Årets nobelpris i kemi har revolutioneret alt fra fjernsyn og LED-lamper til cellebiologi

Forestil dig en lillebitte prik i nanostørrelse. En prik, som altså er mange millioner gange mindre end tykkelsen på en sytråd.

Så lillebitte er den opdagelse, som netop har fået Nobelprisen i kemi 2023.

Prisen bliver nemlig givet til to amerikanske og en russisk forsker »for opdagelsen og syntesen af kvanteprikker.«

Kvanteprikker – også kaldet kvantepunkter eller kvanteøer – er ekstremt små partikler, som kan designes, så de udsender lys i forskellige farver. Og denne evne til at udsende lys i bestemte farver bliver i dag brugt i en lang række forskellige teknologier og forskningsfelter.

»Jeg har i mange år tænkt, at der snart burde komme en nobelpris til kvanteprikker,« siger Eva Arnspang Christensen, som er lektor og leder af Bioteknologisk Sektion på Institut for Grøn Teknologi Syddansk Universitet, og som selv arbejder med kvanteprikker til daglig.

»Kvanteprikker har revolutioneret måden, man studerer levende celler, så man i dag kan lave cellebiologisk forskning, som slet ikke var muligt før. Men det har også haft indflydelse på helt andre forskningsfelter, så det for eksempel kan bruges til at lave solpaneler eller LED-lamper.«

Hvem får prisen?

De tre forskere, som ligeligt deler den prestigefyldte nobelpris, er Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus og Alexei I. Ekimov.

Moungi G. Bawendi er en amerikansk kemiker med fransk-tunesiske rødder, og han er professor ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA.

Amerikanske Louis E. Brus er professor i kemi ved Columbia University i USA, mens den russiske fysiker Alexei I. Ekimov i dag er ansat ved det amerikanske firma Nanocrystals Technology Inc. i New York.

»Man kan altid diskutere, hvem der burde få æren for et felt, for der er også forskere, som har lavet vigtige landvindinger og videreudviklet opdagelsen. Men når det gælder nobelprisen, går den næsten altid til dem, som tænkte tankerne først, og derfor synes jeg, at deres nobelpris er velfortjent,« siger Eva Arnspang Christensen.

Fysikere bruger prikker til kvanteteknologi

Mens Eva Arnspang Christensen udnytter kvanteprikker til cellebiologisk forskning, udnytter professor Peter Lodahl kvanteprikker til fysik-eksperimenter – for eksempel inden for kvanteinternet, kvantekryptering og kvanteinformationsteknologi.

»Kvantepunkter – eller kvanteprikker – er små nanopartikler, som kan sende lys ud med veldefinerede egenskaber. Man kan tænke på en kvanteprik som et kunstigt atom. Man kan simpelthen designe atomet, så det udsender lys med lige præcis de farver, som vi gerne vil have det til at udsende,« siger Peter Lodahl, som er professor i kvanteoptik ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Han forklarer, at det er størrelsen på det kunstige atom – kvanteprikken – som afgør, hvilken farve af lys som bliver udsendt.

»Jo mindre en kvanteprik er, jo højere energi har lyset, som den udsender. Det er netop det princip, som nobelpristagerne har udnyttet og udviklet metoder til rent kemisk at producere kvanteprikker, som er super gode og har en lang række anvendelsesmuligheder,« siger Peter Lodahl.

Kan udsende én foton ad gangen

Da Peter Lodahl for knap et år siden stod i spidsen for at demonstrere Danmarks første internetforbindelse, som var totalsikret mod hackerangeb – en såkaldt kvantekrypteret forbindelse – udnyttede han netop kvanteprikker.

En kvanteprik gør ham nemlig i stand til at udsende en enkelt lyspartikel – en foton - ad gangen.

»Så det er ekstremt præcis lyskilde, som gør os i stand til at kontrollere lyset helt ned på et niveau, hvor vi kan udsende en enkelt foton ad gangen,« forklarer Peter Lodahl, som selv har arbejdet med kvanteprikker igennem de seneste 20 år.

Overvældende møde med kvanteprikker

På Syddansk Universitet udnytter Eva Arnspang Christensen kvanteprikker på en helt anden måde i sin forskning.

Basalt set gør kvanteprikkerne hende nemlig i stand til at filme, hvad der foregår inde i en lillebitte, levende celle. Eksempelvis kan hun følge enkelte proteiner og se, hvordan de bevæger sig rundt inde i cellen, forklarer hun.

»For mig personligt har mødet med kvanteprikker været fuldstændig overvældende. Jeg har brugt utrolig lang tid af min karriere på at kigge på kvanteprikker i mikroskop og analysere små film, som viser, hvordan proteiner bevæger sig rundt i cellen,« fortæller Eva Arnspang Christensen.

Kan følge enkelte proteiner

Når Eva Arnspang Christensen kan følge og filme de ekstremt små proteiner inde i cellen, så skyldes det, at en særlig biologisk variant af kvanteprikker kan binde sig fast til proteinerne eller andre bittesmå dele af cellen.

»Det smarte er, at man kan følge de enkelte proteiner live, hvis man bruger et hurtigt kamera til at optage lyset fra dem. I min ph.d. viste vi, hvordan man kan give op til fire forskellige proteiner forskellige farver samtidig og følge dem rundt i cellen,« siger Eva Arnspang Christensen.

»Vi behøvede kun at bruge én laser til at belyse de fire kvanteprikker og få dem til at lyse med forskellige farver.«

Dermed har kvanteprikker ifølge Eva Arnspang Christensen bidraget til en ren grundvidenskabelig forståelse af, hvad der foregår i levende organismer på celleniveau – en evne, som potentielt kan være med til at bane vejen for ny indsigt i sygdomme eller udvikling af nye former for lægemidler.

Hvad kan det ellers bruges til?

Nobelpriskomiteen lægger eksempelvis også vægt på, at lyset fra kvanteprikkerne kan udnyttes til at guide kirurger, når de skal fjerne væv fra kræfttumorer, som sidder gemt mellem det raske væv.

Herudover nævner komiteen, at vi eksempelvis møder kvanteprikker på computerskærme og fjernsyn, som er baseret på QLED-teknologi. Kvanteprikker kan også give forskellige farvenuancer til visse LED-lamper, ligesom læger kan bruge dem til at kortlægge biologisk væv.

»Dermed bringer kvanteprikker store fremskridt for menneskeheden. Forskere tror på, at de i fremtiden kan bidrage til fleksibel elektronik, bittesmå sensorer, tyndere solceller eller krypteret kvantekommunikation – så vi er kun lige begyndt at udforske potentialet af disse små partikler,« skriver nobelpriskomiteen i deres pressemeddelelse.

Hvorfor ikke Nobelprisen i fysik?

Under prisuddelingen blev der af journalister sat spørgsmålstegn ved, om kvanteprikker rettelig hører hjemme i kategorien kemi.

Spørger man de to danske forskere, er de også enige i, at kvanteprikker har et ben i flere lejre.

»Prisen kunne også være givet i fysik, men så havde sammensætningen af modtagere set anderledes ud, for her fokuserer de på kemisk skabte kvantepunkter (kvanteprikker, red.). Der findes også en anden type kvantepunkter, som er skabt med fysikmetoder – det er for eksempel dem, jeg selv bruger i dag,« siger Peter Lodahl.

»Men jeg synes at det er yderst velfortjent, at prisen går til de tre kemikerne, for de har lavet afgørende og grundlagsskabende forskning, som har åbnet en masse muligheder indenfor andre felter – for eksempel blev det til kæmpe landvindinger for os fysikere.«

Vindere blev lækket før tid

En anden opsigtsvækkende detalje ved årets uddeling af Nobelprisen i kemi var, at komiteen ved en fejl kom til at lække, hvem årets vindere var omkring klokken 7.30 onsdag morgen.

En pressemeddelelse blev udsendt og opsnappet af svenske medier.

Da pressemeddelelsen blev udsendt, havde komiteen endnu ikke officielt stemt og besluttet, hvem der skulle have nobelprisen.

Komiteen kunne ikke besvare spørgsmålet om, hvordan lækket kunne være sket.

Årets vindere efterfølger dansker

Sidste år gik Nobelprisen i kemi til den danske professor i kemi, Morten Meldal, som ligeledes delte prisen med to andre forskere.

I anledning af et-års jubilæet for nobelprisen har Videnskab.dk interviewet Morten Meldal og hans kolleger for at høre, hvordan den prestigefyldte pris har påvirket hverdagen på Kemisk Institut i København – læs mere i denne artikel.

Årets nobelpriser i fysik og medicin er også blevet uddelt i denne uge og gik til henholdsvis attosekundfysik – som gør det muligt at filme elektroners ultrahurtige bevægelser – og grundforskningen bag coronavacciner.

Opdateret klokken 16.16