ChemieXtra 11/2011 by SIGWERB GmbH

11 / 2011

November 2011

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

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EDITORIAL

Forschung statt Kampfflugzeuge Wenn wieder einmal eine Liste der besten Hoch-

Sonderangebote und Neuheiten regelmäßig ...

schulen publiziert wird, was in letzter Zeit recht häufig geschieht, sind immer auch Schweizer Hochschulen auf den vorderen Plätzen zu finden, allen voran die ETH Zürich. Viel über die Qualität der Schweizer Forschung und Lehre sagt auch die Zahl der Ausgründungen aus: In den letzten fünf Jahren entstanden an der ETH mehr als 100 Spin-off-Firmen. In «ETH Life» vom 14. Oktober 2011 ist zu lesen: «Von den 100 erfolgreichsten Startups der letzten fünf Jahre, die eine Jury des Instituts für Jungunternehmen (IFJ) erkoren hat, sind 33 offizielle ETH Spin-offs.» Da soll noch jemand behaupten, an Schweizer Hochschulen werde Forschung im Elfenbeinturm getrieben! Forschung kostet Geld, besonders in den technischen und naturwissen-

... in den

schaftlichen Disziplinen. Doch auch Bildung allgemein ist ein kostbares Gut, das zwar teuer ist, uns aber teuer sein muss. Jede Kürzung in diesem Sektor bedeutet Rückschritt. Deshalb kann uns nicht gleichgültig sein, was seit einigen Monaten in Bern geschieht; ich denke an die Beschaffung neuer Kampfflugzeuge. Ich bin kein Militärexperte. Dennoch glaube ich zu wissen, dass die Zukunft der Kriegsführung mit Kampfflugzeugen wohl nicht bei bemannten,

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sondern bei den billigeren unbemannten Fluggeräten liegt, den Drohnen. Die Amerikaner haben es uns in Afghanistan und Libyen vorgemacht. Im Übrigen: Wer soll uns angreifen? Die Russen? Die Chinesen? Neue Kampfflugzeuge kosten Geld, viel Geld. Und diese Milliarden sollen durch Einsparungen in anderen Bereichen hereingeholt werden. Dabei stehen Bildung und Forschung wieder einmal im Fokus kurzsichtiger Politiker. Ich hoffe, dass vernünftige Politiker dafür sorgen werden, dass Bildung und Forschung in der Schweiz weiterhin den Stellenwert haben, den sie verdienen. Zu ihrem Schutz werden keine neuen Kampfflugzeuge benötigt.

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Kurt Hermann, Redaktor

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FORSCHUNGSWELT

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Gewinnung von Wasserstoff aus Bioalkoholen 08

Die Wasserstofftechnologie, bei der Wasserstoff aus Biomasse erzeugt und in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt wird, ist ein vielversprechender Ansatz. Forscher um Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock stellen einen neuen Katalysator vor, mit dessen Hilfe sich Bioalkohole zur Wasserstoffgewinnung nutzen lassen. Das Verfahren läuft bei besonders milden Bedingungen effektiv ab.

Zellkulturen aus dem Automaten

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Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 10 × jährlich (5 × im Jahr 2011) Jahrgang 1. Jahrgang (2011) Druckauflage 12000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com

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CHEMIE

Bild 1. Die leuchtende Teflonspitze der Versuchsanlage untersucht den Wafer Stück für Stück.

Umweltfreundliche Herstellung von Wasserstoff

Die Sonne Wasser spalten lassen Die nachhaltige Produktion von Wasserstoff aus nicht fossilen Quellen wird für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft dringend benötigt. Wenn Wasserstoff nachhaltig produziert, gespeichert und in Brennstoffzellen effizient umgesetzt werden könnte, ginge ein technologischer Traum in Erfüllung. Bis dahin müssen aber noch sehr viele höchst komplexe materialwissenschaftliche Probleme gelöst werden. Ingenieure und Chemiker arbeiten mit diesem Ziel im Materials Research Department der Ruhr-Universität Bochum zusammen.

Eine faszinierende Möglichkeit Wasserstoff herzustellen, ist die fotoelektrokatalytische Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, die bereits vor etwa 40 Jahren erstmals beschrieben wurde. Eine Funktionseinheit zur Wasserspaltung besteht aus zwei Elektroden, einem äusseren Kontakt und einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (Elektrolyt), die den elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden im Zellinneren herstellt (Bild 3). Bei der solaren Wasserspaltung findet an der Anode die Sauerstoffentwicklung und an der Kathode die Wasserstoffentwicklung statt. Die fotoaktive Anode besteht aus einem halbleitenden Material: Es verfügt über ein sogenanntes Valenzband, das mit Elektronen gefüllt ist, und ein sogenanntes Leitungs4

band, das leer ist. Bei Energiezufuhr durch Licht werden Elektronen aus dem Valenzband energetisch in das Leitungsband angehoben. Zurück bleibt ein positiv geladenes Loch. Die Elektronen-Loch-Paare können durch die sich entwickelnde Fotospannung voneinander getrennt werden, da sich Valenz- und Leitungsband in der Nähe der Oberfläche verbiegen und so ein elektrisches Feld entsteht, in dem sich die negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Löcher voneinander weg bewegen. Die Elektronen werden über einen äusseren Kontakt (zum Beispiel ein transparent-leitfähiges Oxid) von der Anode zur Kathode geleitet. Dort können je zwei Elektronen in den Elektrolyten übertragen werden, um

zwei H + -Ionen zu H2 zu reduzieren. An der Anode läuft ein entgegengesetzter Prozess ab. Hier können die Löcher im Valenzband der Halbleiterelektrode Elektronen aus dem Elektrolyten aufnehmen. Dabei wird H2O unter Bildung von H + -Ionen zu O2 oxidiert. Der elektrische Stromkreis wird durch die Diffusion der H + -Ionen von der Anode zur Kathode geschlossen. Bisher ist es nicht gelungen, diesen Effekt in ein marktfähiges Produkt umzusetzen. Um eine technologische Nutzung zu ermöglichen, müssen zuerst neue Materialien entwickelt werden, an die höchst schwierige und vielfältige Anforderungen gestellt werden. Die gesuchten Materialien müssen nicht nur Halbleitereigenschaften aufweisen, um über den Fotoeffekt das einfallen11/ 2011

CHEMIE

Bilder: RUB

Materialien für die Fotokatalyse

Bild 2. Die Tropfenzelle beinhaltet die Gegen- und Referenzelektrode, sowie ein Glasfaserkabel, das das Licht auf die Probe leitet. Weiterhin wird sie über eine Mikropumpe mit Elektrolyt gefüllt. Den Kontakt zwischen Zelle und zu untersuchendem Material stellt ein Tropfen mit präzise eingestellter Grösse an der Öffnung der Teflonspitze her. Eine Materialbibliothek wird mittels einer X-Y-Positioniereinheit unter der Zelle entlang gerastert.

de Licht nutzen zu können. Um effektiv möglichst viel Licht in chemische Energie zu wandeln, muss das gesuchte Material auch einen möglichst grossen Anteil des solaren Spektrums absorbieren. Diese Anforderungen ähneln zum Teil denen von Materialien für die Fotovoltaik. Sowohl die angeregten Elektronen im Leitungsband als auch die Löcher im Valenzband müssen zur Oberfläche des Halbleiters diffundieren, wo die Elektronen für Reduktionsreaktionen und die Löcher für Oxidationsreaktionen zur Verfügung stehen. Folglich muss das Material nicht nur die Lichtquanten optimal absorbieren. Die Energieniveaus des Valenz- und Leitungsbands müssen auch an die gewünschte Reaktion angepasst sein – die sogenannte Bandlücke zwischen den beiden darf weder zu gross noch zu klein sein. Materialien mit zu kleiner Bandlücke sind oft instabil und korrosionsanfällig. Für die Anhebung der Elektronen bei einer zu grossen Bandlücke hat das Sonnenlicht nicht ausreichend Kraft. Da elektrochemische Prozesse immer an einer Phasengrenze zwischen einem Elektronenleiter und einem Ionenleiter stattfinden, müssen die gesuchten Materialien für die solare Wasserspaltung zusätzlich in einem Elektrolyten und bei langandauernder Bestrahlung mit Sonnenlicht über ihre Einsatzdauer, das heisst über Jahre, stabil sein. Diese Beständigkeit zu gewährleisten 11/ 2011

ist ein grosses Problem. Jeder kennt den Effekt, dass Gegenstände, die über einen längeren Zeitraum der Sonne ausgesetzt sind, ausbleichen und altern. Natürlich sollten die gesuchten Materialien darüber hinaus möglichst ungiftig, gut verfügbar und preisgünstig sein. Alle diese Anforderungen sind zudem zum Teil gegenläufig: So sind Materialien, die einige erforderliche Eigenschaften gut erfüllen würden, eben nicht beständig genug.

Im Materials Research Department wird zur Entwicklung neuer Materialien für die solare Wasserspaltung das folgende Konzept verfolgt: In der Gruppe von Alfred Ludwig (Werkstoffe der Mikrotechnik) werden Dünnschicht-Materialbibliotheken hergestellt. Diese Materialbibliotheken umfassen viele wohldefinierte, unterschiedliche Materialien, zum Beispiel Metall-OxynitridSysteme, die in einem einzigen Experiment hergestellt werden. Die zu untersuchenden Materialien werden auf eine Platin-Dünnschichtelektrode abgeschieden. Die so hergestellten Materialbibliotheken werden dann gemeinsam mit den Gruppen von Wolfgang Schuhmann und Martin Muhler auf ihre fotokatalytischen Eigenschaften hin untersucht. In der Arbeitsgruppe Muhler (Technische Chemie) werden mögliche Materialien für die Wasserspaltung auf ihre Katalysatoreigenschaften untersucht. Fotokatalysatoren dienen dazu, die Energiebarriere, die am Anfang einer Reaktion steht, zu überbrücken und die gewünschte Reaktion damit energiesparender zu ermöglichen. Das Halbleitermaterial, zum Beispiel Titandioxid, muss wie oben beschrieben in der Lage sein, Licht zu absorbieren, wobei Elektronen-Loch-Paare entstehen. Wichtig ist, dass die gebildeten Elektronen und Löcher

Bild 3. Funktionseinheiten zur fotoelektrokatalytischen Wasserspaltung bestehen aus zwei Elektroden, einem äusseren Kontakt und einem Elektrolyten, der den elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden im Zellinneren herstellt. Links mit externer Spannung, rechts ohne.

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Fotostrommessungen

Bild 4. Elementarschritte der fotokatalytischen Wasserspaltung mit nicht löslichen Halbleiterpartikeln, die zusätzlich mit Co-Katalysatoren für die Wasserstoffentwicklung ausgestattet sind.

an die Oberfläche diffundieren können, ohne vorher zu rekombinieren und sich somit gegenseitig auszulöschen. Die entstandenen Elektronen werden von CoKatalysator-Nanopartikeln (meistens Edelmetalle wie Rhodium, Platin, Gold) aufgenommen und reduzieren an der Oberfläche des Co-Katalysators Wasser zu Wasserstoff (Bild 4). Simultan oxidieren die Löcher an der Oberfläche des Halbleiters Wasser zu Sauerstoff. Dementsprechend entsteht während der Bestrahlung ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem Verhältnis von 2:1.

Tests im Dreiphasenreaktor Ob ein Katalysator für die Wasserspaltung geeignet ist, wird in einem Dreiphasenreaktor untersucht: Der Katalysator liegt in Form von nicht löslichen (dispergierten) Feststoffpartikeln vor, Wasser ist die flüssige Phase und der Reaktor wird von einem reaktionsträgen (inerten) Trägergas durchströmt, das die entstandenen Gase Wasserstoff und Sauerstoff zur Analytik transportiert. Der eingesetzte Vielkanaldetektor erlaubt die kontinuierliche Bestimmung der Konzentrationen der gebildeten Gase, sodass die Aktivität des Katalysators ermittelt werden kann. Die Herausforderung liegt darin, ein hochaktives und stabiles System für die Wasserspaltung mittels sichtbarem Licht zu finden. 6

Die Arbeitsgruppe Schuhmann (Elektroanalytik und Sensorik) widmet sich derweil der Messung des Fotostroms an den unterschiedlichen Materialien in Abhängigkeit einer angelegten Spannung. Je höher der Fotostrom ist, umso grösser ist das Potenzial des Materials, Wasserstoff erzeugen zu können. Anfänglich wurden dazu die Dünnschicht-Materialbibliotheken zersägt und die so erhaltenen Proben einzeln untersucht. Bei diesen Experimenten gibt es oft Überraschungen; so lösen sich zum Beispiel Materialien gelegentlich einfach auf, wenn sie in einem ungeeigneten Elektrolyten gemessen werden. Der Elektrolyt ist notwendig, da reines Wasser einen zu hohen elektrischen Widerstand aufweisen würde und der Stromkreis so nicht geschlossen wäre. Das eigentliche Ziel des Projekts ist es, ein Material zu finden, das ohne eine äussere elektrische Spannung Wasserstoff erzeugt. Zu Beginn des Projekts wurde eine einfache Anlage zur Messung des potenzialabhängigen Fotostroms für Einzelproben aufgebaut und an einem Referenzsystem getestet. Dafür wurde Wolframoxid (WO3) als Referenzmaterial gewählt. Von WO3 ist bereits bekannt, dass es passende Halbleitereigenschaften aufweist und dass es ausserdem auch noch stabil in den meisten wässrigen Lösungen ist. Allerdings sind auch bei WO3 noch einige Aspekte unklar, die einer genaueren Betrachtung bedürfen. So war der Einfluss der WO3-Schichtdicke auf den Fotostrom noch nicht geklärt. Bei relativ grossen Schichtdicken wird das eingestrahlte Licht aufgrund des vergrösserten Absorptionsvolumens besser ausgenutzt. Gleichzeitig nehmen allerdings auch der Schichtwiderstand und die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von Elektron-Loch-Paaren zu. Beides bewirkt eine Abnahme des Fotostroms.

mit einem Schichtdickengradienten hergestellt (Bild 5). Die Farbe der einzelnen Bereiche hängt dabei nicht nur vom Material ab, sondern, aufgrund von Interferenzeffekten auch von der Schichtdicke. Da die Herstellungsparameter grossen Einfluss auf die Mikrostruktur der Dünnschichten haben, wurden die Schichtdickengradienten bei unterschiedlichen Prozessgasdrücken des Argon-Sauerstoff (Ar/O2)-Gasgemischs von 3 bis 40×10 –3 mbar abgeschieden. Bei einer konstanten Spannung von 1 V zeigen die Fotostrommessungen eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Schichtdicke und vom Prozessgasdruck (Bild 6). Zwei Fälle können unterschieden werden: Messkurven mit einem Maximum bei niedrigen Schichtdicken (~200 nm) und Messkurven mit einem Maximum bei grossen Schichtdicken (~500 bis 600 nm). Die Maxima im Fotostrom bei niedrigen Schichtdicken treten in den Proben auf, die bei niedrigen Drücken (3 und 13×10 –3 mbar) abgeschieden wurden. Diese bestätigen auch die Vermutung, dass eine optimale Schichtdicke existiert, welche für WO3 bei etwa 150 bis 200 nm liegt. Allerdings scheint die optimale Schichtdicke wiederum eine Abhängigkeit vom Kammerdruck bei der Herstellung des Materials aufzuweisen. In den Proben, die bei höheren Drücken gesputtert wurden, steigt der Fotostrom kontinuierlich und erreicht ab etwa 500 nm eine Sättigung. Dieses Verhalten konnte mithilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) erklärt werden. Die TEM-Probenquerschnittsaufnahme einer bei 40×10 –3 mbar abge-

Suche nach der optimalen Schichtdicke Es ist eine nahe liegende Vermutung, dass sich diese Effekte so kombinieren, dass ein maximaler Fotostrom aus einer optimalen Schichtdicke resultiert. Um diese optimale Schichtdicke zu finden, wurden mittels reaktivem Magnetronsputtern WO3-Proben

Bild 5. Herstellung einer Schichtdickengradienten-Materialbibliothek mittels reaktivem Magnetron-Sputtern. Jedes Feld weist eine andere Schichtdicke auf.

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Neue Materialsysteme

Bild 6. Fotostromdichte verschiedener Proben bei einer externen Spannung von 1 V. Die Maxima bei niedrigen Schichtdicken treten in den Proben auf, die bei niedrigen Gasdrücken (3 und 13×10 –3 mbar) abgeschieden wurden. In den Proben, die bei höheren Drücken gesputtert wurden, steigt der Fotostrom kontinuierlich und erreicht ab etwa 500 nm Schichtdicke eine Sättigung.

schiedenen WO3-Schicht lässt fadenartige Poren erkennen, die senkrecht zum Siliciumwafer verlaufen. Diese Poren bilden sich durch den erhöhten Sputtergasdruck und vergrössern effektiv die chemisch aktive Fläche, die mit dem Elektrolyten in Kontakt steht. Die Vergrösserung der benetzten Grenzfläche zwischen Probe und Elektrolyt ist bei elektrochemischen Prozessen ein häufig eingesetztes Mittel zur Steigerung der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit.

Zwischen den Messpunkten kann mit einer angeschlossenen Spritzenpumpe der Elektrolyt automatisch ausgetauscht werden. Der Messaufbau ermöglicht es, eine komplette Materialbibliothek automatisiert auf ihre Fotostromeigenschaften hin zu testen. Der Zusammensetzungsbereich, der dabei abgedeckt werden kann, wäre mit den zuvor vorgestellten Elektroden auf Waferstreifen nur unter hohem Zeit- und Materialaufwand erreichbar.

Nun steht die Ausweitung der Forschungsarbeiten auf neue Materialsysteme an, wobei das quaternäre System W-Fe-Ti-O im Fokus der Arbeiten stehen wird. Bisher wurden nur die binären Metalloxide Titandioxid (TiO2), Eisen(III)-oxid (Fe2O3) und Wolframoxid (WO3) untersucht. TiO2 besitzt die besten katalytischen Eigenschaften, wohingegen die Bandlücke von Fe2O3 die umfassendste Ausnutzung der von der Sonne eingestrahlten Energie erlaubt. Von einer Kombination dieser drei Verbindungen versprechen sich die Forscher die Entdeckung eines neuen Materials, das sowohl ausreichend Licht des sichtbaren Spektrums absorbiert als auch stabil gegen Korrosion ist und eine Bandlücke aufweist, die die Wasserspaltung ohne äussere elektrische Spannung erlaubt.

Quelle Der vorliegende Artikel ist ein Nachdruck des Artikels «Umweltfreundlich – Die Sonne Wasser spalten lassen» in «Rubin», Sonderheft 11, Seiten 26–33 (2011). Die Autoren sind: Alfred Ludwig, Martin Hofmann, Wilma Busser, Martin Muhler, Kirill Sliozberg, Wolfgang Schuhmann vom Materials Research Department der Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstrasse 50, D-44801 Bochum.

Automatisierte fotochemische Messungen Um eine effiziente Charakterisierung der Materialbibliotheken zu ermöglichen, wurde in der Gruppe Schuhmann die fotoelektrochemischen Messungen automatisiert. Dazu wurde eine sogenannte Rastertropfenzelle (Bilder 1 und 2) mit integriertem Lichtleiter entwickelt, der mit einer Xenonlampe verbunden ist. An die Probe kann die Spannung angelegt werden, während die Gegenelektrode und die Referenzelektrode in der Tropfenzelle die Strommessung erlauben. Eine Teflonmessspitze selektiert eine Fläche der Probe von rund 0,5 mm Durchmesser, sodass eine grosse Zahl unterschiedlicher Materialzusammensetzungen auf einer von der Arbeitsgruppe Ludwig hergestellten Dünnschicht-Materialbibliothek untersucht werden kann (Bild 7). 11/ 2011

Bild 7. Bei einer äusseren Spannung von 1 V mittels der automatisierten Rastertropfenzelle gemessene Fotoströme einer Probe aus Titanwolframoxinitrid (TiWON). Im roten Bereich rechts unten sind Materialzusammensetzung und Elektrolyt am günstigsten.

Bild 1. Verschiedene Katalysatoren für Labortests.

Bild: Likat

Neues katalytisches Verfahren

Gewinnung von Wasserstoff aus Bioalkoholen Die Wasserstofftechnologie, bei der Wasserstoff aus Biomasse erzeugt und in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt wird, ist ein vielversprechender Ansatz. Forscher um Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock stellen einen neuen Katalysator vor, mit dessen Hilfe sich Bioalkohole zur Wasserstoffgewinnung nutzen lassen. Das Verfahren läuft bei besonders milden Bedingungen effektiv ab.

Renate Hoer Ethanol und andere Alkohole geben ihre Wasserstoffatome nicht freiwillig heraus, hochaktive Katalysatoren sind dazu nötig. Bisherige katalytische Verfahren benötigen allerdings recht drastische Reaktionsbedingungen: Temperaturen oberhalb von 200 °C und die Anwesenheit starker Basen. Ziel der Forscher um Matthias Beller vom LeibnizInstitut für Katalyse in Rostock war es daher, einen Katalysator zu entwickeln, der auch bei deutlich milderen Bedingungen effizient arbeitet. Dem Alexander-von-Humboldt-Stipendiaten Martin Nielsen aus Bellers Team ist dies 8

geglückt. Der neue Katalysator zeigt eine bisher unerreicht hohe Effizienz bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Alkoholen unter milden Reaktionsbedingungen. Beller: «Das ist das erste katalytische System, das in der Lage ist, bei Temperaturen unterhalb von 100 °C und ohne Zugabe von Basen oder weiteren Additiven Wasserstoff aus einfach verfügbarem Ethanol zu gewinnen.» Nach ersten erfolgreichen Tests mit einem vergleichsweise einfach umzusetzenden Modellalkohol (Isopropanol) lenkten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf Ethanol. Ethanol gewinnt als erneuerbare Rohstoffquelle zunehmend an Bedeutung, lässt sich aber wesentlich schwerer umsetzen. «Auch

mit Ethanol zeigte das neue Katalysatorsystem unter milden Bedingungen (60–80 °C) eine aussergewöhnlich gute Umsatzrate», sagt Beller, «im Vergleich zu bisherigen Katalysatorsystemen liegt sie um fast eine Zehnerpotenz höher.» Der aktive Katalysator besteht aus einem Rutheniumkomplex, der sich in situ bildet: Ausgangspunkt ist ein zentrales Rutheniumatom, das von einem speziellen Liganden von drei Seiten regelrecht in die Zange genommen wird. Als weitere Liganden fungieren ein Kohlenmonoxidmolekül sowie zwei Wasserstoffatome. Beim Erhitzen wird ein Wasserstoffmolekül aus diesem Komplex freigesetzt. Kommt der verbleibende 11/ 2011

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Komplex wieder in Kontakt mit Ethyl- oder Isopropylalkohol, so holt er sich seine beiden Wasserstoffatome einfach wieder – und der Zyklus kann von neuem beginnen (Bild 2). Quelle: Angewandte Chemie

Bild: Kurt Hermann nach [1]

Originalpublikation [1] Martin Nielsen et al., «Efficient Hydrogen Production from Alcohols under Mild Reaction Conditions», Angewandte Chemie 123 [41], 9767–9771 (2011).

Bild 2. Vorgeschlagener katalytischer Zyklus für die Dehydrogenierung von Ethanol und Isopropan.ol durch den in situ gebildeten Katalysator A.

Kontakt Prof. Dr. M. Beller Leibniz-Institut für Katalyse (Likat) Universität Rostock Albert-Einstein-Strasse 29a D-18059 Rostock matthias.beller@catalysis.de www.catalysis.de

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Vielversprechendes Magnesiumborhydrid

Randvoll mit Wasserstoff gefüllt Wasserstoff könnte einer der wichtigsten Energieträger in einer auf erneuerbaren Rohstoffen basierenden Energiewirtschaft sein. Dem steht allerdings noch entgegen, dass bisher kein idealer Wasserstoffspeicher gefunden wurde. Ein Team um Yaroslav Filinchuk von der Université Catholique de Louvain, Belgien, und Torben R. Jensen von der Universität Aarhus in Dänemark stellen eine neue hochporöse Form von Magnesiumborhydrid vor, die Wasserstoff auf zwei Weisen speichern kann: chemisch gebunden und physikalisch adsorbiert.

Renate Hoer Der ideale Wasserstoffspeicher sollte den Wasserstoff effizient und sicher auf engem Raum speichern und bei Bedarf leicht wieder hergeben. Er sollte bei moderaten Bedingungen rasch wieder aufladbar und dabei möglichst leicht und kostengünstig sein. Eine Variante ist die Speicherung in festem Zustand: So kann Wasserstoff beispielsweise chemisch in Form von Borhydrid-Verbindungen gebunden oder als Moleküle in nanoporösen Materialien adsorbiert werden, wie etwa in metallorganischen Gerüsten. Die Forscher haben ein Material gefunden, das beides kann. Es handelt sich dabei um eine neue hochporöse Form von Magnesi-

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umborhydrid – dem ersten Leichtmetallhydrid, das wie ein metallorganisches Gerüst porös und in der Lage ist, molekularen Wasserstoff zu speichern.

Verschiedene Modifikationen von Magnesiumborhydrid Magnesiumborhydrid – Mg(BH4)2 – ist eines der vielversprechendsten Materialien für die chemische Wasserstoffspeicherung, denn es gibt Wasserstoff bereits bei relativ niedrigen Temperaturen ab und enthält einen hohen Gewichtsanteil Wasserstoff (rund 15 Prozent). Bisher waren zwei Modifikationen, α und β, bekannt. Den Forschern ist es gelungen, eine weitere, als γ-Form bezeichnete Modifikation herzustellen. Das Porenvolumen macht etwa 33 Prozent der Struktur aus. Dabei sind die Kanäle breit genug, um kleine Gasmoleküle wie Stickstoff, Dichlormethan und vor allem Wasserstoff aufzunehmen und zu speichern. Interessanterweise verwandelt sich das Material bei hohem Druck in ein verschachteltes, nichtporöses Gerüst, das eine um fast 80 Prozent höhere Dichte hat. Diese δ-Form ist damit das Material mit der zweitgrössten Wasserstoffdichte – mehr als doppelt so dicht wie flüssiger Wasserstoff. Ein weiterer Superlativ: Während der Umwandlung findet eine 44-prozentige Volumenkontraktion statt. Das ist die höchste, die bisher für ein Hydrid beobachtet wurde. «Eine Kombination der chemischen (durch kovalente Bindung) und der physikalische (durch Adsorption in den Poren) Speicherung von Wasserstoff scheint nur schwer in eine praktische Anwendung umsetzbar zu sein», führen Filinchuk und Jensen aus. «Auf jeden Fall aber zeigen die Ergebnisse die

Bild: Angewandte Chemie

Bild 1. Eine hochporöse Form von Mg(BH 4) 2 (Mg grün, BH 4 blau, Elementarzellen rot) adsorbiert H 2, N 2 und CH 2Cl 2 reversibel.

Existenz einer neuen Klasse hydridbasierter poröser Feststoffe auf, die zur Speicherung und Trennung diverser Gase geeignet scheinen.» Quelle: Angewandte Chemie

Originalpublikation Yaroslav Filinchuk et al., «Porous and Dense Magnesium Borohydride Frameworks: Synthesis, Stability and Reversible Absorption of Guest Species», Angewandte Chemie, Article first published online: 9 Sep 2011, DOI: 10.1002/ange.201100675 11/ 2011

CHEMIE

Röntgenemissionsspektren von flüssigen Proben

Ein Sensor für Wasserstoffbrückenbindungen Wissenschafter des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben einen Sensor für die Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Wasser gefunden. In Röntgenspektren fanden sie einen Peak, der empfindlich auf das Brechen von Wasserstoffbrücken reagiert.

Sie geben dem Wasser seine besonderen Eigenschaften, sie sind der Grund für viele biochemische Phänomene und ihre Existenz wird sogar im Chemieunterricht behandelt: die Wasserstoffbrückenbindungen. Es sind anziehende Kräfte, die sich zwischen benachbarten Wassermolekülen bilden beziehungsweise allgemeiner ausgedrückt: zwischen einem Wasserstoffatom und einem elektronegativen Atom wie Sauerstoff oder Stickstoff. Diese anziehenden Kräfte verändern die Geometrie und die elektronische Struktur des Moleküls. Wenn man flüssige Proben mit Röntgenmethoden untersucht, zeigen sich diese Kräfte in den Röntgenspektren, indem sie die verschiedenen Messsignale (Peaks) beeinflussen.

WasserstoffbrückenNetzwerk aufgebrochen Kathrin Lange und ihre Kollegen vom HZB haben untersucht, welchen Einfluss Wasserstoffbrückenbindungen auf ihre Röntgenemissionsspektren haben. Sie haben dazu in einer Messreihe zunächst reines Wasser untersucht und dieses dann zunehmend mit Acetonitril verdünnt. Die Vermischung mit Acetonitril führt zum Aufbrechen des Wasserstoffbrücken-Netzwerks zwischen den Wassermolekülen. Dieses Aufbrechen konnten die Wissenschaftler erstmals im Spektrum nachweisen: Sie fanden einen Peak, dessen Intensität innerhalb der

Verdünnungsreihe abnahm, wobei die Intensitätsabnahme mit der geringer werdenden Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen korrellierte. Damit konnten sie diesen Peak als einen Sensor für Wasserstoffbrückenbindungen identifizieren. Die Röntgenspektren haben die Wissenschaftler an der Synchrotronquelle Bessy II des HZB aufgenommen. An dem Messplatz hat die Gruppe um Emad Aziz dafür eine Mikrojet-Anlage aufgebaut. Erst damit war es möglich, flüssige Proben frei von Membranen mithilfe von Synchrotronstrahlung zu untersuchen. Kathrin Lange betont, dass ihre Ergebnisse nicht nur für das System Wasser/Acetonitril Bedeutung haben. «Unsere Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Röntgenemissionspektren von Wasser aber auch ähnlicher Systeme mit Wasserstoffbrückenbindungen.»

Grafik: HZB

Bild 1. Schematische Darstellung eines Wassermoleküls, welches von Acetonitrilmolekülen umgeben ist.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin

Originalpublikation Kathrin M. Lange et al., «On the Origin of the HydrogenBond-Network Nature of Water: X-Ray Absorption and Emission Spectra of Water-Acetonitrile Mixtures», Angewandte Chemie, Article first published online: 14 sep 2011, DOI: 10.1002/ange.201104161

Kontakt Kathrin Lange Lise-Meitner Campus Hahn-Meitner-Platz 1 D-14109 Berlin Telefon +49 (0)30 8062 14621 kathrin.lange@helmholtz-berlin.de www.helmholtz-berlin.de

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CHEMIE

Wasser ist «Kleber» in biologischen Enzym-Substrat-Verbindungen

Wasser ist aktiver Mitspieler von Enzymen In biologisch aktiven Enzym-Substrat-Kombinationen, wie sie beispielsweise in Medikamenten vorkommen, spielt Wasser eine entscheidendere Rolle als bisher gedacht. Wie ein «Kleber» wirkt das umgebende Wasser, um ein Substrat an der richtigen Stelle eines Enzyms festzuhalten. Dazu wird die Dynamik des Wassers verlangsamt. Wissenschaftler der RUB um Martina Havenith (Physikalische Chemie) konnten in enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern um Irit Sagi vom israelischen Weizmann Institut erstmals «live» die Verlangsamung der Wasserdynamik beobachten und nachweisen.

Enzyme sind natürliche Substanzen, die Stoffwechselvorgänge im Körper beschleunigen und steuern. Sie sind zum Beispiel von zentraler Bedeutung für das Immunsystem, da sie das Gleichgewicht zwischen aktivierenden und hemmenden Abwehrreaktionen steuern und bei Entzündungsreaktionen eine grosse Rolle spielen. Es war seit Langem bekannt, dass enzymatische Funktionen in unterschiedlichen Lösungsmitteln mit sehr verschiedener Geschwindigkeit ablaufen. Bisher ist aber der Beitrag des Lösungsmittels – bei biologischen Prozessen ist das Wasser – auf molekularer Ebene noch ungeklärt.

Die Gruppen von Martina Havenith (RUB) und von Irit Sagi am Institut für Strukturbiologie des Weizmann Institutes haben dazu zwei neu entwickelte experimentelle Techniken kombiniert, um die Bedeutung des Wassers für enzymatische Funktionen direkt nachzuweisen. Gegenstand der Untersuchung waren Matrix-Metalloproteasen (MMP). Sie befinden sich ausserhalb unserer Zellen in der sogenannten extrazellulären Matrix und erfüllen dort auf molekularer Ebene zentrale Aufgaben als Nachrichtenvermittler, Manager oder Wartungseinheiten. Durch den Abbau der extrazellulären Matrix sind die MMP aktiv und unmittelbar am Umbau unseres Gewebes beteiligt, etwa beim Embryooder Tumorwachstum und bei der Wundheilung. Die zahlreichen möglichen Einsatzgebiete machen diese Enzymfamilie zu einem Ansatzpunkt für die Medikamentenentwick12

Bild: RUB

Zwei neue Techniken kombiniert

Bild 1. Schematischer experimenteller Aufbau der Kinetischen Terahertz-Absorptionsspektroskopie: Die kurzen (fs) Pulse des THz-Lasers liefern ein genaues Bild der zeitlichen Änderungen der Wasserfluktuation bei der Ausbildung des Enzym-Substrat-Komplexes.

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lung. «Der Mechanismus zur Aktivierung der Matrix-Metalloproteasen ist allerdings auf molekularer Ebene bisher nur unzureichend bekannt, was einen synthetischen Nachbau erschwert», so Havenith.

Genaue Analyse aller «Mitspieler» Für das genaue Verständnis des Aktivierungsprozesses haben sich die Forscher erstmals in einer umfassenden Analyse alle beteiligten «Mitspieler» vorgenommen: die Matrix-Metalloprotease als «Enzymvehikel», sein aktivierendes Substrat – das «Schlüsselmolekül» – und das Wasser als Lösungsmittel, das den Grossteil der Reaktionsumgebung einnimmt. Im Experiment untersuchten die Wissenschaftler die Bindung des Substrats an das MMP. Mithilfe von zeitaufgelöster Röntgenspektroskopie konnten sie die strukturellen Änderungen in der Nähe des aktiven Enzymzentrums (hier: des Zinkatoms) mit atomarer Auflösung charakterisieren. Mithilfe der kinetischen THz-Absorptionsspektroskopie (KITA) zeichneten sie parallel die zeitlichen Änderungen der schnellen Wasserbewegungen auf.

Medikamentenentwicklung: Wasser berücksichtigen Bei unterschiedlichen MMP-Protein-Kombinationen zeigte sich eine eindeutige Korrelation zwischen den Fluktuationen des Wassernetzwerks, den strukturellen Änderungen und der Funktion. Molekulardynamik-Simulationen lieferten eine Erklärung für die Beobachtungen: Solange das Substrat noch nicht an der «richtigen Stelle» des Enzyms angekommen ist, ist die Wasserdynamik, das heisst, der Partnerwechsel bei den Wassermolekülen (der «Terahertztanz» des Wassers) noch schnell. Zeitgleich mit dem Andocken des Substrats an das aktive Zentrum wird die Wasserbewegung in der Umgebung deutlich verlangsamt. Das Wasser wirkt dort wie eine Art zähflüssiger Kleber, der das Substrat an dieser Stelle festhält. Diese Änderung des THz-Tanzes des Wassers mit der Ausbildung der Enzym-Substrat Bindung wird ausschliesslich bei biologisch aktiven Enzym-Substrat-Kombinationen beobachtet. «Die erstmals untersuchte Ver11/ 2011

langsamung der Wasserdynamik scheint daher ein essenzieller Teil der Funktionssteuerung zu sein», so Havenith. «Es wird daher in Zukunft entscheidend sein, die Rolle des Wassers bei der Entwicklung von Medikamenten zum Beispiel für die Tumorbekämpfung mit zu berücksichtigen.»

THE CHEMICAL DIVISION

FILLING VISIONS

Solvation Science@RUB Diese Arbeiten sind integriert in den Schwerpunkt Solvation Science@RUB, der Thematik des vom Wissenschaftsrat zur Förderung empfohlenen Forschungsbaus Zemos, aus der auch der Exzellenzclusterantrag Resolv der RUB hervorgeht. In der Chemie, in der Verfahrenstechnik und in der Biologie gibt es eine immense Anzahl von Publikationen, die Lösungsmittel als inerte (passive) Medien für molekulare Prozesse beschreiben. Jenseits dieser traditionellen Sichtweise wird aber die aktive Rolle des Lösungsmittels immer deutlicher sichtbar. Neue experimentelle und theoretische Methoden erlauben jetzt die Erforschung, Beschreibung und systematische Beeinflussung der Struktur, Dynamik und Kinetik komplexer Solvatationsphänomene auf molekularer Ebene. «Es ist daher an der Zeit, ein einheitliches Modell mit Vorhersagekraft für Solvatationsprozesse zu entwickeln», so Havenith. Genau das ist das Ziel von Solvation Science@RUB. Quelle: Ruhr-Universität Bochum

PERFORMANCE VISIONS ADAMS® 2000: High-speed filling for powdery products into FFS bags. I I I

Originalpublikation Moran Grossman et al., «Correlated structural kinetics and retarded solvent dynamics at the metalloprotease active site», Nature Structural & Molecular Biology Published online 18 September 2011, DOI: 10.1038/nsmb.2120

Kontakt Prof. Dr. Martina Havenith Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Chemie und Biochemie Universitätsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 24249 martina.havenith@rub.de

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CHEMIE

α-Boreinkristalle eröffnen neue Perspektiven

Industrierelevante Erkenntnisse der Borforschung Einem Forschungsteam an der Universität Bayreuth ist es gelungen, α-Bor eindeutig als thermodynamisch stabile Phase von Bor zu identifizieren. Die jetzt in «Scientific Reports» veröffentlichten Forschungsergebnisse bilden zudem eine Grundlage, um α-Boreinkristalle im Industriemassstab mit Hochdrucktechnologien herzustellen. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für industrielle Anwendungen, insbesondere für die Halbleiterindustrie und die Gewinnung von Solarstrom.

α-Bor ist am stabilsten Lange Zeit war die Wissenschaft uneins über die Antwort auf eine für die Grundlagenforschung und ebenso für technologische Anwendungen hochrelevante Frage: Welches ist die stabilste Borphase? Ein Team um Natalia Dubrovinskaia, Heisenberg-Professorin für Materialphysik und Technologie an der Universität Bayreuth, und Leonid Dubrovinsky am Bayerischen Geoinstitut (BGI) hat diesen Streit jetzt eindeutig zugunsten von α-Bor entscheiden können. Während gemeinsamer Forschungsarbeiten in Bayreuth, in die auch das GeoForschungsZentrum Potsdam einbezogen war, stellte sich überdies heraus: Moderne Hochdruck-Technologien können voraussichtlich so angepasst werden, dass es möglich ist, α-Bor im Industriemassstab zu produzieren. In den Hochdrucklaboratorien des BGI – einem Forschungszentrum der Universität Bayreuth – wurde eine Serie unterschiedlicher Borkristalle synthetisiert, bei Temperaturen bis zu 2300 Kelvin (rund 2030 Grad Celsius) und Drücken bis zu 15 Gigapascal. Ein Vergleich zeigt die Aussergewöhnlichkeit 14

Bild: Natalia Dubrovinskai

Das 1808 entdeckte Bor ist eines der rätselhaftesten chemischen Elemente. Wegen seiner äusserst hohen Reaktivität kommt es in der Natur nicht in Reinform vor. Unter hohen Drücken und Temperaturen lassen sich reine Borkristalle künstlich herstellen. Dabei entstehen, abhängig von der Höhe der Drücke und Temperaturen, drei verschiedene Arten von Borkristallen, die in der Forschung als «Phasen» bezeichnet werden. Diese unterscheiden sich durch ihre unterschiedlich komplexen Strukturen und werden α-, β- oder γ-Bor genannt. Bild 1. α-Borkristalle mit einer Länge von rund 2 mm unter dem optischen Mikroskop. Zahlreiche physikalische Eigenschaften von α-Bor sind für technische Anwendungen von besonderem Interesse. α-Bor ist ein Halbleiter mit breiter direkter Bandlücke, der sich durch einen hohen Härtegrad, Hitzebeständigkeit und eine vergleichsweise geringe Dichte auszeichnet.

dieser künstlich erzeugten Bedingungen: Würde man den Pariser Eiffelturm auf einer Fingerspitze balancieren, entspräche das einem Druck von 10 Gigapascal. Borkristalle der α-Phase entstanden im BGI bei Drücken zwischen 4 und 11 Gigapascal, die mit Temperaturen zwischen 1400 und 1900 Kelvin einhergingen. Die experimentell gewonnenen Daten führten zu dem Ergebnis, dass diese α-Borkristalle – und nicht, wie vielfach vermutet, β-Borkristalle – die stabilste Borphase darstellen. Zugleich gelang es den Forschern, die im Labor synthetisierten α-Borkristalle genauer zu charakterisieren. Eine Reihe von Eigenschaften, die für technologische Anwendungen besonders relevant sind, wurden durch hochpräzise Messungen entweder bestätigt oder erstmals zuverlässig nachgewiesen: α-Bor ist ein Halbleiter mit breiter direkter Bandlücke, zeichnet sich durch einen ausserordentlichen Härtegrad aus, ist hitzebeständig und vergleichsweise leicht.

Einkristalle von α-Bor Von besonderem Interesse für die Forschung und für industrielle Anwendungen sind Boreinkristalle. Einkristalle sind Festkörper mit einer durchgängigen Kristallstruk-

Herstellung von elementarem Bor Erst 1808 stellten Joseph Louis GayLussac und Louis Jacques Thenard Bor durch Reduktion mit Kalium und zeitgleich unabhängig hiervon später Sir Humphry Davy durch Elektrolyse von Borsäure her. 1824 erkannte Jöns Jacob Berzelius den elementaren Charakter des Stoffs. Die Darstellung von reinem kristallisiertem Bor gelang dem amerikanischen Chemiker W. Weintraub im Jahre 1909. Quelle: Wikipedia

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CHEMIE

tur, die von inneren Bruchstellen frei ist und daher keine Korngrenzen aufweist. Eine derartige fehlerfreie Struktur kann einem Einkristall einzigartige mechanische, optische und elektrische Eigenschaften verleihen. Diese Eigenschaften machen Einkristalle zu wertvollen Bestandteilen von Juwelen. Vor allem aber können sie für technologische Anwendungen, insbesondere auf den Gebieten der Optik und der Elektronik, industriell genutzt werden. Vertiefte Forschungsarbeiten zu den Anwendungspotenzialen von α-Bor wurden bislang dadurch erschwert, dass es kein zuverlässiges Verfahren gab, um α-Boreinkristalle zu synthetisieren. Dieses Hindernis ist jetzt ausgeräumt. Der in «Scientific Reports» veröffentlichte Beitrag enthält ein Phasendiagramm, das Stabilitätsfelder der Borphasen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Strukturen abbildet. Damit liegt jetzt eine Anleitung für die gezielte

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Herstellung von Borkristallen vor, einschliesslich von α-Boreinkristallen. Die an der Universität Bayreuth erzielten Forschungsergebnisse erschliessen so die Möglichkeit, Borkristalle für innovative Anwendungen in verschiedenen Technologiezweigen nutzen zu können. Insbesondere für die Halbleiterindustrie ist das voraussichtlich im Industriemassstab produzierbare α-Bor ein hochattraktiver Werkstoff. Zudem eignet es sich möglicherweise für den Bau von Solarzellen, die mit hoher Effizienz das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln.

phase diagram of boron: resolving the long-standing enigma», Scientific Reports 1, Article number 96 (2011).

Kontakt Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia Universität Bayreuth Universitätsstrasse 30 D-95447 Bayreuth Telefon +49 (0)921 553880 natalia.dubrovinskaia@uni-bayreuth.de www.uni-bayreuth.de

Quelle: Universität Bayreuth Originalpublikation Gleb Parakhonskiy, Natalia Dubrovinskaia, Elena Bykova, Richard Wirth, Leonid Dubrovinsky, «Experimental pressure-temperature

chemoline.ch

NEWS

Bild: SFIAR

Maniok und Wissen säen

Die Preisträger Hervé Vanderschuren und Charles Orek vor ihrem Forschungsinstitut in Nairobi, Kenia.

In unseren Breiten ist Maniok kaum bekannt. Für 500 Millionen Menschen in Afrika und

IN KÜRZE ■ Endress+Hauser beteiligt sich an Finesse Solutions. Das US-Unternehmen entwickelt, fertigt und vertreibt Sensoren, Hardware und Software für die Bioprozesstechnik. Durch die Kooperation will das Reinacher Unternehmen die Stellung auf dem Gebiet der Biotechnologie stärken. Finesse Solutions wird das Know-how des Kooperationspartners nutzen, um das Produktportfolio auszubauen und den weltweiten Vertrieb und Service zu stärken. Die Firmen wollen in Bezug auf Produkte, Markt und Kunden eng zusammenarbeiten und sich künftig im Angebot von nachgelagerten Dienstleistungen für die Bioprozesstechnik ergänzen. ■ Georg Fischer investiert am Standort Schaffhausen eine Bausumme in der Höhe von 5,2 Millionen CHF: GF Piping Systems, eine Unternehmensgrup-

Asien ist die Wurzelknolle jedoch die wichtigste Kalorienquelle und kommt täglich auf den Tisch. In vielen Ländern, in denen Maniok angebaut, verarbeitet und gegessen wird, ist jedoch die landwirtschaftliche Ausbildung mangelhaft. Zudem funktioniert die Kette vom geeigneten Saatgut über den korrekten Anbau bis hin zur Lagerung nicht immer reibungsfrei. Die Forschungsgruppe des ETHPflanzenbiotechnologen Hervé Vanderschuren hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, die ganze Produktionskette beim Maniokanbau zu optimieren. Die Forscher haben durch Züchtung und bio-

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IN KÜRZE

pe des Industriekonzerns, weihte am 27. September nach nur achtmonatiger Umbauphase ein modernes Logistiklager auf einer Gesamtfläche von über 11 500 m2 im Ebnat am Standort Schaffhausen ein. Insgesamt konnten zehn zusätzliche Arbeitsplätze geschaffen werden. Das neue Lager bietet Platz für rund 15 000 Palettenplätze zur Lagerung von über 3500 verschiedenen Produkten von GF Piping Systems. ■ Evonik Industries wird in Schanghai World-Scale-Anlagen zur Produktion von Isophoron und Isophorondiamin errichten. Der Konzern investiert über 100 Millionen Euro in die Anlagen, die im ersten Quartal 2014 in Betrieb gehen sollen. Mit den Bauarbeiten auf der Multi-UserSite-China (MUSC), dem Produktionsstandort von Evonik in Schanghai, wird im Frühjahr

technologische Eingriffe die Schädlingsresistenz, den Nährwert sowie die Haltbarkeit der Knolle verbessert. Zudem haben sie auch dafür gesorgt, den Mangel an Fachwissen zu beseitigen, indem sie bewusst Doktoranden aus verschiedenen afrikanischen und asiatischen Ländern am Projekt beteiligten. Dadurch sollen die gewonnenen Erkenntnisse nicht in der Schweiz bleiben, wo sie nur einen begrenzten Nutzen haben, sondern sie über die Doktoranden den Weg in afrikanische und asiatische Pflanzenlabors finden.

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IN KÜRZE

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2012 begonnen. Isophoron wird unter anderem für Lacke und Druckfarben und sein Folgeprodukt Isophorondiamin als Härter für Verbundwerkstoffe – beispielsweise für Windkrafträder – eingesetzt. ■ Roche und Anadys Pharmaceuticals, Inc. haben eine Vereinbarung über den Zusammenschluss getroffen haben. Danach wird Roche Anadys im Rahmen einer Bartransaktion für 3.70 USD pro Aktie vollständig übernehmen. Der Gesamtpreis für die Akquisition beläuft sich somit auf rund 230 Millionen USD. Die im kalifornischen San Diego ansässige Firma Anadys entwickelt kleinmolekulare orale Therapeutika für die potenzielle Behandlung der Hepatitis C-Virusinfektion. ■ Lonza geht eine globale kommerzielle Partnerschaft mit

Für diese Arbeit wurden Hervé Vanderschuren und seine Gruppe am 10. Oktober im Rahmen des Symposiums Food Price Volatility and Food Security in Bern mit dem Forschungspreis 2011 des Schweizerischen Forums für Internationale Agrarforschung (SFIAR) ausgezeichnet. Das Team von der ETH Zürich ist eines von vielen, die sich im Rahmen eines grösseren Projektes mit der Weiterentwicklung von Maniok beschäftigen. Das ganze Projekt wird getragen von der Bill and Melinda Gates Stiftung. Text: Lars Gubler, ETH Life

IN KÜRZE

Lipogen ein, wobei Lonza die exklusiven Verkaufsrechte von Phosphatidylserin (PS) und PSbasierten Formulierungen unter dem Lonza-Namen für Nahrungsergänzungsmittel, Spezialnahrung im medizinischen Bereich sowie Nahrung und Getränke erhält. Lonza beabsichtigt im vierten Quartal 2011 die Markteinführung in den USA und kurz danach die Ausweitung in andere Regionen auf der Welt. ■ Die Veranstalter der Biotechnica 2011 ziehen ein positives Fazit: 618 Aussteller aus 28 Nationen (24 Prozent mehr als im Vorjahr) präsentierten sich vom 11. bis 13. Oktober in Hannover. Die stärkste Auslandsbeteiligung kam aus der Schweiz. 11 000 Gäste – rund ein Viertel aus dem Ausland – kamen an den drei Tagen auf das Messegelände, rund 15 Prozent mehr als 2010.

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NEWS

Eduardo Moreno erhĂ¤lt halben ÂŤNobelpreis der KrebsforschungÂť mĂ¤ssige Leistungen erbringen. Der Gruppe Moreno ist es unter anderem gelungen, einen Code auf der ZelloberflĂ¤che zu identifizieren, mit welchem Zellen stĂ¤ndig die Fitness ihrer Zellnachbarn ĂźberprĂźfen, um bei Gelegenheit die schwĂ¤cheren Mitglieder aktiv zum Zelltod zu bewegen. Diese Selektion stellt normalerweise sicher, dass ein Gewebe immer aus den optimalsten Zellen zusammengesetzt ist und nicht vorschnell altert. Moreno konnte aber auch zeigen, dass gewisse Mutationen Zellen in sogenannte Superkompetitoren verwandeln kĂśnnen, die danach gesunde Gewebszellen als ÂŤungenĂźgendÂť einstu-

fen und zum Zelltod zwingen. Der dabei frei gewordene Platz wird danach von den mutanten Zellen eingenommen. Diese vermehren sich so schleichend im Gewebe, dass kein unkontrolliertes Wachstum â&#x20AC;&#x201C; beziehungsweise Krebs â&#x20AC;&#x201C; feststellbar ist. Sie bieten aber eine Plattform fĂźr die Ansammlung von weiteren Mutationen, was schliesslich zu Krebs fĂźhren kann. Morenos Grundlagenforschung zur Zellkompetition hat einen Mechanismus aufgedeckt, der wahrscheinlich frĂźhe Stadien der Krebsbildung und Metastasierung erklĂ¤ren kann. Das gewonnene Wissen erĂśffnet neue Perspektiven zur Entwicklung

Bild: zvg

Die Dr. Josef Steiner Krebsstiftung hat am 7. Oktober 2011 den renommierten und mit einer Million Franken dotierten Forschungspreis an Eduardo Moreno (UniversitĂ¤t Bern) und Christoph Klein (UniversitĂ¤t Regensburg) verliehen. Der Josef Steiner Krebsforschungspreis gilt als ÂŤNobelpreis der KrebsforschungÂť. Moreno forscht am Institut fĂźr Zellbiologie in Bern und erhĂ¤lt den Preis fĂźr seine Forschung auf dem Gebiet des Wettbewerbs zwischen Zellen (Zellkompetition). Zellen in einem Gewebe kooperieren zwar, fĂźhren aber auch stĂ¤ndig eine Art ÂŤsozialeÂť Kontrolle durch, um Zellen zu eliminieren, die nur

Eduardo Moreno

von Nachweisstoffen, um Krebs potentiell frĂźher zu erkennen und seine Ausbreitung mittels Blockierung der Zellkompetition zu unterbinden. Quelle: UniversitĂ¤t Bern

ERC Starting Grant fĂźr Sebastian Hiller

Bild: UniversitĂ¤t Basel

Der Strukturbiologe Sebastian Hiller vom Biozentrum der UniversitĂ¤t Basel hat den begehrten Starting Independent Researcher Grant des EuropĂ¤ischen Forschungsrats zugesprochen bekommen.

Sebastian Hiller ist Professor am Biozentrum der UniversitĂ¤t Basel.

Hiller erhĂ¤lt die EU-FĂśrderung in HĂśhe von fast zwei Millionen Euro fĂźr seine Forschungsarbeit zur Struktur und Funktion von Membranproteinen.

wichtige Aufgaben bei der SignalĂźbermittlung und beim Transport von BiomolekĂźlen und sind daher von hoher medizinischer Relevanz. In dem ERC-Projekt wird Hiller die NMR-Methode zur Charakterisierung der Strukturen, Funktionen und FaltungsvorgĂ¤nge von Membranproteinen und deren Komplexen bei atomarer AuflĂśsung anwenden. Quelle: UniversitĂ¤t Basel

Im Rahmen seines vom European Research Council (ERC) gefĂśrderten Forschungsprojekts werden Hiller und seine Forschungsgruppe mithilfe der Kernspinresonanzspektroskopie die Struktur und Funktion von mitochondrialen Membranproteinen untersuchen. Membranproteine sind zentrale Steuerelemente fĂźr Regulationsprozesse in den Zellen aller Lebewesen. Sie Ăźbernehmen

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BIOWISSENSCHAFTEN

Enzymfunktion in drei Schritten

Wenn Sauerstoff Proteinen zum Verhängnis wird Enzyme, die zur technischen Herstellung von Wasserstoff genutzt werden, sind empfindlich gegenüber Sauerstoff Wissenschaftler der RUB-Fakultät für Biologie und Biotechnologie untersuchten gemeinsam mit Berliner Forschern den Zeitverlauf der Vorgänge, die zur Inaktivierung der Enzymfunktion in Hydrogenasen führen. «Hydrogenasen könnten von herausragender Bedeutung sein, um Wasserstoff mithilfe von biologischen oder chemischen Katalysatoren zu gewinnen», erklärt Camilla Lambertz (RUB). «Ihre hohe Sauerstoffempfindlichkeit stellt allerdings ein grosses Problem dar. Unsere Ergebnisse können helfen, in Zukunft robustere Enzyme zu entwickeln.»

Sauerstoff greift Eisenzentren an Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Michael Haumann in Berlin fanden die Forscher heraus, dass Sauerstoff sich an das Zweieisenzentrum der Hydrogenase bindet und dadurch einen anderen Bereich des Enzyms aus vier weiteren Eisenatomen ausschaltet. In dem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt zeigten sie erstmals die verschiedenen Phasen des Inaktivierungsprozesses mit der so genannten Röntgenabsorptionsspektroskopie. Für die spezielle Art der Messung nutzen die Wissenschaftler die Synchrotronstrahlungsquelle Swiss Light Source in Villigen, die besonders starke Röntgenstrahlen erzeugt und somit die Charakterisierung von 18

Bild: Camilla Lambertz

Für die meisten Tiere und Pflanzen ist Sauerstoff überlebensnotwendig, doch wirkt er in zu hohen Konzentrationen auf viele Lebewesen giftig und einige Organismen können sogar nur ganz ohne Sauerstoff existieren. Die Sensibilität gegenüber Sauerstoff findet man auch auf der Ebene der Proteine. So sind viele Enzyme, zum Beispiel Hydrogenasen, bekannt, die durch Sauerstoff irreversibel zerstört werden. Hydrogenasen sind biologische Katalysatoren, die Protonen und Elektronen in technisch nutzbaren Wasserstoff umwandeln. Das RUB-Team um Thomas Happe erforscht [FeFe]-Hydrogenasen, die besonders viel Wasserstoff produzieren können. Die Bildung von Wasserstoff findet unter anderem an zwei speziellen Eisenatomen des Enzyms statt, die gemeinsam mit anderen Atomen das reaktive Zentrum formen.

Bild 1. Synchrotronstrahlungsquelle: Mit der Swiss Light Source am Paul Scherrer Institut (PSI) in Vil li gen untersuchten Bochumer und Berliner Forscher das Hydrogenase-Protein, dessen dreidimensionale Struktur in der Abbildung zu sehen ist.

Metallzentren in Proteinen erlaubt (Bild 1). So bestimmten die Forscher unter anderem die chemische Natur der Eisenzentren und den Abstand zu den Nachbaratomen mit atomarer Auflösung.

Inaktivierung in drei Stufen Das Team der Bochumer und Berliner Wissenschaftler setzte ein neues experimentelles Protokoll ein. Sie brachten die Hydrogenaseproben erst für einige Sekunden bis Minuten und zuletzt für einige Stunden mit

Sauerstoff in Kontakt und unterbanden dann alle weiteren Reaktionen durch Tiefgefrieren in flüssigem Stickstoff. Aus den anschliessend gewonnenen spektroskopischen Daten erstellten sie ein Modell für einen dreistufigen Prozess der Inaktivierung. Laut Modell (Bild 2) bindet zunächst ein Sauerstoffmolekül an das Zweieisenzentrum der Hydrogenase, woraufhin eine aggressive Sauerstoffspezies entsteht. Diese greift in der folgenden Phase das Viereisenzentrum an und modifiziert es. Im letzten Schritt binden weitere Sauerstoffmoleküle 11/ 2011

Bild: RuB

BIOWISSENSCHAFTEN

Bild 2. Ein neues Modell zur Enzyminaktivierung. Sauerstoff schaltet die Hydrogenase in drei Phasen aus (links). Je lĂ¤nger das Enzym dem Sauerstoff ausgesetzt ist, desto mehr Sauerstoffteilchen binden sich an die Eisenatome der Hydrogenase (blau). Dies fĂźhrt dazu, dass die Eisenatome weniger Bindungen mit anderen Atomen eingehen (grĂźn, schwarz) und so ihrer Funktion nicht mehr nachkommen kĂśnnen. Die rechte Teilabbildung zeigt den hypothetischen Mechanismus der Inaktivierung. Sauerstoff bindet sich an das Zweieisenzentrum, wodurch eine aggressive Sauerstoffspezies entsteht. Diese greift das Viereisenzentrum [4Fe4S] an, was die FĂ¤higkeit zur Wasserstoffbildung unterbindet.

und der gesamte Komplex zerfĂ¤llt. ÂŤDer ganze Vorgang beinhaltet also mehrere aufeinanderfolgende Reaktionen, die zeitlich klar getrennt auftretenÂť, so Lambertz. ÂŤDie Geschwindigkeit des Gesamtprozesses wird mĂśglicherweise durch den Schritt bestimmt, in dem die aggressive Sauerstoffspezies vom Zwei- zum Viereisenzentrum wandert. Wir bereiten gerade weitere Experimente vor, um das zu prĂźfen.Âť Quelle: Ruhr-UniversitĂ¤t Bochum

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Originalpublikation Camilla Lambertz et al., ÂŤO2-reactions at the six-iron activesite (H-cluster) in [FeFe]-hydrogenaseÂť, Journal of Biological Chemistry, First Published on September 19, 2011 DOI: 10.1074/jbc.M111.283648

Kontakt Camilla Lambertz, Ruhr-UniversitĂ¤t Bochum FakultĂ¤t fĂźr Biologie und Biotechnologie UniversitĂ¤tsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 24496 Camilla.Lambertz@rub.de www.ruhr-uni-bochum.de

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Bild: Rickard Ignell, SLU Alnarp, Schweden

Bild 1. Gelbfiebermücke (Aedes aegypti) sticht in menschliche Haut.

Das Geheimnis eines Erfolgs

DEET macht Insekten orientierungslos DEET (N,N-Diethyl-m-toluamid) wird seit Jahrzehnten gegen verschiedene stechende und beissende Insekten erfolgreich eingesetzt. Den Siegeszug als Antimückenmittel konnte DEET antreten, weil es die Nervensignale von Geruchsrezeptoren unterschiedlicher Insektenarten individuell moduliert. Die als odorant receptors (OR) bezeichneten Proteine dienen der Wahrnehmung von speziellen Duftsignalen, an denen die Insekten ihren Wirt oder ihre Nahrungsquelle erkennen und gezielt dorthin fliegen. DEET verstärkt oder schwächt die durch einen Duftstoff ausgelösten Nervensignale je nach Art des Rezeptors und des stimulierenden Duftstoffs – mit der Folge, dass die Tiere die Orientierung verlieren.

Jan-Wolfhard Kellmann Die Neurobiologin Leslie Vosshall und ihre Mitarbeiter von der Rockefeller University, USA, konnten einen jahrzehntelangen wissenschaftlichen Diskurs aufklären. DEET, im Jahr 1946 als wirksames Mittel gegen Mückenstiche entwickelt und seitdem im weltweiten Einsatz, wirkt nämlich weder als Reizblocker noch als aktives «repellent» (Abwehrstoff): Der für uns Menschen schwach riechende Stoff ist für Insekten sehr wahrscheinlich ein «confusant» – ein Verwirrstoff. In Kooperation mit Bill Hansson und Marcus Stensmyr vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, die die Duftstoffanalytik durchgeführt haben, konnten die Wissenschaftler den Wirkmechanismus von DEET mittels moderner neuro-, molekular20

biologischer und chemischer Verfahren aufklären.

O H3C TEED

CH3 CH3

Ein Nerv, ein Rezeptor Für ihre Experimente kam den Forschern die Anatomie des Geruchsapparats ein Stück weit entgegen. Die Antennen des Versuchsobjekts Drosophila melanogaster (Fruchtfliege, Bild 2) besitzen in ihren Riechhärchen (Sensillen) spezifische Geruchsrezeptoren (OR), die sich in der Zellmembran eines dazugehörigen Nervs (olfactory sensory neuron – OSN) befinden.

Mindestens zwei solcher OSN sind in einem Sensillum verborgen. In den Versuchen wurden die elektrischen Signale je eines OSN gleichzeitig aufgenommen und miteinander verglichen. Bei Zugabe eines ausgesuchten Duftstoffs, beispielsweise Linalool, wurde dann festgestellt, dass DEET einen stimulierenden Effekt auf das OSN mit dem Rezeptor Or59b und parallel einen inhibierenden Effekt auf das OSN mit dem Rezeptor Or85a hatte. Insgesamt wurden die Reaktionen von vier OSN auf zehn verschiedene Duftstoffe verglichen. Alle Nerven reagierten, und dies sogar abhängig von der Konzentration der Gerüche in der Umgebung, bis auf drei Ausnahmen unterschiedlich im Beisein von DEET. In Abwesenheit eines Duftstoffs wirkte DEET hingegen so gut wie gar nicht. Der Stoff verändert somit die 11/ 2011

Bild: Bill S. Hansson, MPI chem. Ökol.

Noch nie was von der SC 950 gehört? Ja, logisch!

Bild 2. Laborfliege Drosophila melanogaster.

«mentale Duftkodierung» der Tiere, die demzufolge nicht mehr gezielt, sondern verwirrt reagieren.

Breites Wirkspektrum von DEET Um den Wirkmechanismus von DEET zu entschlüsseln, wurde der Rezeptor Or59b genauer analysiert. Die Duftreaktionen von 18 an verschiedenen Orten der Welt gesammelten Fruchtfliegen wurden miteinander verglichen und zeigten ähnliche Ergebnisse wie der Laborstamm – bis auf einen Stamm aus Brasilien, der sich als insensitiv gegen DEET herausstellte und gegenüber bestimmten Düften andere Aktivierungsmuster zeigte. Das Or59b kodierende Gen aus dem südamerikanischen Stamm wurde daraufhin mit dem Gen des Laborstamms verglichen und zeigte mehrere Abweichungen in den abgeleiteten Aminosäuresequenzen. Die individuelle Untersuchung der einzelnen Aminosäureaustausche unter Einsatz von transgenen Fruchtfliegen zeigte, dass schon eine Veränderung von Valin nach Alanin im brasilianischen Stamm ausreichte, um die DEETWirkung aufzuheben – ein Beweis, dass der Stoff direkt mit einem OR interagiert und nicht mit ebenfalls im Rezeptorkomplex vorhandenen konservierten Untereinheiten wie beispielsweise Orco (olfactory receptor coreceptor). Weil das Repertoire an unterschiedlichen OR in verschiedenen Insektenarten und deren Ökotypen gross ist, könnte hierin der Grund für das enorm breite Wirk- und Wirtsspektrum von DEET liegen. Quelle: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie Originalpublikation Maurizio Pellegrino et al., «A natural polymorphism alters odour and DEET sensitivity in an insect odorant receptor», Nature, Published online 21 September 2011 DOI:10.1038/nature10438

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11/ 2011

21 First class pumps for first class science

BIOWISSENSCHAFTEN

Mit Acyldepsipeptiden gegen multiresistente Erreger

Antibiotikum treibt Bakterien in den Selbstmord Multiresistente Keime sind in Kliniken ein grosses Problem, weil viele Erreger inzwischen unempfindlich gegen Antibiotika geworden sind. Wissenschaftler suchen deshalb fieberhaft nach neuen Wirkstoffen. Ein Forscherteam unter Federführung der Universitäten Bonn, Düsseldorf und Newcastle hat nun die Wirkweise eines neuartigen Antibiotikums entschlüsselt, das selbst multiresistente Keime abtötet.

Johannes Seiler

Antibiotikum führt zur Fehlsteuerung eines Enzyms Während herkömmliche Antibiotika normalerweise bestimmte Reaktionen in Bakterienzellen hemmen, greifen die Acyldepsipeptide (ADEP) an einer ganz anderen Schlüsselstelle in den Stoffwechsel der Bakterien ein. Sie führen zu einer Fehlsteuerung eines wichtigen Enzyms. «Diese ClpPProtease bewirkt normalerweise das Recycling von defekten Proteinen des Bakteriums, welches ein ganz strikt kontrollierter Prozess ist», berichtet Brötz-Oesterhelt. «Die ADEP setzen diese strikte Kontrolle der ClpPProtease ausser Kraft, wodurch nun auch bestimmte gesunde Proteine abgebaut werden», sagt Sass. «Die Bakterien begehen

regelrecht Selbstmord, da die eigene ClpPProtease nun das für die Zellteilung wichtige FtsZ-Protein zerschneidet und verdaut.» Dadurch gerät die normale Steuerung ausser Rand und Band, die Zellteilung und dadurch die Vermehrung der Erreger wird verhindert. Die Wissenschaftler nutzten für ihre Untersuchungen eine auf ihrem Forschungsgebiet neue Methode aus der Grundlagenforschung. Sass machte am Zentrum für Bakterielle Zellbiologie an der Universität Newcastle (England) mit einem extrem hoch auflösenden Fluoreszenzmikroskop Aufnahmen von Bakterien. «Wir markierten das FtsZ-Protein und viele weitere Proteine in den Bakterien mit einem grün fluoreszierenden Farbstoff und machten dann Echtzeitaufnahmen von den mit ADEP behandelten und auch von unbehandelten Erregern», berichtet Sass. Durch diesen Vergleich konnten die Forscher beobachten, was im Stoffwechsel der gefährlichen Bakterien anders lief, wenn sie mit dem neuartigen Antibiotikum behandelt waren. «Nach der Gabe von ADEP gelangten im

Bild: Kurt Hermann, nach [1]

Gefährliche bakterielle Infektionen wie eine Lungenentzündung oder eine Tuberkulose sind in der Regel mit Antibiotika gut in den Griff zu bekommen. «Allerdings sind sogenannte multiresistente Keime auf dem Vormarsch», berichtet Peter Sass vom Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Parasitologie der Universität Bonn. «Bewährte Substanzen entfalten oft nicht mehr ihre Wirkung, weil die Bakterien gegen diese Waffen unempfindlich geworden sind.» In ihren Labors suchen Forscher weltweit deshalb nach neuen Antibiotika, um gefährliche Infektionskrankheiten zu bekämpfen. So auch Sass, der zu einer gemeinsamen Forschergruppe der Universitäten Bonn und Düsseldorf gehört, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. «Wir haben bereits in verschiedenen Studien gezeigt, dass sogenannte Acyldepsipeptide gegen grampositive Bakterien wirken, darunter auch der gefürchtete humanpathogene und multiresistente Erreger

Staphylococcus aureus», sagt Projektleiterin Heike Brötz-Oesterhelt vom Institut für Pharmazeutische Biologie der Universität Düsseldorf. «Allerdings war bislang unbekannt, wo genau diese Substanzen angreifen und ihre antibiotische Wirkung entfalten.»

Bild 1. Das Naturprodukt ADEP1 und sein synthetisches Kongener ADEP2.

11/ 2011

Bakterium wichtige Proteine nicht mehr zu der Stelle im Stoffwechsel, wo sie für die Zellteilung gebraucht werden», ergänzt Brötz-Oesterhelt.

Wirkung gegen mehrere gefährliche Bakterienarten Das neuartige Antibiotikum wirke nicht nur gegen den gefürchteten multiresistenten Erreger Staphylococcus aureus (MRSA), sondern auch gegen Streptokokken, die etwa Mittelohr-, Lungen-, oder Hirnhautentzündungen auslösen können, so die Forscher. Ausserdem stoppt es die Vermehrung von Enterokokken, die zum Beispiel für Harnwegsinfekte, Blutvergiftung oder eine Entzündung der Herzinnenhaut verantwortlich gemacht werden. «Die ADEP befinden sich allerdings zurzeit noch im Stadium der Grundlagenforschung», erklärt Brötz-Oesterhelt. In der Regel benötigt eine Substanz noch etwa

acht bis zehn Jahre, um von diesem Stadium bis zur Markteinführung zu gelangen. «Allerdings sehen wir in den ADEP noch mehr als ein neues Antibiotikum zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten. Da sie gegen Bakterien mithilfe eines neuartigen Mechanismus wirken, können sie uns auch helfen, die Lebensweise der Bakterien besser zu verstehen», meint Sass. «Wir müssen wissen, wie pathogene Bakterien ticken, damit wir sie erfolgreich bekämpfen können.»

Bild: Peter Sass

BIOWISSENSCHAFTEN

Bild 2. Antibiotisch wirksame Acyldepsipeptide (ADEP) lassen kugelförmige Bakterien wie den multiresistenten Problemkeim Staphylococcus aureus (links) zunächst stark anschwellen (rechts) und verhindern dann die Zellteilung.

Quelle: Universität Bonn Originalpublikation [1] Peter Sass et al., «Antibiotic acyldepsipeptides activate ClpP peptidase to degrade the cell division protein FtsZ», Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Published online before print October 3, 2011, DOI: 10.1073/pnas.1110385108

Kontakt Dr. Peter Sass Universität Bonn Pharmazeutische Mikrobiologie Meckenheimer Allee 168 D-53115 Bonn Telefon +49 (0)228 735247 psass@microbiology-bonn.de www.ifmb-a.uni-bonn.de

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NEWS

Bild: Leonid Gitlin

Chemielabor auf winzigem Mikrochip

Schematische Darstellung des Chip-Labors.

Gemeinsam mit dem Chemiker Christoph Schneider und anderen Wissenschaftlern hat Detlev Belder von der Universität Leibzig anstelle gewöhnlicher Laborgeräte wie Reagenzgläsern, Kolben oder Säulen Mikrochips mit haarfeinen Kanälen eingesetzt. Während bei Computerchips Elektronen bewegt werden, besteht bei den Chemiechips die wesentlich grössere Herausforderung, Flüssigkeiten in der Grössenordnung von Nebeltröpfchen gezielt so zu manipulieren, dass im Chip alles funktioniert wie im grossen Labor. Dadurch können dann die be-

nötigten Chemikalienmengen drastisch reduziert und auch die chemischen Prozesse stark beschleunigt werden. Das Labor auf einem Chip ermöglicht es, innerhalb weniger Minuten eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen und nahezu gleichzeitig die Produkte zu charakterisieren, die sich gebildet haben. «Solche Methoden werden in der chemischen und pharmazeutischen Industrie dringend benötigt, um Prozesse schnell und unter minimalem Ressourcenverbrauch optimieren zu können», sagte Belder. Mithilfe der Chiptechnologie könnten ganz neue Werkzeuge erschaffen werden, mit denen die Entwicklung von Arzneistoffen zukünftig deutlich verkürzt werden kann. Zudem sei dieser Prozess dadurch auch noch viel ökonomischer und umweltfreundlicher. Quelle: Universität Leipzig

Fakten und Marktzahlen für Chemie, Biotechnologie und Pharma Seit Kurzem ist es noch einfacher, über Zahlen und Fakten aus den Branchen Chemie, Pharma und Biotechnologie informiert zu bleiben. Denn jetzt gibt es auf den Portalen chemie. de, chemeurope.com und bionity.com alle Marktzahlen auf einen Blick. Möglich wird dies durch die Kooperation von Chemie.de Information Service und dem Portal markt-studie.de der dynamic technologies GmbH. Die Chemie.de-Portale bündeln ab sofort Tausende von Marktanalysen und Branchenstudien mit ihren Kurzzusammenfassungen und Kernergebnissen. Eine leistungsstarke Suche mit zahlreichen nützlichen Suchfiltern hilft dem Nutzer dabei, schnell einen detaillierten Überblick des aktuelle Marktgeschehens zu erhalten. So lassen sich zum Beispiel mit nur drei Klicks fast 30 Marktanalysen zu den Themen «Dünger» und «China» finden.

Sobald die gesuchten Marktinformationen gefunden sind, kann die entsprechende Studie direkt online bestellt werden – die neue Kooperation macht es möglich. Auch eine umfassende Beratung zu den Studien wird von markt-studie.de angeboten. «Im Rahmen unseres Nachrichtenangebots haben wir bereits bisher regelmässig über relevante Marktzahlen und Studien berichtet. Mit der Kooperation mit markt-studie.de liefern wir unseren Nutzern jetzt ein weiteres hilfreiches Werkzeug zum Verständnis der Branche in all ihren Facetten», erklärt Björn Lippold, Chief Content Officer bei Chemie.de Die Übersicht der Marktstudien ist kostenlos sowohl auf Deutsch und Englisch verfügbar unter www.chemie.de/marktstudien/ sowie www.bionity.com/de/ marktstudien/

Celitement liefern, der aus heutiger Sicht nur halb so viel Energie bei der Herstellung benötigt und im Vergleich zu herkömmlichem Portlandzement voraussichtlich nur halb so viel Kohlendioxid an die Umwelt abgibt. Mittlerweile hat die Celitement GmbH, eine Ausgründung der vier Erfinder, des KIT und des Industriepartners Schwenk, fünf Millionen Euro investiert mit dem Ziel, den Zement für den Einsatz in der Industrie weiterzuentwickeln. Derzeit emittieren die Zementwerke mit einer Jahresproduktion von drei Milliarden Tonnen Zement etwa fünf Prozent der weltweiten CO2-Emissionen. Da-

mit setzt die Zementherstellung drei bis viermal so viel CO2 frei wie der globale Flugverkehr. Bei einer weltweiten Umstellung der Zementproduktion auf das Celitement-Verfahren würde allein rohstoffseitig eine halben Milliarde Tonne CO2 eingespart – mit globalen Effekten für den Klimaschutz. Die Herstellung von Celitement ist im Vergleich zu herkömmlichem Portlandzement zudem ressourcenschonend, da nur ein Drittel der Kalkmenge nötig ist und auf den Zumahlstoff Gips vollständig verzichtet werden kann.

Quelle: Chemie.de

Bild: Markus Breig

Start der Celitement-Pilotanlage

Die Celitement-Pilotanlage.

Am 11. Oktober 2011 wurde die neu errichtete Pilotanlage der Celitement GmbH auf dem Campus Nord des Karlsruher 24

Instituts für Technologie (KIT) feierlich eingeweiht: Die Anlage wird täglich 100 Kilogramm des umweltfreundlichen Zements

Quelle: KIT 11/ 2011

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NEWS

Bild: GF

Wechsel an der Spitze des Verwaltungsrats der Georg Fischer AG

Der designierte Verwaltungsratspräsident Andreas Koopmann.

An der Generalversammlung vom 21. März 2012 werden Martin Huber, Präsident des Verwaltungsrats, und Bruno Hug, Vizepräsident des Verwaltungsrats, altershalber als Verwaltungsräte der Georg Fischer AG (www.georgfischer.com) zurücktreten. Neuer Präsident wird Andreas Koopmann, Gerold Bührer übernimmt das Vizepräsidium. Der Verwaltungsrat schlägt mit Isabelle Welton (Schweiz) und Roger Michaelis (Brasilien) zudem zwei neue Mitglieder zur Wahl vor.

Der designierte Verwaltungsratspräsident Andreas Koopmann (1951), Dipl. Masch.-Ing. ETH, ist seit 2010 Verwaltungsrat der Georg Fischer AG und Mitglied des Compensation Committees. Als Vizepräsident und Mitglied im Vorstandsausschuss von Swissmem, dem Branchenverband der Schweizerischen Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie, engagiert er sich für den Werkplatz Schweiz. Koopmann ist Verwaltungsratspräsident und Country President von Alstom Schweiz.

Gleichzeitig wird Gerold Bührer (1948) Vizepräsident des Verwaltungsrats und in dieser Funktion Bruno Hug ersetzen, der ebenfalls altershalber zurücktreten wird. Bührer ist im Kanton Schaffhausen aufgewachsen. Er war von 1991 bis 2000 Mitglied der Konzernleitung von Georg Fischer und gehört dem Verwaltungsrat seit 2001 an. Er ist Mitglied des Audit Committees. Seit November 2006 ist er Präsident des Schweizerischen Wirtschaftsdachverbandes economiesuisse. Quelle: Georg Fischer AG

25 frisch diplomierte Bachelors in Chemie

Die 9 Chemikerinnen und 16 Chemiker feierten im Schloss Au, Wädenswil, den erfolgreichen Abschluss ihres Studiums mit Dozierenden, Angehörigen

und Gästen. Institutsleiter Christian Hinderling und Studiengangleiter Achim Ecker überreichten die Diplome. Lucie Sägesser erhielt den SVC-Preis für Ihre Diplomarbeit, und Reto Staudenmaier wurde mit dem Preis der Studentenverbindung Titania für sein ausgezeichnetes Diplom geehrt. Die Festansprache hielt Altnationalrat Rudolf Strahm. Quelle: ZHAW

Bild: ZHAW

Am 23. September 2011 erhielten 25 Absolventinnen und Absolventen des Studiengangs Chemie der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Wädenswil (www.lsfm.zhaw.ch) ihre Diplome.

Freude herrscht bei den 25 Bachelors.

Positive Geschäftsentwicklung bei Rotronic Im per Ende Juni 2011 abgeschlossenen Geschäftsjahr konnte Rotronic (www.rotronic.ch) vor allem in den Geschäftsbereichen 19“-Technik und Feuchtemessgeräte stark zulegen. Insgesamt wuchs der Inlandsumsatz bei traditionell guter Ertragskraft um 5 Prozent auf 64 Millionen CHF. Im 19“-Geschäft (Distribution der deutschen Hersteller Schroff und Apra) ist eine von Jahr zu Jahr zunehmende Tendenz zu individuellen Konfigurationen zu verzeichnen, während der Um26

satz bei Standardkomponenten eher sinkt. Rotronic konzentriert sich zunehmend auf Systemintegration und konnte in den letzten Monaten einige interessante Projektgeschäfte realisieren, sodass insgesamt ein Umsatzwachstum von über 10 Prozent realisiert wurde. Bei den selbst entwickelten und in Bassersdorf produzierten Temperatur- und Feuchtemessgeräten gilt Rotronic inzwischen weltweit als führender Anbieter für langzeitstabile, hochpräzise

Feuchtigkeitsmessung. Der Ausbau der Vertriebsorganisation mit den in den letzten Jahren gegründeten neuen Niederlassungen in Mailand, Shanghai und Peking hat ihre Position in diesen Märkten gestärkt. Mit einem innovativen und umfassenden Produktportfolio konnte ein Umsatzzuwachs von 24 Prozent erzielt werden. Der in der Schweiz für Rotronic umsatzstärkste Geschäftsbereich Computer Produkte wurde neu ausgerichtet. Die Eliminie-

rung margenschwacher Produktlinien führte zwar zu einem 10-prozentigen Umsatzrückgang, setzt aber Ressourcen für die gezielte Weiterentwicklung rentabler Warengruppen frei und wird im neuen Geschäftsjahr die Ertragskraft im schwierigen IT-Geschäft wesentlich verbessern. Neu aufgebaut wurde der Vertrieb von Samsung-Unterhaltungselektronik für Fachhändler als eigenständiger Verkaufsbereich. Quelle: Rotronic 11/ 2011

11/ 2011

NEWS

ZHAW-Forscher entdecken neue Käferart

Die Fabrik der Zukunft

Bild: Peter Schüle, aglia Graphik

Seit zwei Jahren wird der nordalpine Raum systematisch nach Tierarten abgesucht, die eine hohe Priorität für den Natur- und Artenschutz haben und meistens endemisch, das heisst nur in einem geographisch relativ eng begrenzten Gebiet, vorkommen.

Trechus schyberosiae

Forscher des Instituts für Umwelt und Natürliche Ressourcen der ZHAW haben bei Untersuchungen eine neue Käferart in den Schweizer Voralpen gefunden. Die neue Laufkäferart mit dem wissenschaftlichen Namen Trechus schyberosiae wurde an wenigen Stellen in den Kantonen NW, LU, OW und BE in felsigen Bereichen in Höhenlagen um 2000 Meter über Meer gefunden, unter anderem auch auf dem Pilatus. Weltweit ist das Vorkommen der Käferart auf die Schweizer Voralpen zwischen den Gebirgsstöcken des Pilatus und des Hohgant beschränkt. Die Wissenschaftler des Instituts für Umwelt und Natürliche Res-

Der neu entdeckte Laufkäfer ist ein solcher Endemit. Sein Vorkommen konnte nur in vier Berggebieten nachgewiesen werden, welche alle einen räumlich engen Bezug zu einer wahrscheinlichen eiszeitlichen Überdauerungszone im NapfGebiet und dessen Umland haben. Der Trechus schyberosiae lebt in den schneereichen, oft schattigen und noch unerforschten Zonen der Nordflanken von Voralpengipfeln. Der Käfer ist wahrscheinlich Zeitzeuge früherer Eiszeiten und hat, im Vergleich zu vielen anderen Gebirgsarten, die mit dem Wachsen der Gletscher in die Tallagen verdrängt wurden, die Kaltzeiten im Gebirge überlebt. Quelle: ZHAW

Bild: Bayer

sourcen der ZHAW entdeckten die neue Käferart im Rahmen eines Projektes, das von mehreren Kantonen sowie vom Bundesamt für Umwelt Bafu unterstützt wird.

Invite-Geschäftsführer Thomas Bieringer zeigt das Herzstück eines modularen Produktionscontainers: Der Hochenergie-Mischer hat eine Kapazität von 200 Tonnen/Jahr.

Bayer Technology Services GmbH (BTS) und die Technische Universität Dortmund haben das neue Forschungszentrum Invite im Chempark Leverkusen eröffnet. Invite steht für Innovationen, Visionen und Technologien. Hier sollen ressourcenschonende, flexible und effiziente Produktionskonzepte für die Fabrik der Zukunft entwickelt und getestet werden. Im Rahmen der Eröffnung erklärte der Geschäftsführer Thomas Bieringer erstmals ein neuartiges Konzept für die pharmazeutische Produktion, bei dem Module in einem Baukastenprinzip im Containerformat aneinander gereiht werden sollen. «Eine weitere, wesentliche Verbesserung von Produktionsverfahren in Punkto Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung kann nur mit dem Einsatz gänzlich neuer Technologien gelingen»,

sagte Wolfgang Plischke, im Bayer-Vorstand zuständig für Innovation, Technologie und Umwelt, zu Beginn der Feierstunde. Die Ergebnisse der Forschungsprojekte sollen aber nicht nur in der Praxis zum Einsatz kommen: Im Rahmen von Aus- und Weiterbildungsveranstaltungen sollen Studierende und Graduierte davon profitieren. Diese können in Zukunft bei Besuchen im Invite-Forschungszentrum Wissenschaft und Forschung auf höchstem Niveau hautnah erleben. Die Grundsteinlegung für Forschungsgebäude erfolgte im Oktober 2010. Insgesamt wurden 6,5 Millionen Euro in das Projekt von Bayer, der TU Dortmund und dem Land investiert, mehr als 20 Mitarbeiter sollen dort auf über 800 Quadratmetern Technikums-, Labor- und Bürofläche in Zukunft arbeiten. Quelle: Bayer

Besuchen Sie uns im Inter 28

11/ 2011

NEWS

Neues Bildungs- und Forschungszentrum geplant Das Kompetenzzentrum für Land- und Ernährungswirtschaft Strickhof, die ETH Zürich und die Vetsuisse-Fakultät der Universität Zürich spannen zusammen: In Lindau ist das gemeinsame Bildungs- und Forschungszentrum Agrovet-Strickhof geplant. Der Betrieb soll ab 2014 aufgenommen werden. Vertreter der ETH, der Universität und des Kantons Zürich haben Ende September ihre Pläne für das gemeinsame Bildungsund Forschungszentrum Agrovet-Strickhof in Lindau (ZH) vorgestellt. Der Regierungsrat hat den Projektantrag für die entsprechenden Neubauten am Strickhof genehmigt und für die Vorstudie freigegeben. Im Zentrum Agrovet-Strickhof werden die drei Partner eng in Projekten an den Schnittstellen

zwischen Agrarwissenschaft, Veterinärwesen und der Praxis zusammenarbeiten. Die ETH baut ein Stoffwechselzentrum auf, wo unter anderem eine effizientere und emissionsärmere Nutztierhaltung erforscht werden soll. Geplant sind auch ein Nutztierzentrum mit Milchvieh- und Mastställen sowie einem Nutztierstall zur Ausbildung der angehenden Veterinärmediziner. Vom Ausbau profitieren wird nicht zuletzt die Aus- und Weiterbildung von landwirtschaftlichen Fachleuten. Die räumliche Nähe der unterschiedlichen Bereiche der ETH bietet die einzigartige Möglichkeit, die Nahrungskette von der Pflanze über das Tier bis zum Menschen besser verstehen zu lernen.

Der Aus- und Umbau in Lindau drängt sich zudem auf, da die heutigen Forschungsstationen Chamau in Hünenberg und Stigenhof-Sonnenbüel bei Oberembrach (ZH) die Anforderungen für die tiergerechte Haltung und die Ausbildung nicht mehr erfüllen. Zudem fehlt eine geeignete Infrastruktur, um Fachund Publikumsanlässe durchzuführen. Die beiden Hochschulen müssten also ihre bestehenden Einrichtungen dringend sanieren. Gebaut wird ab 2013, die Bauten und Anlagen können zwischen 2014 und 2016 in Betrieb genommen werden. Die Gesamtkosten für das Projekt Agrovet-Strickhof belaufen sich gemäss einer ersten Schätzung auf 42,5 Millionen Franken.

Bild: zfg

In Lindau entsteht das Bildungsund Forschungszentrum Agrovet von Kanton, Universität und ETH Zürich.

Das Bildungs- und Forschungszentrum im Strickhof vermindert die Betriebskosten im Vergleich zum aktuellen Netto-Aufwand der drei Institutionen um jährlich 550 000 Franken auf voraussichtlich 2,7 Millionen Franken pro Jahr. Quelle: ETH Life

Abgasnormen: Schweiz engagiert sich international weiter Der Bundesrat hat am 30. September 2011 die Weiterführung der Zusammenarbeitsvereinbarung zwischen der Schweiz (vertreten durch das Bundesamt für Umwelt Bafu) und dem Joint Research Centre (JRC) der Europäischen Union im italienischen Ispra für die nächsten vier Jahre beschlossen. Die Vereinbarung sieht eine Kontinuität beim verstärkten Informationsaustausch sowie weitere gemeinsame For-

schungs- und Entwicklungsarbeiten vor. Als Importland ist die Schweiz weitgehend von der europäischen Fahrzeugproduktion und ihrem Markt abhängig. Um die Luftschadstoffe aus dem Verkehr im Inland nachhaltig zu senken, ist eine Zusammenarbeit mit den relevanten europäischen Institutionen im Interesse der Schweiz. Seit 2007 arbeitet die Schweiz basierend auf einer Vereinba-

rung eng mit dem JRC zusammen. Dieses hat bei der Weiterentwicklung der Abgasnormen europäisch und weltweit eine zentrale Stellung: Es leitet im Auftrag der Europäischen Kommission und der UNO-Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) die massgebenden Projekte zur Entwicklung von Abgasmessverfahren und zur weltweiten Harmonisierung von Abgasvorschriften auf Gesetzesstufe.

Das Bafu und das JRC wollen weiterhin den Akzent legen auf die gemeinsame Entwicklung von Abgastestverfahren für Verbrennungsmotoren, von Methoden zur Analyse von Treibstoffen sowie von Testverfahren für neu entwickelte Fahrzeuge und Motoren. Ausserdem untersuchen sie die Auswirkungen der Emissionen auf die Gesundheit, das Klima und die Ressourcen. Quelle: Bafu

rnet: www.chemiextra.com 11/ 2011

Bild: pmTUC/Bystrik Trnovec

Bild 1. Ein etwa 15 mal 15 Zentimeter grosses Solarmodul besteht aus mehreren Streifen Solarzellen. Diese auf Papier gedruckten Solarmodule werden mit Druckknöpfen elektrisch verbunden und bilden eine Serienschaltung. An den beiden Enden der Serie wird jeweils ein Anschlusskabel angeknüpft. Die Vorderseite des Moduls besteht aus dem aktiven Schichtaufbau, auf der Rückseite ist das Papiersubstrat zu erkennen.

Kostengünstige Stromproduktion

Auf Standardpapier gedruckte Solarzellen Forscher am Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz stellen Solarmodule her, die mit Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften auf Standardpapiere gedruckt werden. Die 3PV genannte Technologie (3PV steht für printed paper photo voltaics) setzt auf herkömmliche Druckverfahren.

Herkömmliche Solarzellen werden aus teuren Materialien und aufwendig in Reinräumen hergestellt, so dass sie nur teuren Strom liefern können. Forscher der Technischen Universität Chemnitz haben Solarmodule vorgestellt, die auf Papier gedruckt werden. Die 3PV genannte Technologie (3PV steht für printed paper photo voltaics) setzt auf herkömmliche Druckverfahren und Standardpapiere, wie sie bei Zeitschriften, Plakaten oder Verpackungen eingesetzt werden. Spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften bilden dann die notwendigen Strukturen auf dem Papier, sodass bei Lichtbestrahlung Strom entsteht. Da die hierbei eingesetzten klassischen Druckverfahren wie Tief-, Flexo- und Off30

setdruck sehr kostengünstig sind, sollen die so produzierten Solarmodule im Vergleich zur heute üblichen Technologie billigeren Strom produzieren. Arved Hübler vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz, der mit seinem Team seit über drei Jahren an der 3PV-Technologie arbeitet, spricht von einem Paradigmenwechsel in der Solartechnologie. Seine Vision ist, dass in Zukunft normale Druckereien überall auf der Welt 3PV-Solarmodule produzieren und vermarkten können. Die Chemnitzer Forscher wurden von Kollegen von der Universität Würzburg bei der Charakterisierung der Zellen unterstützt.

Wirkungsgrad in der Energieumwandlung: 1,3 Prozent Mit den in Chemnitz gedruckten Zellen wurde ein Wirkungsgrad in der Energieumwandlung von 1,3 Prozent erreicht. Dabei wird ein neuer Materialansatz verfolgt, indem man als Basiselektrode natürlich oxidiertes Zink mit einem speziellen Druckprozess aufbringt und die transparente Gegenelektrode mit Pedot druckt, einem leitfähigen Polymer. «Die verwendeten Materialien werden laufend optimiert und wir sind guter Dinge, die 3PV-Parameter weiter zu verbessern», sagt Tino Zillger, Wissenschaftlicher Mitar11/ 2011

LABORAPPARATE

Wir vertreten:

Doch ist die Vision, mit Papiersolarzellen einen wirtschaftlichen Beitrag zur allgemeinen Energieversorgung leisten zu können, nur eine Nutzungsmöglichkeit. Die Forscher der TU Chemnitz haben schon gezeigt, dass auch kleine elektrische Geräte mit diesen Papiersolarzellen gut zu betreiben sind. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mobile Dinge einfach und autark mit dem Strom aus Papier zu versorgen. Intelligente Verpackungen könnten etwa in Zukunft mit aufgedruckten Solarzellen viele Zusatzfunktionen mit Strom versorgen, vom Display bis zu Sensoren. Die Handhabung der Papier-Solarmodule kann denkbar einfach sein. Tino Zillger zeigt eine mögliche Lösung mit den am Institut für Print- und Medientechnik hergestellten 3PV-Modulen: Die Papierstreifen werden mit normalen Druckknöpfen zusammengeknöpft, und sofort fliesst Strom. Nach der Verwendung können die Papiermodule ins Altpapier zum Recycling gegeben werden. So wird laut Hübler nicht nur erneuerbare Energie erzeugt, sondern die Solarzelle selbst besteht aus nachwachsenden Rohstoffen und ist selber erneuerbar.

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beiter am Institut für Print- und Medientechnik und für das Projekt verantwortlich. Dass man auf der Rollendruckmaschine im Labor des Institutes für Print- und Medientechnik schon sehr stabil 3PV-Module produzieren kann, überrascht das Team um Hübler selbst ein bisschen. «Unsere lange Erfahrung auf dem Gebiet der gedruckten Elektronik zahlt sich hier wohl aus», so Hübler. Hübler geht aber davon aus, dass Papiersolarzellen zukünftig aufgrund der effizienten Produktion und der niedrigen Materialkosten insgesamt einen deutlichen Vorteil gegenüber dem heutigen Stand der Technik erzielen können. Ziel der weiteren Forschungsarbeiten ist es, den Wirkungsgrad auf über fünf Prozent zu erhöhen, damit ein 3PV-Modul auch bei einer Lebensdauer von unter einem Jahr wirtschaftlich interessant werden kann. «In der Natur finden wir ein Vorbild für diese Strategie: Auch grüne Blätter haben nur einen moderaten Wirkungsgrad in der Energieumwandlung von vier bis sieben Prozent und eine Lebensdauer von unter einem Jahr. Trotzdem ist dieser Weg offenbar erfolgreich», erläutert Hübler.

Bild: pmTUC/Bystrik Trnovec

Originalpublikation Arved Hübler et al., «Printed Paper Photovoltaic Cells», Adv. Energy Mat., Article first published online: 14 Sep 2011, DOI: 10.1002/aenm.201100394

Bild 2. Die vier Streifen Solarmodule können auf einer endlosen Papierrolle gedruckt werden.

11/ 2011

Kontakt Prof. Dr. Arved Hübler Technische Universität Chemnitz Strasse der Nationen 62 D-09111 Chemnitz Telefon +49 (0)371 531 32364 pmhuebler@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de

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F O R S C H U N G S W E LT

Neuer Wert für die Boltzmann-Konstante

Auf dem Weg zur Neudefinition des Kelvin Wer die Boltzmann-Konstante sehr genau bestimmen kann, wird eine kleine Revolution im Bereich der weltweiten Temperaturmessung auslösen: Dann wird die Temperatureinheit nicht mehr wie bisher auf einer chemisch-physikalischen Stoffeigenschaft beruhen, nämlich dem Tripelpunkt des Wassers, sondern auf einer unveränderlichen Naturkonstante. Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben die Boltzmann-Konstante neu bestimmt. Zwar reicht die Unsicherheit des Ergebnisses noch nicht ganz für eine Neudefinition des Kelvin aus, doch es beweist, dass sich das gewählte Verfahren grundsätzlich eignet.

Mithilfe der nach dem Wissenschaftler Ludwig Boltzmann (1844–1906) benannten Boltzmann-Konstante k lässt sich von der kinetischen Energie von Teilchen auf ihre thermische Energie schliessen. Vereinfacht gesagt: Je stärker Atome oder Moleküle umher zappeln, desto höher ist die Temperatur eines Stoffs. Kennt man also k und die Bewegungsenergie der Teilchen, kann man die Temperatur errechnen. Zumindest theoretisch, denn bisher waren einige der Nachkommastellen der Boltzmann-Konstante Wackelkandidaten.

Jahrelange Forschung für ein paar Nachkommastellen? Lohnt sich das denn? Dazu muss man sich ansehen, welche Probleme die derzeitige Temperaturdefinition birgt. Bisher nutzt man die Eigenschaften eines Stoffs, den Tripelpunkt des Wassers. Er ist die Basis für die Definition der Temperatureinheit Kelvin 1). Wasser ist jedoch nicht immer gleich Wasser, unterschiedliche Effekte können die Tripelpunktstemperatur beeinflussen. Problematisch ist insbesondere die Abhängigkeit von der Isotopenzusammensetzung und den Verunreinigungskonzentrationen. Diese Werte können leicht schwanken, wenn Stoffe verunreinigt sind oder verschiedene Isotope enthalten.

Die Celsius-Skala, die in Europa im Alltag verwendet wird, entspricht in ihrer Unterteilung der des Kelvin, nur dass alle Angaben um den Zahlenwert 273,15 kleiner sind. Beispiel: Am absoluten Nullpunkt herrschen 0 Kelvin oder –273,15 Grad Celsius.

Bilder: Wikipedia

Probleme der Temperaturdefinition

Bild 1. Die Boltzmannsche Konstane wurde von Max Planck eingeführt und nach dem österreichischen Physiker Ludwig Boltzmann (1844–1906) benannt, einem der Begründer der statistischen Mechanik.

Bild 2. Das Kelvin wurde nach William Thomson (1824–1907), dem späteren Lord Kelvin (1824–1907), benannt, der mit 24 Jahren die thermodynamische Temperaturskala einführte (Fotografie 1906).

Definition über eine unveränderliche Naturkonstante

reiche Forschergruppen weltweit. Europäische Forschungseinrichtungen kooperieren auf diesem Gebiet in mehreren gemeinsamen EU-Projekten. Erst wenn mehrere Gruppen mit wenigstens zwei unabhängigen Methoden zu dem gleichen Ergebnis kommen, wird eine «wasserfreie» Definition des Kelvins möglich werden. Langfristig versuchen Wissenschaftler, alle Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) mithilfe von Naturkonstanten zu definieren. Beim Meter ist dies beispielsweise bereits über die Lichtgeschwindigkeit geschehen.

Deshalb wollen Wissenschaftler die Definition des Kelvin über eine unveränderliche Naturkonstante definieren und sie damit zuverlässiger machen. Eine solche Naturkonstante ist die Boltzmann-Konstante k. Diese Vorgehensweise ist die Basis für noch genauere Messungen, die in Zukunft in Wissenschaft und Technik notwendig werden könnten. An der Aufgabe, das Kelvin über eine Naturkonstante zu definieren, arbeiten zahl-

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Bei der Bestimmung der Boltzmann-Konstante, die für die Neudefinition des Kelvin gebraucht wird, setzen viele Forschergruppen die akustische Gasthermometrie ein, die auch die bisher genauesten Werte liefert.

Ein alternativer, komplett unabhängiger Weg Die Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hat einen alternativen, komplett unabhängigen Weg eingeschlagen, um systematische Fehlerquellen auszuschalten und damit die Neudefinition auf eine solide Basis zu stellen: Hier kommt die Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometrie (DCGT) zum Einsatz. Die Methode beruht auf der Dichtebestimmung des Messgases Helium mittels einer Kapazitätsmessung, oder anders gesagt: Die Forscher messen, inwieweit das Gas die Kapazität eines Kondensators ändert. Aus Messungen am Tripelpunkt des Wassers bei unterschiedlichen

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Drücken im Messkondensator kann mittels fundamentaler Zusammenhänge die Boltzmann-Konstante bestimmt werden. Diese Aufgabe stellt extreme Anforderungen an die Messtechnik und konnte nur mit der Hilfe von Experten aus der Industrie und mehreren anderen PTB-Arbeitsgruppen realisiert werden. Beispielsweise muss die Druckmessung bei 7 MPa mit Kolbenmanometern bis auf ein Millionstel genau erfolgen, die Kapazitätsmessung gar auf ein Milliardstel. Für die notwendige Temperaturstabilität sorgt ein grosser Badthermostat, der in Zusammenarbeit mit dem nationalen Metrologieinstitut Italiens hergestellt und optimiert wurde. Der entwickelte Aufbau erlaubt DCGT-Messungen am Wassertripelpunkt und ergibt einen Wert für k von 1,380655·10 –23 J/K. Mit einer Unsicherheit von 8 ppm ist er der Beweis dafür, dass sich die DCGT zu einer Bestimmung der Boltzmann-Konstante auf höchstem Niveau eignet. Bis zur angestrebten Unsicherheit von 2 ppm sind allerdings

noch einige Hürden zu nehmen. Die Wissenschaftler der PTB erwarten, dass es innerhalb der kommenden zwei Jahre gelingt und dann der Weg zur Neudefinition des Kelvin geebnet ist. Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Originalpublikation Bernd Fellmuth et al., «Determination of the Boltzmann constant by dielectricconstant gas thermometry», Metrologia 48 [5] 382–390 (2011). Kontakt Dr. Christof Gaiser Physikalisch-Technische Bundesanstalt Institut Berlin Abbestrasse 2–12 D-10587 Berlin Telefon +49 (0)30 3481 7349 christof.gaiser@ptb.de www.ptb.de

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Brownsche Molekularbewegung

Kundschafter im blauen Rauschen

Bild: Alain Doyon und Sylvia Jeney

Kleine, in einer Flüssigkeit gelöste Teilchen registrieren, was in ihrem Umfeld vor sich geht, und reagieren darauf. Ohne ausgetüftelte Messanordnung und ein hochpräzises Instrumentarium ist nicht zu entziffern, wie ihre Botschaft lautet, doch wenn es gelingt, warten erstaunliche Auskünfte auf die Dechiffrierexperten. Mithilfe einer Kombination aus theoretischem Unterbau und diffizilen Experimenten konnten Physiker und Physikerinnen aus Erlangen, Lausanne und Basel erstmals beobachten, wie sich kleine Partikel in einem Lösungsmittel verhalten. Was sich dabei ergibt, wirkt zunächst fantastisch: Der Bewegung eines Teilchens kann eine Farbe zugeordnet werden.

Bild 1. Partikel im Fokus: So wirr die Bahnen der Brownschen Bewegung auch sein mögen, sie werden registriert.

Thomas Franosch, Professor am Institut für Theoretische Physik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), stuft das Ergebnis sachlicher ein. «Damit hat sich eine Annahme bestätigt, die in Fachkreisen seit fünfzig Jahren gilt», erklärt der Erstautor einer Studie zu diesem Thema. «Bis jetzt war es allerdings nicht möglich, das Spektrum der Kräfte, die auf die Partikel wirken, direkt zu messen.» Der Forschergruppe gelang dies, indem sie starke optische Fallen einsetzte, in denen ein einzelnes Teilchen festgehalten werden kann.

Chaos im Kaffee Eine der Säulen der modernen theoretischen Physik ist die Brownsche Molekularbewegung. Wer Partikel in einer Lösung, beispielsweise Kaffeepulver in heissem Wasser, unter dem Mikroskop betrachtet, sieht eine Breakdance-Vorstellung im Minia34

turformat. Unter der reglos erscheinenden Oberfläche tobt das Chaos. Das Zucken und Zappeln jedes einzelnen Teilchens lässt sich grundsätzlich nicht vorhersagen. Diese Bewegung ist nach dem schottischen Botaniker Robert Brown benannt, der Pollenkörnchen in Wassertropfen studierte und deren «Tanzfiguren» zuerst als Hinweis auf ihre Lebenskraft wertete. Was im 19. Jahrhundert noch vorstellbar war, wurde längst durch eine prosaische Erklärung ersetzt: Wassermoleküle stossen ständig von allen Seiten gegen die grösseren, sichtbaren Pollen. Dasselbe gilt für die Teilchen anderer Lösungen. Die Bewegung nimmt mit steigender Temperatur zu; die hier wirksamen Kräfte werden dementsprechend als thermisch bezeichnet. Im Jahr 1905 legte Albert Einstein seine Doktorarbeit vor. In diesem berühmten Werk bestimmte er näherungsweise eine Kennzahl, die proportional zur Temperatur ist und den enger Zusammenhang zwischen der Reibung eines in einer Flüssigkeit gelösten Partikels und den zufallsbedingten Stössen der Flüssigkeitsteilchen wiedergibt.

Ins Blaue hinein Eine bildhafte Vorstellung der Vorgänge in einer Flüssigkeit gelingt durch den Vergleich mit zwei Sinneswahrnehmungen: Hören und Sehen. Wie die Überlagerung von Radiowellen wird das unregelmässige Zappeln der Moleküle als «Rauschen» bezeichnet. Da alle Strahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen einander ebenfalls überlagern können, «rauschen» auch Lichtwellen. «Kommt hier, wie beim Sonnenlicht, das vollständige Spektrum zusammen, entsteht

Weiss. Fehlt ein Teil des Spektrums, sehen wir Farben», erläutert Franosch. Einstein kam zu einer näherungsweisen Beschreibung, die auf der Annahme basierte, die Brownsche Molekularbewegung werde durch weisses Rauschen angetrieben. Durch neuartige Messgeräte und Weiterentwicklungen der Mathematik kamen leichte Abweichungen zutage. Die deutschschweizerische Forschungsgruppe stellte nun fest: Das Spektrum zeigt eine Verschiebung ins Blaue.

Laserstrahl hält Teilchen fest Dazu war es erforderlich, höchst präzise Messgeräte mit äusserst wirksamen Fallen zu kombinieren. Ein Laserstrahl hält ein gelöstes Teilchen aufgrund seiner optischen Eigenschaften fest. Auf den eingefangenen Partikel werden Detektoren mit einer Ortsauflösung eingesetzt, die unterhalb des Nanometerbereichs liegt. Zugleich kann die Messung Zeiträume bis hin zu Mikrosekunden sichtbar machen. «Sowohl verfälschende Einflüsse der Umgebung als auch Fehler, die durch einen starken Laserstrahl ausgelöst werden könnten, müssen ausgeschlossen bleiben», umreisst die Projektleiterin Sylvia Jeney die grösste Schwierigkeit im Aufbau solcher Experimente. «Dann kann das Teilchen einen Report über die thermischen Kräfte liefern, die in der Flüssigkeit wirken.» Ist das aber angesichts der Grössenverhältnisse nicht so, als würde ein Schwarm Kaulquappen versuchen, ein Nilpferd im Schlamm herumzuschubsen? «So dickhäutig ist der Partikel nicht, dass er die Stösse der Flüssigkeitsteilchen nicht registriert», versichert Franosch. Hier kommt das soge11/ 2011

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nannte Hydrodynamische Gedächtnis ins Spiel, das das Schwimmen von Teilchen in einem Lösungsmittel verzögert. Wer Milch im Kaffee bevorzugt, kennt den Effekt: Die Zugabe verteilt sich von selbst nur langsam, darum liegt der Löffel zum Umrühren neben der Tasse. Möglicherweise wird das Hydrodynamische Gedächtnis auf der Grundlage der Ergebnisse des Forscherteams für völlig neuartige Messverfahren nutzbar. Als Kernstück

nanomechanischer Sensoren könnten von Lasern eingefangene Teilchen in Werkstoffwissenschaften oder Biomedizin Dienst tun, zum Beispiel als Kundschafter im Blut. Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Originalpublikation Thomas Franosch et al., «Resonances arising from hydrodynamic

memory in Brownian motion», Nature 478, 85–88 (2011). Kontakt Prof. Dr. Thomas Franosch Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Staudtstrasse 7 D-91058 Erlangen Telefon +49 (0)9131 85 28449 thomas.franosch@physik.uni-erlangen.de

Materialien mit negativem Brechungsindex

Licht auf dem Rückwärtsgang Was man sonst mit komplizierten Meta-Materialien zu erreichen versucht, gelang an der Technischen Universität (TU) Wien mit ganz gewöhnlichen Metallen in einem Magnetfeld: Eine negative Brechzahl lässt Lichtstrahlen «falsch herum» abbiegen.

Man muss nur einen geraden Stab ins Wasser halten, um den Effekt zu sehen: An der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft ändert das Licht seine Richtung, der Stab sieht aus, als wäre er an der Wasseroberfläche geknickt. Wie stark geknickt der Stab erscheint, wird durch die Brechungszahl (oder Brechungsindex) beschrieben. Seit Jahren versucht man, spezielle Materialien mit negativer Brechungszahl herzustellen – sie verhalten sich optisch ganz anders, als wir das gewohnt sind. An der TU Wien wurde nun gezeigt: Selbst ganz gewöhnliche Metalle können eine negative Brechzahl haben, wenn man sie in ein Magnetfeld steckt.

Wenn man mit dem Auto an der Grenze zwischen Asphaltstrasse und Schnee fährt, kann es passieren, dass sich die Räder am Asphalt schneller vorwärtsbewegen als die Räder am Schnee. Damit ändert sich die Fahrtrichtung und man kommt ins Schleudern. Etwas Ähnliches geschieht mit Licht11/ 2011

Bilder: TU Wien

Verkehrte Lichtbrechung für neuartige Linsen

Bild 1. Bisher nur als Fotomontage möglich: Ungefähr so würde eine Flüssigkeit mit negativem Brechungsindex (rechts) im Vergleich zu normalem Wasser (links) aussehen.

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Stärke des Magnetfeldes passt», erklärt Pimenov. Verwendet wird Mikrowellenstrahlung, die eine dünne Metallfolie teilweise durchdringen kann. Durch magnetische Resonanzeffekte im Metall wird das Licht dann an der Grenzfläche dramatisch abgelenkt und bewegt sich innerhalb des Materials in die Gegenrichtung – so ähnlich als wäre im Inneren des Metalls ein Spiegel eingebaut.

Die perfekte Linse

Bild 2. Ein Strahl, der von links auf eine horizontale Ebene fällt, wird im Metall mit negativer Brechungszahl nach links gebrochen (links). In einem gewöhnlichen Material wird der Strahl leicht zum Lot gebrochen und bewegt sich unten nach rechts weiter (rechtes Bild).

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strahlen, die an eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien stossen, in denen sich das Licht unterschiedlich schnell bewegt – etwa Luft und Glas. «Die Brechzahl gibt an, wie stark das Licht abgelenkt wird. Typischerweise liegt sie bei eins – wie im Vakuum oder Luft – oder darüber wie in meisten transparenten Subs-

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tanzen», erklärt Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Allerdings wird schon seit Jahren spekuliert, welche neuen Eigenschaften Materialien haben könnten, deren Brechungszahl negativ ist. Beim Übergang in ein solches Material würde das Licht gewissermassen den Rückwärtsgang einlegen und genau andersherum gebrochen werden, als das normalerweise geschieht. Das könnte, so vermutet man, ganz neue optische Effekte und Technologien ermöglichen.

Metall knickt Lichtstrahlen Bisher wurde angenommen, dass man solche Effekte nur in sogenannten MetaMaterialien finden kann. Solche Materialien werden aus speziellen feinen Strukturen hergestellt, die das Licht auf mikroskopischer Ebene in der gewünschten Weise streuen. An der TU Wien stellte sich aber nun heraus, dass man mit einfachen Tricks sogar in ganz normalen Metallen wie Cobalt oder Eisen einen negativen Brechungsindex beobachten kann. «Wir setzen das Metall einem starken Magnetfeld aus und bestrahlen es mit Licht, dessen Wellenlänge genau zur

Besondere Aufmerksamkeit haben Materialien mit negativem Brechungsindex in den letzten Jahren auf sich gezogen, weil ihr seltsames Verhalten ganz neue optische Linsen ermöglichen könnte. Das Auflösungsvermögen von gewöhnlichen Linsen ist durch die verwendete Wellenlänge beschränkt: Mit meterlangen Radarwellen kann man keinen Schmetterling fotografieren, mit sichtbarem Licht lässt sich kein Atom abbilden. «Mit einem Material, das eine negative Brechungszahl aufweist, könnte man theoretisch jedoch eine beliebig gute Auflösung erzielen», erklärt Pimenov. Simple Metalle dafür verwenden zu können ist viel einfacher als komplizierte Meta-Materialien aufbauen zu müssen. Um richtige Linsen bauen zu können, müssen nun allerdings noch Methoden gefunden werden, die die Abschwächung des Lichtstrahls durch Absorption ausgleichen. Quelle: TU Wien Originalpublikation S. Engelbrecht, A. M. Shuvaev, Y. Luo, V. Moshnyaga and A. Pimenov, «Negative refraction in natural ferromagnetic metals», EPL 95 [3], 37005 (2011).

Kontakt Prof. Andrei Pimenov Technische Universität Wien Institut für Festkörperphysik Wiedner Hauptstrasse 8–10 A-1040 Wien Telefon +43 (0)1 58801 137 23 andrei.pimenov@tuwien.ac.at www.ifp.tuwien.ac.at 11/ 2011

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FIRMEN BERICHTEN

Einsparung von 60 000 Liter Heizöl pro Jahr

Neues Druckluftsystem mit Wärmerückgewinnung Leoni Studer AG gehört zur weltweit tätigen Leoni-Gruppe. Am Produktionsstandort in Däniken SO sind rund 330 Mitarbeitende beschäftigt, rund 200 davon in der Produktion. Das Unternehmen produziert und vertreibt hochwertige Kabel und Systemlösungen mit zugehörigen Dienstleistungen für den Industrie-, Energie- und Infrastrukturbereich sowie für weitere Industrien.

Bild 1. Ehemalige Druckuftanlage.

Am Standort Däniken der Leoni Studer AG benötigen etwa 70 Prozent der Anlagen Druckluft. Diese findet zahlreiche Anwendungen: So wird sie unter anderem genutzt für den Antrieb von Ventilsystemen, den Transport von sehr schweren Kabelspulen mittels Luftkissen und den Antrieb von unterschiedlichen Maschinen, die schneiden, kleben, Teile greifen oder diese einpacken. Daher ist ein absolut effizientes und zuverlässiges Druckluftsystem für den gesamten Produktionsprozess unabdingbar. Roger

Bild 2. Das energiesparende Druckluftsystem mit Air Optimizer ES130.

Komplette Analyse des Druckluftsystems Aufgrund der geplanten Produktionssteigerung am Standort Däniken mussten neue Produktionsmaschinen beschafft werden. Da sich der Ersatz eines Kompressors abzeichnete, richteten die Führungsverantwortlichen der Firma ihr Augenmerk auf die Zukunft und die Kontrolle des Energieverbrauchs. Auf den Rat ihres Partners Atlas Copco hin liessen sie in einem ersten Schritt eine komplette Analyse ihres Druckluftsystems durchführen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Energieverbrauch zur Erzeugung der Druckluft am Standort Däniken mit über 3500 kWh pro Tag sehr hoch war. Durch die webbasierte Visualisierung konnten die Experten von Atlas Copco die Optimierungspotenziale ermitteln und die grossen Einsparungen belegen, welche durch die Investition in eine neue Anlage realisiert werden. In einer engen Zusammenarbeit der Projektverantwortlichen von Leoni Studer und Atlas Copco wurde eine tragfähige Gesamtlösung sowohl für die Zukunft des Unternehmens als auch für die Umwelt erarbeitet. Sie entschieden, die beiden alten Kompressorenmodelle GA 90 und 75 durch

zwei drehzahlgeregelte GA 160 VSD mit Wärmerückgewinnung und einem Druckluft-Management-System ES 130 auszustatten. Die zurückgewonnene Wärme soll ein neues Heizungssystem für den gesamten Standort Däniken speisen. Diese Investition zahlt sich für das Unternehmen auf der ganzen Linie aus: Mit der Wärmerückführung ins Heizsystem wird Leoni Studer rund 60 000 Liter Heizöl pro Jahr einsparen. Mit dem Einsatz der neuen Kompressoren und nach der Behebung der Leckstellen dürften sich die Stromeinsparungen monatlich auf 3000 CHF belaufen. Mit den neuen Kompressoren kann Leoni Studer einen Energierückgewinnungsanteil von bis zu 70 Prozent erwarten.

CO2-Emissionen reduziert Die Lösung ist einfach: Ein Wärmetauscher stellt den Kunden von Atlas Copco die im Kompressionsprozess entstehende Wärmeenergie zur Verfügung, die für Prozesse oder zur Wassererhitzung zu Heiz- oder Sanitärzwecken benutzt werden kann. Die-

Bilder: Atlas Copco

Brunner, Leiter Unterhalt am Standort in Däniken erklärt: «Wenn eine Maschine während der Produktion eines Kabels aufgrund eines Ausfalls des Druckluftsystems zum Stillstand kommt, ist das Kabel unbrauchbar. So kann man schnell zwischen 20 000 und 30 000 Franken auf einmal verlieren.» Noch vor Kurzem benutzte man bei Leoni Studer ein System, das auf drei Kompressoren der Produktlinie GA mit Antriebsleistungen von 75, 90 und 110 kW aufbaute.

Bild 3. Druckluftanwendung: Abblasen von Wasserrückständen.

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FIRMEN BERICHTEN

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Kontakt Atlas Copco (Schweiz) AG Kompressoren und Druckluftaufbereitung Büetigenstrasse 80 CH-2557 Studen Telefon +41 (0)32 374 14 02 info@axessonline.ch www.atlascopco.ch

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ser Ansatz ist nicht neu, aber Atlas Copco hat das vorhandene Potenzial konstant weiterentwickelt und konnte dadurch zukunftsweisende Lösungen von grossem Wert auf den Markt bringen. In vielen Fällen beträgt der Anteil zurückgewonnener Energie bis zu 90 Prozent, wenn sie sorgfältig verwendet wird. Dank der Rückgewinnung im Produktionsprozess sind die Unternehmen weniger abhängig vom Gebrauch von fossilen Brennstoffen. Zusätzlich reduzieren sich die Betriebskosten für die dazugehörenden Infrastrukturen (Öfen, Brenner, Leitungen, Erhitzer). Gleichzeitig verbessert sie dadurch ihre CO2-Bilanz und trägt den immer strenger werdenden Umweltrichtlinien Rechnung.

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LABOR

Weniger Handarbeit, mehr Leistung

Zellkulturen aus dem Automaten Sei es bei der Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen, sei es die Entschlüsselung von Genfunktionen – die Basis der täglichen Forschungsarbeit bilden Zellkulturen. Bislang werden diese per Hand gesät, versorgt, beobachtet, in Gefässe übertragen und analysiert. Ein neues Gerät erledigt diese Arbeitsschritte vollautomatisch.

Bild: Fraunhofer IPM

fer-Institute für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart, für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg und für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin nun gemeinsam mit den Kollegen des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden ein System aufgebaut, das die Zellen vollautomatisch kultiviert.

Ein Gerät – verschiedene Module Bild 1. Mit diesem Gerät lassen sich Zellen vollautomatisch kultivieren. Die «Zellfabrik» füllt ein kleines Labor.

Das menschliche Genom ist entschlüsselt. Von den Rätseln, die in ihm stecken, bleiben allerdings viele weiterhin ungelöst: Das Genom liefert den Bauplan für verschiedene Proteine, den Bausteinen jeder Zelle. Doch welche Aufgabe übernehmen sie? Welche Proteine beispielsweise steuern die Zellteilung im gesunden Körper? Und was geschieht im Tumorgewebe, in dem sich die Zellen unaufhörlich teilen und diese Proteinsteuerung aus dem Ruder gelaufen ist? Um der Funktion der verschiedenen Proteine auf die Schliche zu kommen, legen die Forscher zunächst Zellkulturen an. Dazu geben sie einige Zellen in eine Petrischale, füllen Nährmedium hinzu und untersuchen regelmässig deren Wachstum. Haben sich geeignete Zellkolonien ausgebildet, setzt der Forscher diese mit einer Pipette in ein neues Gefäss, um sie weiter zu untersuchen. Bislang führen die Wissenschaftler diese Arbeiten überwiegend per Hand aus – eine zeitaufwendige Routinearbeit. Im Projekt Autranomics haben Forscher der Fraunho40

Das Gerät besteht aus verschiedenen Modulen: Eines davon ist ein Roboter, der die einzelnen Gefässe, Mikrotiterplatten genannt, mit den Zellkulturen von einer Station zur nächsten transportiert. «Ein Mikroskop nimmt die Zellen regelmässig unter die Lupe, um ihr Wachstum zu beurteilen», erläutert Albrecht Brandenburg, Gruppenleiter am IPM, ein weiteres Modul. «Es überführt die Mikrotiterplatten auf den Mikroskoptisch, fokussiert, wechselt die Objektive und steuert die Lichtquellen an. Damit das Optik-Modul der hohen Luftfeuchtigkeit standhält, die die Zellen brauchen, ist das gesamte optische System für den Betrieb in dieser Umgebung ausgelegt. Die Ergebnisse der mikroskopischen Analyse fliessen in die Systemsteuerung ein, das ist bislang einzigartig in der automatisierten Zellkultivierung.» Ein Beispiel dafür: Eine Software wertet die Mikroskopaufnahmen aus und überprüft, wie stark die Oberfläche des Gefässes bereits mit Zellen bedeckt ist. Haben sich geeignete Zellkolonien gebildet, nimmt ein weiteres Modul, eine Hohlnadel, die Zellen in einem Bereich von 100 bis 200 Mikrometern auf und überführt sie in ein neues Gefäss. Die Software, die diese Mustererkennung vornimmt und damit die Zellen als solche erkennt, kann von den Anwen-

dern des Systems trainiert werden: Bei neuen Zelltypen können sie Beispielareale für Vorder- und Hintergrund definieren. In den weiteren Arbeitsabläufen erkennt das System den jeweiligen Zelltyp dann automatisch.

Pro Monat 500 Zellkulturen gezüchtet Seit Kurzem steht das Gerät, das ein kleines Labor füllt, beim Max-Planck-Institut. Hier soll es den Forschern helfen, die Funktionen verschiedener Proteine zu entschlüsseln. Dazu bringen die Wissenschaftler den Abschnitt des menschlichen Genoms in die Zellen ein, der den Bauplan für die zu untersuchenden Proteine liefert. Der Ort in der Zelle, an dem die Proteine später zu finden sind, verrät einiges über die jeweilige Funktion der Proteine. Der Durchsatz, den das System schafft, ist enorm: Pro Monat züchtet es 500 Zellkulturen. Die Zellfabrik kann aber auch an andere Anwendungen angepasst werden: So hilft sie etwa dabei, die Wirksamkeit verschiedener Medikamente zu testen. Da das System modular aufgebaut ist, können Forscher in Industrie und Wissenschaft abhängig vom Bedarf auch nur einzelne Schritte automatisieren. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Kontakt Dr. Albrecht Brandenburg Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik Heidenhofstrasse 8 D-79110 Freiburg Telefon +49 (0)761 8857 306 brandenburger@ipm.fraunhofer.de www.ipm.fraunhofer.de 11/ 2011

A N A LY T I K

Bestimmung von Polymermassen

Biologische Nanoporen auf einem Chip Biologische Nanoporen sind Proteine von wenigen Nanometern Grösse, die winzige wassergefüllte Kanäle bilden. Sie haben sich als vielversprechende Werkzeuge in der Nanobiotechnologie herausgestellt. An der Universität Freiburg ist es erstmals gelungen, sie auf einem winzigen Mikrochip anzuordnen und damit die Masse von Polymeren mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Dabei übernehmen die Nanoporen die Rolle des Messfühlers. Die Neuentwicklung wird helfen, das grosse Potenzial der Nanoporenanalytik für die Chemie und die Lebenswissenschaften auszuschöpfen.

Neuerdings wird dieses Protein aber auch für analytische Aufgaben in Chemie und Biologie eingesetzt. Gerät ein grösseres Molekül in die Pore, wird diese für Sekundenbruchteile teilweise verstopft. Durch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Pore wird die Anwesenheit eines einzelnen Moleküls in der Hämolysinpore ganz ähnlich wie durch eine Lichtschranke erfasst. Gleichzeitig kann man so auch die Grösse des Moleküls sehr genau messen. Auf dieses Prinzip richten sich grosse Hoffnungen von der Analyse synthetischer Polymermischungen bis hin zur Analyse von Erbmaterial und der schnellen und kostengünstigen Sequenzierung von DNA.

Ein Biohybrid-Mikrosensor In Zusammenarbeit zwischen der Arbeitsgruppe von Jan C. Behrends, Physiologisches Institut, und dem Lehrstuhl von Jürgen Rühe, Institut für Mikrosystemtechnik (Imtek) der Universität Freiburg ist es gelungen, Messungen auf einem eigens entwickelten Biohybrid-Mikrosensor aus biologischen und mikrotechnisch hergestellten Teilen durchzuführen. Er enthält auf einem Quadratmillimeter 16 miniaturisierte künstliche Zellmembranen. Die einzelnen Membranen überspannen winzige Töpfchen, 11/ 2011

Bild: Universität Freiburg

In der Natur dienen Nanoporen häufig dem Transport grösserer Moleküle, zum Beispiel dem Durchschleusen von Proteinen durch Membranen. Auch Bakterien machen sich Nanoporen zunutze, um Zellen infizierter Organismen zu zerstören. Dies gilt auch für das α-Hämolysin, ein von Staphylokokken produziertes Protein, das rote Blutkörperchen zerstören kann.

Bild 1. Der biohybride Sensor enthält eine Messelektrode und wird von einer künstlichen Zellmembran mit einem einzelnen Nanoporenprotein überspannt. In rot ist ein Polymermolekül gezeigt, das die Pore verstopft.

jedes mit einem Durchmesser von etwa zwei Hundertstel Millimeter. Das entspricht etwa einem Drittel der Dicke eines menschlichen Haares. Die Forscher konnten zeigen, dass sie mit ihrem Chip die Grössenverteilung eines Polymers bis auf ein Kettenglied genau bestimmen können. Um derart genaue Ergebnisse zu erhalten, sind bisher teure Grossgeräte notwendig, die ganze Räume füllen. Das Projekt ist ein gutes Beispiel für erfolgreiche Zusammenarbeit über die Grenzen sehr unterschiedlicher Disziplinen hinweg. Quelle: Universität Freiburg Originalpublikation Gerhard Baaken et al., «Nanopore-Based Single-Molecule Mass Spectrometry on a Lipid Membrane Microarray», ACS Nano, Articles ASAP, Publication Date (Web): September 20, 2011 DOI: 10.1021/nn202670z

Kontakt Dr. Gerhard Baaken Albert Ludwigs Universität Freiburg Institut für Mikrosystemtechnik (Imtek) Georges-Köhler-Allee 106 D-79110 Freiburg Telefon +49 (0)761 203 5145 baaken@imtek.de www.imtek.uni-freiburg.de

Vor Ursprung des Nanometers Nano ist vom griechischen nannos/ lateinischen nanus abgeleitet und bedeutet übersetzt «Zwerg». Als Vorsatz zu einer Masseinheit bedeutet es den milliardsten (10 –9.) Teil der betreffenden Masseinheit. 1 Nanometer (1 nm) entspricht demzufolge 10 –9 m oder 10 –6 mm, 1 Nanoliter entspricht 10 –9 l oder 10 –6 ml.

Bild: Universität Wien, Johannes Saukel

Bild 1. Safran: die dreiteiligen Narben der Blüte von Crocus sativus.

Schnelle Analytik eines Heilmittels

Fälschungssicherer Safran Safran ist seit alters her nicht nur ein wertvolles Gewürz, sondern auch ein traditionelles Heilmittel. Für ein Kilogramm Arzneidroge werden bis zu 200 000 Blüten benötigt, die in der einmonatigen Blütezeit händisch gesammelt werden. Das macht Safran sehr teuer und die Verlockung, ihn zu verfälschen, ist gross. Katharina Waldbauer, Doktorandin an der Universität Wien, hat im Rahmen ihrer Diplomarbeit ein Verfahren entwickelt, mit dem Safran rasch auf seine Qualität überprüft werden kann.

Safran ist ein teures, exklusives Gewürz. Er ist jedoch auch ein wichtiges Heilmittel: Die erste Überlieferung seiner Anwendung als Arzneidroge (lat. Croci Flos oder Croci Stigma) reicht in vorchristliche Zeit zurück, wie ein Fresko im minoischen Palast auf Kreta zeigt. Durch frühen, weltweiten Handel ist Safran in vielen traditionellen Medizinsystemen vertreten. 42

Im Zug der Erforschung der rationalen Phytotherapie konnten traditionelle Anwendungen bestätigt werden. So wurden die selektive Toxizität von Safran gegen Tumorzelllinien, die blutdrucksenkende und die aphrodisierende Wirkung nachgewiesen. Safran kann auch erfolgreich gegen leichte Depressionen eingesetzt werden.

Hauptinhaltsstoffe des Safrans sind die Crocine, Picrocrocin und Safranal. «Die antikanzerogene Wirkung des Safrans wird auf die Crocine, die als toxikologisch unbedenklich eingestuft werden, zurückgeführt. Deshalb ist ein hoher Crocingehalt im Safran wünschenswert. Für die anderen Hauptinhaltsstoffe des Safrans, den Bitterstoff Picrocrocin und den durch thermische und 11/ 2011

PHARMA

enzymatische Einflüsse entstehenden Geruchsträger Safranal, liegen noch keine eindeutigen Ergebnisse toxikologischer Prüfungen vor», erklärt Katharina Waldbauer, Doktorandin an der Universität Wien.

Die Arzneidroge besteht aus den – meist durch ein kurzes Griffelstück zusammengehaltenen – dreiteiligen Narben der Blüte von Crocus sativus (L.), die auch heute noch händisch aus den Blüten gezupft werden. Es ist nicht möglich, die filigranen Blütenfäden maschinell zu ernten. Um ein Kilogramm Arzneidroge zu erhalten, werden 150 000 bis 200 000 Blüten benötigt, die nur innerhalb der einmonatigen Blütezeit der Pflanze (Oktober bis November) gesammelt werden können. Hauptanbaugebiete sind der Iran, Griechenland, Indien und in den letzten Jahren vermehrt die Volksrepublik China. Schon in alten Arzneikundebüchern wurden zahlreiche Manipulationsmöglichkeiten bei Safran beschrieben, die – wie aktuelle Untersuchungen am Department für Pharmakognosie der Universität Wien ergaben – auch heute noch relevant sind. Viele der untersuchten Safranproben – vor allem aus China – konnten als Verfälschungen identifiziert werden.

Monographie Flos Croci überarbeitet «Das DiplomandInnenkolleg wurde im Auftrag des Bundesministeriums für Gesundheit auch mit der Überarbeitung der Monographie Flos Croci des Österreichischen Arzneibuches nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft betraut», freut sich Brigitte Kopp, Betreuerin der Diplomarbeit von Katharina Waldbauer und stellvertretende Leiterin des Departments für Pharmakognosie der Universität Wien. Dabei wurde in der überarbeiteten Monographie die mikroskopische und dünnschichtchromatografische Analyse neu ausgearbeitet. Dies ermöglicht die rasche Abgrenzung der Arzneidroge gegenüber häufigen Verfälschungen, wie zum Beispiel Carthamus tinctorius (L.), der Färberdistel. Durch die nun eindeutige Beschreibung der mikroskopischen Merkmale des Safrans und die 11/ 2011

Bild: Rainer Zenz (Wikipedia)

Extrem mühsame Ernte macht Safran teuer

Bild 2. Getrocknete Safranfäden.

rasche chemische Untersuchung mittels DC ist die Wareneingangskontrolle in Apotheken auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft möglich. Darüber hinaus wurde die Prüfung auf Reinheit überarbeitet, die beispielsweise den Gehalt an oft beigemengten anorganischen Salzen bestimmt. Kopp erklärt weiter: «In der ‹veralteten› früheren Monographie wurde die Arzneidroge Safran ausschliesslich auf ihr Färbevermögen getestet. Dadurch war eine Verfälschung mit anderen, ebenfalls färbenden Pflanzen, deren Inhaltstoffmuster jedoch unbekannt, nicht wirksam oder sogar gefährlich sein kann, möglich. Katharina Waldbauer hat den Punkt Gehaltsbestimmung der Monographie sehr erfolgreich überarbeitet.» Erstmals ist in einem Arzneibuch des deutschsprachigen Raums – im Österreichischen Arzneibuch – die quantitative Analyse der wertbestimmenden Substanzen von Safran mittels HPLC enthalten. «Durch dieses Verfahren können Muster

einer Arzneidroge verschiedener Herkunft rasch und mit geringem Einsatz an Drogenmaterial analysiert werden. Bei Gehaltsbestimmungen in Arzneipflanzen-Monographien wird der Gehalt eines Wirkstoffes bzw. einer Wirkstoffgruppe der Pflanze gemessen, wodurch man Rückschlüsse auf Qualität und Lagerung des Pflanzenmaterials gewinnen kann», ergänzt die junge Pharmazeutin. Quelle: Universität Wien

Kontakt Mag. Katharina Waldbauer Universität Wien Department für Pharmakognosie Althanstrasse 14 (UZA II) A-1090 Wien Telefon +43 (0)1 4277 552 62 katharina.waldbauer@univie.ac.at www.univie.ac.at 43

ERNÄHRUNG

Bitterstoffe und Bitterblocker

Einflüsse auf die Intensität des Bittergeschmacks Wissenschaftler des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) haben in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Piemont erstmals zwei natürliche Substanzen aus Wermutgewächsen isoliert, die Bitterstoff und Bitterblocker in einem sind. Sie aktivieren einige der 25 Bittergeschmacks-Rezeptoren, hemmen aber gleichzeitig andere Bittersensoren, sodass diese von bestimmten Bitterstoffen nicht mehr oder nur schwach aktiviert werden. Als Folge nimmt die Intensität des «Bittersignals» ab. Damit liegt nahe, dass neben der Gesamtmenge der Bitterstoffe auch deren Art und Kombination für die Intensität des Bittergeschmacks einer Speise entscheidend ist.

Bitternote verfügt, verringert sich die Bitterkeit beider Speisen. Die Forscher gehen daher davon aus, dass es noch viele weitere Bitterstoffe in der Natur gibt, die Bitterblocker und Bitterstoff in einem sind.

Bild: DIfE

Der Mensch verfügt über 25 verschiedene Bitterrezeptortypen, mit denen er tausende natürliche, synthetische und bei der Nahrungsmittelherstellung und -reifung entstehende Bitterstoffe erkennt. Dies ist ein grosser Unterschied zum Süssgeschmack. Denn Süsses nimmt der Mensch nur mit einem einzigen Rezeptortyp wahr.

Bild 1. Computermodell schmacks rezeptors.

eines

Bitterge-

Geniesst man, wie in Italien üblich, den intensiv bitter schmeckenden Honig des Erdbeerbaums (Arbutus unedo) zusammen mit Roquefort-Käse, der ebenfalls über eine

Wie die Geschmacksforscher um Wolfgang Meyerhof bereits vor etwa einem Jahr zeigen konnten, erkennen einige der Bitterrezeptoren eine breite Palette von bitteren Substanzen, während andere nur auf wenige Bitterstoffe reagieren. Jeder Rezeptor besitzt somit sein eigenes Bitterstoffprofil, das sich teilweise mit den Profilen der anderen Bitterrezeptoren überlappt.

In der neuen Studie konnte das Forscherteam mithilfe einer Art künstlichen Zunge 1) zeigen, dass die beiden aus Wermutgewächsen isolierten Substanzen unter anderem einen Rezeptortyp hemmen, der sehr viele, strukturell unterschiedliche Bitterstoffe erkennt. War der Rezeptor durch einen der beiden natürlichen Bitterblocker gehemmt, konnten weder Absinthin noch giftige Bitterstoffe wie Strychnin den Rezeptor aktivieren, was normalerweise der Fall gewesen wäre. Paradoxerweise waren die beiden Bitterblocker aber auch selbst in der Lage, andere Bitterrezeptoren zu aktivieren. «Unsere Ergebnisse zeigen, dass es durchaus Sinn macht, dass sich so viele verschiedene Bitterrezeptortypen mit einem überlappenden Bitterstoff-Erkennungsprofil

Künstliche Zunge: ein zelluläres Testsystem, mit dem in vitro untersucht werden kann, ob ein Geschmacksrezeptor von einer bestimmten Substanz aktiviert wird.

Bittergeschmackswahrnehmung Die Bittergeschmackswahrnehmung ist angeboren. Bereits Babys können Bitterstoffe wahrnehmen. Gibt man einem Kleinkind etwas Bitteres, so versucht es, das Bittere so schnell wie möglich wieder auszuspucken. Dies macht die orale Gabe bitterer Medikamente in diesem Alter besonders problematisch. Obwohl nicht generell ein Zusammenhang zwischen Bitterkeit und Giftigkeit besteht, wird im Allgemeinen davon ausgegangen,

dass der Sinn für Bitteres uns vor dem Verzehr giftiger Nahrung bewahren soll. Wolfgang Meyerhof leitet am DIfE eine der führenden Arbeitsgruppen, die sich mit Geschmacksforschung in Deutschland beschäftigen. Der Gruppe ist es gelungen, alle 25 menschlichen Bitterrezeptor-Gene zu identifizieren. Bitterrezeptoren findet man auf der Zunge, aber auch im Bereich des Gaumens, des Rachens und des Kehlkopfs. Bereits 2005 und 2006 hatten Ergebnisse

der Arbeitsgruppe um Meyerhof gezeigt, dass die Wahrnehmung des Bittergeschmacks eine wichtige Rolle während der menschlichen Evolution spielte. Im Jahr 2007 zeigte die Gruppe um Meyerhof, dass Geschmackszellen über unterschiedliche Bit terrezeptoren-Sets verfügen. Damit wären zumindest auf molekularer und zellulärerer Ebene die Voraussetzungen erfüllt, zwischen verschiedenen Bitterstoffen zu differenzieren.

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ERNÄHRUNG / WERKSTOFFE

beim Menschen entwickelt haben», sagt Meyerhof, Leiter der Abteilung Molekulare Genetik am DIfE. «Denn gäbe es nur eine Art Bitterrezeptor, der durch natürliche Substanzen geblockt werden könnte, wären Vergiftungen durch andere Bitterstoffe sehr viel leichter möglich. In Evolutionsmassstäben gedacht wäre dies ein klarer Selektionsnachteil.» Die Studie wirft aber auch neue Fragen auf, welche die Wissenschaftler hoffen, eines Tages beantworten zu können. So die Frage, welche Rolle die natürlichen Bitterblocker für die Evolution der menschlichen Bitterrezeptoren gespielt haben oder war-

um die beiden Bitterblocker ausgerechnet in Wermutgewächsen gefunden wurden, die sehr viele Bitterstoffe enthalten und zu den bittersten Pflanzen gehören. Quelle: Deutsches Institut für Ernährungsforschung

Originalpublikation Anne Brockhoff et al., «Receptor Agonism and Antagonism of Dietary Bitter Compounds», The Journal of Neuroscience, 31 [41], 14775–14782 (2011).

Kontakt Dr. Anne Brockhoff Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Arthur-Scheunert-Allee 114–116 D-14558 Nuthetal Telefon +49 (0)33200 88 2669 brockhoff@dife.de

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Die Natur als Vorbild

Sich selbst reparierende Membranen

Bild: Universität Freiburg i. Br.

Bilder: Plant Biomechanics Group, Universität Freiburg i.Br.

Lianen, deren Festigungsring aus verholzten Zellen nach einer Verletzung von selber heilt, dienen Bionik-Experten als Vorbild für selbstreparierende Membranen wie sie etwa in Schlauchbooten zum Einsatz kommen könnten. Empa-Forscher haben sich einen «Trick» der Natur zu eigen gemacht und eine geschlossenzellige Polymerschaumbeschichtung entwickelt. Diese vermindert nicht nur den Druckverlust nach einer Beschädigung der Membran, sondern macht aufblasbare Strukturen auch widerstandsfähiger und langlebiger.

Bild 1. Querschnitt durch den zweijährigen Spross einer Pfeifenwinde.

Bild 2. Zellreparatur in einer Pfeifenwinde (Aristolochia macrophylla). Parenchymzellen des Grundgewebes dehnen sich rasch aus, wenn die verholzten Zellen des Festigungsgewebes verletzt werden (A und B) und verholzen schliesslich in einer späteren Phase (C).

Verhängnisvoll ist ein Loch im Schlauchboot nur, wenn die Luft derart schnell entweicht, dass das rettende Land nicht mehr erreicht wird. Weniger dramatisch, doch gleichwohl unangenehm ist es, auf einer löchrigen Luft-

matratze die Nacht zu verbringen. Doch selbst darauf liesse sich noch ungestört schlafen, wenn die Luft nur langsam genug ausströmte. Selbstreparierende Schichten aus porösem Material sollen in Zukunft

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dafür sorgen, dass Membranen von aufblasbaren Objekten nicht nur wasser- und luftdicht sind, sondern kleine Löcher sich auch selber stopfen können. Zumindest vorübergehend. 45

WERKSTOFFE

Die Idee hierfür stammt aus der Natur. In ihr entdecken Bionikfachleute immer wieder verblüffende Konstruktionsprinzipien, aus denen Ingenieure dann zahlreiche technische Lösungen ableiten. So auch zur Selbstreparatur von Materialien: Der Selbstheilungsprozess der Pfeifenwinde (Aristolochia macrophylla, Bild 1), einer Liane in den Bergwäldern Nordamerikas, lieferte den Biologinnen der Universität Freiburg im Breisgau den entscheidenden Hinweis. Werden die verholzten Zellen des Festigungsgewebes verletzt, die den Pflanzen ihre Biegefestigkeit verleihen, verarztet sich die Pflanze durch «erste Hilfe». Parenchymzellen des darunter liegenden Grundgewebes dehnen sich rasch aus und verschliessen die Wunde von innen (Bild 2). Erst in einer späteren Phase setzt die eigentliche Heilung ein, das ursprüngliche Gewebe wächst nach.

«Selbstheilende» aufblasbare Strukturen Dieses Prinzip soll in einem vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Bionikprojekt auf Werkstoffe – genauer auf Membranen – übertragen werden. Sobald eine Membran verletzt wird, soll eine zusätzliche Schicht dank ihrer mechanischen Vorspannung – ähnlich dem Vorbild aus der Natur – «erste Hilfe» leisten und Löcher bis zur «richtigen» Reparatur verschliessen.

Bild: Empa

Verblüffende Konstruktionsprinzipien in der Natur

Bild 3. Die Membran aus Polyvinylchlorid-Polyester (gelblich) wurde mit einer Nadel von 2,5 Millimeter Durchmesser durchstochen, worauf sich der Polyurethanschaum (braun) schlagartig ausdehnte.

Loch schliesst, wenn der Schaum auf der Membran sich nach einer Verletzung ausdehnt. Im Rahmen seiner Dissertation untersucht Rampf diesen Prozess mithilfe einer Versuchsanlage, die eine Membran pneumatisch unter Druck setzen und anschliessend mit einer Nadel punktieren kann.

«Löchrige» Luftmatratze hält Während sich Forscher der Albert-LudwigsUniversität Freiburg unter der Leitung von Olga Speck mit den biologischen und chemischen Aspekten des Vorbilds Liane beschäftigen, arbeiten Rolf Luchsinger und Markus Rampf, Forscher am Center for Synergetic Structures der Empa, an der technischen Lösung für Polymer-Membranen. Luchsingers Hintergrund sind allerdings weder Schlauchboote noch Luftmatratzen, sondern tragende pneumatische Strukturen für den Leichtbau. Die TensairityBalken dienen als Elemente für schnell aufgebaute, leichte Brücken und Dächer. Ziel der Untersuchungen ist es zu verstehen, unter welchen Bedingungen sich ein 46

Einen ersten Zwischenerfolg haben die Empa-Forscher bereits erzielt; ein Zweikomponentenschaum aus Polyurethan und Polyester dehnt sich unter Überdruck, wie er im Loch durch die austretende Luft herrscht, schlagartig aus (Bild 3). «Im Labor funktioniert‘s», sagt Luchsinger, «wir erreichen hohe Reparaturfaktoren.» Was bedeutet: Wenn es bislang nötig war, eine Luftmatratze mit einem Volumen von 200 Litern alle fünf Minuten aufzupumpen, hält sie jetzt acht Stunden; der Druckabfall von 200 auf 50 Millibar zieht sich so lange hin, dass genug Zeit bleibt, um eine Nacht durchzuschlafen. «Wir wissen nun genug über den Schaum, um mit Herstellern von

Membranen Gespräche über eine Umsetzung für den Markt zu führen», so Luchsinger über die nächsten Schritte. Quelle: Empa Originalpublikation Markus Rampf, Olga Speck, Thomas Speck, Rolf H. Luchsinger, «Self-Repairing Membranes for Inflatable Structures Inspired by a Rapid Wound Sealing Process of Climbing Plants», Journal of Bionic Engineering 8 [3], 242–250 (2011).

Kontakt Dr. Rolf Luchsinger Empa – Center for Synergetic Structures Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 40 90 rolf.luchsinger@empa.ch www.empa.ch 11/ 2011

WERKSTOFFE

Reaktive Pulver Sintertechnologie

Hochleistungslaserfasern neuer Qualität Hochleistungsfaserlaser sind aus der Materialbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Weltweit wird intensiv daran geforscht, die dafür benötigten Glasfasern in optimaler Qualität herzustellen und die Ausgangsleistung zu steigern. Wissenschaftler vom Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie für komplex zusammengesetzte Laserfasern wesentlich grössere Faserkerne als bisher erzeugen können.

Bilder: IPHT

kompetenzen des IPHT», erläutert Hartmut Bartelt, Leiter der Abteilung Faseroptik.

Bild 1. Die Erforschung massgeschneiderter optischer Fasern gehört zu den Kernkompetenzen des IPHT Jena.

Schneiden, Bohren, Schweissen – in der Automobilindustrie übernehmen Faserlaser heute bereits viele dieser Aufgaben; spezialisierte Varianten kommen aber auch in der Messtechnik und der Medizin zum Einsatz. Als Faserlaser bezeichnet man dabei optische Fasern, die das Licht nicht nur passiv leiten sonst selbst aktiv als Quellen für Laserlicht dienen. Optische Fasern sind sehr dünne Glasfasern mit einem Kern von oft nur wenigen tausendstel Millimetern, in denen Licht kontrolliert geleitet wird. Ihre Eigenschaften können durch die Auswahl der Materialien und verschiedene Strukturen gesteuert werden. «Solche Lichtleiter gezielt zu optimieren und damit massgeschneiderte Lösungen für spezielle Anwendungen anzubieten, gehört zu den Kern-

Bild 2. Glaspulver, das zu einem porösen Körper gepresst wird, ist der Ausgangsstoff für Hochleistungslaserfasern.

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Ihr neues Verfahren zur Herstellung von Laserfasern, das in enger Kooperation mit der Industrie entwickelt wurde, haben die Jenaer Forscher Repusil genannt, Reaktive Pulver Sinter-Technologie. «Wir überwinden damit die Nachteile der etablierten Methoden und schaffen neue Potenziale für zukünftige Entwicklungen», ist Physiker Bartelt überzeugt.

Homogenen Kerne für aktive Laserfasern Die Herstellung von Glasfasern umfasst viele einzelne Schritte, die alle das Endergebnis beeinflussen. Am Anfang steht eine Preform, ein robuster Glasstab, der bereits alle Eigenschaften der späteren Faser besitzt. Das bisher übliche Verfahren zur Herstellung von Kernen für Faserlaser lässt sich mit den Schlagworten «aus Gas wird Glas» umschreiben: Im Rahmen der Modifizierten Chemischen Gasabscheidung (MCVD-Verfahren) werden die gasförmigen Ausgangsstoffe auf der Innenseite eines Rohrs in Schichten aufgeschmolzen. Damit lassen sich aber keine homogenen Kerne für aktive Laserfasern herstellen, wie sie für eine weitere Steigerung der Ausgangsleistungen erforderlich wären. «Deshalb haben wir gemeinsam mit der Firma Heraeus ein Verfahren entwickelt, das nicht von gasförmigen Stoffen, sondern von Pulvern ausgeht», erläutert Bartelt. An hochreines Quarzglaspulver binden er und seine Kollegen direkt die gewünschten Zusatzstoffe. Das Glaspulver wird unter Druck und Erwärmung zu einem stabilen porösen Körper gepresst und in mehreren Schritten gereinigt und verdichtet, was als Sintern bezeichnet wird. Danach erfolgt bei

weiter erhöhter Temperatur die Verglasung in einem Hüllrohr. «Dieses Vorgehen liefert uns mit Seltenen Erden dotierte Materialien mit hoher Homogenität für Kerndimensionen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zugänglich waren», so Bartelt. Die neuartigen Laserfasern werden zurzeit bei Laserherstellern getestet und haben bereits Ausgangsleistungen im Multi-Kilowatt-Bereich geliefert. Ein weiterer Vorteil für künftige Anwendungen: Der finanzielle Aufwand für das neue Verfahren ist gemessen an den Kosten pro Gramm des aktiven Materials wesentlich geringer als im MCVDVerfahren. Quelle: IPHT Kontakt Hartmut Bartelt Institut für Photonische Technologien Albert-Einstein-Strasse 9 D-07745 Jena Telefon +49 (0)3641 206 200 hartmut.bartelt@ipht-jena.de www.ipht-jena.de

Bedenkenswertes Wer nichts als Chemie versteht, versteht auch die nicht recht. Georg Christoph Lichtenberg (1742–1799) aus einem der «Sudelbücher», ca. 1790

chemoline.ch 47

Bild 1. Ein Männchen des Asiatischen Laubholzbockkäfers.

Ein gefährlicher Baumschädling

Asiatischer Laubholzbockkäfer eingeschleppt Im Kanton Freiburg wurde erstmals in der Schweiz der Asiatische Laubholzbockkäfer nachgewiesen. Dieser eingeschleppte Käfer zerstört Laubhölzer und gilt gemäss Pflanzenschutzverordnung als besonders gefährlicher Schädling. Das Bundesamt für Umwelt Bafu koordiniert zusammen mit dem betroffenen Kanton die Bekämpfung dieses Insekts.

Der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis) ist gemäss der vom Bundesrat erlassenen Pflanzenschutzverordnung ein besonders gefährlicher Schadorganismus. Seine Einschleppung und Ausbreitung ist in der ganzen Schweiz verboten. Grund: Der Käfer befällt gesunde Laubbäume. Bei starkem und wiederholtem Befall kann er sie in wenigen Jahren zum Absterben bringen. Befallene Bäume im Siedlungsgebiet können so zum Sicherheitsrisiko werden und müssen gefällt werden. Die Gefahr besteht, dass er auch im Wald grosse wirtschaftliche oder ökologische Schäden anrichtet. Ein Befall von landwirtschaftlichen Obstkulturen kann nicht ausgeschlossen werden. Aufgrund der globalisierten Handelsströme gelangt der Asiatische Laubholzbockkäfer 48

meistens in Verpackungsholz aus Ostasien nach Europa (zum Beispiel in Paletten mit importierten Granitsteinen). Trotz Stichprobenkontrollen des Eidgenössischen Pflanzenschutzdiensts an der Grenze wurden nun erstmals in der Schweiz zwei Exemplare des Asiatischen Laubholzbockkäfers gefunden.

Laubholzbockkäfer im Freiburger Sensenbezirk Ein Käfer wurde in einem Garten im Freiburger Sensebezirk von einer Privatperson entdeckt und von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) bestimmt. Ein Mitarbeiter der WSL wies anschliessend an einer Hecke einen zweiten Käfer sowie Eiablagen nach.

Bislang liess sich nicht feststellen, wann und wie die Käfer in das Sensegebiet gelangten. Ebenso ist das Ausmass des Befalls noch nicht bekannt. Das Bundesamt für Umwelt hat zusammen mit dem Bundesamt für Landwirtschaft – die beiden Ämter bilden zusammen den Eidgenössischen Pflanzenschutzdienst EPSD – die Behörden des Kantons Freiburg (Kantonaler Forstschutz und Pflanzenschutzdienst) informiert und mit der Durchführung von Massnahmen beauftragt. Zudem wurden die Behörden des benachbarten Kantons Bern informiert. Vor Ort muss nun das Ausmass des Käferbefalls erhoben werden. Zu diesem Zweck bildet der Kanton zusammen mit dem Bund Personal aus, welches in den nächsten Wochen im Umkreis des Fundortes nach 11/ 2011

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Kontakt Martin Büchel, lic. phil. nat., Biologe Bundesamt für Umwelt BAFU Abteilung Wald CH-3003 Bern Telefon +41 (0)31 324 77 83 martin.buechel@bafu.admin.ch

Bilder: Beat Forster/WSL

Spuren des Käfers suchen wird. Die lokale Bevölkerung wird direkt informiert. Sobald das Ausmass bekannt ist, entscheidet der EPSD zusammen mit dem Kanton, welche Bekämpfungsmassnahmen angebracht sind. Das Bundesamt für Umwelt wird dann erneut informieren. Befallene Bäume müssen in jedem Fall gefällt und vernichtet werden. Im besten Fall lassen sich die Käfer so ausrotten. Ansonsten gilt es, den Schaden durch das Eindämmen dieser Art in Grenzen zu halten. Quelle: Bundesamt für Umwelt

Bild 2. Reifungsfrass-Symptome der Käfer an einem Seitenästchen.

Entfernung von unerwünschten Mikroverunreinigungen

Ozonierung macht Abwasser sauberer Mit der Zufuhr von Ozon in Abwässer können problematische Mikroverunreinigungen wie Pharmaka, Pflanzenschutzmittel oder Kosmetika erfolgreich aus Abwässern entfernt werden. Das weist eine am Institut für Umweltwissenschaften der Universität Koblenz-Landau in Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Bundesamt für Umwelt im Rahmen des Schweizerischen Pilotprojektes Strategie MicroPoll neu entwickelte Test-Methode nach. Bei der Testmethode, die auf einem ganzheitlichen ökologischen Ansatz basiert, wird anhand der Laubfrassrate des Bachflohkrebses Gammarus fossarum untersucht, wie wirksam Abwässer durch die Ozonierung gereinigt werden.

Fehlende gesetzliche Grundlagen in der Europäischen Union und die aus der Sicht des Gewässerschutzes unerwünschte Bildung von möglicherweise toxischen Reaktionsprodukten sind die Gründe, weshalb die Ozonierung von Abwasser nicht verbreitet eingesetzt wird. Dabei ist es, wie Untersuchungen zeigen, besonders in dicht besiedelten Regionen aufgrund des hohen Abwasseraufkommens notwendig, Mikroverunreinigungen aus diesen zu entfernen. Technologien wie Ozonierung oder Aktivkohle werden daher auf ihre Eignung hin 11/ 2011

evaluiert. Das Ergebnis der vorliegenden Studie bescheinigt der Ozonierung überwiegend positive Eigenschaften. Moderne Kläranlagen haben es möglich gemacht: In Flüsse, die vor wenigen Jahrzehnten noch als stark verschmutzte Kloaken durch die Landschaft strömten, kehrte die Natur zurück. Dieser Erfolg basiert zu einem wesentlichen Teil auf der dreistufi gen Reinigung der Abwässer: Grober Dreck wird mechanisch mit Rechen und Absetzbecken entfernt, in der biologischen Stufe

fressen Milliarden von Mikroorganismen gelöste Stoffe und schliesslich wird Phosphat chemisch durch Fällung entfernt.

Unerwünschte Mikroverunreinigungen Doch Mikroverunreinigungen wie Medikamente, Kosmetika und Industriechemikalien werden in den Kläranlagenausläufen noch in einer Konzentration im Nano- und Milligramm-pro-Liter-Bereich gemessen. Insbesondere in dicht besiedelten Regionen 49

Bild: Uschi Schmidt

Bild: Mirco Bundschuh

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Bild 1. Anhand der Laubfrassrate des Flusskrebses Gammarus fossarum untersuchten Wissenschaftler, wie wirksam Abwässer durch Ozonierung gereinigt werden.

können Fliessgewässer einen hohen Anteil an biologisch gereinigtem Abwasser aufweisen. In solch belasteten Gewässern wirken sich die Mikroverunreinigungen nachteilig auf die Gesundheit der Wasserlebewesen aus und belasten Trinkwasservorkommen. Daher werden geeignete Technologien zur Reduzierung dieser Mikroverunreinigung gesucht, um Einträge in das Ökosystem und somit negative Auswirkungen auf Gesundheit des Menschen oder Umwelt zu verhindern. Bei der Ozonierung wird Ozon in der dritten Reinigungsstufe in die weitestgehend geklärten Abwässer geleitet. Dort reagiert Ozon hauptsächlich mit organischen Substanzen und oxidiert diese auf, das heisst, bei dieser chemischen Reaktion werden die Substanzen aufgebrochen und verändern damit ihre Wirkweise.

Die Methode Im Zentrum der Untersuchungen stand der ökologische Prozess rund um den Bachflohkrebs Gammarus fossarum, ein in mitteleuropäischen Gewässern sehr verbreitetes wirbelloses Lebewesen (Bild 1). Dieser typische Bachbewohner hat die wichtige Aufgabe im Gewässerökosystem, die im Falllaub gebundene Energie anderen Organismen nutzbar zu machen. Welche Auswirkungen Mikroverunreinigungen und die Ozonierung von Abwasser auf 50

Bild 2. Um andere Einflussgrössen als die Mikroverunreinigung auf das Fressverhalten der Gammariden ausschliessen zu können, wurden zahlreiche Tests im Labor und im Freiland durchgeführt.

dieses Mikrosystem der Energiebereitstellung hat, untersuchten die Landauer Wissenschaftler anhand der Laubfrassrate der Gammariden, also wie eifrig die Tierchen das Laub verspeisten oder eben nicht. In zahlreichen Experimenten im Labor und im Freiland zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen Ozonierung, Schadstoffgehalt und dem Fressverhalten der Gammariden. In Wasser, das nicht mit Ozon behandelt war und somit eine erhöhte Schadstoffbelastung aufwies, war die Laubfrassrate träge, wohingegen die Gammariden in ozoniertem Wasser eifrig frassen. Andere Einflussgrössen auf das Fressverhalten wie veränderter Geschmack der Blätter oder der Anteil von gelöstem Kohlenstoff im Gewässer konnten die Wissenschaftler als Ursache ausschliessen. Mit diesem Testsystem zeigt sich darüber hinaus ganz deutlich: «Mikroverunreinigungen können die chemische und ökologische Beschaffenheit von Gewässern stark beeinflussen», unterstreicht Mirco Bundschuh, Leiter der Studie am Landauer Institut für Umweltwissenschaften. Damit die Vorgaben der europäischen Wasserrahmenrichtlinie eingehalten werden können, die bis 2015 eine gute chemische und ökologische Qualität in Gewässern vorsieht, sollten die Einträge von Mikroverunreinigungen durch Kläranlagen dringend reduziert werden, so Bundschuh weiter. Mit

den derzeitigen Reinigungstechnologien in Kläranlagen könne nicht ausreichend sichergestellt werden, dass das Abwasser hinreichend sauber und frei von Schadstoffen werde. «Die effiziente Reinigung von Abwässern ist ein Zukunftsthema», betont Bundschuh. Denn aufgrund des Klimawandels wird es künftig teilweise weniger Niederschlag im Sommer geben, so dass der Anteil an Abwasser in Oberflächengewässern aufgrund der mangelnden Verdünnung durch Regenwasser prozentual, zumindest lokal, zunehmen wird. Quelle: Universität Koblenz-Landau Originalpublikation Mirco Bundschuh, Ralf Schulz, «Ozonation of secondary treated wastewater reduces ecotoxicity to Gammarus fossarum (Crustacea; Amphipoda): Are loads of (micro)pollutants responsible?», Water Research 45 [13], 3999–4007 (2011).

Kontakt Mirco Bundschuh Universität Koblenz-Landau Landau Campus Fortstrasse 7 D-76829 Landau Telefon +49 (0) 6341 280 31322 bundschuh@uni-landau.de uni-koblenz-landau.de 11/ 2011

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Anaerobe Ammoniumoxidation

Neue Erkenntnisse zum Stickstoffkreislauf Die anaerobe Ammoniumoxidation (Anammox) ist ein wichtiger Stoffwechselweg im Stickstoffkreislauf, der erst in den 1980er-Jahren entdeckt wurde. Derzeit schätzen die Wissenschaftler, dass etwa 50 Prozent des Stickstoffs in der Atmosphäre durch diesen Prozess gebildet wird. Eine Gruppe spezialisierter Bakterien führt die AnammoxReaktion aus, aber lange tappten die Forscher im Dunklen wie diese Bakterien Ammonium zu Stickstoff unter Ausschluss von Sauerstoff umsetzen. 25 Jahre nach ihrer Entdeckung haben Wissenschaftler am Max-PlanckInstitut für Marine Mikrobiologie in Bremen den molekularen Mechanismus von Anammox endlich entschlüsselt.

gen haben. Dies war eine aufregende Möglichkeit, denn niemand hatte bisher zeigen können, dass Hydrazin, ein sehr starkes Reduktionsmittel, das auch als Raketentreibstoff verwendet wird, als Substrat in biologischen Systemen vorkommt. Diese frühen Experimente waren jedoch sehr einfach und konnten viele Fragen nicht beantworten.

Bild 1. Anammox-Kultur in einem Membranbioreaktor. Für die rote Färbung ist die Häm cGruppe verantwortlich, die in dem Protein Cytochrom c enthalten ist, das im AnammoxStoffwechsel eine wichtige Rolle spielt.

Anammox-Bakterien besitzen eine Organelle und sind dahingehend sehr ungewöhnlich, da Organellen gewöhnlich nur bei Eukaryonten vorkommen. In dieser speziellen Organelle, dem so genannten «Anamoxosom», findet die AnammoxReaktion statt. Die Membran des Anammoxosoms schützt die Zellen vermutlich vor den hochreaktiven Zwischenprodukten der Anammox-Reaktion. Diese Zwischenprodukte könnten Hydrazin und Hydroxylamin sein, wie Mikrobiologen vor vielen Jahren vorgeschla11/ 2011

Es war ein schwieriges Unterfangen, den Stoffwechselweg experimentell nachzuweisen. Der Projektleiter Marc Strous vom Max-Planck-Institut in Bremen sagt: «Die Anammox-Organismen sind schwierig zu kultivieren, denn sie teilen sich nur alle zwei Wochen. Deshalb mussten wir eine Technik entwickeln, die zur Kultivierung von so langsam wachsenden Mikroorganismen geeignet ist. Selbst nach 20-jährigen Bemühungen können wir die Organismen nur in

Bild: M. Strous

Bild: B. Kartal

Schwierig zu kultivierende Bakterien

Bioreaktoren kultivieren und das auch nicht in Reinkultur.» Für die Kultivierung der Anammox-Bakterien verwenden die Forscher die neueste Entwicklung auf dem Gebiet der Bioreaktortechnologie: einen Membran-Bioreaktor. In dieser Art Reaktor wachsen die Zellen in einer Suspension anstatt in OberflächenBiofilmen, und relativ wenige andere Organismen verunreinigen die Kultur. Dies war für die Aufreinigung von Proteinen günstig, die für den experimentellen Teil notwendig war, denn Proteine lassen sich wegen des Schleims, den die Biofilme bilden, nicht gut aus Biofilmen aufreinigen. Um das Rätsel um den Anammox-Stoffwechselweg zu lösen, konnten die Forscher auf die Genom-Sequenz des bekanntesten Anammox-Bakteriums, Kuenenia stuttgartiensis, zurückgreifen. Dies half ihnen zu erkennen, welche Enzyme an der Reaktion beteiligt sein könnten. So konnten sie beispielsweise voraussagen, dass möglicherweise Stickoxid anstelle von Hydroxylamin

Bild 2. Schematische Darstellung der Enzyme und Reaktionen während des Elektronentransports an der Membran und innerhalb des Anammoxosoms.

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das Vorgängermolekül von Hydrazin sei. Mit einer Reihe weiterer hochmoderner molekularbiologischer Methoden konnten die Wissenschaftler dem Anammox-Stoffwechselweg auf die Spur zu kommen und die Rolle von Hydrazin und Stickoxid endlich nachweisen. «Wir haben einen grossen Schritt getan, den Stickstoffkreislauf besser zu verstehen. Jetzt wissen wir endlich, aus was der Stickstoff in der Luft, die wir atmen, gebildet wird: Raketentreibstoff und Stickoxid», fasst Marc Strous die Studie zusammen.

Die Entdeckung, dass Stickoxid sowohl bei Anammox als auch bei der Denitrifikation eine wichtige Rolle spielt, lässt die Entwicklung des Stickstoffkreislaufs in der Erdgeschichte in einem neuen Licht erscheinen. Strous erklärt: «In der frühen Entwicklung der Erde hat sich Stickoxid durch vulkanische Aktivität in der Atmosphäre angesammelt. Stickoxid war also vermutlich einer der ersten Elektronenakzeptoren auf der Welt und hat dafür gesorgt, dass sich die mikrobiellen Stoffwechselwege Anammox und Denitrifikation entwickeln konnten.» Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Originalpublikation Boran Kartal et al., «Molecular mechanism of anaerobic ammonium oxidation», Nature, Published online 02 October 2011, DOI: 10.1038/nature10453 Kontakt Prof. Dr. Ir. Marc Strous MPI für Marine Mikrobiologie Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen Telefon +49 (0)421 2028 822 mstrous@mpi-bremen.de www.mpi-bremen.de

Verdichtung und Reinigung überflüssig

Biogas in Erdgasqualität dank Methanbakterien An der Universität Hohenheim wird ein neues Verfahren entwickelt, um Biogas in Erdgasqualität zu erzeugen. Der Kniff: Die für die Biogasentstehung verantwortlichen Methanbakterien selbst werden eingespannt, um den Druck und die Reinheit zu erhalten, die für die Erdgasqualität notwendig sind. Damit muss das Gas nicht mehr wie bisher nachträglich verdichtet und gereinigt werden. Das spart bis zu 40 Prozent der Energiekosten. Im nächsten Schritt soll ein Prototyp der neuen Anlage in Hohenheim entstehen.

Udo Renner/Florian Klebs Noch wird Biogas als Bioerdgas in Deutschland kaum genutzt. Derzeit sind nur rund 50 Biomethananlagen in Betrieb. Erklärtes Ziel der Bundesregierung ist es, dass bis zum Jahr 2020 etwa sechs Milliarden Kubikmeter Biomethan pro Jahr erzeugt werden. Dafür wären etwa 1500 Anlagen nötig. Der weitaus grösste Teil des in Deutschland erzeugten Biogases wird heute am Produktionsort in Blockheizkraftwerken verbrannt, um Wärme und Elektrizität zur Einspeisung in das Stromnetz zu produzieren. Dabei wird die anfallende Wärme häufig nur teilweise genutzt. Noch ist die Erzeugung von Biomethan nur in grossen konventionellen Anlagen möglich. In diesen wird das erzeugte Biogas von Wasser, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid gereinigt. Für die Einspeisung ins Erdgasnetz muss das aufbereitete Gas zudem in einem weiteren separaten Verfahren mit hohem Energieaufwand verdichtet werden. 52

Mit der tatkräftigen Unterstützung von Methanbakterien selbst wird sich dies womöglich bald ändern. Denn das in Hohenheim entwickelte Verfahren könnte es attraktiv machen, Bioerdgas zu produzieren und in das Erdgasnetz einzuspeisen.

Fermentation unter Druck In den Fermentationstanks an der Uni Hohenheim übernehmen diesen Job die Methanbakterien nun selbst. «Druck und Reinheit werden schon während der Fermentation der Biomasse gewährleistet und müssen nicht in nachgeschalteten Verfahren technisch aufwendig erzeugt werden», erklärt Andreas Lemmer, der das Forschungsprojekt an der Universität Hohenheim leitet. In der neu entwickelten Anlagentechnik sieht er vor allem auch ein grosses wirtschaftliches Potenzial. Das Herzstück der neuen Methode ist ein völlig neuartiger Fermenter, in dem sich die Methanbakterien besonders wohlfühlen

dürften. Die «Wohnstube» der Bakterien entspricht mit einem Druck von 10 bar ihrem natürlichen Lebensmilieu in der Tiefsee. Zu einer der technischen Herausforderungen des neuen Methanreaktors gehört, den Druck exakt konstant zu halten. Dafür entwickeln die Hohenheimer Forscher eine spezielle Steuerungs- und Regelungstechnik. In einem weiteren Schritt wollen sie einen Prototyp der neuen Anlage bauen. Das neue Verfahren könnte der Bioerdgasproduktion zu einem echten Schub verhelfen. Mit ihm lassen sich nicht nur bis zu 40 Prozent der bisherigen Energiekosten einsparen. Es ist – anders als das herkömmliche Verfahren – auch mit kleinen Anlagen wirtschaftlich realisierbar. Zudem ist der Gesamt-Investitionsaufwand für die Anlage deutlich geringer, da keine Anlage zur Aufbereitung des Gases notwendig ist. Quelle: Universität Hohenheim (stark gekürzt) 11/ 2011

V E R A N S TA LT U N G E N

Veranstaltungen JANUAR 2012 16.01.

Seminar: Methoden der Gentechnik Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

Bild: Pixelio, E. Rose

17.01.

Seminar: Planung und Auslegung von Chemie- und Umweltanlagen in der Praxis Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

26.01.

Seminar: HPLC-Fehlersuche für Fortgeschrittene Ort: Frankfurt-Höchst Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

30./31.01.

Seminar: Wärmeüberträger Ort: D-Berlin Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

31.01./ 01.02.

Lehrgang: Pharma-Technik für Nicht-Techniker Ort: D-69115 Heidelberg Veranstalter: Concept Heidelberg P.O. Box 10 17 64, D-69007 Heidelberg Telefon +49 (0)62 21 84 44 0 info@concept-heidelberg.de www.gmp-navigator.com

FEBRUAR 2012 17./18.01.

Seminar: Planung und Auslegung von Rohrleitungen Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

18.01.

Kurs: GMP im Labor/SOP Erstellung Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAC c/o Eawag, Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

18./19.01.

Lehrgang: Hygiene im pharmazeutischen Betrieb Ort: D-69115 Heidelberg Veranstalter: Concept Heidelberg P.O. Box 10 17 64, D-69007 Heidelberg Telefon +49 (0)62 21 84 44 0 info@concept-heidelberg.de, www.gmp-navigator.com

19./20.01.

Seminar: Planung und Auslegung von Wärmetauscheranlagen Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

24.–25.01.

HPLC-Basiskurs Ort: D-55131 Mainz Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

24.–26.01.

Kurs: Statistische Auswertung von Messwerten zur Qualitätssicherung Ort: CH-Basel Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAC c/o Eawag, Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

11/ 2011

01./02.02.

Seminar: Trocknung in der Prozessindustrie Ort: D-70563 Stuttgart Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 www.vdi-wissensforum.de, wissensforum@vdi.de

02.02.

Seminar: Fehlersuche und Fehlervermeidung in der HPLC Ort: D-55131 Mainz Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

06./07.02.

Seminar: Reaktionstechnische Auslegung industrieller chemischer Reaktoren Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 18031 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

12./13.02.

Kurs: Vom Schüttgut zum Silo Ort: D-38102 Braunschweig Veranstalter: Forschungs-Gesellschaft VerfahrensTechnik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25 D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564 118 gvt-hochschulkurse@gvt.org, www.gvt.org

13./14.02.

Kurs: Einführung in die HPLC Ort: CH- 5210 Windisch Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAC c/o Eawag, Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

15./16.02.

Kurs: Einführung in die Gaschromatographie Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAC c/o Eawag, Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

V E R A N S TA LT U N G E N

Powtech/Technopharm 2011 in Nürnberg

Überwiegend zufriedene Aussteller Vom 11. Bis 13. Oktober 2011 präsentierten über 1000 Aussteller in den sechs Hallen der TechnoPharm und der Powtech Produkte und Dienstleistungen aus den Bereichen Life Science Prozesstechnologien, mechanische Verfahrenstechnik und Analytik. Die 15 498 Besucher konnten zudem von einem umfangreichen Rahmenprogramm profitieren.

2011 so gross wie noch nie. Das Flächenwachstum von fast acht Prozent bei der Powtech und fünf Prozent bei der TechnoPharm deuten wir als klare Bestätigung unseres Konzepts», so Claudia Hauser-Vollrath, Projektverantwortliche der beiden Technologie-Fachmessen, im Vorfeld der Messen. Abgenommen hat dagegen die Besucherzahl. Sie ging auf 15 498 zurück (im Vorjahr 18 381). Sie liegt damit leicht über dem Niveau der vergleichbaren Veranstaltung von 2008 (15 409 Besucher). Hauser-Vollrath stellte fest: «Am Mittag des letzten Messetages zeigten sich die Aussteller überwiegend zufrieden und hoben in besonderem Mass die Qualität der Besucher und die konkreten Anfragen in zahlreichen Gesprächen hervor.»

Zahlreiche Innovationen

Bild 1. Auf der Powtech – nomen est omen – drehte sich erwartungsgemäss sehr vieles um Pulver aller Art.

704 Aussteller aus 29 Ländern auf einer Nettofläche von über 21 000 Quadratmetern präsentierten den Besuchern der Powtech, der internationalen Fachmesse für mechanische Verfahrenstechnik und Analytik, vom 11. bis 13. Oktober ein umfassendes Angebot. Für die Besucher der am gleichen Ort durchgeführten TechnoPharm, der internationalen Fachmesse für Life Science Prozesstechnologien Pharma – Food – Cosmetics, stellten 301 Unternehmen aus 15 Ländern auf 6500 Quadratmetern Neues und Bewährstes aus. «Zu unserer grossen Freude präsentiert sich der Messeverbund Powtech/TechnoPharm 54

Das breite technologische Spektrum der Powtech spiegelte sich auch in den vielen Innovationen, die präsentiert wurden. Einen Schwerpunkt bildeten die Optimierungen in den mechanischen Grundverfahren vom Zerkleinern über das Mischen bis hin zum Trocknen. Vorgestellt wurden beispielsweise neue Nassmahlverfahren, mit denen superfeine Partikel bis in den Nanobereich hergestellt werden. Neuartige Trocknungsverfahren wie das Mikrowellen-Gefriertrocknen eröffnen innovative Möglichkeiten für die Pharma- und Foodindustrie. Die Rückgewinnung von Lösemitteln, das optimierte Heizen und Kühlen und damit eine wesentlich verbesserte Prozessführung sollen die Effizienz von Anlagen steigern und so zur Kostenreduktion beitragen. Dem gleichen Ziel dient ein neues Granulationsverfahren, das eine wesentlich höhere Produktausbeute bei deutlich geringerem Energieeinsatz ermöglicht.

Messerundgang für die Fachpresse Vier Stationen umfasste der von Rüdiger Nagel organisierte Messerundgang für die Fachpresse, in dem sich vier Aussteller kurz vorstellen konnten: ■ Als «Firma, die im täglichen Leben vorhanden ist, die aber niemand kennt», wurde die Maschinenfabrik Eirich, Hardheim charakterisiert. Eirich (www.eirich.de) entwickelt und produziert ein breites Spektrum an Maschinen und Geräten zum Mischen, Granulieren, Kneten, Trocknen und Feinmahlen. ■ Mechanische und thermische Fest-Flüssigtrennungen mit Zentrifugen, Filtern, Trocknern und Systemen von KMPT präsentierte die Andritz KMPT GmbH (www.pmpt.com), die KMPT im Jahr 2010 von Krauss-Maffei übernommen hat. ■ Die Sawa Pumpentechnik AG in Degersheim (www.sawa.ch) entwickelt, produziert und vertreibt Pumpen aus hochwertigen Materialien für das Fördern von Flüssigkeiten in hygienisch anspruchsvollen Bereichen wie die Lebensmittel-, Getränke-, Chemieoder Pharmaindustrie. Vorgestellt wurde eine Zentrifugalpumpe mit Permanentmagnetkupplung in vertikaler Aufstellung für Pharma- und Sterilapplikationen (Bild 2). ■ Zu den Ausstellern im Reinraumbereich gehörte die Tüv Süd Cleancert GmbH mit Sitz in Nürnberg. Das 1866 gegründete Unternehmen ist weltweit an ungefähr 600 Orten tätig, hat ungefähr 16 00 Mitarbeiter und generiert einen Jahresumsatz von rund 1,6 Milliarden Euro. Seine Experten liefern Lösungen für alle reinraumtechnischen Fragestellungen. Quellen: Kurt Hermann plus von der NürnbergMesse herausgegebene Presseinformationen 11/ 2011

V E R A N S TA LT U N G E N

Messeimpression – vorwiegend mit Schweizer Asusstellern

Bild 3. Feindosiergeräte entwickelt, produziert und vermarktet die Three-Tec GmbH, Seon. Ein Beispiel: Mit dem Mini-Extruder von ThreeTec werden in der Pharmaindustrie Formulierungsversuchen mit teueren Wirkstoffen durchgeführt.

Bild 4. Für den Einsatz in Industrien wie Chemie, Nahrungsmittel und Kunststoff bietet K-Tron, Niederlenz, Erfahrungen zur Gestaltung, Herstellung sowie Integration und Inbetriebnahme hochwertiger Dosierund Förderanlagen.

Bild 5. Schwierige feuchte, kompakte, klebrige Materialien fliessen störungsfrei durch Auskleidungen aus Tivar 88, die Quadrant EPP AG, Lenzburg, auf der Powtech präsentierte. Die Inliner aus Polyethylen werden fertig verschweisst in die Stahlkonstruktion eingebracht.

Bild 6. Die Batch-Reinigungsanlagen von Müller AG, Wohlen, arbeiten in den einzelnen flüssigen Phasen im Umwälzverfahren und führen zwischen den einzelnen Phasen eine komplette Selbstentleerung durch.

Bild 7. Regen Zuspruch fanden die eindrücklichen Demonstrationen von Staubexplosionen. Selbstversständlcih wurden auch Lösungen vorgestellt, mit denen derartige Ereignisse vermieden werden können.

Bild: NürnbergMesse

Bilder 1–6: Kurt Hermann

Bild 2. Verkaufsleiter Markus Manser informiert Fachjournalisten anlässlich des Presserundgangs über das Programm der Sawa Pumpentechnik AG. Das Schweizer Familienunternehmen feiert in diesem Jahr das hundertjährige Bestehen.

11/ 2011

PANORAMA

Insekten als Nahrungsergänzung

Neues von der Venus-Fliegenfalle Klappe zu, Insekt tot: Die Pflanze namens Venus-Fliegenfalle setzt auf einen raffinierten Mechanismus, um kleinerer Tiere habhaft zu werden. Der Biophysiker Rainer Hedrich und sein Team von der Universität Würzburg geben im Magazin PNAS neue Einblicke in die Funktionsweise der Insektenfalle.

In der Natur wächst die Venus-Fliegenfalle nur auf nährstoffarmen Moorböden in den USA. Die Insekten, die sie mit ihren Blättern fängt und verdaut, liefern ihr eine wertvolle Zusatzernährung. Wenn eine Fliege oder Ameise auf den zweigeteilten Blättern der Pflanze herumläuft, registriert die Pflanze diese Berührung, klappt in Sekundenbruchteilen ihre Blätter zusammen und hält so die Beute fest. Wie in einem kleinen «grünen Magen» sorgen dann Drüsensekrete dafür, dass die Fliege verdaut wird. Die Nährstoffe, die vor allem aus den Proteinen der Beute freigesetzt werden, nimmt die Venus-Fliegenfalle auf, um damit ihr Arsenal an Klappfallen zu vergrössern.

Elektrische, chemische und mechanische Signale «Schon seit den Zeiten von Charles Darwin versuchen Biologen herauszufinden, wie Sensorik und Biomechanik bei der VenusFliegenfalle funktionieren», sagt Rainer Hedrich. Dem Biophysiker und seinem Team von der Universität Würzburg sind jetzt neue Einblicke gelungen. In PNAS beschreiben sie, wie die Venus-Fliegenfalle elektrische, chemische und mechanische Signale miteinander koppelt, um Insekten zu fangen und zu verdauen. Unterstützt wurden die Würzburger bei ihrer Arbeit vom Göttinger Nobelpreisträger Erwin Neher, einem Experten für Sekretionsvorgänge in tierischen Zellen, und von der Pflanzenhormonspezialistin Bettina Hauser aus Halle. Steckt ein Insekt in der Falle fest, versucht es verzweifelt, sich zu befreien. Doch diese mechanischen Reize stimulieren die Falle immer mehr: Sie produziert das Berüh56

Bilder: Christian Wiese (A), Benjamin Hedrich (B)

Robert Emmerich

Bild 1. Geöffnete Venus-Fliegenfalle (A): Deutlich erkennbar sind die sensorischen Haare, deren Natur in der Ausschnittvergrösserung (B) mittels Rasterelektronenmikroskopie deutlich wird. Berühren potenzielle Beutetiere ein Haar, werden dessen Zellen an einer Sollknickstelle gequetscht. Es entsteht ein elektrisches Signal, das sich über die Fallenoberfläche ausbreitet. Folgt kurz darauf ein zweites Signal, klappt die Falle zu. Aus ihren rosettenartigen Drüsenkomplexen (in B erkennbar) setzt die Pflanze dann Verdauungssekret frei. Auf jedem Quadratmillimeter sitzen 60 Drüsen, das macht 37 000 pro Falle.

rungshormon OPDA, das wiederum die Drüsen in der Falle zur Abgabe von Verdauungssekret anregt. Das lässt sich im Experiment zeigen: Verabreicht man den Fallen eine OPDA-ähnliche Verbindung, so schliessen sie sich und bilden einen Magen, in dem die Drüsen aktiv werden – ganz ohne Berührungsreize durch Beutetiere.

Stimulation versetzt andere Fallen in Bereitschaft Weitere Erkenntnis der Forscher: Wird eine Falle vom OPDA-Hormon stimuliert, dann leitet sie dieses chemische Signal an die anderen Fallen weiter. Die werden damit in erhöhte Fangbereitschaft versetzt. Das ist sinnvoll, denn Insekten kommen selten alleine: Wo eine Ameise auftaucht, ist bald mit weiteren zu rechnen.

Stimulierte Fallen antworten zudem mit einer Serie von Aktionspotentialen, also mit einer vorübergehenden Änderung der elektrischen Leitfähigkeit ihrer Zellmembranen. «Von Aktionspotenzial zu Aktionspotenzial schliesst sich die Falle immer dichter ab. Durch den Überlebenskampf verschlechtern die Opfer ihre Lage zunehmend», so Hedrich.

Verzicht auf Nahrung bei Trockenheit Die Abgabe von Verdauungssaft bedeutet für die Venus-Fliegenfalle auch einen Wasserverlust. Wie also reagiert sie bei Trockenheit? Dann macht das Welkehormon Abscissinsäure die Pflanze unempfindlicher gegen Berührungen und unterdrückt die Ausscheidung von wässrigem Sekret, wie 11/ 2011

Bild: Joe MiGo (Wikipedia)

PANORAMA

Bild 2. Collage einer Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula)

die Wissenschaftler festgestellt haben. Bei Wassermangel verzichtet die Fliegenfalle auf Nahrung – sie hungert, um nicht zu verdursten. Hedrichs Schlussfolgerungen: «Das Schliessen der Fallen und die Sekretion der Verdauungsflüssigkeit scheinen über verschiedene Signalwege gesteuert zu werden. Die dafür verantwortlichen Gene gilt es dingfest zu machen. Darum arbeiten wir jetzt daran, das Erbgut der Venus-Fliegenfalle zu entschlüsseln.» Ausserdem gelte es herauszufinden, wie die fleischfressende Pflanze einen beutegerechten Verdauungssaft zusammenstellt.

Millionen vom Europäischen Forschungsrat Die Erforschung der Venus-Fliegenfalle und anderer fleischfressender Pflanzen treibt Hedrich mit einer hochkarätigen Förderung voran. Der Europäische Forschungsrat hat ihm dafür 2,5 Millionen Euro bewilligt. Hedrichs Team besteht aus zehn Bioinformatikern, Molekularbiologen, Chemikern und Biophysikern. Die Forscher wollen das Erb11/ 2011

gut der wichtigsten Fallentypen analysieren sowie Gene, die ausschliesslich in den Fallen aktiv sind. Aus dem Vergleich verschiedener Pflanzenarten möchten sie Hinweise auf die Evolution dieser speziellen Ernährungsweise gewinnen. Originalpublikation María Escalante-Pérez et al., «A special pair of phytohormones controls excitability, slow closure, and external stomach formation in the Venus flytrap», PNAS, Published online before print September 6, 2011, doi: 10.1073/pnas.1112535108 Kontakt Prof. Dr. Rainer Hedrich Universität Würzburg Lehrstuhl für Molekulare Pflanzen physiologie und Biophysik Julius-von-Sachs-Platz 2 D-97082 Würzburg Telefon +49 (0)931 3186100 hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de www.uni-wuerzburg.de

Fleischfressende Pflanzen Als Fleischfressende Pflanzen, auch Karnivoren oder Insektivoren, bezeichnet man Pflanzen, die mittels umgewandelter Blätter meist Einzeller oder Gliedertiere, aber auch grössere Beutetiere bis hin zu Fröschen, fangen und verdauen. Sie verbessern so ihre Versorgung mit Mineralstoffen, vor allem Stickstoff, an extremen Standorten wie Mooren oder blanken Felsen. Über 1000 verschiedene Arten sind bekannt, nur rund 15 davon sind heimisch im deutschsprachigen Raum. Sie werden in 9 Familien und 14 Gattungen eingeteilt., Man unterscheidet fünf verschiedene Fallentypen: Klebefallen, Klappfallen, Saugfallen, Fallgrubenfallen und Reusenfallen. Je nach ihrer Fähigkeit zur aktiven Bewegung im Zusammenhang mit dem Fangen oder dem Verdauen der Beute lassen sich die Arten auch zusätzlich noch als aktiv oder passiv charakterisieren. Quelle: Wikipedia

PRODUKTE

Mini-Temperiersystem für das Labor

Petite Fleur ist das kleinste dynamische Temperiersystem der Unistat-Reihe im Huber-Sortiment. Die

Temperierung von kleineren Forschungsreaktoren zählt zu den häufigsten Anwendungen. Jetzt wurde die Gerätereihe um ein Modell für extern offene Anwendungen erweitert. Im Gegensatz zu konventionellen Bad- und Umwälzthermostaten, bei denen die Gefahr eines Überlaufen bzw. Leerlaufen besteht, werden beim neuen Petite Fleur-eo Niveauprobleme von vorneherein ausgeschlossen. Wie alle Unistate verfügen auch die Petite Fleur-Modelle über einzigartige thermodynamische Eigenschaften. Im direkten Vergleich zu anderen Geräten dieser Preisklasse haben sie eine Alleinstellung, wenn es um höchste Temperiergeschwindigkeit geht. Diverse Fallstudien zeigen, dass selbst grössere Wettbewerbsmodelle mit mehr Nennleistung, meist deutlich langsamer sind. Entsprechende Fallstudien mit

Reaktorsystemen von 0,3 bis 6 Liter sind auf www.huber-online.com erhältlich. Alle Modelle sind platzsparend, einfach in der Handhabung und mit Arbeitstemperaturen von –40 bis +200 °C vielfältig einsetzbar. Bei voller Pumpenleistung stehen 480 W Kälteleistung zur Verfügung (gemäss DIN 12876). Wird die Pumpendrehzahl reduziert, kommen weitere 50 W Kälteleistung hinzu. Die Umwälzpumpe sorgt mit Förderleistungen bis 33 l/min für eine optimale Wärmeübertragung. Glasreaktoren werden mit einem sanften Anlauf vor Beschädigungen geschützt, Viskositätsänderungen werden im Flüssigkeitskreislauf ausgeglichen. Zur Ausstattung gehört der als Fernbedienung abnehmbare CC-PilotRegler Professional mit TFT-Farbdisplay, Programmgeber, Kalen-

der-/Uhrfunktionen, Usermenüs, Grafikdarstellung, Rampenfunktion, Kalibrierung und vielen weiteren Funktionen. Im Lieferumfang enthalten ist zusätzlich das Com.G@ te-Schnitt stellenmodul, welches digitale und analoge Anschlüsse nach Namur bereitstellt und somit zum Beispiel eine Integration in Prozessleitsysteme ermöglicht. Alle Modelle sind bereits serienmässig mit umweltverträglichen natürlichen Kältemitteln ausgerüstet.

Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg Telefon +49 (0)781 96030 info@huber-online.com www.huber-online.com

Das schnellste Triple-Qaudrupol-Massenspektrometer Pseudo-Oberflächenpotenzials. Im Ergebnis erhält man eine hocheffiziente, kollisionsinduzierte Dissoziation und einen blitzschnellen Ionentransport, die Empfindlichkeitsverluste und Cross-Kontaminationen minimieren, die bei anderen Systemen zu beobachten sind. Zusätzlich verringert eine höhere Radiofrequenz (RF) Unterbrechungen zwischen jedem Übergang.

Das LCMS-8030, das schnellste Triple-Quadrupol-Massenspektrometer auf dem Markt, ist die ideale Ergänzung zu den UHPLC-Systemen von Shimadzu. Das Hochleistungswerkzeug steigert die Laboreffizienz und unterstützt die Forschung, die sich stets der Herausforderung gegenüber sieht, mehr Zielanalyte mit grösserer Empfindlichkeit in hunderten Proben pro Tag nachzuweisen. Das LCMS-8030 beschleunigt die Arbeitsabläufe für die Hochdurchsatzanalytik. Es ist für die Chemie und die Pharmazie sowie die Umweltund die Nahrungsmittelindustrie gleichermassen einsetzbar.

Das LCMS-8030 zeichnet sich durch ultraschnelle Multiple-Reaction-Monitoring (MRM)-Übergänge aus und ermöglicht so eine Datenerfassung mit bis zu 500 Übergängen pro Sekunde. Die Verbesserungen an der Elektronik sorgen für massenspektrometrische Messgeschwindigkeiten von 15 000 u/s ohne Empfindlichkeits- oder Auflösungsverlust sowie für ultraschnelle Polaritätswechsel (15 ms), die maximale Information liefern – ohne Signalverschlechterung. Die patentierte UFsweeper-Technologie beschleunigt Ionen in der Kollisionszelle durch Anlegen eines

Verbunden mit der UHPLC Nexera von Shimadzu liefert das LCMS8030 einen zuverlässigen und genauen Nachweis von Signalen schon bei geringer Signalbreite und ermöglicht dadurch die schnelle MS-Analytik im Hochdruckbereich. Mit einer Umschaltzeit der Polarität von gerade einmal 15 ms wird die ultraschnelle Triple QuadrupolMessdauer Realität. Die Kombination eines LCMS-8030 mit der Nexera vereint die modernste Hardware auf einer Plattform. Dadurch sind unerreichte qualitative und quantitative Analysen möglich, eine gesteigerte Produktivität und beschleunigte Arbeitsabläufe für eine Hochdurchsatzanalytik. Die automatisierte Optimierung der Analysebedingun-

gen für jede quantitative Zielverbindung (und somit der Schlüssel für hochempfindliche Analysen) erlaubt einen unbeaufsichtigten Betrieb über Nacht. Zusätzlich werden alle Software-Operationen nahtlos abgearbeitet, wodurch PC-Konflikte vermindert werden. Das LCMS-8030 erleichtert die Wartungsarbeiten durch die leichte Zugänglichkeit. Seine robuste Bauweise erlaubt maximale Betriebszeiten und ist somit ein System, das die komplexesten Matrizes bewältigt. Die Wartung der Desolvation Line ohne Brechen des Vakuums minimiert die Ausfallzeiten des Geräts.

Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Telefon +(0)41 61 717 93 33 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

11/ 2011

PRODUKTE

Leistungsfähiges und flexibles Vakuumpumpensystem

KNF Neuberger AG, der Spezialist für Pumpen und Systeme, hat mit dem SC 950 ein Vakuumpumpsystem entwickelt, das sämtliche Ansprüche zu erfüllen vermag. Die Fernbedienung sorgt zusätzlich für Komfort und vereinfacht den Arbeitsprozess stark. Das SC 950 zeichnet sich durch eine hohe pneumatische Leistung aus, entsprechend kurz sind die Prozesszeiten. Es fördert bis zu 50 Liter pro Minute (3 m3/h) und erreicht ein Endvakuum von < 2 mbar absolut. Die exzellente Regelgenauigkeit, der niedrige Schallpegel und geringe Vibrationen sind weitere Eigenschaften des Vakuumpumpsystems.

Dank kompakter Bauweise und einer Funk-Fernbedienung lässt sich das Vakuumpumpsystem SC 950 in Labormöbeln unterbringen oder in einem Laborabzug platzieren – und dies ohne lästige und optisch störende Kabelführung. Via Handterminal, das drahtlos mit dem Vakuumpumpsystem kommuniziert, werden die gewünschten Prozessparameter eingegeben und die ablaufenden Prozesse kontrolliert. Vier Betriebsmodi stehen zur Auswahl: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – sowie eine individuelle Druckfunktion. Bei dieser regelt das SC 950 alles nach dem Druckprofil, das der Benutzer definiert hat. Selbstverständlich lässt sich der Prozess am Handterminal je nach Bedarf auch manuell steuern. Und damit nicht genug: Der Nutzer kann alle Funktionen über eine mitgelieferte Windows-Software via PC regeln.

KNF Neuberger AG Pumpen für Gase und Flüssigkeiten Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +49 (0)71 971 14 85 knf@knf.ch www.knf.ch

Aufbewahrungsplatte für hochreine Verbindungen Seit ihrer Gründung im Jahr 1992 hat sich Porvair Sciences Ltd. auf die Herstellung von Mikrotiterplatten spezialisiert und sich auf die wissenschaftlichen Bereiche Life Sciences, Medikamentenforschung, kombinatorische Chemie, Festphasenextraktion, Proteinreinigung, Proteomik und Genomik sowie auf Screening-Anwendungen mit einem hohen Durchsatz konzentriert. Porvair Sciences ist ein 100-prozentiges Tochterunternehmen von Porvair plc. Die extratiefe 2-ml-Mikroplatte mit quadratischen Vertiefungen von Porvair Sciences Ltd. wird bei Reinraumbedingungen aus ultrahochreinem Polypropylen hergestellt. Das macht die 96-Well-Platte zur ersten Wahl von Labors für die Lagerung, Fraktionierung oder Festphasenextraktion von hochreinen Verbindungen. Die Mikroplatten bieten gewohnt hohe Qualität zu einem unschlagbaren Preis. Sie sind exakt auf den ANSI/SBS-Standard abgestimmt und so mit allen automatisierten Systemen zur Probenverarbeitung, Mikrotestplatten-Readern und Reinigungsvorrichtungen kompatibel. Durch ihren erhöhten Rand ermöglicht die Mikroplatte hochreine thermische Versiegelung und verhindert Crosskontamination zwischen den Vertiefungen.

Die extratiefe 2-ml-Mikroplatte mit quadratischen Vertiefungen ist bei Bedarf auch steril und/oder frei von Ribonuklease bzw. Desoxyribonuklease erhältlich. Die Platten werden in versiegelten Hüllen zu je 5 Platten in Vorratskartons mit 50 Stück geliefert. Sie können lange Zeit bei –80 °C gelagert werden, ohne die Leistung bei der Lagerung von Verbindungen zu beeinträchtigen. Porvair Sciences bietet eine breite Palette von extratiefen Platten mit verschiedenen Volumina und Plattenformaten an. Das Unternehmen verfügen wir über die optimale Lösung für viele Anwendungen bei der Probenvorbereitung, bei der Probenlagerung und bei allgemeinen Analyse.

Porvair Sciences Ltd. Telefon +44 (0)1372 824290 int.sales@porvair-sciences.com

Tensiometer mit Touchpanel-Bedienung

Das Tensiometer K11MK4 ist ein Stand-alone-Gerät für die routinegerechte Messung der Ober- und Grenzflächenspannung für die Qualitätskontrolle. Mit dem grossforma-

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tigen, hochauflösenden Touchpanel auf Windows-Basis werden automatische Messungen mit der Ring-, Platten- oder Stabmethode sowie Lamellenabriss- und Dichtemes-

sungen parametriert, gestartet und gespeichert. Messparameter-Vorlagen für jede Methode erlauben die Erstellung einer Messung in wenigen Sekunden. Geschwindigkeiten, Wege und Detektionsempfindlichkeiten können aber auch für die jeweilige Messaufgabe massgeschneidert oder an internationale Normen angepasst werden. Die Vorgabe und punktgenaue Steuerung der Bewegungsabläufe ohne Benutzereingriffe gewährleistet eine hohe Reproduzierbarkeit. Das Messgerät ist mit einem Präzisionskraftsensor ausgestattet, der eine Messwertauflösung von 0,01 mN/m ermöglicht. Die Probenbühne bewegt sich in einem Geschwindigkeitsbereich von 0,1 bis 500 mm/min. Die Messungen

können mithilfe von optionalem Zubehör bei Temperaturen zwischen –10 und +130 °C durchgeführt werden. Im geräumigen 8-Gigabyte-Speicher des Touchpanels werden Ergebnisse und alle zugehörigen Messparameter, aber auch Rohdaten wie die zeit- oder wegabhängigen Kraftwerte oder die Lamellenhöhe, gespeichert. Übersichtliche Reports können auf einen USBStick übertragen oder auf einem direkt anschliessbaren Drucker ausgegeben werden. Krüss GmbH Borsteler Chaussee 85–99a D-22453 Hamburg Telefon +49 (0)40 51 44 01 0 info@kruss.de www.kruss.de

PRODUKTE

Vielseitig einsetzbare Filterpapiere So interessant und abwechslungsreich wie die Forschung selbst präsentiert die Hahnemühle ihr Portfolio an Filtrierpapieren. In der neuen Broschüre zeigt das Traditionsunternehmen seine Filtrationslösungen auf lebendige Art und Weise und bietet Anwendern

Probenlagerung bei –190 °C ohne Kreuzkontaminaktion

Mit dem patentierten LN2-TrockenLagerbehälter der Firma Custom Biogenic Systems (CBS) können biologische Proben bei konstanten –190 °C aufbewahrt werden, ohne dass die Proben oder Anwender mit dem flüssigen Stickstoff in Kontakt geraten. Durch das automatische Auffüll- und Überwachungssystem sind Ihre wichtigen Proben jederzeit sicher. Wichtige Merkmale sind: • ausserordentliche Temperaturstabilität • maximale Ausnutzung des Innenraums (Kapazität: 22100 2-ml-Vials oder 1120 50-ml-Blutbeutel) • erhöhte Anwendersicherheit – kein Kontakt mit LN2 • automatischer Betrieb und Auffüllung • zertifiziert: Medizinprodukte 93/42/EEC Klasse IIA • umfassendes Alarmsystem. Der Edelstahlinnenraum wird von einem Flüssigstickstoffmantel umgeben. Dieser Mantel kühlt den Probenlagerbereich durch den Stickstoffdampf, welcher durch ausgerichtete Lüftungslöcher in den Mantel gelangt. Diese patentierte Technologie ermöglicht eine aussergewöhnlich gute Temperatur-

konstanz im –190 °C-Bereich, wodurch die gesamte Gefrierkapazität sicher ausgenutzt werden kann. Die Zirkulation innerhalb des Geräts minimiert den Kälteverlust beim Öffnen und bietet bessere Sicht in den Innenraum. Dadurch können grosse Deckel verwendet werden, die einen schnellen und uneingeschränkten Zugang zu den Probenregalen erlauben. Da es im Lagerbereich keinen Kontakt mit Flüssigstickstoff gibt, können Proben ohne Gefahr einer Kreuzkontamination durch Flüssigstickstoff gelagert werden. Die Isothermal-Ausführung bietet eine verbesserte Nutzerfreundlichkeit, da beim Entnehmen von Regalen oder einzelnen Proben aus dem Gefriergerät kein Kontakt (auch nicht durch Spritzer) zum Flüssigstickstoff möglich ist. CBS-Isothermal-Gefriergeräte sind mit einem Überwachungssystem ausgestattet, welches das automatische Auffüllen des Flüssigstickstoffmantels kontrolliert und den Nutzer gut lesbar über Temperatur und Status des Gefriergerätes informiert. Ein umfassendes Alarmsystem mit Fernalarmkontakt überträgt permanent alle Betriebsparameter des Gefriergeräts. Die Proben werden ausserdem durch Schlösser gesichert. Das Gefriergerät kann über verschiedene Überwachungssysteme kontrolliert werden.

Labtec Services AG Gewerbering 23 CH-5610 Wohlen Telefon +41 (0)56 619 89 19 info@labtec-services.ch labtec-services.ch

aus Industrie und Labor Einblick in die facettenreiche Filterpapierproduktion. Anschaulich gestaltete Bilder und Illustrationen zeigen die Bandbreite individueller Produktentwicklungen und informieren den Leser über die unterschiedlichen Ver-

wendungsformen von Filterpapieren. Sebio GmbH Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen Telefon +41 (0)61 971 83 44 info@sebio.ch www.sebio.ch

Chemisch definiertes Einfriermedium für Stammzellen Stem-Cellbanker von Amsbio ist ein chemisch definiertes Einfriermedium aus der Serie der CellbankerEinfriermedien, dessen Zusammensetzung für die Aufbewahrung von Stammzellen, induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) und anderer kostbarer Zellen optimiert wurde. Stem-Cellbanker ist gebrauchsfertig und einfach anzuwenden, ist frei von Serum und anderen tierischen Zusätzen und enthält nur Inhaltstoffe, die dem europäischen Arzneibuch bzw. der US Pharmacopoeia entsprechen. Stem-Cellbanker steigert deutlich die Lebens- und Vermehrungsfähigkeit der Zellen nach dem Auftauen, selbst nach längerer Lagerung, ohne dabei deren Pluripotenz und normalen Kariotyp zu beinflussen. Unabhängige Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass mit Stem-Cellbanker eingefrorene hESC, MSC und iPS gegenüber herkömmlichem Einfriermedium wesentlich höhere Lebensfähigkeit aufweisen (> 90 %), während die Pluripotenz der Zellen, deren normaler Kariotyp und deren Vermehrungsfähigkeit erhalten bleibt (Hovatta et al., Hum. Reprod. 2010). Jede Stem-Cellbanker-Charge wird mit Jurkat und SK-007 Zellen getestet. Um höchste Qualität zu gewährleisten wird standardmässig ausserdem pH und Osmolarität bestimmt sowie auf Endotoxin- und Mycoplasmaverunreinigung getestet. Weitere Informationen: www.amsbio.com/Stem-Cellbanker-Stem-Cell-CryopreservationSolution.aspx. AMS Biotechnology (Amsbio) wurde 1987 gegründet und gilt als ei-

ner der führenden internationalen Anbieter einzigartiger und innovativer Produkte und individueller Serviceleistungen für die Life-Science-Forschung. Das Amsbio Sortiment umfasst über 23 000 monound polyklonale Antikörper, Peptide, rekombinante Proteine, extrazelluläre Matrix, Reagenzien für die Molekularbiologie sowie gewebespezifische DNA, RNA, Proteine und Micro-Array-Produkte für die Forschungsschwerpunkte Apoptose, Migration und Invasion, Signaltransduktion, DNA-Schädigung, Elek trophorese, Glykobiologie, post translationale Modifikation, und Stammzell-Biologie.

Amsbio Bockenheimer Landstrasse 17/19 D-60325 Franfurt/Main Telefon +49 (0)69 779099 info@amsbio.com Centro Nord-Sud 2E CH-6934 Bioggio-Lugano Telefon +41 (0)91 604 5522 info@amsbio.com

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PRODUKTE

Autonomer Funk-Datenlogger Die autonomen Funk-Datenlogger LOG-HC2-RC von Rotronic eignen sich für verschiedenste Feuchteund Temperatur-Überwachungsaufgaben. Die Funkübertragung erspart dem User Verdrahtungskosten, und die gewünschten Daten können aus schwer zugänglichen Stellen schnell und einfach erfasst werden. Dank der Kombination von Funkübertragung und Datenlogger wird grösstmögliche Ausfallsicherheit gewährleistet.

Die Daten werden mittels aktiver Nahfunk-Tags über die Funkfrequenz 433 MHz gesendet. Der Datenempfang erfolgt über einen USB-Dongle und ist je nach Umgebung bis zu 100 Meter weit möglich. Die Installation der Auslesesoftware erfolgt durch die sich selbst installierende Software. Um Datensicherheit zu garantieren besitzt jedes Gerät einen Access Code (PIN) zur Aktivierung. Beim Auslesen der Ge-

Echte 3D-Zellkulturtechnologie

Amsbio hat die Markteinführung von Alvatex bekanntgeben. Alvatex ist ein Zellkulturträger, der die routinemässige und kosteneffiziente Kultivierung von Zellen in 3D-Zellkultur ermöglicht. Alvatex bietet eine stabile und inerte Trägerstruktur für Zellkultivierung, die das In-vivo-Wachstum und die Bildung von Geweben im Körper imitiert und die bereits in einer Reihe von Anwendungen wie zum Beispiel Untersuchungen zur Medikamententoxizität mit Leberzellen, für Hautmodelle oder Studien zur Knochenphysiologie erfolgreich eingesetzt wurde. Die hoch poröse Struktur von Alvatex wurde speziell für 3D-Zellkultur entwickelt und ist mit gängigen Zellkulturtechniken und Zellanalysemethoden kompatibel. Alvetex, das mit vielen verschiedenen Zelltypen ausführlich getestet und validiert wurde ermöglicht die Bildung von komplexen 3D-Zellstrukturen, erhöht die Lebensfähigkeit und fördert die Zellfunktion.

Alvetex ist in verschiedenen Ausführungen für Kurz- und Langzeitkultivierung erhältlich und bietet daher aussergewöhnliche Flexibilität. Das einzigartige Material erlaubt es, dass die Zellen durch konfokales oder Live Cell Imaging visualisiert werden, oder auch einfach wie Gewebe behandelt und für histologische Färbungen, Immunzytochemie und Elektronenmikroskopie verwendet werden können. Lebende Zellen können auch aus Alvetex für die weitere Zellkultivierung oder Durchflusszytometrie isoliert werden. Mit einer Vielzahl von Ergebnissen auf Alvetex die bereits in wissenshaftlichen Journalen veröffentlicht sind, bietet dieser einzigartige 3DZellkulturträger das Potential, die zelluläre Grundlagenforschung, Krankheitsmodelle, Toxizitäts-Screening von Medikamenten und Sicherheitstests für Kosmetik zu revolutionieren.

Amsbio Bockenheimer Landstrasse 17/19 D-60325 Franfurt/Main Telefon +49 (0)69 779099 info@amsbio.com Centro Nord-Sud 2E CH-6934 Bioggio-Lugano Telefon +41 (0)91 604 5522 info@amsbio.com

räte können sowohl Einzel- als auch Gruppenfreischaltungen vorgenommen werden. Bis zu 100 Geräte sind via Software gleichzeitig konfigurier- und abrufbar.

Rotronic AG Grindelstrasse 6 CH-8303 Bassersdorf Telefon + 41 (0)44 838 11 11 info@rotronic.ch www.rotronic.ch

Regallager für Gefahrstoffe

Zur Lagerung grösserer Mengen von Gefahrstoffen werden vorschriftsmässige Lagereinrichtungen benötigt, die den Anforderungen der eingestellten Medien gerecht werden. Gleichzeitig soll auch die Minimierung der Investitionskosten pro Lagerplatz berücksichtigt werden. Regallager «System-Container» von Denios erfüllen diese Anforderungen. Sie sind entsprechend den eingestellten Gebindearten ausgestattet und ermöglichen mit ihren Abmessungen direkte Fass- oder IBC-Lagerung.

Die Systemcontainer werden in natürlich belüfteter Bauweise gefertigt. Durch ein optional erhältliches Zubehörset inklusive Potenzialausgleich wird jeder Container mit wenigen Handgriffen zur gesetzeskonformen Lagerung entzündlicher Flüssigkeiten ausgestattet. Je nach betrieblichen Anforderungen werden die System-Container mit Schiebe- oder Flügeltüren gefertigt. Alle Typen sind auch in wärmeisolierter Ausführung zur Lagerung von temperaturempfindlichen Stoffen lieferbar.

Die Regallager sind mit einer Auffangwanne in der unteren Lagerebe ne bestückt. Die unterschiedlichen Stoffe werden unter Beachtung der spezifischen Lagervorschriften gelagert.

Denios AG Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen Telefon +41 (0)56 417 60 60 info@denios.ch www.denios.ch

www.chemiextra.com 11/ 2011

PRODUKTE

Hygienisches Zweiwellen-Dosiergerät

Der neue Gericke-Dosierer vom Typ GZD 200 ist ein kompaktes Doppelschnecken-Dosiergerät, welches speziell für den kleinen Leistungsbereich entwickelt wurde. Das Gerät ist besonders geeignet für die Dosierung von schwerfliessenden, anbackenden und schiessenden Schüttgütern oder Produkten mit einem hohen Feinanteil. Es besticht dabei durch die Selbstreinigung und die geringe Pulsation bei niedrigen Drehzahlen im Austragsrohr. Um den gestiegenen Anforderungen an Prozesssicherheit und schneller Reinigung gerecht zu werden, ist der neue Kleinmengendosierer mit innovativen Details versehen, speziell bei der Wellenabdichtung, dem Auflockerer und der Behälterausführung. Der GZD 200 lässt sich auch mit einem modernen Wägesystem ausrüsten, um genaueste Dosierergebnisse zu erzielen.

Das GZD 200 verfügt über speziell polierte Oberflächen, bearbeitete Dichtnuten, ist schnell komplett zerlegbar und leicht zu reinigen. Dadurch und dank des modularen Aufbaus entspricht es den Anforderungen der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie. Das Dosiergerät deckt den Leistungsbereich von 0,2 bis 10 l/h ab. Die Zuführung der Schüttgüter in die Doppelwellenschnecke wird mittels speziell angepasstem Auflockerer sichergestellt. Somit können auch mit schwierig zu dosierenden Schüttgütern perfekte Dosierergebnisse erzielt werden. Beim gravimetrischen Einsatz können Beeinträchtigungen der Dosiergenauigkeit durch externe Einflüsse auftreten. Um diesen Einflüssen entgegen zu wirken, kann das Dosiergerät mit Windschutz und Verbindungsmanschetten mit geringer Shorehärte ausgestattet werden. Die eingesetzte Wiegetechnologie kann mittels statische Gewichten schnell kalibriert und über eine Kontrollwaage sowie der GerickePrüfsoftware einfach validiert werden. In Verbindung mit dem Zweiwellendosiergerät und der Dosiersteuerung Easydos Pro sind hohe Kurzzeitgenauigkeit und geringste Sollwertabweichungen möglich. Anwendungsprogramme und Konfiguration können vom PC, Programme und Daten auch über einen Memory-Stick, geladen werden. Gericke AG Althardstrasse 120 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 871 36 36 gericke.ch@gericke.net www.gericke.net

Bypass-Strömungswächter für hohe Drücke Speziell für die Überwachung grosser Durchflüsse bei hohen Betriebsdrücken eignet sich eine neue Baureihe mechanischer Strömungswächter von Meister Strömungstechnik. Die kompakten Geräte der Baureihe WBMC wurden für Anwendungen entwickelt, bei denen eine elektrische Grenzwertüberwachung grosser Durchflussmengen erfolgen soll und die Überwachung mit elektronischen Messprinzipien nicht möglich oder zu aufwendig ist. Die Geräte nutzen das mechanische Schwebekörperprinzip. Sie zeichnen sich durch schnelle Ansprechzeiten, Zuverlässigkeit und Robustheit aus. Die kolbenförmigen Schwebekörper sind mit Magneten bestückt, die einen ausserhalb des Gehäuses angebrachten ReedKontakt ansteuern. Dieser ist in einem komplett vergossenen Schaltgehäuse untergebracht. In Abhängigkeit vom gewählten Anschluss (Steckverbinder oder Kabel) werden dadurch die Schutzklassen IP65 bzw. IP67 erreicht. Der Reed-Kontakt benötigt keine zusätzliche Spannungsversorgung. Durch die integrierte Rückstellfeder kann das Gerät lageunabhängig eingebaut werden. Um bei grossen Durchflüssen den Druckverlust zu minimieren, wurde es mit einem Bypass ausgestattet. Hierdurch haben die WBMC-Strömungswächter bei Durchflüssen innerhalb ihres Messbereichs einen maximalen Druckverlust von nur 0,2 bar. Trotz Ausrüstung mit Rückstellfeder und Bypass bleiben die kompakte Bauform und Robustheit erhalten. Die Standardausführung kann bis

100 °C, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C eingesetzt werden. Der Gewindeanschluss ermöglicht in der Edelstahlausführung eine Druckfestigkeit bis 300 bar. Der Schaltpunkt lässt sich innerhalb des Bereichs von 8 bis 22 m3/h festlegen. Der gewünschte Wert wird werkseitig eingestellt und auf einem Prüfstand verifiziert. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bietet Meister eine Atexkonforme Ausführung an. Sonderausführungen sind auf Anfrage erhältlich. Meister Strömungstechnik GmbH Im Gewerbegebiet 2 D-63831 Wiesen Telefon +49 (0)6096 9720 0 vertrieb@meister-flow.com www.meister-flow.com

Notrufnummer für den Transport gefährlicher Güter GBK - EMTEL ist die EMergency TELephone Number, die durch GBK Gefahrgut Büro GmbH in Ingelheim, Deutschland, seit mehr als 20 Jahren bereitgestellt wird. Jeder, der Gefahrgüter in die USA oder nach Kanada versendet, benötigt eine qualifizierte Notrufnummer, die 24 Stunden, 7 Tage in der Woche und an 365 Tagen im Jahr mit Fachleuten besetzt ist, die schnell und kompetent in allen denkbaren Notsituationen Hilfe leisten oder

diese organisieren können. Ausserdem: Eine Notrufnummer ist beim

Transport gefährlicher Güter in zahlreiche Länder und bei Transporten mit vielen Luftfrachtgesellschaften vorgeschrieben. Des Weiteren ist jeder, der Sicherheitsdatenblätter nach Verordnung (EG) Nr. 1907/ 2006 erstellt, verpflichtet, im SDB eine Notrufnummer anzugeben. EMTEL kann je nach Bedarf und in allen Beförderungsdokumenten (IMO/IATA) in den SDB/MSDS und auf den Produktetiketten verwendet werden. Durch Zuschaltung

eines Übersetzer-Services kann die professionelle Bearbeitung des Notrufs in bis zu 190 Sprachen erfolgen.

GBK Gefahrgut Büro GmbH Konrad-Adenauer-Strasse 30 D-55218 Ingelheim Telefon +49 (0) 61 32 9 82 90 0 gbk@gbk-ingelheim.de www.gbk-ingelheim.de

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ABZUGKAPPELLEN MIT A - K O H L E F I LT E R SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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ASEPTISCHE VENTILE

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Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 93 33 Fax +41 61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

DRUCKREDUZIERVENTILE

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Wir bringen Energie auf den Punkt •

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ERP-SOFTWARE

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IncoDev (Schweiz) AG Oberdorfweg 9 CH-5610 Wohlen Fon +41 (0)56 618 62 62 Fax +41 (0)56 618 62 63 www.incodev.ch

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Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55

ENERGIEVERSORGUNG

BERSTSCHEIBEN Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55

CH-3113 Rubigen F +41 31 720 56 55 www.ffag.ch

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

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DOSIERTECHNIK

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

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EXPLOSIONSSCHUTZ, E X - G E R Ä T E ( AT E X ) DISPENSER / PIPETTEN

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SOCOREX Isba S.A.

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DOSIERPUMPEN

FARBMESSUNG (FLÜSSIGKEITEN)

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Hach Lange GmbH Rorschacherstrasse 30a 9424 Rheineck Telefon 084 855 66 99 Telefax 071 886 91 66 Photometer – Messgeräte – Reagenzien www.hach-lange.ch

Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

LIEFERANTENVERZEICHNIS

FESTPHASENEXTRAKTION

GCMS/ G A S C H R O M AT O G R A P H I E

Shimadzu Schweiz GmbH

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch www.waters.com

Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 93 33 Fax +41 61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

LC/MS

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Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

MASSENSPEKTROMETER

F I LT E R PA P I E R Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen BL Tel. 061 971 83 44 Fax 061 971 83 45 E-Mail: info@sebio.ch www.sebio.ch

FLAMMENSPERREN

ANDRÉ RAMSEYER AG www.ramseyer.ch – info@ramseyer.ch

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

Brechbühler AG Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55

Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

CH-3113 Rubigen F +41 31 720 56 55 www.ffag.ch

Shimadzu Schweiz GmbH

F T- I R www.waters.com

Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 93 33 Fax +41 61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

MS/MS

Shimadzu Schweiz GmbH

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

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HPLC/ANLAGEN UND ZUBEHÖR

FÖRDERTECHNIK

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HPLC- & UHPLC-ANLAGEN

Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 93 33 Fax +41 61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

I N S T R U M E N T E L L E A N A LY T I K

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Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

NMR

F Ü L L S TA N D

I S O L AT O R E N T E C H N I K Sägeweg 7 · 2557 Studen · Tel. 032 374 76 76 · Fax 032 374 76 78 info@ch.pepperl-fuchs.com · www.pepperl-fuchs.ch

G C - M S / G A S C H R O M AT O G R A P H I E

Brechbühler AG SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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ANDRÉ RAMSEYER AG www.ramseyer.ch – info@ramseyer.ch

Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55

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PA RT I K E L Z Ä H L G E R Ä T E SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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PHOTOMETER

REINSTWASSER

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SPEKTROPHOTOMETER

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

SÄULEN UND M AT E R I A L I E N

POLARIMETER

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TOC SCHLAUCHQUETSCHPUMPE

PROBENVORBEREITUNG

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SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

Shimadzu Schweiz GmbH Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 93 33 Fax +41 61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

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SFC/SFE

P R O Z E S S A U T O M AT I O N Brechbühler AG Sägeweg 7 · 2557 Studen · Tel. 032 374 76 76 · Fax 032 374 76 78 info@ch.pepperl-fuchs.com · www.pepperl-fuchs.ch

UPLC-SYSTEME

Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch www.waters.com

PUMPEN

SAWA Pumpentechnik AG

SICHERHEITSVENTILE Taastrasse 40 CH-9113 Degersheim Telefon 071 372 08 08 Telefax 071 372 08 09 www.sawa.ch, info@sawa.ch

UV-DESINFEKTION ANDRÉ RAMSEYER AG www.ramseyer.ch – info@ramseyer.ch

QUALIFIZIERUNG/ VALIDIERUNG SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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REINRAUMTECHNIK SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49

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Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55

Aqua Innovation GmbH Wilerstrasse 53 CH-9536 Schwarzenbach Tel. +41 71 923 05 51 Fax +41 71 923 05 52

SICHERHEITSWERKBÄNKE

WÄGE-ABZUG

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