Swedish below
The Annual Surface and Materials Chemistry Symposium, ASMCS, which takes place on October 20-21, will offer many different interesting presentations on surface and materials chemistry. One of the speakers is Fredrik Westerlund, assistant. Professor of Biology and Biotechnology and Head of the Department of Chemical Biology at Chalmers. His research group focuses on nanofluidics, which is used to study everything from DNA to organic reactions.

Foto: Johan Bodell, Chalmers
– Nanofluidics works like microfluidics, but we work with even smaller structures and volumes, says Fredrik Westerlund.
He and his colleagues use advanced tools that were originally developed for the production of very small computer components, to build the channels that they use for their research.
– We call them channels but they are actually square tunnels. They are typically 100×100 nanometers in cross section and usually about 0.5 millimeters long.
The fact that the channels are so small means that you can use very small volumes of liquid in them. In Fredrik Westerlund’s group, a great focus has been on DNA, which can be visualized in the channels using fluorescence microscopy.
– DNA in aqueous solution becomes like a ball of yarn, but when it is placed in a channel, the molecule straightens out. A colleague has expressed that it is “like eating spaghetti with a straw” – when you suck up a spaghetti in the tube, it can’t lie in the same messy fashion as it does on the plate. Instead, it has to stretch out.
One of the uses of the technique of enclosing DNA in a channel is DNA mapping – that is, to map the sequence of the DNA molecule without gene sequencing. This is done by labeling the DNA with molecules that fluoresce when they bind to DNA. In addition, molecules that bind specifically to A-T bases are added to the genome, thereby preventing the fluorescent molecules from binding. Where they end up, it gets dark and the DNA appears “striped” when observed through the microscope.
– We have, among other things, used this technique in epidemiological studies to monitor the spread of plasmids – genetic material that does not belong to the chromosomes of bacteria but which they can share with each other to spread, for example, antibiotic resistance. With our technology, we can see which plasmids are present in a bacterium and whether these have spread, for example in the event of an outbreak of resistance.
In another project, the same method is used to study how DNA is affected by different proteins. Fredrik mentions that an advantage of nanofluidic technology is that you do not have to attach the ends of the DNA to anything to keep it stretched, since it happens automatically in the channel.
– It makes it easier to study what happens at the ends of the DNA molecule, which is difficult with other techniques. Among other things, we have looked at repair of broken DNA, where two new DNA ends are formed.
In addition to DNA, the researchers have also begun to use the nanofluidics technique to study nanoparticles, especially lipid vesicles. They have also used the technology to visualize how organic reactions are catalyzed by metal particles – one particle at a time.
Fredrik will give one of the lectures during the ASMCS meeting which takes place on 20-21 October. Read more about the meeting and register here: ASMCS – Annual Surface and Materials Chemistry Symposium 20 – 21 October 2021
To learn more, read an interview with Andrea Aguilar Sanchez, PhD at Stockholm University, who will also give a presentation at ASMCS: ASMCS: Improving water filtration with biobased nanomaterials – Svenska Kemisamfundet
SVENSKA
Mötet The Annual Surface and Materials Chemistry Symposium, ASMCS, som äger rum den 20-21 oktober kommer att bjuda på många olika spännande presentationer om yt- och materialkemi. En av talarna är Fredrik Westerlund, bitr. professor inom biologi och bioteknik samt avdelningschef för Kemisk Biologi på Chalmers. I hans forskargrupp ligger fokus på nanofluidik, som används för att studera allt från DNA till organiska reaktioner.
– Nanofluidik fungerar som mikrofluidik men vi jobbar med ännu mindre strukturer och volymer, berättar Fredrik Westerlund.
Han och hans kollegor använder avancerade fabrikationsverktyg, ursprungligen utvecklade för att göra väldigt små datorkomponenter, för tillverkning av de kanaler som de använder till sin forskning.
– Vi kallar dem kanaler men de är snarare fyrkantiga tunnlar. De är typiskt 100×100 nanometer i tvärsnitt och oftast cirka 0,5 millimeter långa.
Att kanalerna är så små innebär att man kan använda sig av väldigt små volymer vätska i dem. I Fredrik Westerlunds grupp har ett stort fokus legat på DNA, som kan visualiseras i kanalerna med hjälp av fluorescensmikroskopi.
– DNA i vattenlösning blir som ett garnnystan men när det läggs i en kanal rätar molekylen ut sig. En kollega har uttryckt att det är ”som att äta spaghetti med sugrör” – när man suger upp en spaghetti i röret har det inte möjligheten att ligga så rörigt som på tallriken utan måste sträcka ut sig.
Tekniken med att stänga in DNA används bland annat för DNA mapping – det vill säga för att kartlägga DNA molekylens sekvens utan gensekvensering. Det görs genom att DNA:t märks in med molekyler som fluorescerar när de binder till DNA. Dessutom tillsätts molekyler som binder specifikt till A-T-baser i arvsmassan och därmed förhindrar de fluorescerande molekylerna från att binda. Där de hamnar blir det mörkt och DNA:t blir “randigt” i mikroskopet.
– Vi har bland annat använt den här tekniken i epidemiologiska studier för att följa spridningen av plasmider – genetiskt material som inte tillhör bakteriers kromosomer men som de kan dela med sig av till varandra för att sprida exempelvis antibiotikaresistens. Med vår teknik kan vi se vilka plasmider som finns i en bakterie och om dessa har spridit sig, till exempel vid ett resistensutbrott.
Ett annat forskningsspår är att använda samma metod för studera hur DNA påverkas av olika proteiner. Fredrik nämner att en fördel med nanofluidiktekniken är att man inte behöver fästa DNA:ts ändar i någonting för att hålla det utsträckt, utan det sker automatiskt i kanalen.
– Det gör det lättare att studera vad som händer i ändarna på DNA, vilket är svårt med andra tekniker. Vi har bland annat tittat på reparation av DNA som har gått av, vilket då innebär att två DNA-ändar bildas.
I nya projekt har forskarna börjat använda nanofluidik för att studera nanopartiklar, i synnerhet lipidvesiklar. De har dessutom använt tekniken för att visualisera hur organiska reaktioner katalyseras av metallpartiklar – en partikel i taget.
Fredrik kommer att hålla ett av föredragen under mötet The Annual Surface and Materials Chemistry Symposium som äger rum den 20-21 oktober. Läs mer om mötet och registrera dig här: ASMCS – Annual Surface and Materials Chemistry Symposium 20 – 21 October 2021
Läs även en intervju med Andrea Aguilar Sanchez, doktorand vid Stockholms universitet som också ska hålla en presentation på ASMCS: ASMCS: Improving water filtration with biobased nanomaterials – Svenska Kemisamfundet