who can now make their exciting and important research ideas happen. Chemistry and chemical engineering play an important role in meeting our contemporary challenges, so in the long run you can see this as congratulations to all of us, says Hanna Härelind, head of department of Chemistry and Chemical Engineering.
“We are all proud and happy for our colleagues’ excellent achievements in a fierce competition, adds Hanna Härelind
The following researchers and projects were granted: (longer description of each project is found below)
Alexander Giovannitti ”Recyclable electrode materials - A new approach for simplifying the recycling of fuel cell materials”
Angela Grommet "Bottom-up manufacturing of lipid nanoparticles with low permeability"
Merima Hasani ”CO2-chemistry – an overlooked green asset of the aqueous alkaline cellulose solutions”
Nina Kann "Dearomatization and domino reactions as tools for the synthesis of functionalized polycyclic molecules"
Lars Öhrström ”Mechanodynamic properties dependent on topology, building units, and guest molecules in metal-organic framework compounds investigated through diffraction, scattering, sorption, and more.”
Recyclable electrode materials - A new approach for simplifying the recycling of fuel cell materials
Bottom-up manufacturing of lipid nanoparticles with low permeability
The Pfizer and Moderna vaccines against COVID contain instructions called “mRNA” that help your body learn how to fight the virus. These instructions cannot be administered to you directly, because your body would destroy the mRNA before it could do its job. Instead, the mRNA instructions are packaged inside tiny oil droplets called lipid nanoparticles, which help protect the mRNA until the right moment. Nevertheless, these tiny oil droplets cannot shield the mRNA from everything – the mRNA is attacked by oxygen and water, even when it is packaged inside a lipid nanoparticle. This is why the Pfizer and Moderna vaccines must be stored and shipped at ultra-cold temperatures, causing the whole world to invest in specialist planes, trucks, and freezers during the pandemic. In the future, similar technology will be used to treat genetic diseases, and these therapies will be cheaper and more accessible if they can be stored on the countertop and shipped inside normal cargo vehicles, instead of being stored in the freezer and shipped via an ultra-cold supply chain. In this project, we will address this problem by making new lipid nanoparticles that do a better job of protecting their cargo against attack.
We are inspired by archaea organisms, small creatures that live in inhospitable conditions – like inside the boiling, acidic springs of Yellowstone National Park. Their bodies are surrounded by lipids, the same oily material that we use to surround mRNA. But archaea are really good at defending themselves against attack, because their lipids are different from the lipids used in the COVID vaccines. In this project, we will make hybrid lipids – lipids that combine the best parts of archaeal lipids with the best parts of the vaccines. We will then use these hybrid lipids to surround mRNA; study how well the packaged mRNA survives on the laboratory countertop; and compare these results to the Pfizer and Moderna vaccines against COVID. We are hoping that the mRNA packaged inside our lipid nanoparticles will be able to survive for a very long time outside of the freezer.
CO2-chemistry – an overlooked green asset of the aqueous alkaline cellulose solutions
Dearomatization and domino reactions as tools for the synthesis of functionalized polycyclic molecules
Text in Swedish
I detta projekt vill vi med hjälp av metaller och enzymer koppla ihop olika molekyler ifrån trä och växter med varandra, för att skapa startmaterial för läkemedel och molekylära sensorer. Ur miljösynpunkt är katalytiska metoder att föredra, då endast mycket små mängder av metallen behövs i sådana processer. En annan mycket tilltalande metodik är enzymatiska reaktioner, även dessa katalytiska, eftersom sådana transformationer ofta kan utföras i vatten vid rumstemperatur och lätt kan skalas upp för ge stora mängder produkt.
I första delen av vårt projekt vill vi utveckla så kallade dominoreaktioner katalyserade av metaller och enzymer, med aromatiska molekyler som startmaterial. Aromater är platta molekyler med en ring av sex kolatomer, och kan utvinnas ur lignin, en polymer som finns i trä. En annan källa till aromater är återvunnen PET-plast ifrån plastflaskor. Dessa aromater vill vi omvandla till mer komplexa 3-dimensionella strukturer. Målet är att framställa sofistikerade mellanmolekyler för användning inom t.ex. läkemedelsindustrin. På samma sätt som dominobrickor, så kommer vår metod att trigga en kaskad av reaktioner där många bindningar kan bildas för att till slut ge upphov till en molekyl med flera ringsystem.
Andra delen av projektet handlar om att nyttja färgstarka aromatiska molekyler, azulener, som finns i vissa växter som t.ex. kamomill. Vår plan är att utveckla en molekylär sensor ifrån naturligt förekommande azulener för att detektera ett ämne som heter trimetylamin-N-oxid (TMAO). En molekylär sensor är en molekyl som ger ett utslag som kan mätas på olika sätt eller som är synligt genom ett färgomslag, om de utsätts för vissa kemiska ämnen. Enkla fälttest byggda på kemi av detta slag har fått något av en renässans genom mobiletelefonernas kameror och möjlighet att koppla upp sig mot jämförande databaser och specialdesignade appar. Detektion av TMAO är av intresse då denna lilla molekyl visat sig vara viktig i många biologiska processer.
Mechanodynamic properties dependent on topology, building units, and guest molecules in metal-organic framework compounds investigated through diffraction, scattering, sorption, and more
Text in Swedish
Metallorganiska ramverksföreningar (s.k. MOF:ar) är nya material som utvecklats de senaste 20 åren med potentiella tillämpningar inom allt från gaslagring till läkemedelsleverans i kroppen och med kommersiella produkter på marknaden.
I projektet tacklar vi mekaniska och dynamiska egenskaper inbegripet stabilitet.
En viktigt egenskap hos MOF:ar är flexibilitet, det vill säga hur nätverket och strukturen kan anpassa sig och ändra geometri och volym beroende på innehåll i tomrummen eller på yttre stimuli. För detta har vi en ny strategi baserat på de av oss upptäckta vikbara nätverkstopologierna (”foldable nets” Noa et al. JACS 2020) samt också nya sätt att komma åt dessa egenskaper. Resultat visar t.ex. ”gate opening” när en del av våra material utsätts för koldioxidtryck och öppnar sig för gasadsorption inuti nätverket (Noa et al. JACS 2022).
Gällande stabileten är vår taktik att använda bryggande organiska byggstenenar som har minst två uppsättningar av två karboxylsyragrupper sittande på angränsande kolatomer i en aromatisk ring (vicinala karboxylater, den enklast med karboxylatgrupperna i position 1, 2, 4 och 5 på en bensenring). Dessa är sparsamt förekommande i MOF sammanhang, men geometriska överväganden av tusentals strukturer indikerar att dessa bör vara perfekta för att konstruera MOF:ar där vi har obrutna kedjor av metalljoner och karboxylatjoner, så kallade ”rod-MOFs”. Och dessa (Noa et al Chem 2021) är ett sätt att framställa mer stabila material, termiskt såväl som kemiskt.
Projektet kommer att dra nytta av den nya enkristalldiffraktometer för kemiska strukturbestämningar som installerades på Chalmers under 2021.
Vårt slutmål är att sammanställa ett bibliotek, eller dynamomekanisk MOF alfabet (jfr Polhem) som kan tala om för oss vilka byggstenar som ska ingår i en MOF för att ge den förutbestämdas mekaniska och dynamiska egenskaper, viktiga för dess praktiska funktion.