Professor Gray har genom sin forskning visat att cellulosakristaller orienteras spontant i vattensuspensioner enligt ett specifikt mönster, vilket i sin tur medför unika optiska egenskaper. Likt en skalbagges färgskiftande täckvingar kan filmer av dessa orienterade cellulosakristaller skifta färg beroende på var betraktaren befinner sig. Denna upptäckt har flyttat fram gränsen för vad som var möjligt att göra med skogsråvara och har därmed potential att ligga till grund för en rad nya produkter inom skogsindustriområdet. Grays forskning har inspirerat forskare över hela världen att intensifiera sina studier av nanocellulosa och dess möjliga tillämpningsområden. Forskningen om NCC öppnar för helt nya affärsmöjligheter för den skogsbaserade industrin, på egen hand eller i samarbete med andra branscher.
Upptäckten
Grays upptäckt består i att NCC kan forma stabila kristallina faser i vatten i tillräckligt höga koncentrationer. Genom att forma fasta filmer av dessa suspensioner av kristallin cellulosa går det att få fram filmer med unika optiska egenskaper i våglängder som representerar synligt ljus. Dessa ordnade strukturer kan modifieras och kontrolleras så att de ger fascinerande och unika egenskaper, till exempelvis polariserande speglar, lasrar och optiska säkerhetslösningar med pigment eller tunna filmer som ger olika färger beroende på i vilken vinkel de betraktas. Inte helt överraskande så finner man dessa egenskaper redan i naturen, till exempel i de färgskimrande täckvingarna hos många skalbaggar.
Chirala nematiska strukturer av NCC som resulterar i unika optiska egenskaper liknande de färgskimrande täckvingarna hos många skalbaggar.
Endast fantasin begränsar möjligheterna
Grays forskning har lagt grunden för möjligheterna att exploatera träbaserad cellulosa i en hel rad av nya värdeskapande tillämpningar. Till exempel har nanocellulosa mycket hög specifik yta vilket gör materialet intressant som råvara för olika typer av porösa material, men även för nano-fiberarmering av olika typer av kompositmaterial genom ytmodifiering av nanocellulosa. Andra möjliga tillämpningar kan ses inom flera produktområden såsom applikation av filmer i ”intelligenta” förpackningsmaterial, tryckt elektronik på papper, yt- och fyllnadsmaterial som ger möjlighet till helt nya egenskaper hos papper och kartong, nya avancerade kompositer i byggindustrin, komponenter för bil- och flygindustrin, nya material för att förstärka eller reparera skelettdelar, tillskott till färger, pigment, bläck och i kosmetiska produkter samt färgskimrande eller magnetiska filmer.
Listan av möjliga tillämpningar, som antagligen endast begränsas av fantasin, har inspirerat forskare över hela världen att intensifiera sina studier av nanocellulosa och dess möjliga tillämpningsområden. Forskningen om NCC öppnar för helt nya affärsmöjligheter för den skogsbaserade industrin, på egen hand eller i samarbete med andra branscher.
Nanokristallin cellulosa
Cellulosa består av både kristallina och amorfa beståndsdelar. De amorfa delarna kan lösas ut med hjälp av flera typer av kemiska reaktioner, till exempel hydrolys. Processen resulterar i frigörelsen av nanokristallin cellulosa (NCC). NCC består av styva, nålliknande kristaller av cellulosa, 3-10 nm tjocka och 100-300 nm långa. Grays upptäckt tar sin utgångspunkt i grundläggande forskning som rapporterades redan 1951 av Bengt Rånby vid Uppsala universitet och senare (1959) av Robert Marchessault m fl, vid McGill University i Montreal. Derek Gray och hans, numera avlidna, kollega Jean-Francois Revol fortsatte 1992 arbetet med att extrahera NCC ur trä. De grundläggande arbetena publicerades och patenterades mellan 1992 och 1997 och inspirerade till en intensiv forskning om andra möjliga tillämpningar av nanocellulosa. Särskilt efter 2003-2004 resulterade detta i en explosion av publikationer från olika forskargrupper runt om i världen.
Derek Gray
Professor Derek Gray föddes 1941 och studerade kemi vid Queen’s University, Belfast, Nordirland där han erhöll sin grundexamen 1963. Han blev doktor i polymerkemi 1968 vid University of Manitoba, Winnipeg, Kanada. Han fortsatte sin forskning mellan 1968 och 1971 först vid University of Newcastle-upon-Tyne, England, och sedan vid University of Toronto i Kanada. Från 1974 har han varit anställd vid McGill University i Montreal, först som forskarassistent och mellan 1990 och 2004 som Paprican Adjunct Professor. Från 2004 innehar Gray Paprican/NSERC IRC professuren i cellulosans egenskaper och användning vid Institutionen för kemi vid McGill. Han pensionerades från sin professur i augusti 2011. Gray har varit författare eller medförfattare till 201 vetenskapliga artiklar, patent och bokkapitel. Derek Gray är en mycket uppskattad talare vid konferenser världen över.
Prisceremoni och symposium
Priset kommer att överlämnas av Hans Majestät Konungen vid en ceremoni i Stockholm den 23 september 2013. Den 24 september ordnas ett symposium på det prisbelönade temat och dess betydelse för skogsindustri och samhälle.
Mer information
Mer information om årets Marcus Wallenbergpris kan erhållas genom Kaj Rosén, sekreterare i Marcus Wallenbergstiftelsen, e-post: kaj.rosen@mwp.org; tel: +46 (0)70 6697088, eller genom www.mwp.org