Bioteknologi
Nuclear Magnetic Resonance eller blot NMR er en metode, der anvendes både til at detektere kemiske stoffer og til at finde strukturen af stoffer.
Ved at udsætte en prøve for et kraftigt magnetfelt og et mindre kraftigt varierende magnetfelt kan man få forskellige atomer til at resonere ved forskellige frekvenser af det varierende magnetfelt.
NMR benyttes i hospitalsvæsenet. Her kaldes det dog blot MR, da folk tidligere blev skræmte af nukleardelen af navnet. Ved at lave en MR-scanning af en person kan man måle koncentrationen af forskellige sporstoffer i en person og dermed kortlægge sporstoffets optagelse i kroppen.
NMR benyttes også til at bestemme renheden af prøver både kemisk og isotopmæssigt. NMR-spektret for et stof kan bruges som en slags fingeraftryk, idet både atomare bindinger og isotopsammensætningen påvirker stoffets magnetiske resonans og dermed kan detekteres.
Stikord: magnetisme, kvantemekanik, spin, renhedstest, medicinsk fysik, kemisk analyse
Forslag til kilder for informationssøgning:
Dansk gennemgang på SDU's hjemmeside
Khan Academy: Introduktion til NMR
Når forskellige typer af bakteriekolonier mødes vil de ofte konkurrere om pladsen fremfor at deles. Hvem der vinder disse kampe kan af og til være lidt tilfældigt. En måde man i biofysikken prøver at simulere dette er ved at lade bakterierne spille sten, saks og papir mod hinanden.
Når bakterierne kæmper mod hinanden er det en mindre kemisk krig, der udspiller sig, hvor de udskiller forskellige typer af kemikalier afhængigt af hvilken type bakterier de er og hvilke signalstoffer de registrerer i deres omgivelser. Hvor hurtigt stofferne spreder sig i mediet og hvor modtagelige konkurrenterne er overfor disse stoffer vil i sidste ende være afgørende for hvilken koloni, der vinder. Samtidig leder konkurrencen også til udviklingen af kolonier med resistens overfor antibiotika, da det naturligt vil være de resistente kolonier, der vinder denne krig.
Set fra et fysisk perspektiv er det voldsomt besværligt at simulere. Derfor vælger man i stedet at lade bakterierne spille et spil og tildeler dem præferencer for bestemte slag. Således vil en type bakterie måske foretrække at spille saks og har derfor en 50 % sandsynlighed for at have det som sit træk, mens en anden vil have en stærk præference for papir og derfor slå det 80 % af gangene. Dermed vil den sidstnævnte oftest men ikke altid vinde. Selv om modellen er simpel har den vist sig særdeles brugbar i forskningen.
Stikord: biofysik, bakteriel vækst, spilteori, simulering, programmering, kommunikation mellem bakterier, antibiotikaresistens
Forslag til kilder for informationssøgning:
Videoforedrag med Mogens Høgh Jensen om emnet
Biofysikgruppen ved Niels Bohr Institutet
Wired: How rock-paper-scissors could shape bacterial evolution
Videnskab.dk: Bakterier spiller kortspil med resistens
Evolution of restraint in a structured rock-paper-scissors community
Hvordan formes en cellemembran? Hvor stærk er den? Hvad sker der, hvis man hiver i den eller punkterer den?
Når en virus spreder sig, får den cellen til at dele sig ved at lade en slags trælignende molekyler vokse ud gennem cellemembranen. "Trækronerne" skubber til hinanden på en måde, der tvinger membranen til at bøje sige og med tiden forme en lille vækst, der til sidst bryder fri fra cellen og kan sprede virussen til en ny celle.
Det mener man i hvert fald at kunne vise indikationer af på Niels Bohr Institutet, hvor en forskergruppe arbejder på at undersøge fysikken i cellemembraner. Det er et helt nyt felt, hvor du kan være med til at udvide vores viden på feltet.
Stikord: biofysik, virus, cellebiologi, optisk pincet
Forslag til kilder for informationssøgning:
NBI's forskergruppe for eksperimentel biofysik
Poul Martin Bendix, Niels Bohr Institutet
Guld-nanopartikler er gode til at optage energi fra infrarødt lys eksempelvis fra infrarøde lasere. Almindeligt væv optager ikke særligt meget energi, når det udsættes for infrarødt lys. Hvis man derfor kan lede nogle guld-nanopartikler hen til en tumor kan man ved at bestråle kroppen med en infrarød laser afsætte en stor mængde energi i tumoren og dermed dræbe den.
Ved at binde partiklerne til sukkermolekyler eller andre transportmolekyler, der optages i særlig høj grad i tumorerne kan man dermed opnå en ikke-invasiv kræftbehandling, der i teorien har minimale bivirkninger.
Dette forskes der bl.a. en del i ved Niels Bohr Institutet, hvor du har mulighed for at kontakte forskere, der kan hjælpe med dit projekt.
Stikord: biofysik, kræftbehandling, optisk pincet, guld-nanopartikler, infrarøde lasere
Forslag til kilder for informationssøgning:
Science Daily artikel om behandlingsformen
Video med Lene Oddershede, NBI om emnet
SRP-oplæg fra NBI (obs. Det er for skoleåret 2019/2020)
NBI's forskergruppe for eksperimentel biofysik
Hvordan virker en PET-scanner? Hvordan kan det være en god idé at lade kræftpatienter indtage radioaktivt materiale for derefter at rotere enorme magneter omkring dem?
Nuklear medicin er et af de vigtigste fremskridt inden for medicinsk diagnosticering og benyttes på alle større hospitaler. I Aarhus har de for nylig indviet et stort nyt center med flere scannere end noget andet sted i Danmark. Ved at måle på de radioaktive henfald, der sker inde i en person kan man kortlægge, hvor den største sukkeroptagelse er i kroppen og dermed finde frem til skjulte tumorer i kroppen.
Du kan få lov til at bygge din egen PET-scanner og måle på rigtige prøver.
Stikord: biofysik, PET-scannere, kræftbehandling, metabolisme
Forslag til kilder for informationssøgning:
Videoforedrag med Liselotte Højgaard om nuklearmedicin
Medicinsk fysik - A-niveaubog til emnet fysikken i det 21. århundrede
Fremtiden inden for forskning i strukturen af biologiske materialer ligger i Lund, hvis man skal stole på fysikerne. Her er man i øjeblikket i gang med at bygge instrumentet European Spallation Source (ESS), som bliver verdens kraftigste neutronkilde og kan bruges til at undersøge strukturen af de mindste biologiske byggeblokke. Her kan man eksempelvis finde den tredimensionelle struktur af proteiner og undersøge overfladerne på katalysatorer til brug i både den kemiske og bioteknologiske industri.
Lige ved siden af har svenskerne allerede bygget MAX IV laboratoriet, hvor en af verdens kraftigste røntgenkilder står. Denne kan på samme vis benyttes til at undersøge strukturen af forskellige emner, men da den benytter fotoner i stedet for neutroner, vil man se andre aspekter ved de biologiske materialer.
Men hvordan virker den slags instrumenter egentlig og hvad kan man rent faktisk undersøge med dem? Hvad kan medicinal- og katalysatorvirksomhederne bruge dem til?
Stikord: biofysik, neutronspredning, røntgendiffraktion, proteinstrukturer, katalysatorer
Forslag til kilder for informationssøgning: