ChemieXtra 5/2012

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Mai 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Sicherheit durch Containment

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EDITORIAL

Sauberes Wasser für alle und alles DIe UN hat die Fondación Sodis in Bolivien

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mit dem «Water for Life Award» ausgezeichnet (siehe Seite 21). Die 2001 von Mitarbeitern der Eawag und des Deza gegründete Non-ProfitOrganisation hat – neben anderen Aktivitäten wie Hygiene- und Sanitärlösungen – nicht weniger als 1,2 Millionen Menschen gezeigt, wie sie mit einfachen Mitteln sauberes Wasser «produzieren» können, nämlich mit der in der Schweiz entwickelten Sodis-Methode: Wasser in transparenten PET-Flaschen wird während sechs Stunden an die Sonne gelegt. Die im Sonnenlicht enthaltenen UV-A-Strahlen töten Krankheitserreger wie Viren, Bakterien und Parasiten (Giardia und Cryptosporidien) ab. Einfach, aber wirksam.

Schmutziges Trinkwasser ist weltweit die Hauptursache für Cholera und Durchfallerkrankungen, an denen jährlich rund 3,5 Millionen Menschen

... dann besuchen Sie uns auf der

sterben. Erstaunlich ist dies nicht, haben doch rund 894 Millionen Menschen keinen Zugang zu sauberem Wasser. Diese Zahlen stammen aus dem im März 2012 von der Unesco vorgestellten vierten Weltwasserbericht «Managing Water under Uncertainty and Risk». Das 909 Seiten umfassende Dokument ist im Internet als pdf-Datei erhältlich. Am einfachsten findet man den Link, indem man über die von der Deutschen UnescoKommission e. V. publizierten Zusammenfassung «Weltwasserbericht

ACHEMA 2012 vom 18. bis 22. Juni Frankfurt am Main

2012: Kernaussagen» (www.unesco.de/6467.html) einsteigt.

Halle 4.1 Stand F13

Trinkwasser ist im Bericht auch ein Thema, aber bei Weitem nicht das wichtigste. Stichworte sind beispielsweise globaler Umweltwandel, Nahrungsmittelsicherheit, Energieerzeugung oder Biotreibstoffe. Vieles wird zum Nachdenken anregen. So zum Beispiel: Für die Herstellung von einem Kilogramm Reis werden 2500 Liter Wasser benötigt, für ein Kilogramm Rindfleisch 15 000 Liter, also sechsmal mehr.

Wasser sparen ist sicher ein kleiner Beitrag zur Lösung eines der brennenden Gegenwartsprobleme. Ich werde jedenfalls vermehrt duschen statt baden – oder mich mit einem leicht unguten Gefühl in die Badewanne legen.

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Kurt Hermann, Redaktor

Laborbedarf - Life Science - Chemikalien

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5/2012

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CHEMIE

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NEWS

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FORSCHUNGSWELT

Neue Erkenntnisse aus alten Proben

Der spätere Nobelpreisträger Alfred Werner schuf 1893 die Grundlagen der modernen Komplexchemie – ohne ein einziges Experiment auf diesem Gebiet durchgeführt zu haben. Der Beweis seiner Theorie war indes aufwendig und langwierig – angeblich weil Werner einen wichtigen Aspekt der Kristallisation übersah. Röntgenstrukturanalysen von Forschern der Empa und der Universität Zürich an Kristallen, die von Werners Arbeitsgruppen hergestellt wurden, widerlegen diese Lehrmeinung.

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NEWS

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BIOWISSENSCHAFTEN Neuer Ansatz zur Erforschung von Infektionen

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 2. Jahrgang (2012) Druckauflage 12000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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Trifft ein Wasserstrahl auf dem Boden der Küchenspüle auf, so fliesst das Wasser um den Punkt herum, an dem es auftrifft, zunächst schnell ab. In einem bestimmten Abstand steigt der Wasserpegel sprunghaft an, weil sich die Fliessgeschwindigkeit verringert. Dieser hydraulische Sprung kann sogar die Form eines exakten Kreises annehmen. Dass sich aus dieser Kreisform unter bestimmten Bedingungen allerdings auch Vielecke ausbilden, haben Forscher im Labor erst vor einigen Jahren entdeckt.

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Forscher haben Teile von Salmonellen, sogenannte Effektoren, in Tabakpflanzen übertragen. Damit wollen sie untersuchen, wie sich Krankheiten und Infektionen im Körper von Menschen und Tieren ausbreiten. Pflanzen verfügen nämlich über ein Immunsystem, das in einigen Bereichen dem Immunsystem von Mensch und Tier erstaunlich ähnlich ist. Aus der Reaktion des pflanzlichen Immunsystems auf die Effektoren der Salmonellen hoffen die Forscher Rückschlüsse auf ihre Wirkungsweise ziehen zu können.

IMPRESSUM

Oberflächenspannung führt zu Vieleck

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189 Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 Telefax +41 (0)56 619 52 50 info@sigimedia.ch Chefredaktion Dr. Kurt Hermann Neumattstrasse 60 CH-3400 Burgdorf Telefon +41 (0)34 423 35 61 Telefax +41 (0)34 423 35 62 redaktion@sigwerb.com

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MEDIZIN/PHARMA Wieso wir fünf Finger an einer Hand haben

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Phytoplankton passt sich an Ozeanversauerung an 52

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Die Forschungsgruppe von Rolf Zeller am Departement Biomedizin der Universität Basel hat einen molekularen Regler gefunden, der im Embryo die Bildung der fünf unterschiedlichen Finger einer Hand steuert. Störungen dieses Regel kreises können zu angeborenen Missbildungen oder Besonderheiten wie überzählige Finger und Zehen führen.

Die einzellige Kalkalge Emiliania huxleyi zeigte im Laborversuch grosses Potential, sich an Umweltveränderungen im Meer anzupassen. Kulturen der biogeochemisch wichtigen Kalkalge wurden über 500 Generationen unter versauerten Bedingungen des zukünftigen Ozeans gehalten. Auf diese Weise angepasste Populationen zeigten deutlich bessere Wachstums- und Kalkbildungsraten als die Kontrollpopulationen. Damit konnte erstmals bewiesen werden, dass eine evolutionäre Anpassung an die sinkenden pH-Werte im Ozean möglich ist.

ERNÄHRUNG 57

VERANSTALTUNGEN

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SPECIAL ZUR ACHEMA 2012

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PRODUKTE

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LIEFERANTENVERZEICHNIS

WERKSTOFFE 100 Jahre Quarzglas von Heraeus

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus ist einer der Pioniere bei der Herstellung und Anwendung von Quarzglas. Dies gilt in erster Linie für den heutigen Geschäftsbereich Quarzglas, der im April auf ein besonderes Jubiläum zurückblickte: Am 3. April 1912 erfolgte die Gründung der Firma Heraeus Quarzglas GmbH gemäss Eintrag beim Amtsgericht Hanau.

Mai 2012

Gemeinsam immer einen Schritt voraus Die Skan AG versteht sich seit ihrer Gründung vor über vier Jahrzehnten als «Know How Company» für mehr Sicherheit in den chemisch-pharmazeutischen Laboratorien. Dabei fokussieren wir unsere Arbeit auf den Schutz der Anwender, der Produkte und der Umgebung.

2011 haben unsere Ingenieure aktuelle Kundenbedürfnisse und neue Markttrends wieder einmal mehr in innovative und spannende Anlagen umgesetzt, welche wir Ihnen vom 18.

– 22.06.2012 an der Messe ACHEMA in Frankfurt vorstellen.

Die grösste Herausforderung war ein lange vom Markt gefordertes, kompaktes und geschlossenes Containment als «handlicher» Labor-Isolator. Das Ergebnis, unser CMR-Isolator (cancerogen, mutagen, reproduktionstoxisch) wurde speziell für den Einsatz hochtoxischer Substanzen, insbesondere Zytostatika entwickelt. Den CMR-Isolator konnten wir bereits an der Reinraum-Lounge in Karlsruhe dem fachkundigen Publikum mit hohen Erwartungshaltungen vorstellen.

Schon dort traf er auf Zustimmung und grosses Interesse.

Unsere Workstation, ein Sicherheitsabzug mit Filtersystemen, seit fast 20 Jahren erfolgreich in allen Laboratorien eingesetzt, erhielt sein umfassendes Redesign und wurde gemäss den stetig wachsenden Sicherheitsbedürfnissen komplett überarbeitet. Genauso erging es unserem Containment für den Produkteschutz: HFX. Auch das wurde komplett redesigned

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ZUM TITELBILD

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UMWELT

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

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und dabei den Kunden- und Marktbedürfnissen noch besser angepasst.

Sogar in unserem Kerngeschäft der Mikrobiologischen Sicherheitswerkbänke konnten weitere spürbare Fortschritte erreicht werden. Im Vordergrund steht für uns hier die Lärmentlastung im Labor im Sinne der Benutzer. Mit der neuen BlueSeries verkauft SKAN die leiseste Werkbank auf dem Markt! Sie hat nur noch kaum hörbare 44dB(A) als Geräuschpegel und einen Energieverbrauch von nur noch 170 Watt im Vollbetrieb.

Viel Energie haben wir parallel in unser neues Dekontaminationsprogramm investiert. Deswegen liefern wir heute die modernsten Dekontaminations-Anlagen auf Basis von Wasserstoffperoxid für Sicherheitswerkbänke oder für Reinräume.

Dabei handelt es sich um kleine, leicht zu bewegende Anlagen mit möglichst einfacher Bedienung. Das toxische, kanzerogene und schwer abbaubare Formaldehyd gehört nun für uns endgültig der Vergangenheit an.

Im kontinuierlichen gemeinsamen Austausch mit Ihnen und ihren täglichen Herausforderungen am Arbeitsplatz werden wir weiterhin sichere und innovative Lösungen für die Zukunft realisieren. Wir freuen uns Sie auf unserem Stand begrüssen zu dürfen: Halle 4.2 Stand K55 Skan AG, Postfach, CH-4009 Basel Tel. 061 485 44 44, Fax 061 485 44 45 info@skan.ch, www.skan.ch

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FOKUS

Bild 1 und 2. Die von Werner und seinen Mitarbeitern gezüchteten Kristalle bewiesen die Chiralität von Komplexverbindungen nicht: Links- und rechtsdrehende Formen sind gemeinsam in einem Kristall enthalten.

Alfred Werners «geniale Frechheit»

Neue Erkenntnisse aus alten Proben Der spätere Nobelpreisträger Alfred Werner schuf 1893 die Grundlagen der modernen Komplexchemie – ohne ein einziges Experiment auf diesem Gebiet durchgeführt zu haben. Der Beweis seiner Theorie war indes aufwendig und langwierig – angeblich weil Werner einen wichtigen Aspekt der Kristallisation übersah. Röntgenstrukturanalysen von Forschern der Empa und der Universität Zürich an Kristallen, die von Werners Arbeitsgruppen hergestellt wurden, widerlegen diese Lehrmeinung.

Nina Baiker Für den Empa-Chemiker Karl-Heinz Ernst dreht sich (fast) alles um Stereochemie, also um die dreidimensionale Struktur von Molekülen. «Die räumliche Anordnung von Atomen in Molekülen ist entscheidend für die chemischen, physikalischen und biochemischen Eigenschaften einer Verbindung», erklärt er. So beeinflusst beispielsweise die Struktur von Proteinen ihre Funktion im Organismus, etwa bei Enzymen. Ernst interessiert sich vor allem für einen speziellen Aspekt der Raumstruktur, der Chiralität oder Händigkeit. Verhalten sich zwei ansonsten identische Moleküle wie Spiegelbilder – wie unsere Hände –, nennt man die Verbindung chiral.

Chiralität im Fokus Viele Medikamente, Duftstoffe, Pflanzenschutzmittel und Feinchemikalien sind chiral – und werden intensiv erforscht. So hat sich der globale Umsatz mit chiralen Medikamenten von etwa 40 Milliarden US-Dollar Mitte der Neunzigerjahre bis heute mehr als verfünffacht. Um chirale Verbindungen 4

industriell herzustellen, werden katalytische Verfahren eingesetzt, die selektiv nur ein Enantiomer, sprich: eine Spiegelbildform des Moleküls, ergeben.

Neue Forschungsergebnisse und Entwicklungen auf dem Gebiet der Stereochemie werden jährlich am International Symposium on Chirality vorgestellt. Als Teilnehmer stellte Ernst vor einigen Jahren seinen Kollegen eine, wie er meinte, einfache Frage – und erhielt darauf keine Antwort: «Wie bewies Alfred Werner seine Theorie zur Raumstruktur anorganischer Komplexverbindungen?» Ernst beschloss daher, die Geschichte des Nachweises zu rekonstruieren und stiess bei seinen Recherchen auf Erstaunliches.

Alfred Werner (1866–1919) gilt als Begründer der modernen Komplexchemie. Als Erster formulierte er 1893 – gegen die damals vorherrschende Lehrmeinung – eine konzeptionell ausgefeilte Koordinationstheorie, die noch heute die Grundlage der Komplexchemie bildet. Bis dahin wurden Metallkomplexe als kettenförmige Verbindungen aufs Papier gezeichnet. Werner tat Kollegen, die so agierten, als «Strichchemiker» ab. Er dagegen ordnete chemische

Gruppen räumlich um ein zentrales Metallatom und konnte so neue Verbindungen vorhersagen. Durch diese räumliche Anordnung ergab sich zudem die Möglichkeit, dass Metallkomplexe chiral sein können. Es dauerte aber noch weitere 18 Jahre, bis er seine Theorie beweisen konnte. 1913 erhielt er dafür den Nobelpreis für Chemie.

Alfred Werners «geniale Frechheit» Die Chemiker des 19. Jahrhunderts, die sich mit Metallsalzen beschäftigten, waren fasziniert von deren Farbenreichtum. Ausgebildet in organischer Strukturchemie stellte Werner 1893 in seiner Arbeit «Beiträge zur Konstitution anorganischer Verbindungen» die herrschende Vorstellung zur Struktur dieser Verbindungen auf den Kopf. Werners «Erkenntnisse» beruhten indes einzig auf theoretischen Überlegungen; er hatte kein einziges Experiment durchgeführt. Wie August Kekulé beim Benzol, «erschien» Werner die Lösung im Traum, die er dann mitten in der Nacht niederschrieb. Eine «geniale Frechheit», wie ein damaliger Kollege Werners es treffend formulierte.

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Bild: ETH-Bibiothek

CHEMIE

In den Jahren danach synthetisierte Werner etliche der von ihm postulierten Metallkomplexe. Diese Ergebnisse sprachen für seine Theorie, bewiesen sie aber nicht. Dies gelang erst 1911, als Werners Doktorand, der US-Amerikaner Victor King (Bild 4), nach mehr als 2000 Fehlversuchen linke und rechte Spiegelbildformen trennen konnte – und somit die Händigkeit eines chiralen Metallkomplexes experimentell nachwies.

Als Nachweismethode benutzte er die Polarimetrie, also die Drehung der Polarisationsebene des Lichts. Daher begrüssten ihn seine Kollegen in Zürichs Beizen häufig mit: «Na, dreht es schon?»

Der heutigen Lehrmeinung zufolge hätte Werner seine Theorie schon viel früher beweisen können, hätte er sich nur einzelne Kristalle seiner Doktorandin Edith Humphrey genauer angeschaut, da diese sich von selbst in linke und rechte Kristalle trennen sollten. Wenn auch eher die Ausnahme, so war damals bereits bekannt, dass sich

Bilder 1,2 4–6: Empa

Bild 3. Der Chemie-Nobelpreisträger Alfred Werner (um 1913)

Bild 5. Originalprobengläser aus der WernerSammlung

einige chirale Verbindungen bei der Kristallisation quasi «von selbst» aufspalten und einzelne Kristalle nur Rechts- beziehungsweise Linksmoleküle enthalten. Hatte doch Louis Pasteur bereits 50 Jahre zuvor durch die Trennung der Weinsäure in die beiden enantiomeren Formen auf diesem Weg die Stereochemie aus der Taufe gehoben.

Humphrey beschäftigte sich seit 1898 mit chiralen Metallkomplexen. Dennoch untersuchten sie und Werner die Kristalle offenbar nie genau genug auf deren Händigkeit.

Werner selbst hatte allerdings die Möglichkeit der Selbstspaltung chiraler Verbindungen bereits 1899 in Betracht gezogen und in einer Publikation diskutiert. «Leidtragender» des langwierigen Beweisverfahrens war Werner selbst; der Chemiker wurde zwar ab 1907 jedes Jahr erneut für den Nobelpreis nominiert. Doch erst als er die Chiralität verschiedener Komplexe experimentell nachweisen konnte, wurde die Theorie allgemein akzeptiert und mit dem Chemie-Nobelpreis gewürdigt.

Neue Forschungsergebnisse aus Originalproben Bild 4. Doktorand Victor King trennte 1911 die linke und rechte Spiegelbildform einer Komplexverbindung. Damit war der Weg frei zu Werners Nobelpreis.

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In einer vor Kurzem in der Fachzeitschrift «Angewandte Chemie» erschienenen Arbeit kommt Ernst zum Schluss, dass Werner keineswegs so ohne Weiteres seine Theo-

Bild 6. Seite aus Werners Notizbuch mit dem Arbeitsplan für die Doktorarbeit von Nathan Helberg: Es zeigt die Vorhersage der Zahl der zu erwartenden Isomere bei Verwendung von chiralen Isopropylendiaminliganden. (Quelle: Archiv der Universität Zürich)

rie anhand von Humphreys Proben hätte beweisen können. Während zweier Jahre hatte sich Ernst in seiner Freizeit in die Arbeiten von Werner und dessen Arbeitsgruppe vertieft. Er führte mit Kollegen der Universität Zürich sogar Röntgenstrukturanalysen an Werners über hundert Jahre alten Originalproben durch – und gewann dabei völlig neue Hinweise zum Aufbau der von Werners Team hergestellten Kristalle.

So ergab etwa die Analyse von Ellen Humphreys Kristallen, dass diese sich eben nicht von selbst in linke und rechte Formen trennten. Lediglich wenige, sehr kleine Kristalle waren mit einer Spiegelbildform angereichert. Hätte also Humphrey grosse Kristalle auf ihre Chiralität untersucht, so wäre das Ergebnis negativ ausgefallen.

Ernst wies nach, dass die Kristalle sogenannte Zwillinge aus den links und rechts drehenden Formen sind und dabei eine Schichtstruktur aufweisen. Zumindest was Humphreys Proben angeht, muss die Lehrmeinung zur Selbstspaltung chiraler Verbindungen also revidiert werden.

Quelle: Empa-News 10 [36], 8–10 (2012); leicht modifizierter Nachdruck 5

CHEMIE

Kleines Molekül bewegt sich selbständig ein Trassee entlang

Molekularer Zweibeiner auf der Wanderschaft

Bild: Kurt Hermann, nach [1]

In jeder unserer Körperzellen und zwischen den einzelnen Zellen laufen permanent Transportvorgänge über Distanzen von einigen Nanometern bis zu mehreren Millimetern ab. Eines dieser zellulären «Frachtunternehmen» arbeitet mit sogenannten molekularen Motoren, die sich an den Filamenten des zellulären Skeletts (Zytoskelett) regelrecht entlanghangeln. Britische Forscher haben sich davon inspirieren lassen. Sie entwickelten ein molekulares «Trassee», auf dem sich ein kleines Molekül wie ein Läufer hin- und herbewegen kann.

Bild 1. Intramolekulare Wanderung eines α-Methylen-4-nitrostyrol-Moleküls entlang einer Polyamintrasse. Die Michael-Addition einer Aminogruppe an die Doppelbindung des «zweibeinigen Wanderers» führt zu einer überbrückten Zwischenstufe (Formeln in eckigen Klammern mit beiden «Füssen» an Aminogruppe gebunden. Durch eine anschliessende Retro-Michael-Addition nach rechts oder links wird die Doppelbindung zurückgebildet; das Styrolderivat ist wieder über eine einzige kovalente Bindung mit dem Trassee verbunden.

David A. Leigh und ein Team von der Universität Edinburgh stellten das Trassee aus einem Oligoethylenimin her. Die Aminogruppen des Strangs stellen die «Trittsteine» für den molekularen «Läufer» dar. Der Läu-

Bild 2. Ein Molekül kann ohne äussere Einwirkung entlang einer Pentaethyleniminbahn vor- und zurückschreiten. Die eindimensionale Bewegung ist hoch prozessiv (mittlere Schrittzahl 530) und verläuft Schritt für Schritt zwischen benachbarten Amingruppen. Der Schreiter vollführt beim Schreiten eine einfache Aufgabe: Er löscht die Fluoreszenz einer Anthracengruppe, die an einem Ende der Bahn angebracht ist.

(Text und Bild: Angewandte Chemie)

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fer ist ein kleines Molekül (α-Methylen-4nitrostyrol). Dieses Molekül sieht fast wie ein Strichmännchen aus mit einem aromatischen Kohlenstoffsechsring als Bauch, einer Nitro-Gruppe als Kopf und zwei kurzen Kohlenwasserstoffbeinen (Bild 1). Mit einem «Bein» ist es zunächst an den ersten Trittstein des Trassees gebunden. Das «Loslaufen» des molekularen Läufers beginnt mit einer Umlagerung unter Ringschluss (intramolekulare Michael-Addition) – das zweite Bein bindet an den benachbarten Trittstein. Eine zweite Umlagerungsreaktion unter Ringöffnung (Retro-Michael-Addition) bewirkt dann, dass sich das erste Bein von seinem Trittstein löst. Auf diese Weise kann der molekulare Läufer Schritt um Schritt entlang des Trassees auf Wanderschaft gehen.

Die Sache hat allerdings einen Haken: Alle diese Umlagerungsreaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen. Sind die Trittsteine chemisch gleichwertig, schwankt der winzige Läufer hin und her, hebt ein Bein, senkt es wieder, geht einen Schritt vor, einen Schritt

wieder zurück, seine Bewegung folgt keiner vorgegebenen Richtung. Aber er schafft im Durchschnitt die erstaunlich hohe Zahl von 530 «Schritten», bevor er sich vollständig vom Trassee löst. Das ist wesentlich mehr, als natürliche Systeme wie Kinesin-Motorproteine schaffen.

Der kleine Läufer kann sogar einen Job erledigen: An das Ende eines Trassees mit fünf Trittsteinen knüpften die Forscher eine Anthracengruppe (Bild 2). Solange der Läufer am Anfang der Strecke bleibt, fluoresziert diese. Erreicht er jedoch das Ende des Anthracen-bestückten Trassees, kommt es zu einer elektronischen Wechselwirkung zwischen Läufer und Anthracen, die Fluoreszenz wird dadurch «ausgelöscht». Die Forscher fanden, dass die Intensität der Fluoreszenz nach und nach auf etwa die Hälfte sank. Nach etwa 6,5 Stunden war der Endwert, das heisst, der Gleichgewichtszustand zwischen allen möglichen Läuferpositionen erreicht.

Nächstes Ziel des Teams ist die Entwicklung eines Läufers, der unter Verbrauch von 5/2012

«Treibstoff» gezielt in eine vorgegebene Richtung marschiert und dabei Lasten über längere verzweigte Trassees transportiert.

Quelle: Angewandte Chemie

ERFOLGREICHER PULVER FÖRDERN

Originalpublikation [1] Campaña, A. G., Carlone, A., Chen, K., Dryden, D. T. F., Leigh, D. A., Lewandowska, U. and Mullen, K. M., «A Small Molecule that Walks Non- Directionally Along a Track Without External Intervention», Angew. Chem., Article first published online: 5 Apr 2012 doi:10.1002/ange.201200822 Kontakt Professor David A. Leigh FRS FRSE FRSC University of Edinburgh School of Chemistry The King’s Buildings West Mains Road Edinburgh EH9 3JJ United Kingdom Phone +44 (0)131 650 4721 David.Leigh@ed.ac.uk

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Bild: Peer Schmidt

CHEMIE

Bild 1. Ein künstlich gewonnener Kristall vom schwarzen Arsen.

Mit Gasphasenreaktionen zum Ziel

Schwarzes Arsen: fest, aber nicht stabil Peer Schmidt von der Hochschule Lausitz beschäftigt sich mit der Modellierung sowie der Synthese neuer anorganischer Materialien über Gasphasenreaktionen. Gemeinsam mit Forschern der TU München und der Universität Regensburg hat er das Geheimnis der Existenz verschiedener Modifikationen von Phosphor und Arsen gelüftet.

Ralf-Peter Witzmann Schon über 200 Jahre beschäftigt sich die Wissenschaft intensiv mit den Elementen Phosphor und Arsen. So kennt man heute neben speziellen tubularen Strukturen vor allem den weissen, roten, schwarzen und violetten Phosphor. Laut Lehrbuch kommt Arsen als graues, gelbes und schwarzes Arsen vor. Die Existenz des schwarzen Arsens, das dem stabilen schwarzen Phosphor entsprechen soll, wurde jedoch nie zweifelsfrei bewiesen.

Die Wissenschaftler zeigen nun auf, dass schwarzes Arsen in reiner Form metastabil (also nicht stabil) ist und bisher vermutlich nur in einer durch Fremdatome stabilisierten Form erhalten wurde.

Für die Untersuchungen wurden Modellrechnungen mit Experimenten zur Kristallbildung kombiniert. Anhand der Berechnungen lässt sich abschätzen, wie hoch die Energie verschiedener Kristallmodifikationen der Stoffe ist. Ob und welche Modifikation bei chemischen Experimenten entsteht, hängt aber nicht nur von der ener8

getischen Stabilität ab, sondern auch, mit welcher Geschwindigkeit sich die Stoffe bilden oder ineinander umwandeln.

Die Bildung untersuchten die Forscher mithilfe von Gasphasenreaktionen. Die Feststoffe wurden dabei erhitzt und der resultierende Druck gemessen, der sich durch die Sublimation aufbaut. Dadurch konnten die stabilen und metastabilen Modifikationen unterschieden und Umwege über mehrere metastabile Zwischenstufen erkannt werden.

Die Ergebnisse solcher Untersuchungen liefern nicht nur Grundlagenwissen, sondern helfen vor allem, Synthesewege für gewünschte metastabile Phasen zielgerichtet zu planen. Dies ist für die Entwicklung innovativer Materialien mit neuen, attraktiven Eigenschaften interessant. Ein gängiges Beispiel für eine metastabile Phase ist der extrem harte Diamant, der sich theoretisch spontan in Graphit verwandeln kann – dies bei Raumtemperatur aber praktisch niemals tut.

Schmidt beschäftigt sich an der Hochschule Lausitz mit der Modellierung sowie der

Synthese neuer anorganischer Materialien über Gasphasenreaktionen. Er ist Mitautor der Monographie über Chemische Transportreaktionen. Aus der Arbeitsgruppe von Schmidt kommen zudem wesentliche methodische Weiterentwicklungen zur Gasphasenanalytik bei Festkörperreaktionen.

Quelle: Hochschule Lausitz (FH) Originalpublikation Oliver Osters et al., «Synthese und Identifizierung metastabiler Verbindungen: schwarzes Arsen – Fiktion oder Wirklichkeit?», Angewandte Chemie 124 [12], 3049–3052 (2012).

Kontakt Prof. Dr. rer. nat. habil. Peer Schmidt Hochschule Lausitz (FH) Fakultät für Naturwissenschaften Grossenhainer Strasse 57 D-01968 Senftenberg Telefon +49 (0)3573 85-827 Peer.Schmidt hs-lausitz.de www.hs-lausitz.de/fakultaet2 5/2012

CHEMIE

Sauerstoff-Fehlstellen sind aktive Zentren

Was an der Oberfläche von Katalysatoren abläuft

Katalysatoren unterstützen viele chemische Reaktionen. Bei der heterogenen Katalyse liegen der als Katalysator dienende Stoff und die reagierenden Stoffe in verschiedenen Phasen vor – gewöhnlich ist der Katalysator ein Feststoff, die reagierenden Stoffe sind gasförmig. An der Oberfläche von katalytisch aktiven Feststoffen laufen hochkomplexe chemische Prozesse ab. Diese genau zu verstehen, ist unerlässlich, um Produkte weiter zu verbessern und Kosten zu senken. Bei Metallen sind die Prozesse schon gut bekannt. Die entsprechenden Umwandlungen an der Oberfläche von Oxiden sind hingegen noch weitgehend unerforscht.

Brücke zwischen Grundlagenund angewandter Forschung Die Forscher um Christof Wöll vom KIT und Martin Muhler von der RUB untersuchten zunächst die Vorgänge an Oberflächen von Oxideinkristallen, um ihre Erkenntnisse dann auf Pulver, die technisch wichtigste Form von Oxidmaterialien, zu übertragen.

Damit schlugen sie erstmals eine Brücke zwischen der Grundlagenforschung an Referenzsystemen und der angewandten Forschung an realen Katalysatoren.

Ein neu entwickeltes Kombinationsgerät für die Infrarotspektroskopie ermöglichte dabei äusserst genaue Messungen der Schwingungsfrequenz von Kohlenmonoxid. Der genaue Wert dieser Schwingungsfrequenz reagiert sehr empfindlich auf Fehlstellen.

Solche Fehlstellen entstehen bei Oxidmaterialien durch das Entfernen einzelner Sauerstoffatome. «Als aktive Zentren verleihen Sauerstoff-Fehlstellen dem Material eine hohe katalytische Aktivität», erklärt Wöll, Direktor des Instituts für Funktionelle Grenz5/2012

Bilder: M. Xu, RUB

Die heterogene Katalyse hat in der chemischen Industrie zentrale Bedeutung, etwa bei der Herstellung von Grund- und Feinchemikalien, in Abgaskatalysatoren oder zur chemischen Speicherung von Sonnenenergie. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben eine neue Messmethode der Infrarotspektroskopie entwickelt, um die Vorgänge an der Oberfläche von Oxiden zu untersuchen, die als Katalysatoren dienen.

Bild 1. Die Fehlstellen-Konzentration der Rutiloberflächen sowohl bei Einkristallen als auch bei Pulverpartikeln lässt sich mit Infrarotspektroskopie anhand von Kohlenmonoxid als Sondenmolekül bestimmen.

flächen (IFG) des KIT. Die Karlsruher und Bochumer Forscher entwickelten mit einem neuen Kombinationsgerät für die Infrarotspektroskopie ein Verfahren, das sie zunächst an Referenzsystemen eichten. Dann bestimmten sie mithilfe des HochleistungsFTIR-Spektrometers der Firma Bruker Optics (Vertex-Serie) erstmals Fehlstellendichten für pulverförmige reale Katalysatoren.

Fehlstellen bisher nur indirekt nachweisbar Zur Demonstration ihrer neuen Methode verwendeten die Forscher Rutil, die bedeutendste Modifikation des Titandioxids. «Dieses auch als Weisspigment und in der Fotokatalyse eingesetzte Material ist normalerweise chemisch sehr träge und wird erst durch die Sauerstoff-Fehlstellen katalytisch aktiv», erklärt Wöll. Bisher liessen sich solche Fehlstellen für Pulvermaterialien nur indirekt nachweisen, wie Muhler erläutert.

Die Forscher von der RUB sowie vom Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT folgten mit ihrer Methode dem von Nobelpreisträger Gerhard Ertl entwickelten Ansatz der «Surface Science». Das Potenzial ihrer

Methode demonstrierten die Wissenschaftler, indem sie die Kohlenstoff-KohlenstoffKopplungsreaktion von Formaldehyd zu Ethylen untersuchten. Dabei bestätigte sich, dass die Dichte von Sauerstoff-Fehlstellen an der Oberfläche von r-TiO2-Nanopartikeln für die katalytische Aktivität des Oxidpulvers und damit die Ausbeute entscheidend ist.

Quelle: KIT und RUB Originalpublikation Mingchun Xu et al., «The Surface Science Approach for Understanding Reactions on Oxide Powders: The Importance of IR Spectroscopy», Angewandte Chemie International Edition, Article first published online: 5 Apr 2012, doi:10.1002/anie.201200585 Kontakt Martin Muhler Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Chemie und Biochemie Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum Telefon +49 (0)234 32 28754 muhler@techem.rub.de www.ruhr-uni-bochum.de 9

CHEMIE

Untersuchung der Zementhydratation mit Millisekundenauflösung

Die ersten Sekunden im Leben eines Bauwerks Wesentlicher Bestandteil von Beton ist Zement, der als Bindemittel die anderen Bestandteile zusammenhält. Um die Eigenschaften von Beton massgeschneidert einstellen zu können, ist wichtig zu wissen, was während des Abbindens passiert. Deutschen Wissenschaftlern ist es gelungen, die «Geburtssekunden» von Beton per Röntgenbeugung zu verfolgen. In der «Angewandte Chemie» erklären sie die Wirkungsweise von Betonfliessmitteln.

Hydratationsprozesse: detaillierter Einblick in Zeitstufen

Bild: Angewandte Chemie

«Ein detaillierter Einblick in die verschiedenen Zeitstufen der Hydratationsprozesse ist grundlegend für ein profundes Verständnis, inwiefern diese Prozesse effektiv beeinflusst werden können», erläutert Franziska Emmerling von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin. «Besonders die Entwicklung des Phasenbestands im Frühstadium der Hydratation wurde bisher nicht vollständig verstanden.»

Bild 1. Höchst dynamische Hydratationsprozesse in den ersten Sekunden bei der Entstehung eines Bauwerkes lassen sich mithilfe von Synchrotron-Röntgenbeugung mit einer sehr hohen Zeitauflösung nachverfolgen.

Beton besteht aus Sand, Kies, Additiven, Wasser und Zement. Der Portlandzement ist ein kompliziertes Stoffgemisch aus feingemahlenem Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz – hauptsächlich Calciumsilicat mit Anteilen an Aluminium- und Eisenverbindungen sowie Sulfaten. Beim Anrühren mit Wasser setzen chemische Reaktionen der Zementbestandteile ein, der Beton erstarrt, erhärtet und bleibt danach auch unter Wasser fest und raumbeständig. Was ihm seine enorme Festigkeit verleiht, sind Kristallnadeln, die bei diesem Prozess entstehen und fest ineinander verzahnen.

Um die Eigenschaften des Betons zu optimieren, werden verschiedene Additive zugegeben. Eine solche Klasse sind Fliessmittel auf Polycarboxylatbasis (PCE). Sie machen den Beton fliessfähiger und damit leichter zu giessen. Der Wassergehalt kann gesenkt werden, der Beton wird dichter und druckfester.

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Entscheidend scheint insbesondere die rasch eintretende Reaktion der Zementklinkerphase C 3A (Ca3Al2O6) mit Sulfat (SO42–) zu Ettringit (Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O).

Emmerlings Team gelang jetzt mithilfe hochauflösender Röntgenbeugungsexperimente, diese Reaktion mit einer Millisekunden-Zeitauflösung zu verfolgen. Anhand der Beugung, die Röntgenstrahlen in einem Material erfahren, können Rückschlüsse auf dessen Kristallstruktur gezogen werden.

Damit kein Trägermaterial den Vorgang verfälscht, wird die Probe während der Untersuchung in einer akustischen Schwebevorrichtung von Schallwellen frei in der Schwebe gehalten.

So liess sich auch die Wirkungsweise von PCE-Fliessmitteln aufklären. Emmerling: «Direkt nach dem Wasser-Zement-Kontakt adsorbiert das PCE an der Oberfläche des Klinkers C 3A, die Teilchen bleiben suspendiert, weil sie sich nun abstossen. Das PCE wird dann nach und nach erst durch Sulfationen ersetzt. Die anfängliche Ettringitkristallisation wird so verzögert. Dadurch bleibt mehr freies Wasser im System zurück, kristalline Phasen werden vermehrt gelöst –

der entstehende Beton bleibt länger fliessfähig und wird dichter.»

Quelle: Angewandte Chemie Originalpublikation Schlegel, M.-C., Sarfraz, A., Müller, U., Panne, U. and Emmerling, F., «Erste Sekunden im Leben eines Bauwerkes – In-situ-Synchrotron-Röntgenbeugungsuntersuchungen der Zementhydratation mit MillisekundenAuflösung», Angew. Chem., Article first published online: 11 Apr 2012, doi:10.1002/ange.201200993 Kontakt Dr. rer. nat. Franziska Emmerling BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Richard-Willstätter-Str. 11 D-12489 Berlin Telefon +49 (0)30 8104-1133 franziska.emmerling@bam.de www.bam.de

Zahlen zu Beton – Beton ist mit etwa 5 Milliarden m3 das mit Abstand am meisten vom Menschen verwendete Material.

– Materialverbrauch für Beton: 1,6 Milliarden Tonnen Zement, 10 Milliarden Tonnen Gesteinskörnung (Sand und Kies), 1 Milliarde Tonne Wasser.

– Beton ist bezogen auf die Gesamtmasse der weltweit produzierten Güter das zweitwichtigste Gut – nach Wasser.

Quelle: Peter Lunk, Betonsuisse

5/2012

CHEMIE

Proteine der Nesselzellen im Süsswasserpolypen Hydra

Die tödlichen Waffen der Quallen entschlüsselt

Bild: zvg

Forscher um Thomas Holstein und Suat Özbek vom Centre for Organismal Studies (COS), Heidelberg, haben in Zusammenarbeit mit Kollegen des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) das Proteom der Nesselzellen von Quallen analysiert. Mit Untersuchungen an Zellen des Süsswasserpolypen Hydra fanden sie heraus, dass die Organellen eine komplexe Zusammensetzung von Giften und Proteinen aufweisen. Die Ergebnisse zeigen ausserdem, wie die Energie für die Abgabe des Gifts in den Nesselzellen gespeichert und mit aussergewöhnlich hoher Geschwindigkeit freigesetzt werden kann.

Bild 1. Süswasserpolyp Hydra. Tier mit Fangarmen (Tentakeln) und Knospen (links); Tentakel mit Nesselzellen in Batteriezellen eines Tentakels (Mitte); isolierte zum Teil entladene Nesselkapseln (rechts).

Mit ihren Giftzellen haben Quallen und andere Nesseltiere einen der giftigsten und differenziertesten zellulären Mechanismen in der Tierwelt entwickelt. Nesselzellen, die auch als Nematocyten oder Cnidozyten bezeichnet werden, sitzen in der Aussenhaut der Nesseltiere und werden zum Beutefang oder zur Verteidigung eingesetzt.

Sie bestehen vor allem aus einer Nesselkapsel, einer in Relation zur gesamten Zelle riesigen Organelle. Darin befinden sich der Nesselschlauch und ein Stilett, über die die Gifte der Nesseltiere nach aussen transportiert werden. Die zellulären Waffen enthalten bisher unbekannte Gifte, die das Ner vensystem von Beutetieren lähmen und deren Zellen zerstören.

Die Injektion der Gifte erfordert einen effektiven Mechanismus. Die Giftabgabe ist mit einem extrem hohen Druck von 15 Megapascal verbunden, wodurch das Stilett, eine dünne Nadel, selbst die Panzer von Krebstieren durchdringen kann. Mit einer Geschwindigkeit von weniger als 700 Nanosekunden, in denen das Stilett mit einer 5/2012

Kraft von 5 000 000 g beschleunigt wird, ist die Giftinjektion mit dem Abschuss einer Harpune vergleichbar.

Bisher waren die molekularen Bestandteile, die für die biomechanischen Eigenschaften der Nesselzellen verantwortlich sind, weitgehend unbekannt. Die Heidelberger Wissenschaftler haben Zellen des Süsswasserpolypen Hydra magnipapillata mithilfe der Protein-Massenspektroskopie untersucht.

Mit diesem Verfahren, mit dem sich die chemische Zusammensetzung von Substanzen qualitativ und quantitativ genau analysieren lässt, konnten die Forscher das komplexe Nematocyten-Proteom von Hydra entschlüsseln: Die Biologen entdeckten 410 Proteine mit giftigen und zellzersetzenden, aber auch mit adhäsiven oder faserigen Eigenschaften. Dabei enthalten die Proteine der Nesselkapselwand bislang unbekannte strukturelle Bausteine, die eine bindegewebsartige Matrix bilden, also ein komplexes Proteingeflecht. Diese Struktur aus Collagen und Elastomeren ist im Hin-

blick auf ihre Elastizität und Belastbarkeit selbst Spinnenseide überlegen.

Mit diesen Forschungsergebnissen können die Heidelberger Wissenschaftler erklären, wie die Energie für die Abgabe des Gifts in den Nesselzellen gespeichert und durch die dehnbare Struktur der Nesselkapselwand im Nanosekundenbereich und mit aussergewöhnlicher Geschwindigkeit freigesetzt werden kann. «Die Giftzellen der Nesseltiere stellen damit eine effektive Kombination eines kraftvollen molekularen Federungsmechanismus und einer Struktur mit extremen biophysikalischen Eigenschaften dar», sagt Holstein. Darüber hinaus legen die Untersuchungen nahe, dass die Organellen, die das Gift zur Injektion enthalten, in ihrer Entwicklung molekulare Eigenschaften von Bindegewebsproteinen wie Kollagenen übernommen haben. Nur so kann es nach Angaben von Holstein möglich gewesen sein, einen derart differenzierten Mechanismus zum Beutefang und zur Verteidigung auszubilden.

Quelle: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Originalpublikation Prakash G. Balasubramanian et al.

«Proteome of Hydra Nematocyst», J. Biol. Chem. 287, 9672–9681 (2012).

Kontakt Prof. Dr. Thomas Holstein Universität Heidelberg, COS Im Neuenheimer Feld 230 D-69120 Heidelberg Telefon +49 (0)6221 54 5679 thomas.holstein@cos.uni-heidelberg.de 11

NEWS

Neuer Geschäftsführer bei Testo Industrial Services AG Schweiz Im April 2012 hat Wolfgang Hähnel die Geschäftsführung der Testo Industrial Services AG (www.testotis.ch) in Egg (ZH) von Raimund Föhrenbacher übernommen. Föhrenbacher, der seit drei Jahren die Geschäftsführung der Schweizer Dienstleistungstochter interimistisch geführt hat, wird sich

zukünftig wieder verstärkt um die Leitung des deutschen Mutterhauses Testo Industrial Services GmbH kümmern.

Hähnel wechselt von einem Dienstleistungs- und Beratungsunternehmen im GMP-Bereich zu Testo. Er sammelte seit 1995 vielfältige Erfahrungen in der Umsetzung von Kalibrierungs-,

Qualifizierungs- und Validierungsaktivitäten in GMP-relevanten Betriebsbereichen der Pharmazie, der Biotechnologie, der Wirkstoffherstellung sowie in der medizinaltechnischen Industrie.

Hähnel soll den Aufbau des Unternehmens und die weitere Expansion der Testo-Dienstleis-

tungen in der Schweiz voranführen. Parallel zu diesen Tätigkeiten wird Hähnel auch weiterhin für Kunden in der Schweiz als Senior Consultant im Bereich GMP- und QM-Compliance tätig sein.

Quelle: Testo

Otto Naegeli-Preis 2012 an Forscher in Zürich und Basel verliehen

Bilder: Universität Zürich

Preis erhalten. Der Preis wird alle zwei Jahre an herausragende Persönlichkeiten auf dem Gebiet der medizinischen Forschung verliehen.

Markus H. Heim

Lars E. French

Lars E. French, Professor für Dermatologie und Venerologie der Universität Zürich und Markus H. Heim, Chefarzt der Klinik

für Gastroenterologie und Hepatologie am Universitätsspital Basel, haben den mit 200 000 Franken dotierten Otto Naegeli-

Markus H. Heim ist seit 2012 Chefarzt der Klinik für Gastroenterologie und Hepatologie sowie Forschungsgruppenleiter des Hepatologielabors des Departements Forschung am Universitätsspital Basel. Seine Forschungsschwerpunkte bilden die Chronische Virushepatitis, die Interferon-Signalübermittlung, die Entstehung von Leberkrebs und die Leberregeneration. Seit 2009 ist er

Extraordinarius für Hepatologie an der Universität Basel.

Lars E. French ist seit Oktober 2006 Klinikdirektor der Dermatologischen Klinik des Universitätsspitals Zürich. Sein Forschungsthema umfasst schwere entzündliche Hautkrankheiten und Hautkrebs. French und sein Team haben zahlreiche wertvolle Beiträge zum besseren Verständnis des Mechanismus von Hautkrankheiten geliefert, die von Interferonen teilweise wieder rückgängig gemacht werden können.

Quelle: Universität Zürich

Der diesjährige ZKB Pionierpreis Technopark geht an den ETHSpin-off Cytosurge. Das 2009 gegründete Unternehmen erhält den Preis für die Entwicklung einer Hightechspritze, mit der die Forschung und Analyse auf Mikro- und Nanoebene einfacher, exakter und kostengünstiger wird.

Mit dem Pionierpreis der ZKB werden jährlich Forscher ausgezeichnet, die mit einer technologischen Innovationen kurz vor dem Markteintritt stehen. Dabei werden insbesondere Marktnähe und gesellschaftliche Re12

levanz gewürdigt. Der ETHSpin-off Cytosurge erhält den diesjährigen Pionierpreis für die Ent wicklung und Vermarktung der neuartigen FluidFM Technologie, einem auswechselbaren Werkzeug für Rasterkraftmikroskope. Mithilfe des Rasterkraftmik roskops lässt sich die Oberflächenbeschaffenheit eines Objektes feststellen. Die neu entwickelte Hightechspritze ermöglicht es, Objekte auf Mikround Nanoebene gezielt zu untersuchen und zu bearbeiten, da sie sich nanometergenau positionieren und präzise steu-

ern lässt. Die Technologie ist vielseitig einsetzbar und eröffnet damit neuartige Arbeitsmöglichkeiten in der Mikro- und Nanowelt.

Wichtige Märkte sind in erster Linie die Biotechforschung und Die frischgebackenen Preisträger des ZKB Pionierdie Halbleiterin- preises: Die beiden Geschäftsführer Pascal Behr und Michael Gabi sowie ihre Mitarbeiter Johann Wolf und dustrie.

Stephan Jud (v.l.n.r.) der Cytosurge AG Der Preis ist mit 98 696.04 Schweizer Franken chen Wert der Zahl Pi im Quadotiert, was dem 10 000-fa- drat entspricht.

5/2012

Bild: ZKB/Technopark

Entwicklerteam mit Pionierpreis geehrt

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BIOWISSENSCHAFTEN

Aronstabgewächse passten sich Blatthornkäfern an

Pflanzen imitierten Duft von bestäubenden Käfern

Bilder: Universität Zürich

Farbe und Duft von Blüten sowie deren Wahrnehmung durch Bestäuberinsekten haben sich gemäss Lehre in wechselseitiger Anpassung entwickelt. Ein Evolutionsbiologe der Universität Zürich hat nachgewiesen, dass dies zumindest bei Aronstabgewächsen nicht der Fall ist. Diese entwickelten ihren Duft analog der bereits existierenden Duftstoffe von Blatthornkäfern und passten sich somit einseitig an die Käfer an. Die wechselseitige Anpassung zwischen Pflanze und Bestäuber findet folglich nicht immer statt.

Bild 1. Amorphophallus hewittii

Bild 2. Amorphophallus konjac

Bild 3. Taccarum weddellianum

Bald blüht, duftet und schwirrt es wieder in Gärten und Feldern. Hummeln, Bienen, Fliegen und Käfer fliegen, wie schon seit Jahr Millionen, auf ihrer Suche nach Nahrung oder Geschlechtspartnern von Blüte zu Blüte. Angelockt werden sie durch Blütenformen, Blütenfarben und durch die Duftstoffe der jeweiligen Pflanze. Häufig haben bestäubende Insekten Vorlieben für bestimmte Düfte und suchen die entsprechenden Blüten bevorzugt auf.

Bislang ging die Forschung davon aus, dass sich Blütendüfte und die Vorliebe der bestäubenden Insekten für einen spezifischen Duft evolutionsgeschichtlich gemeinsam entwickelt hätten, es sich also um eine Koevolution von Pflanze und Insekt handelt.

Der Evolutionsbiologe Florian Schiestl von der Universität Zürich hat nachgewiesen, dass dies zumindest bei der Familie der Aronstabgewächse nicht der Fall war.

Duftstoffe der Blatthornkäfer imitiert

den. Dazu Schiestl: «Im Lauf der Evolution haben die Aronstabgewächse die Duftstoffe der Blatthornkäfer und deren eigene Kommunikation imitiert, um so bestäubende Insekten effizienter anzulocken.»

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Schiestl und ein Bayreuther Kollege untersuchten Aronstabgewächse und deren Bestäuber, die Blatthornkäfer. Bei diesen entdeckten sie viele zur chemischen Kommunikation genutzten Duftmoleküle, die sich auch bei den Pflanzen fanden. Mittels stammesgeschichtlicher Rekonstruktion stellten sie fest, dass diese Düfte bereits bei den Vorfahren der heutigen Blatthornkäfer vorhanden waren. Diese prähistorischen Blatthornkäfer nutzten offenbar bereits zur Jurazeit die gleichen oder ähnliche Duftstoffe, um Nahrung oder Geschlechtspartner zu finden. Diese Vorfahren haben im Gegensatz zu den heutigen Blatthornkäfern noch keine Pflanzen bestäubt. Die ersten von Käfern bestäubten Aronstabgewächse sind erst rund 40 Millionen Jahre später entstan-

Koevolution seltener als angenommen Die Koevolution wird in der Forschung als treibende Kraft für die Entwicklung einer wechselseitigen Anpassung zwischen zwei Organismen betrachtet. Dies gilt allerdings nicht für die Aronstabgewächse. Diese haben ihren Duft analog der bereits existierenden Kommunikation der Duftstoffe von Blatthornkäfern entwickelt. «Die Koevolution zwischen Pflanze und bestäubenden Insekten ist möglicherweise seltener, als bisher vermutet wurde», schlussfolgert Schiestl.

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BIOWISSENSCHAFTEN

Quelle: Universität Zßrich Originalpublikation Florian P. Schiestl, and Stefan DÜtterl, The Evolution of Floral Scent and Olfactory Preferences in Pollinator: Coevolution or Pre-Existing Bias?, International Journal of Organic Evolution, Article first published online: 12 Mar 2012 doi:10.1111/j.1558-5646.20

Kontakt Prof. Dr. Florian Schiestl Universität Zßrich Institut fßr systematische Botanik Zollikerstrasse 107 CH-8008 Zßrich Telefon +41 (0)44 634 84 09 florian.schiestl@systbot.uzh.ch www.systbot.uzh.ch

Bild 4. Sauromatum guttatum

Bild 5. Homalomena rubescens

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5/2012

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BIOWISSENSCHAFTEN

Struktur eines neuen ABC-Transporters

Stoffwechselkrankheiten und Antibiotikaresistenz

ABC-Transporter sind Membranproteine, die aktiv eine Vielzahl an Molekülen durch die Membran pumpen. Mehr als 40 verschiedene ABC-Transporter erfüllen beim Menschen lebensnotwendige Funktionen.

Genetische Defekte in ABC-Transportern können zu Stoffwechselkrankheiten führen, wie beispielsweise Gicht, neonatalem Diabetes oder zystischer Fibrose. Gewisse ABC-Transporter verursachen zudem Resistenzen gegen ein breites Spektrum an Medikamenten.

In Tumorzellen werden oft erhöhte Mengen an ABC-Transportern produziert, die Chemotherapeutika aus der Krebszelle herauspumpen. Krebsmedikamente verlieren dadurch ihre Wirkung. Analoge Mechanismen spielen bei vielen pathogenen Bakterien eine entscheidende Rolle: ABC-Transporter befördern Antibiotika aus der Zelle – multiresistente Bakterien sind die Folge.

Bilder: UZH

Proteine, die zur wichtigen und grossen Familie der ABC-Transporter gehören, können Stoffwechselkrankheiten und Antibiotikaresistenzen verursachen. Biochemikern der Universität Zürich und des NCCR Strukturbiologie ist es gelungen, die atomare Struktur eines neuen Transporters aufzuklären. Die gewonnenen Einsichten könnten zu neuen Therapien führen, beispielsweise gegen multiresistente Bakterien, zystische Fibrose oder Gicht.

Bild 1. Detailansicht von TM287/288: Der Transporter ist nach innen geöffnet. Die beiden unterschiedlichen Proteinketten sind in türkis und pink eingefärbt.

Trotz ihrer grossen Bedeutung in Biologie und Medizin ist bis anhin nur von wenigen ABC-Transporten die atomare Struktur entschlüsselt. Nun ist es Michael Hohl und Christophe Briand unter der Leitung von Markus Seeger und Markus Grütter gelungen, die atomare Struktur des neuartigen ABC-Transporters TM287/288 aufzulösen.

Aufschlussreiche Asymmetrie Das Membranprotein stammt ursprünglich aus einem wärmeliebenden Bakterium. Im Vergleich zu bereits bekannten Strukturen besitzt TM287/288 zwei unterschiedliche Proteinketten, die sich zu einem Heterodimer formieren. Etwa die Hälfte der 40 menschlichen ABC-Transporter sind Heterodimere. «Die entdeckten Asymmetrien erlauben es uns, die Funktion von ABCTransportern neu zu betrachten», erklärt Seeger. «Unsere Resultate könnten längerfristig dazu beitragen, neue Medikamente 16

Bild 2. Der nach innen geöffnete Transporter kann ein Molekül, zum Beispiel ein Antibiotikum (gelber Stern) binden. Unter Energieverbrauch öffnet er sich nach aussen und entlässt das zuvor gebundene Antibiotikum.

gegen multiresistente Bakterien oder schwierig zu behandelnde Tumoren zu entwickeln. Sie ermöglichen auch neue Ansätze zur Heilung oder Linderung von Erbkrankheiten», schliesst Grütter.

Quelle: Universität Zürich Originalpublikation Michael Hohl, Christophe Briand, Markus G. Grütter & Markus A. Seeger, «Crystal structure of a heterodimeric ABC transporter in its inward-facing conformation», Nature Structural & Molecular Biology 19, 395–402 (2012).

Kontakt Dr. Markus Seeger Universität Zürich Biochemisches Institut Winterthurerstrasse 190, CH-8057 Zürich Telefon +41 (0)44 635 55 52 m.seeger@bioc.uzh.ch, www.bioc.uzh.ch 5/2012

BIOWISSENSCHAFTEN

In einigen Bereichen sind wir dem Gänseblümchen nicht unähnlich

Neuer Ansatz zur Erforschung von Infektionen

Salmonellen oder Ehec sind zwei Beispiele für Bakterien, die schwere Erkrankungen bei Menschen und Tieren auslösen können.

Die Bakterien nutzen dazu ein ganz spezielles Verfahren: Mit einer Art molekularer Spritze injizieren sie schädliche Proteine, die Effektoren, die dann zum Beispiel die Abwehrkräfte des Körpers unterdrücken. In der Folge kann sich die Infektion im Körper ungehindert ausbreiten. Diese Effektoren haben Forscher aus Biochemie und medizinischer Mikrobiologie der FAU unter die Lupe genommen.

«Salopp formuliert könnte man sagen, dass wir in einigen Bereichen dem Gänseblümchen gar nicht unähnlich sind, zum Beispiel was den Transport von Molekülen innerhalb der Zellen betrifft», sagt Frederik Börnke vom Lehrstuhl für Biochemie der FAU.

Identisch bei Mensch, Tier und Pflanzen Die Wissenschaft geht davon aus, dass im Zug der Evolution einige zelluläre Prozesse «konserviert» wurden und deswegen bei Mensch, Tier und Pflanzen identisch ablaufen. Ein Team von Wissenschaftlern um Börnke hat untersucht, ob, und wenn ja, inwieweit sich tierische und pflanzliche Zellen auch ähneln, wenn sie auf einen Angriff pathogener – also krankmachender – Bakterien reagieren. Die Initiative für das Projekt geht auf den Studenten Suayib Üstün zurück, der im Rahmen seiner Masterarbeit an dem Thema forschte.

«Im Fokus unserer Forschungen standen Typ III Effektorproteine von einem bei Tieren weit verbreiteten Salmonellenstamm», erläutert Börnke. «Die Salmonellen setzen diese Proteine ein, um sich in den von ih5/2012

nen befallenen Zellen vermehren zu können. In der Folge erkranken die Tiere.»

Da der Salmonellenstamm Pflanzen von Natur aus gar nicht befallen kann, dürfte deren Immunsystem auf die Salmonellen eigentlich nicht reagieren. Doch als die Forscher der FAU deren Effektorproteine in Tabakpflanzen transferierten, trat überraschenderweise das Gegenteil ein: Das SseF-Protein löste bei den Tabakpflanzen eine als hypersensitiver Zelltod bezeichnete Immunreaktion aus. In einer Art zellulärem Selbstmord starben die Zellen ab, die den Salmonellen-Effektor enthielten.

In der Natur kann die Pflanze damit verhindern, dass sich eine Infektion weiter im Gewebe ausbreiten kann. Die Forscher ziehen aus der Immunreaktion der Pflanze den Rückschluss, dass das Protein SseF eine zelluläre Funktion angreift, die im Lauf der Evolution zwischen Tieren und Pflanzen konserviert wurde und in beiden Organismen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern spielen könnte.

Pflanzen mit Resistenz gegenüber gewissen Bakterien Das Ergebnis ihrer Untersuchung können die Wissenschaftler auf verschiedene Weise nutzen. Zum einen eröffnet es die Möglichkeit für zukünftige Experimente an Pflanzen zur Erforschung der Wirkungsweise pathogener Bakterien, die Menschen und Tiere befallen.

Gegenüber der Untersuchung in Zellkulturen oder Tiermodellen hätte das grosse Vorteile: Die Pflanzen sind leichter und kostengünstiger zu kultivieren und sie lassen sich gut molekularbiologisch bearbeiten.

«Ausserdem eröffnet unsere Entdeckung zumindest die theoretische Möglichkeit,

Bild: Suayib Üstün

Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben Teile von Salmonellen, sogenannte Effektoren, in Tabakpflanzen übertragen. Damit wollen sie untersuchen, wie sich Krankheiten und Infektionen im Körper von Menschen und Tieren ausbreiten. Was zunächst merkwürdig klingen mag, hat einen Hintergrund: Pflanzen verfügen über ein Immunsystem, das in einigen Bereichen dem Immunsystem von Mensch und Tier erstaunlich ähnlich ist. Aus der Reaktion des pflanzlichen Immunsystems auf die Effektoren der Salmonellen hoffen die Forscher Rückschlüsse auf ihre Wirkungsweise ziehen zu können.

Bild 1. Links: Die Übertragung des Effektorproteins SseF aus Salmonellen löst in Pflanzen eine Abwehrreaktion aus. Rechts: ein unbehandeltes Blatt.

Pflanzen mit einer Resistenz gegenüber diesen Bakterien zu erzeugen.» Weil die Menschen mehr und mehr Rohkost konsumieren, die mit Salmonellen oder anderen für den Menschen schädlichen Bakterien infiziert sein könnte, kommt es immer wieder zu epidemischen Krankheitsausbrüchen – Ehec war das jüngste Beispiel. «Obwohl Salmonellen für die Pflanzen selbst nicht unbedingt pathogen sind, gibt es doch Hinweise, dass sich die Bakterien auch in pflanzlichem Gewebe vermehren könnten. Hätte die Pflanze nun die Möglichkeit die Bakterien frühzeitig zu erkennen, könnte deren Vermehrung eventuell eingedämmt und somit das Gesundheitsrisiko für den Menschen verringert werden», spekuliert Börnke.

Quelle: Universität Erlangen-Nürnberg Kontakt PD Dr. Frederik Börnke Universität Erlangen-Nürnberg Department Biologie Staudtstrasse 5, D-91058 Erlangen Telefon +49 (0)9131 8525239 fboernke@biologie.uni-erlangen.de www.uni-erlangen.de 17

BIOWISSENSCHAFTEN

Nährstoff und Gift zugleich – auf die Dosis kommt es an

Funktion des Metallbindemoleküls Nicotianamin Um zu überleben dürfen Pflanzen weder zu viel noch zu wenig Mineralien aus dem Boden aufnehmen. Neue Erkenntnisse, wie sie dieses kritische Gleichgewicht regulieren, veröffentlichten Biologinnen und Biologen der Ruhr-Universität. Sie entdeckten spezielle Funktionen des Metallbindemoleküls Nicotianamin. «Die Ergebnisse sind wichtig für die nachhaltige Landwirtschaft und auch für den Menschen – um gesundheitliche Probleme zu verhindern, die durch einen Mangel an lebenswichtigen Nährstoffen in der Nahrung verursacht werden», sagt Ute Krämer vom RUB-Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie.

Wie die Zelle Zink und Eisen auseinanderhält

Bild: Ute Krämer und Josef Bergstein

Das Metall bindende Molekül Nicotianamin (Bild 1) ist wichtig für den Eisentransport in Pflanzen. In ihrer Zeit an den Universitäten in Heidelberg und Bochum zeigte Ute Krämer, dass es auch den Zinkhauhalt steuert.

Bild: Kurt Hermann «Zu viel Zink kann eisenabhängige Prozesse vergiften und umgekehrt», erklärt die Bild 1. Nicotianamin Biologin.

Wie viel Zink in der Zellflüssigkeit verfügbar Alle Organismen benötigen Eisen, Zink und ist, hängt davon ab, wo in der Zelle sich das Kupfer als Nährstoffe. Sie sind in der Zelle Nicotianamin aufhält. Bei hohen Zinkkonan lebenswichtigen katalytischen Funktio- zentrationen verlagert das Transportprotein nen beteiligt. Da Pflanzen am Beginn der ZIF1 das Metall bindende Molekül von der Nahrungskette stehen, ist ein ausreichender Zellflüssigkeit in die Vakuole – einen abgeGehalt dieser Mineralien in ihnen für die trennten Bereich der Zelle, der unter andemenschliche Ernährung entscheidend. Die rem Stoffe speichert. Dadurch werden auch Metalle sind sich chemisch sehr ähnlich, die Zinkionen in die Vakuole befördert und sodass es für Organismen schwierig ist, so aus den Transportwegen der Pflanze zwischen ihnen zu unterscheiden. entfernt. Nun macht Zink dem Eisen weniger Konkurrenz, sodass Eisen besser in der Zelle verfügbar ist.

Genetisch bedingt enthalten Pflanzen je nach Lebensraum ganz unterschiedliche Mengen an Mineralien.

Die in Deutschland heimische Arabidopsis halleri sammelt in ihren Blättern zum Beispiel 100-mal mehr Zink an als viele andere Pflanzen. In Kooperation mit Kollegen der Universität Bayreuth zeigte Krämers Team Bild 2. Arabidopsis thaliana gedeiht auf kupferreichem Nährmewarum: Arabidopsis dium deutlich besser und entwi ckelt eine andere Pflanzenarchistellt grosse Mengen Nitektur (links) als nach drei Wochen Kupfermangel (rechts).

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cotianamin her. Schalteten die Forscher die Synthese dieses Moleküls über genetische Manipulation ab, transportierten die Pflanzen auch weniger Zink von der Wurzel in die Blätter.

Nicotianamin ist also entscheidend für die hohe Zinkkonzentration. «In Entwicklungsländern ist Zinkmangel einer der grössten ernährungsbedingten Risikofaktoren für Gesundheitsprobleme», erklärt Krämer. «Unsere Daten geben wichtige Hinweise, wie man Erntepflanzen mit erhöhten Zinkgehalt züchten kann.»

Wie Kupfer in die Pflanzenzelle gelangt Gemeinsam mit amerikanischen Kollegen erforschten die Bochumer Biologen auch, wie pflanzliche Zellen Kupfer aufnehmen.

Sie setzten dazu das «next-generation sequencing» ein. Mit dieser Methode werden gleichzeitig alle Boten-RNA einer Zelle entschlüsselt. Dadurch erhält man ein vollständiges Bild davon, welche Proteine die Zelle in welcher Menge herstellen soll. Aus diesen Daten identifizierte Krämers Team wesentliche neue, an der Kupferaufnahme beteiligte Moleküle.

Die Wissenschaftler wiesen nach, dass die Kupferionen zunächst von der zweifach positiv in die einfach positiv geladene Form überführt werden, was für die Aufnahme in die Pflanze essenziell ist. Verantwortlich dafür sind zwei spezifische Enzyme, Kupferreduktasen genannt. «Unabhängig davon haben wir auch herausgefunden, dass Kupfermangel in Pflanzen einen sekundären Eisenmangel auslöst, ähnlich wie beim Menschen», sagt Krämer.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum 5/2012

Bild: Mike Haydon und Ute Krämer

Bild 3. Durch genetische Manipulation besitzt die gezeigte Pflanze eine aussergewöhnlich gros se Menge des Nicotianamin-Transporters ZIF1, der das Metall bindende Molekül von der Zellflüssigkeit in die Vakuole verlagert. Dieses Nicotianamin fehlt in der Zellflüssigkeit. In den Blattadern reichert sich dadurch Eisen an, das sich nicht in die Blattspreiten hinein verteilt. Durch den Eisenmangel in den Blattspreiten entsteht die gelbliche Färbung. Die Blätter der Pflanze sehen ähnlich aus wie die von Pflanzen, die gar kein Nicotianamin herstellen können.

Originalpublikationen Michael J. Haydon et al., «Vacuolar Nicotianamine Has Critical and Distinct Roles under Iron Deficiency and for Zinc Sequestration in Arabidopsis», Plant Cell 24, 724–737 (2012).

Ulrich Deinlein et al., «Elevated Nicotianamine Levels in Arabidopsis halleri Roots Play a Key Role in Zinc Hyperaccumulation», Plant Cell 24, 708-723 (2012).

María Bernal et al., «Transcriptome Sequencing Identifies SPL7-Regulated Copper Acquisition Genes FRO4/FRO5 and the Copper Dependence of Iron Homeostasis in Arabidopsis», Plant Cell 24, 738–761 (2012).

Kontakt Prof. Dr. Ute Krämer Ruhr-Universität Fakultät für Biologie und Biotechnologie Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum Telefon +49 (0)234 32 28004 ute.kraemer@rub.de www.ruhr-uni-bochum.de 5/2012

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BIOWISSENSCHAFTEN

Kooperation führt zum Erfolg

Chemische Modifikation von RNA-Molekülen

Bild: Uni Innsbruck

Forscher in Österreich haben eine neue chemische Modifikation von RNA-Molekülen erstmals erfolgreich getestet: die Anbindung einer Azidgruppe an das Molekül. Das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zweier Arbeitsgruppen im Forschungsschwerpunkt für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) der Universität Innsbruck wurde im Fachmagazin «ACS Chemical Biology» veröffentlicht.

Bild 1. Ein Fluoreszenzfarbstoff bringt die modifizierte RNA in der lebenden Zelle zum Leuchten.

In den Biowissenschaften ist RNA-Interferenz heute ein wichtigstes Werkzeug, um die Funktion von Genen zu analysieren.

Mithilfe von kurzen RNA-Molekülen lassen sich zielgenau bestimmte Gene im Erbgut ausschalten und so zum Beispiel deren biologische Funktion in der Zelle überprüfen. Diese Methode gilt aber auch als Hoffnungsträger für die Entwicklung neuer pharmakologischer Therapien zur Behandlung von Krankheiten.

Um RNA in solchen Gebieten erfolgreich anwenden zu können, muss sie aber in der Regel chemisch angepasst werden. Dadurch wird das Molekül vor Abbauprozessen in der Zelle geschützt, es werden Nebeneffekte minimiert und die Interaktion mit dem Immunsystem unterdrückt.

Seit der Entdeckung der RNA-Interferenz wurden bereits zahlreiche solche chemi20

schen Modifikation entwickelt und getestet.

Eine einfache Veränderung von RNAMolekülen wurde bislang allerdings weitgehend vernachlässigt: die Anbindung einer Azidgruppe an das Molekül. Innsbrucker Chemiker um Klaus Bister vom Institut für Biochemie und Ronald Micura vom Institut für Organische Chemie haben gemeinsam mit dem Strassburger Kristallographen Eric Ennifar diese chemische Modifikation von RNA-Molekülen erstmals erfolgreich getestet.

Chemisch verändert, biologisch gleich wirksam «Diese Modifikation wurde bisher nicht untersucht, weil sie mit der Standardmethode nicht synthetisiert werden kann», erzählt Micura. «Wir haben nun aber einen Weg

gefunden, wie wir – auf bestehenden Verfahren aufsetzend – die Azidgruppe an die RNA anbinden können.» Nach der Bestimmung der dreidimensionalen Kristallstruktur an der Universität Strassburg, überprüfte die Arbeitsgruppe um Bister die biologische Funktion der modifizierten RNA. «Wir haben für das Experiment ein RNA-Molekül ausgewählt, welches das Gen BASP1 gezielt blockieren kann», sagt Bister. «Da wir dieses Gen aufgrund seiner Rolle in der Krebsentwicklung seit Längerem intensiv untersuchen, war dieses Vorhaben für uns von grossem Interesse.» Die biologischen Analysen in Innsbruck zeigten, dass die chemische Ergänzung der RNA keinen Einfluss auf deren biologische Funktion hat. «Das ist sehr wichtig für jede weitere Anwendung», Katja Fauster. «Diese Modifikation hat darüber hinaus noch den Vorteil, dass sie reaktiv ist. Das heisst, wir können an die Azidgruppe weitere Moleküle andocken.»

Im Experiment der Innsbrucker Chemiker wurde dies dazu genutzt, um mit einem fluoreszierenden Farbstoff die RNA in der Zelle zum Leuchten zu bringen (Bild 1).

Quelle: Universität Innsbruck Originalpublikation Katja Fauster et al., «2-Azido RNA, a Versatile Tool for Chemical Biology: Synthesis, X-ray Structure, siRNA Applications, Click Labeling», ACS Chem. Biol. 7 [3], 581–589 (2012).

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Klaus Bister Institut für Biochemie Universität Innsbruck Telefon +43 (0)512 507 57500 klaus.bister@uibk.ac.at www.uibk.ac.at 5/2012

hochgenau temperieren

Bild: FundaciĂłn Sodis

UN-Wasserpreis fĂźr Sodis

Hygiene ist wichtig, aber Wasser ist ein knappes Gut: Mit diesen mobilen Händewaschstationen waschen sich die Frauen mit wenig Wasser die Hände (Frau aus Choquellusta).

Der ÂŤWater for Life AwardÂť der Vereinten Nationen ging dieses Jahr an die FundaciĂłn Sodis in Bolivien. Die Non-Profit-Organisation, welche im Jahr 2001 von Mitarbeitern der Eawag und der Deza gegrĂźndet wurde, verbrei-

tet einfache und angepasste LĂśsungen im Wasser- und Abwasserbereich in Lateinamerika.

In den letzten elf Jahren hat die Fundación Sodis mehr als 1,2 Millionen Menschen in der Methode der solaren Wasserdesinfektion ausgebildet, und inzwischen hat sie ihre Arbeit auch auf weitere Themen wie Hygiene und SanitärlÜsungen ausgedehnt.

Der Preis wurde fßr das Projekt Cambio de håbitos a travÊs del empoderamiento de grupos de mujeres (Verhaltensänderung durch Stärkung von Frauengruppen) verliehen, bei welchem die Arbeit mit lokalen Frauengruppen im Zentrum stand. Das innovative Projekt wurde in vier Gemeinden des Departements Cochabamba in Bolivien durchgefßhrt und erreichte mehr als 13 000 Personen. Die Fundación Sodis bildete die Frauengruppen in verschiedenen The-

men wie Hygiene und Wasseraufbereitung aus und stärkte sie so weit, dass sie zum eigentlichen Motor der lokalen Entwicklungsprozesse wurden.

Die Resultate zeigten, dass durch solche partizipative Prozesse tiefgreifende Verbesserungen der Gesundheitssituation und der Verhaltensmuster ausgelÜst werden kÜnnen: Am Ende des Projekts erhÜhte sich der Anteil der Personen, die ihr Trinkwasser behandelten (mit der SodisMethode, Chlor oder durch Abkochen) und sich die Hände wuschen, von 36 auf 89 Prozent. Die finanziellen Mittel fßr das Projekt kamen von Unicef Bolivien und von der SolaquaStiftung, einer privaten Stiftung in der Schweiz, welche gezielt Sodis-Projekte in Entwicklungsländern unterstßtzt.

Bild: CSIRO

Gewobene kĂźnstliche Bienenseide

Die australische Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) und Lonza haben eine Entwicklungsvereinbarung abgeschlossen, um neue Insektenseiden mit hochinteressanten neuen Eigenschaften fĂźr ein breites Spektrum medizinischer und industrieller 5/2012

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Quelle: Eawag

Insektenseiden mit neuen Eigenschaften Anwendungen voranzutreiben und zu vermarkten.

Aufgrund aussergewÜhnlicher Eigenschaften wie hoher Festigkeit und Zähigkeit ist Insektenseide eine mÜgliche Schlßsselkomponente fßr eine breite Palette neuer Produkte und Anwendungen, die zurzeit von der schnell wachsenden biotechnologischen Fertigungsbranche ent wickelt werden. Zu den mÜglichen Anwendungen gehÜren Verbundfasern fßr den Flugzeug- und Schiffsbau sowie medizinische Applikationen wie Wundheilung, Wirkstoffabgabe sowie Wiederherstellung und Ersatz menschlicher Gewebe wie Bänder, Membranen, Blutgefässe und Knorpel.

Lonza steuert zu dieser Partnerschaft ihre Produkt- und Dienst-

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leistungsexpertise in den Bereichen Biotechnologie und Life Sciences bei und hat bereits damit begonnen, Prozesse fßr die Herstellung rekombinanter Bienenseidenproteine zu entwickeln. Lonza ist begeistert ßber das Potenzial von Insektenseiden, deren Einsatz fßr nachhaltige und lebensverbessernde Produkte in unseren aktuellen Märkten und darßber hinaus noch relativ jung ist. Wir sehen es zudem als positiv, dass unsere Initiative Lonza Innovation for Future Technology derart viel versprechende Projekte anzustossen vermag, sagte Allison Haitz, Head of Global Innovation bei Lonza.

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NEWS

Strukturformel der Cardiolipine. Reste R: Kohlenwasserstoffketten von Fettsäuren; sie können verschieden sein.

Sie peinigt Hunderttausende von Menschen im tropischen Afrika und endet tödlich, wenn sie nicht behandelt wird: Die Afrikanische Schlafkrankheit.

Verursacht wird sie durch Parasiten, die durch den Stich infi zierter Tsetsefliegen übertragen werden. Gegen diese schwerwiegende Erkrankung des Lymph- und Nervensystems gibt es bislang keine Impfung.

Die wenigen Medikamente, die verfügbar sind, sind veraltet und weisen erhebliche Nebenwirkungen auf – zudem sind immer mehr Parasitenpopulationen dagegen resistent.

Am Institut für Biochemie und Molekulare Medizin der Universität Bern haben zwei Forscher entdeckt, dass der Parasit, ein Einzeller namens Trypanosoma

brucei, über sein «Zellenergiekraftwerk», das Mitochondrium, angreifbar ist. Der dabei entdeckte Stoffwechselmechanismus könnte als Grundlage für neue Medikamente dienen.

Die Biochemiker Mauro Serricchio und Peter Bütikofer untersuchten die Membranen von Trypanosomen und speziell einen Bestandteil daraus, das Cardiolipin. Dieser Stoff ist für die Struktur und das Funktionieren des Mitochondriums essenziell.

Wird die Produktion von Cardiolipin blockiert, zerfällt das Mitochondrium, worauf die Zelle nicht mehr mit Energie versorgt wird und abstirbt – und somit auch der einzellige Parasit.

Quelle: Universität Bern

100 Millionen Franken für ein neues Laborgebäude Roche hat am 26. April 2012 in Kaiseraugst ein neues Laborgebäude für Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung eröffnet. In diesem Gebäude werden die in Basel und Kaiseraugst hergestellten und für den weltweiten Vertrieb verpackten Medikamente analysiert und geprüft.

Bild: Roche

Bekämpfung der Schlafkrankheit

Blick in eines der neuen Labors

«Roche arbeitet kontinuierlich daran, den qualitativ hochwertigen Standard unserer Arzneimitteln sicherzustellen», so Pascal Soriot, COO von Roche Pharma. «Dieses neue Laborgebäude bietet die Voraussetzungen, die aktuellen und zukünftigen Anforderungen im Bereich der Qualitätskontrolle noch besser zu erfüllen.»

«Durch das Zusammenlegen der Aktivitäten an einen Standort können wir nun die Arbeitsabläufe effizienter gestalten», sagt Matthias M. Baltisberger, Leiter Standort Basel. Das Gebäude erfüllt über die gesetzli-

chen Anforderungen hinaus höchste Energiestandards. Der Energiebedarf wird weitgehend mit Umweltenergie gedeckt.

Das funktionale Gebäudekonzept gestattet ein Maximum an Flexibilität für eine schnelle und einfache Anpassung an zukünftige Anforderungen. Die offenen Decken in allen Laborgebäuden ermöglichen zum Beispiel, die Raumeinteilung jederzeit umzugestalten. Im Gebäude werden rund 220 Personen arbeiten.

Quelle: Roche

Bild: Siemens

Nachhaltiger Kunststoff mit CO2 aus Abgasen

Der überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen und CO2 bestehende Kunststoff ist eine Alternative für den Standardkunststoff Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) auf Polystyrol-Basis. Um die praktische Verwendbarkeit zu zeigen, wurde eine Staubsaugerabdeckung hergestellt.

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Für die Zukunft sagen Experten einen kontinuierlichen Zuwachs für Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe vorher, um Ökobilanzen zu verbessern und Ressourcen zu schonen.

Zahlreiche dieser Biokunststoffe sind schon auf dem Markt, etwa für Lebensmittelverpackungen. Ihr Eigenschaftsprofil deckt sich aber nicht mit dem technischer Kunststoffe und erfordert teilweise je nach Anwendung eine Optimierung.

Die Wissenschaftler der zentralen Siemens-Forschung Corporate Technology entwickelten mit den Projektpartnern BASF, TU München und Universität

Hamburg eine Alternative für den Standardkunststoff ABS, der häufig für Consumerprodukte verwendet wird. Der neue Verbundstoff – eine Mischung auf Basis von PHB (Polyhydroxybutyrat) – ist eine wettbewerbsfähige Alternative. PHB wird aus nachwachsenden Rohstoffen wie Palmöl oder Stärke hergestellt. Das spröde PHB wird durch Zugabe von Polypropylencarbonat (PPC) von BASF weicher gemacht. PPC besteht zu 43 Gewichtsprozent aus Kohlendioxid, das aus der CO2Abtrennung von Kraftwerksabgasen gewonnen wird. Es ist durchsichtig, biologisch abbau-

bar, lichtstabil und lässt sich problemlos verarbeiten.

Insgesamt besteht die neue Mischung zu über 70 Prozent aus nachhaltigen Kunststoffen. Sie eignet sich in der Praxis als ABSAlternative: Bei Bosch-SiemensHausgeräte (BSH) wurde unter Serienbedingungen eine Staubsaugerabdeckung hergestellt.

Nun wollen die Siemens-Forscher in Zusammenarbeit mit BSH und BASF untersuchen, ob sie noch weitere, bei BSH verwendete Kunststoffe durch CO2-basierte Verbundstoffe ersetzen können.

Quelle: Siemens 5/2012

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

Warum die Dinosaurier ausstarben

Das Eierlegen war der Anfang vom Ende Der Anfang vom Ende der Dinosaurier liegt in ihrer Fortpflanzungsstrategie: Daraus, dass sie Eier legten, erwuchs den Dinosauriern gegenüber den lebend gebärenden Säugetieren ein entscheidender Nachteil. Warum und wie dies letztendlich zu ihrem Aussterben geführt hat, haben Daryl Codron und Marcus Clauss von der Universität Zürich zusammen mit Kollegen der Zoological Society of London erforscht.

im Verlauf ihres Lebens nicht nur die eine Nische der Erwachsenen, sondern hatten deren viele zu durchlaufen – von den Nischen für Tiere mit einer Körpergrösse von ein paar Kilos über solche für zehn, hundert und tausend Kilo schwere Tiere, bis hin zu jenen, die von den ausgewachsenen Formen von über 30 000 Kilogramm besetzt waren.

Bild: Universität Zürich; Jeanne Peter

Eine Art besetzte Grossteil der ökologischen Nischen

Bild 1. Deshalb gab es keine kleinen Dinosaurier: Während die Säugetiere die verschiedenen ökologischen Nischen mit unterschiedlichen Arten besetzten (links), besetzten die Eier legenden Dinosaurier dieselben Nischen mit wenigen grossen Arten – in ihren jeweils unterschiedlichen Wachstumsstadien (rechts). Für kleinere und mittlere Arten war darum kein Nischenplatz vorhanden (ganz rechts). Das Fehlen von Arten im kleineren und mittleren Grössensegment wurde ihnen beim grossen Massenaussterben zum Verhängnis. Denn dieses löschte alle grossen Arten aus, und bei den Dinosauriern gab es nicht genug kleine Arten, welche die frei gewordenen Nischen wieder hätten besetzen können.

2500-mal schwerer ist das vier Tonnen schwere Muttertier als ihr neugeschlüpftes Dinosaurierbaby. Im Vergleich dazu: Die gleich schwere Elefantenmutter wiegt lediglich etwa 22-mal so viel wie ihr Neugeborenes. Bei den grossen Arten der Säugetiere sind also bereits die Neugeborenen gross.

Der gigantische Grössenunterschied zwischen neugeschlüpften Dinosauriern und ihren Eltern beruht darauf, dass Eier nicht unbegrenzt grösser werden können: Denn grössere Eier brauchen eine dickere Schale, und weil durch diese Schale der Embryo 5/2012

auch mit Sauerstoff versorgt werden muss, stossen das Wachstum sowohl der Schale als auch des Eis irgendwann an ihre Grenzen. Somit können neugeschlüpfte Dinosaurierbabys nicht in gleicher Weise grösser sein, wie dies bei den Säugetieren grösserer Arten der Fall ist.

Hinzu kommt, dass die neu geborenen Säugetiere dieselbe ökologische Nische wie ihre Eltern besetzen: Indem sie direkt von der Mutter mit Milch ernährt werden, nehmen sie kleineren Arten keine Nische weg.

Ganz anders verhielt es sich damals bei den grossen Dinosauriern: Sie besetzten

Daryl Codron legt dar, was dies für die Artenvielfalt bedeutet: «Die Forschung geht davon aus, dass Tiere bestimmter Körpergrössen bestimmte Nischen besetzen. Bei den Dinosauriern dürfte dabei eine einzige Art einen Grossteil der ökologischen Nischen besetzt haben, während die Säugetiere diese durch zahlreiche, unterschiedlich grosse Arten belegen.»

Entsprechend zeigen die Forschungsergebnisse, dass insbesondere Dinosaurier von kleiner und mittlerer Körpergrösse mit sehr viel weniger eigenen Arten vertreten waren, als dies bei den Säugetieren der Fall war – weil ihre Nischen von den Jungtieren der grösseren Arten besetzt wurden. «Ein Überblick über die Körpergrössen sämtlicher Dinosaurierarten, inklusive jener der Vögel, die ja auch Dinosaurier sind, lässt denn auch erkennen, dass nur wenige Arten existierten, deren Erwachsene zwischen zwei und sechzig Kilogramm wogen», präzisiert Codron.

Und Marcus Clauss fasst die Folgen zusammen, die sich daraus ergeben und welche die Forscher anhand von Computersimulationen aufzeigen: «Erstens: Diese Lücke an kleinen und mittelgrossen Arten stellt sich aufgrund des Wettbewerbs zwischen den Dinosauriern untereinander ein; bei den 23

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Säugetieren kommt so eine Lücke nicht vor.

Zweitens: In der Gegenwart grosser Dinosaurier sowie der permanent präsenten Konkurrenz durch deren Jungtiere entwickeln Säugetiere selber keine grossen Arten.»

Die dritte Erkenntnis, welche die Computersimulation veranschaulicht, betrifft die kleinen Dinosaurier: Ihnen erwächst Konkurrenz sowohl aus den eigenen Reihen wie auch durch die kleinen Säugetiere. Und dieser verschärfte Druck bringt die kleinen Dinosaurier entweder an den Rand des

Aussterbens oder zwingt sie zur Eroberung neuer Nischen. Mit Letzterem haben sie sich ihr Überleben bis heute gesichert, wie Codron schlussfolgert, denn «damals mussten sie als Vögel in die Lüfte gehen.»

Die Kleinen gehen in die Luft, und die Grossen sterben aus Hundertfünfzig Millionen Jahre lang blieb die Vorherrschaft der Dinosaurier als grösste Landtiere unangetastet. Das grosse Massenaussterben an der Kreide-Tertiär-Gren-

ze jedoch brachte sie in Bedrängnis, denn die Artenlücke im mittleren Grössenbereich wurde ihnen zum Verhängnis. Damals starben gemäss dem gegenwärtigen Wissensstand alle grösseren Tiere mit einem Körpergewicht ab etwa zehn bis fünfundzwanzig Kilo aus. Säugetiere wiesen viele Arten unterhalb dieses Schwellenwerts auf, aus denen sich nach der Katastrophe grössere Arten entwickeln und die leergefegten Nischen wieder besetzen konnten. Bei den Dinosauriern aber fehlten die Arten, welche die frei gewordenen Nischen neu hätten besetzen können. Das war ihr Ende.

Quelle: Universität Zürich Originalpublikation Daryl Codron, Chris Carbone, Dennis W. H. Müller, and Marcus Clauss, «Ontogenetic niche shifts in dinosaurs influenced size, diversity and extinction in terrestrial vertebrates», Biology Letters, Published online before print April 18, 2012, doi:10.1098/rsbl.2012.0240 Kontakt Dr. Marcus Clauss Universität Zürich Klinik für Zoo-, Heim- und Wildtiere, Vetsuisse-Fakultät Winterthurerstrasse 260 CH-8057 Zürich Telefon +41 (0)44 635 83 76 mclauss@vetclinics.uzh.ch www.tierspital.uzh.ch

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Ein Digital Object Identifier (DOI) ist ein eindeutiger Identifikator für digitale Objekte. Er wird vor allem zur Zitierung von wissenschaftlichen Fachzeitschriften im Internet verwendet. Er ist ein dauerhaft und leitet jeweils zur aktuellen WebAdresse weiter. Das DOI-System ist vereinfacht ausgedrückt mit ISBN und ISSN vergleichbar, geht jedoch durch seine integrierte Lokalisierungsfunktion darüber hinaus.

Quellen: Wikipedia/Doi-Desk der ETH

5/2012

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Einsatz von Spintronik zur Informationsverarbeitung und -speicherung

Neue Zukunft für magnetische Datenspeicher Zusammen mit Kollegen aus Bochum und den Niederlanden haben Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) eine neuartige hauchdünne Struktur aus verschiedenen magnetischen Materialien entwickelt. Sie eignet sich als eine Art magnetisches Ventil für Datenspeicher der neuesten Generation und nutzt Effekte der Spintronik, bei der für die Informationsverarbeitung und -speicherung neben der Ladung auch die magnetischen Eigenschaften der Elektronen genutzt werden können. Der Vorteil der neuen Struktur: Die Daten bleiben auch nach dem Ausschalten der Stromversorgung erhalten, und der Speicher lässt sich praktisch unendlich oft wiederbeschreiben.

Begonnen hatte alles mit simpler akademischer Neugierde: «Zunächst wollten wir bei zwei aufeinanderliegenden dünnen ferrimagnetischen Schichten ausschliesslich eine definierte Anisotropie entstehen lassen», sagt Florin Radu, Physiker am Institut Komplexe Magnetische Materialien des Helmholtz-Zentrums Berlin. Die Forscher wollten also einfach eine Struktur erschaffen, bei der sich eine magnetische Eigen-

schaft im Material definiert verändert. Fachleute bezeichnen dies als Hysterese. Sie beschreibt das Verhalten magnetischer Substanzen gegenüber einem von aussen angelegten magnetischen Feld. Doch die Aufgabe stellte sich als sehr schwierig heraus: Die magnetischen Kräfte an den Grenzflächen erwiesen sich als so stark, dass die Filme sich gegeneinander verdrehten. Eine weitere, nicht magnetische Schicht

aus Tantal zwischen den ferrimagnetischen Lagen war notwendig, um diesen Effekt abzuschwächen.

Was die Wissenschaftler dann beobachteten, erstaunte sie sehr: Das System verhielt sich grundsätzlich anders als die bekannten Systeme aus ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten: Der als magnetisch «weich» beschriebene Ferrimagnet, der aus den chemischen Elementen

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Eisen und Gadolinium besteht, zeigte unerwartet eine Verschiebung der Hysterese, während bei dem «harten» ferrimagnetischen Film, der aus den chemischen Elementen Dysprosium und Kobalt besteht, der vorhandene Magnetismus unverändert blieb.

scherweise für Jahre erhalten. Wegen thermischer Effekte sind sie nach etwa zehn Jahren aber ebenso nicht mehr brauchbar.

Insbesondere wenn die Bits und Bytes nur noch einige NanomeEin lebhaftes Foschungsfeld ter gross sind, verlieDiese Entdeckung bereitet den Weg für ein ren sie an Stabilität. Ist mittlerweile lebhaftes Forschungsfeld, das die Richtung der Maunter Experten als Spintronik bekannt ist. gnetisierung, die sehr «Wissen, wie etwas funktioniert und es stark von der «harten» dann auch nachweisen!», lautet Radus For- magnetischen Schicht schermaxime. «Es würde mich nicht wun- bestimmt wird, aber dern, wenn diese Entdeckung künftig in PC, erst einmal verloren Smartphones oder Tablett-Computern ein- gegangen, kann sie Bild 1. Eine bildliche Darstellung des Kopplungsmechanismus zwigesetzt wird», sagt er. Für seine Erfindung kaum mehr in den schen harten und weichen ferrimagnetischen Legierungen mit senkhat das HZB eine Patentanmeldung zum Originalzustand zurechter Magnetisierung. sogenannten Spinventil hinterlegt. rückversetzt werden.

Heutzutage sind Datenspeicher entweder Das führt unwiederbringlich zum Datenver- steine sind in der Mikroelektronik zwar hoch flüchtig oder nicht. Bei Ersteren geht die lust. begehrt, konnten sich aber wegen zu hoher Information verloren, wenn man das Gerät Der lässt sich mit der neuen Erfindung, dem Kosten und technischer Probleme bislang ausschaltet, bei Letzteren bleibt sie typi- Spinventil, vermeiden. Durch das Steuern noch nicht am Markt durchsetzen. der magnetischen Mit dem von Radu und seinen Kollegen Eigenschaften der entwickelten Spinventil lassen sich elektro J. STOFER AG harten ferrima- nische Geräte konstruieren, die ähnlich wie gnetischen Schicht bei der MRAM-Technik sofort nach dem lassen sich RAM- Einschalten betriebsbereit sind und deren Speicherbausteine Datenspeicher sich praktisch unendlich oft (RAM steht für Ran- wieder beschreiben lassen. dom Access MeQuelle: Helmholtz-Zentrum Berlin mory) herstellen, Hier einige Beispiele: bei denen sich die Lebensdauer der Originalpublikation Becher, niedrige Form 250 ml 1.50 CHF gespeicherten In- F. Radu, R. Abrudan, I. Radu, Becher, hohe Form 100 ml 1.40 CHF formationen belie- D. Schmitz & H. Zabel, Erlenmeyer, weithals 1000 ml 3.90 CHF big für Wochen, «Perpendicular exchange bias Laborflasche 100 ml 2.20 CHF Monate oder Jahre in ferrimagnetic spin valves», Kristallisierschale o. Ausguss Ø 95 mm 4.40 CHF einstellen lässt. Da- Nature Communications 3, nach lässt sich die Article number 715, Trichter Ø 125 mm 7.50 CHF magnetische Orien- doi:10.1038/ncomms1728 Pasteurpipette, L 150 mm, 250 St. 9.20 CHF tierung wieder in Rundkolben 250 ml, NS 29/32 7.00 CHF den ursprünglichen Messzylinder HF, PE-Fuss 100 ml 4.70 CHF Zustand zurück- Kontakt Messkolben 50 ml Klarglas, kl. A NS 14/23 5.00 CHF versetzen, was die Dr. Florin Radu Lebensdauer der Helmholtz-Zentrum Berlin Information gegen- für Materialien und Energie Bestellen Sie noch heute Ihre gratis Exemplare! über der eines Institut für komplexe n i c h t f l ü c h t i g e n magnetische Materialien 1992 20 Jahre L A B O - T E C H J. STOFER LTS AG 2012 MRAM (Magneto- Hahn-Meitner-Platz 1 resistive Random D-14109 Berlin Marschalkenstrasse 10 · CH-4132 Muttenz Access Memory) Telefon +49 (0)30 8062 12951 Telefon +41 (0)61 725 44 44 · Telefax +41 (0)61 725 44 45 deutlich erhöht. florin.radu@helmholtz-berlin.de info@labo-tech.ch · www.labo-tech.com Diese Speicherbau- www.helmholtz-berlin.de

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5/2012

Bild: RUB/Abrudan

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

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

Atomwanderung im Grenzgebiet

Korngrenzen in Dünnschichtsolarzellen

Bilder: HBZ

Dünnschichtsolarzellen werden zukünftig einen grossen Anteil am Fotovoltaik-Markt haben, davon sind viele Experten überzeugt. Die Zellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGSe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Sulfid (CIS) unterscheiden sich in vielen Dingen von der klassischen Siliciumsolarzelle. So tragen in kristallinen Siliciumsolarzellen Korngrenzen substanziell zum Stromverlust bei. Mit CIGSe-Absorbern werden dagegen Wirkungsgrade von mehr als 20 Prozent erreicht, obwohl die polykristallinen Dünnschichtmaterialien eine hohe Dichte an Korngrenzen aufweisen. Woran das liegt, ist bislang noch ungeklärt.

Bild 1. Schema des Aufbaus einer Kupfer-Indium-Gallium-SelenidSolarzelle.

Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten nun erstmals experimentell belegen, wie die Korngrenzen innerhalb einer Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Dünnschichtsolarzelle atomar tatsächlich aussehen. Diese Einblicke hat das HZB-Team zusammen mit britischen Kollegen vom SuperSTEM (EPSRC National Facility for Aberration Corrected STEM) gewonnen.

Mit hochauflösender Mikroskopie haben die Forscher um Daniel Abou-Ras Regionen an den Korngrenzen identifiziert, die im Vergleich zum Korninneren eine andere chemische Zusammensetzung haben. Das Besondere daran: Solche Regionen mit veränderter Komposition sind zum Teil weniger als ein Nanometer breit. «Noch nie hat jemand mit einer solchen Auflösung Informationen über die Struktur und Zusammensetzung von Korngrenzen an CIGSeMaterial erhalten», berichtet Abou-Ras vom Institut für Technologie des HZB. 5/2012

Bild 2. In CIS/CIGSe-Solarzellen ist die Dichte an Korngrenzen hoch. HZB-Wissenschaftler konnten mit bislang unerreichter Auflösung Atomlagen unmittelbar an den Grenzflächen analysieren.

«Wir können erkennen, dass sich in den Atomlagen direkt an den Korngrenzen Atome umlagern. Zum Beispiel diffundieren Kupferatome weg, dafür nehmen Indiumatome deren Plätze im Kristallgitter ein, und umgekehrt», erläutert Abou-Ras. Ebenso können Selenatome verschwinden und durch Sauerstoffatome ersetzt werden, die als Verunreinigung aus dem Glassubstrat in die Kupfer-Indium-Gallium-SelenidSchicht diffundieren.

«Eine solche atomare Rekonstruktion an der Korngrenze wird seit einigen Jahren kontrovers diskutiert. Jetzt konnten wir diese erstmals mit Auflösungen im Subnanometerbereich experimentell belegen», sagt Abou-Ras. Die neuen Erkenntnisse wollen die Forscher nun nutzen, um aussagekräftige Bauelementsimulationen an Solarzellen durchzuführen. «Dies alles ist immer noch Grundlagenforschung», so der Physiker.

«Aber sie bringt uns weiter, um die Funk-

tionsweise von Kupfer-Indium-GalliumSelenid-Solarzellen besser zu verstehen.»

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin Originalpublikation Daniel Abou-Ras et al., «Direct Insight into Grain Boundary Reconstruction in Polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 with Atomic Resolution», Phys. Rev. Lett. 108, 075502 (2012) [5 pages].

Kontakt Dr. Daniel Abou-Ras Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Hahn-Meitner-Platz 1 D-14109 Berlin Telefon +49 (0)30 8062 43218 daniel.abou-ras@helmholtz-berlin.de www.helmholtz-berlin.de 27

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

Polygonale hydraulische Sprünge

Oberflächenspannung führt zu Vieleck Trifft ein Wasserstrahl auf dem Boden der Küchenspüle auf, so fliesst das Wasser um den Punkt herum, an dem es auftrifft, zunächst schnell ab. In einem bestimmten Abstand steigt der Wasserpegel sprunghaft an, weil sich die Fliessgeschwindigkeit verringert. Dieser sogenannte hydraulische Sprung kann, wenn der Spülenboden waagerecht und eben ist, sogar die Form eines exakten Kreises annehmen. Dass sich aus dieser Kreisform unter bestimmten Bedingungen allerdings auch Vielecke ausbilden, haben Forscher im Labor erst vor einigen Jahren entdeckt. Nun haben Wissenschaftler aus Deutschland, Dänemark und Japan erstmals ein theoretisches Modell entwickelt, das die grundlegenden Mechanismen dieses erstaunlichen Strömungsphänomens beschreibt.

Bilder: Erik A. Martens

erstmals im Labor entdeckt: Sie haben bei Experimenten den Flüssigkeitspegel jenseits der Sprungstelle erhöht, indem sie den Flüssigkeitsstrahl auf eine runde Platte fliessen liessen, die durch eine schmale Wand begrenzt wird. Die Höhe der Wand über der Platte können die Forscher verstellen und so kontrollieren, wie hoch sich die Flüssigkeit jenseits des hydraulischen Sprungs aufstaut.

Bild 1. Polygonaler hydraulischer Sprung mit acht Ecken, entstanden beim Auftreffen eines Flüssigkeitsstrahls auf einen ebenen und waagerechten Boden.

Alltagsphysik beginnt oft an so unscheinbaren Orten wie der Küchenspüle. Von dort kennt wohl jeder folgendes Phänomen: Dreht man den Wasserhahn auf, bildet sich am Spülenboden um den Auftreffpunkt des Wasserstrahls eine kreisförmige Region mit einer dünnen Schicht sehr schnell fliessenden Wassers. Am Rand dieser Region steigt der Wasserpegel sprunghaft an; jenseits fliesst das Wasser langsamer weiter. Dieser Effekt wird als Wassersprung oder hydraulischer Sprung bezeichnet. Ist der Boden waagerecht und ganz eben, und verwendet man statt Wasser ein zähflüssigeres Fluid wie etwa Frostschutzmittel, so bildet sich dieser hydraulische Sprung sogar in Form eines exakten Kreises aus.

Wohl noch niemand hat jedoch in seiner Küchenspüle beobachtet, dass sich aus diesem Kreis beispielsweise auch ein Achteck herausbilden kann. 1997 haben Wissenschaftler dieses erstaunliche Phänomen 28

Regelmässige Dreiecke, Fünfecke oder auch Achtecke

Beim normalen kreisförmigen hydraulischen Sprung breitet sich die Flüssigkeit, wenn der Strahl auf den Boden auftrifft, zunächst mit einer Geschwindigkeit aus, die als superkritisch bezeichnet wird: Das Fluid bewegt sich schneller als sich darauf Störungen in Form von Oberflächenwellen fortpflanzen können; kleinere Störungen bewegen sich nur stromabwärts und klingen schnell aus.

Mit zunehmendem Abstand vom Auftreffpunkt des Strahls verringert sich die Fliessgeschwindigkeit, und es kommt in Folge dessen in einem bestimmten Abstand zu

Ab einem bestimmten Flüssigkeitspegel verliert der hydraulische Sprung seine Kreisform, es entwickeln sich Ecken und ein erstaunliches neues geometrisches Muster einsteht: ein regelmässiges Vieleck. Experten nennen dieses Phänomen polygonalen hydraulischen Sprung. In Abhängigkeit vom Pegelstand und der Flussgeschwindigkeit haben die Forscher zum Beispiel Dreiecke, Fünfecke oder eben Achtecke beobachtet – und festgestellt, dass bis zu 14 Ecken möglich sind.

Ein Modell für polygonale hydraulische Sprünge Obwohl dieses Strömungsphänomen relativ einfach ist, gibt es bisher kein theoretisches Modell, das die experimentellen Beobachtungen exakt beschreibt. Nun haben Physiker des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, der Technischen Universität von Dänemark und der Ibaraki Universität in Japan erstmals ein umfangreiches Modell für polygonale hydraulische Sprünge entwickelt.

Bild 2. Wie ein polygonaler hydraulischer Sprung entsteht: Der normale hydraulische Sprung wird von einem hinter ihm liegenden ringförmigen Wirbel erzeugt, der sich im Uhrzeigersinn. Ab einem gewissen Flüssigkeitsstand jenseits des Sprungs bildet sich ein zweiter Wirbel der darüber liegt und sich in entgegengesetzter Richtung dreht (oben). So können sich Vielecke bilden (unten).

5/2012

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

Bild 3. Ein dreieckiger hydraulischer Sprung von unten gesehen: In der Mitte trifft der Flüssigkeitsstrahl auf die Glasplatte. Roter Farbstoff macht den zweiten Wirbel sichtbar, der sich um den hydraulischen Sprung bildet und diesem seine eckige Form gibt. Der erste Wirbel, der den hydraulischen Sprung an sich erzeugt, ist nicht eingefärbt und daher nicht zu sehen.

einem plötzlichen Anstieg des Fluidpegels, also zum hydraulischen Sprung. Denn hinter dem Sprung entsteht ein Wirbel, der den hydraulischen Sprung wie ein Ring umgibt und sich wie eine ringförmige Walze im Uhrzeigersinn dreht. Die Strömungsgeschwindigkeit bezeichnen Experten nun als subkritisch: Störungen in Form von Wellen können sich in beide Richtungen ausbreiten.

Zwei gegeneinander drehende Wirbel erzeugen ein Vieleck Wird der Fluidpegel nun über ein bestimmtes Mass erhöht, bildet sich über diesem Wirbel eine Gegenströmung aus, die einer Brandungswelle ähnlich ist. Die Flüssigkeit schwappt nach innen. Es entsteht eine zweiter ringförmiger Wirbel in Gegenrichtung zum ersten, darunter liegenden Wirbel.

Hieraus kann sich nun ein Vieleck herausbilden.

In früheren Erklärungsansätzen versuchten Forscher die Bildung den hydraulischen Sprung nach der Bildung des zweiten Wirbels als Ergebnis des Wechselspiels zwischen der inneren Reibung, also der Viskosität, und der Schwerkraft des Wassers nach innen, also des hydraulischen Drucks, zu erklären. Warum sich dabei Polygone ent5/2012

wickeln, konnte damit jedoch nicht beantwortet werden.

Einen weiteren Baustein lieferte der Effekt der Oberflächenspannung, also die Berücksichtigung der Bindungskräfte der Flüssigkeitsmoleküle an der Oberfläche. Insbesondere stellten Wissenschaftler fest, dass der Mechanismus, der zu der Vieleckform führt, Ähnlichkeit mit der so genannten RayleighPlateau-Instabilität hat.

Auch diese ist im Alltag leicht zu beobachten: Aus einem Hahn fliesst ein dünner Wasserstrahl. Ab einer gewissen Strahllänge bricht dieser in eine Tropfenkette auf.

Sie entsteht, weil Störungen, die im oberen Teil des Wasserstrahls zunächst nicht sichtbar sind, weiter unten von der Oberflächenspannung verstärkt werden – was schliesslich zum Aufbrechen des Strahls und zur Entstehung von Wassertropfen führt. Beim hydraulischen Sprung können, ähnlich wie in einem dünnen Wasserstrahl, kleine Störungen in der Form des kreisförmigen Wirbels durch die Oberflächenspannung des Fluids verstärkt werden, was schliesslich zur Ausbildung der Ecken führt.

Erklärung mit Druck, Viskosität und Oberflächenspannung Das Modell der Forscher rund um Erik A. Martens vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation kombiniert nun die Aspekte der beiden früheren Erklärungsansätze: hydraulischer Druck, Viskosität und Oberflächenspannung. «Wir können damit die grundlegenden Mechanismen beschreiben, die zur Instabilität des kreisförmigen hydraulischen Sprungs und zur Ausprägung eines Vielecks führen», sagt Martens.

Selbst wenn in einem vereinfachten Modell Effekte der Oberflächenspannung vernachlässigt werden, die wegen der starken Oberflächenverformung grundsätzlich wichtig ist, konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich die vieleckigen Strukturen gut reproduzieren lassen.

Das Strömungsprofil in einem polygonalen hydraulischen Sprung ist jedoch noch komplizierter. So entspringen an den Ecken eines Polygons sehr starke strahlförmige Strömungen nach aussen. An dieser Stelle kommen die Forscher mit ihrem Ansatz jedoch an eine Grenze. «Um bessere Modelle für die komplizierten Polygonströmungen zu entwickeln, bräuchten wir noch

mehr experimentelle Kenntnisse über die Geschwindigkeits- und Höhenprofile der Vieleckmuster», sagt Martens. «Tatsächlich ist eines der Ziele unserer Arbeit, die Forschung auf diesem Gebiet weiter anzuregen.»

Die Forscher können sich auch vorstellen, dass detailliertere Studien dieser Strömungsprozesse möglicherweise zur Beobachtung neuer, unerwarteter Phänomene führen könnten.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Originalpublikation Erik A. Martens, Shinya Watanabe, Tomas Bohr, «Model for polygonal hydraulic jumps», Phys. Rev. E 85, 036316 (2012) [14 pages].

Kontakt Erik A. Martens PhD Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Am Fassberg 17 D-37077 Göttingen Telefon +49 (0)551 5176 271 erik.martens@ds.mpg.de www.ds.mpg.de

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Modulare Messtechnik auf höchstem Niveau ProfiMessage ist das neue leistungsfähige Gerät der Firma Delphin Technology AG, Bergisch Gladbach, zur Messwerterfassung, Überwachung und Automatisierung von Maschinen, Anlagen und Prüfständen. ProfiMessage ist modular und wird über Master- und Slave-Geräte und verschiedene I/O-Module angepasst.

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Ein Vorteil der Messgeräte liegt in den universellen Anschlussmöglichkeiten an den Prozess. Neben flexiblen I/O-Modulen stehen vielseitige Feldbusschnittstellen zur Verfügung. Die Ankopplung an eine bestehende SPS-Steuerung zum Datenaustausch ist problemlos möglich.

ProfiMessage-Geräte ermöglichen eine hohe zeitliche Auflösung und können als Störwerterfassungs- und -analysesystem verwendet werden. Zeitgleich können analoge und digitale Messwerte und Daten 30

Anwendungen Zu den wichtigsten Anwendungen der Profi Message-Geräte gehören: • modulare Messwerterfassung und Monitoring • Prozessdatenerfassung und -vorverarbeitung • Störwerterfassung und Schadensanalyse • Erfassung, Verarbeitung und Speicherung von SPS und Feldbussignalen • Überwachungsgerät für Prozessund Schwingungssignale • Automatisierungsgerät für Versuch und Prüfstände • intelligenter Datenlogger mit grossem Datenspeicher • Fernüberwachungsgerät für Maschinen und Anlagen • Labormesswerterfassung und -automatisierung.

Ein weiterer Vorteil der ProfiMessage-Geräte ist, dass die Ein- und Ausgänge differenziell, hochgenau und galvanisch getrennt sind – gegeneinander und gegenüber der Versorgungsspannung. Erdschleifen und potenzialbehaftete Sensoren stellen kein

Bilder: Delphin

Bild 1. Funktionsübersicht ProfiMessage

über Feldbusschnittstellen eingelesen und mit hochaufgelösten Zeitstempeln für eine spätere Analyse autark im Datenspeicher erfasst werden.

In Verbindung mit den für die Schwingungsmessung geeigneten I/O-Modulen wird das ProfiMessage-Gerät zum Wellenschwingungs- und Lagerschwingungsmessgerät.

Typisch ist bei diesen Anwendungen auch der Einsatz als Überwachungs- oder Analysegerät im Bereich des Condition Monitoring. Der Anschluss eines beliebigen Modems eröffnet den autarken Einsatz in der Fernüberwachung von Anlagen, Schiffen oder sonstigen dezentral angeordneten Maschinen oder Fahrzeugen.

Die Messgeräte verfügen über erweiterte Funktionen, die unter dem Begriff «Softwarekanäle» zusammengefasst werden.

Diese ermöglichen Funktionen wie Grenzwertüberwachung, Integration oder Onlineberechnung und werden einfach konfiguriert. Somit können auch Anwender, die keine Experten in der Programmierung sind, problemlos eigene Überwachungsaufgaben oder Bilanzierungen in das Gerät implementieren. Das Konzept dieser Funktionen wurde vom TopMessage-Gerät übernommen und ist sehr beliebt.

Bild 2. Für kleine und grosse Anwendungen skalierbar

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Problem dar. Diese Eigenschaften werden insbesondere bei der Temperaturmessung in Haushaltsgeräten oder Motoren dringend benötigt.

Jeder einzelne Eingang kann, je nach eingesetztem I/O-Modul, individuell für die Messung von mV, mA, RTD und Thermoelementen konfiguriert werden. Die universelle Nutzung der Eingänge für Spannungs-, Strom- oder Temperaturmessungen machen das ProfiMessage-Gerät einsatzflexibel.

Darüber hinaus sind Digitaleingänge als Status- oder Frequenzeingänge und Digital- und Analogausgänge vorhanden.

Die Geräte messen und speichern autark. Der interne 16-GBDatenspeicher speichert mehre Milliarden Messwerte. Auf Knopfdruck wird der Datenspeicherinhalt einfach über die USB-Schnittstelle auf einen USB-Datenspeicher übertragen und kann offline mit ProfiSignal ausgewertet werden. Das Auslesen der Messwerte kann im laufenden Betrieb auch über die Ethernet-Schnittstelle erfolgen. Das Auslesen findet mit der im Lieferumfang enthaltenen Software Konfigurator manuell oder nach einem hinterlegten Zeitplan automatisch statt.

Alternativ zur Schaltschrankmontage auf C-Schiene ist das ProfiLab-Gerät mit 4-mm-Laborbuchsen lieferbar. Bis auf das Gehäuse und die Anschlusstechnik sind beide Geräte bauund funktionsgleich.

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Konfiguration und Softwareanbindung Die Konfiguration erfolgt mit der im Lieferumfang enthaltenen Software Konfigurator. Die Darstellung der Kanäle ist übersichtlich und die Bedienung intuitiv, ähnlich wie beim Windows Explorer. Per Doppelklick auf einen Kanal öffnet sich ein Konfigurationsdialog, in dem alle Kanaleigenschaften eingestellt werden. Die einzelnen Konfigurationsfiles werden im XML-Format in den ProfiMessage-Geräten gespeichert und können alternativ auch mit einem XML-Editor offline bearbeitet werden.

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Statistikkanal Stoppuhr Tabelle 1. Übersicht über die ProfiMessage-Softwarekanäle

Alle Messwerte können online übertragen und auf Arbeitsplatz-PC oder Servern abspeichert werden. Die Visualisierung oder Analyse erfolgt mit der ProfiSignal-Software von Delphin oder über OPC-Server mit einer beliebigen Software. Hierbei bietet die ProfiSignal-Software in Kombination mit dem ProfiMessage-Gerät eine bis zu 1000fach höhere Zeitauflösung als ein herkömmliches Scada-System. Aus diesem Grund ist das System in Kombination mit der Software ProfiSignal besonders für die Analyse von Störereignissen geeignet.

Darüber hinaus ist ProfiSignal als Universalsoftware für die Messdatenerfassung, Prüfstandsautomatisierung und Prozessdatenerfassung einsetzbar. Die Anwendungen reichen von der einfachen Datenarchivierung und Visualisierung bis hin zur kompletten Automatisierungslösung mit Repor-

ting. Mit den drei unterschiedlichen Versionen Go, Basic und Klicks ist ProfiSignal passend skalierbar.

Flexibel erweiterbar ProfiMessage-Master- oder Slave-Geräte können geräteintern mit zwei gleichen oder unterschiedlichen I/O-Modulen bestückt werden. An ein Master-Gerät lassen sich bis zu 20 Slaves im gleichen GehäuseDesign anschliessen. Die Datenübertragung zwischen dem Master und den Slaves erfolgt über einen echtzeitfähigen Erweiterungsbus in robuster Zweidrahttechnik. Die Slave-Geräte können dezentral verteilt und von einem Master-Gerät gesteuert angeordnet werden.

Für ProfiMessage sind neun unterschiedliche I/O-Module verfügbar. In ein Master-

Bild 3. Schnittstellen und Funktionen der ProfiMessage-Geräte

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oder Slave-Gerät können jeweils zwei gleiche oder unterschiedliche I/O-Module eingebaut werden. Master-Geräte können auch ohne internes I/O-Modul für die ausschliessliche Verarbeitung von Feldbussignalen geliefert werden. In diesem Fall arbeitet das ProfiMessage-Gerät als SPSDatenlogger oder wird zur Fehlersuche und Diagnose von Prozessen verwendet.

ProfiSignal bietet vielseitige Feldbusschnittstellen. Im Master-Gerät stehen zwei Profibus DP Slave-Schnittstellen (redundant laut PNO 2.212 V1.2), eine Modbus-TCP und eine Modbus-RTU sowie eine frei konfigurierbare CAN-Schnittstelle bereit. Die Schnittstellen können alternativ auch zur Verbindung mit beliebigen seriellen Messgeräten über RS232/485 verwendet werden. Die Anbindung von ProfiMessage an einen Arbeitsplatz-PC oder Server erfolgt über eine schnelle Ethernetverbindung. Über X-Message Funktionen können die ProfiMessage-Geräte auch ohne PC miteinander kommunizieren und Messwerte und Alarme austauschen. Überwachungs- und Automatisierungsaufgaben werden über Softwarekanäle realisiert. Dies sind vordefinierte Funktionsmodule, die vom Benutzer individuell per Mausklick angelegt, konfiguriert und später geräteintern abgearbeitet werden. Zum Beispiel können Grenzwerte überwacht, Berechnungen durchgeführt und Logikfunktionen umgesetzt werden. Dabei hat ein Softwarekanal jeweils einen oder mehrere Eingänge und einen Ausgang.

Die Softwarekanäle können einfach miteinander verknüpft werden. Somit können auch komplexere Funktionen erstellt werden. Die Bedienung ist intuitiv und leicht erlernbar. Alle Funktionen werden autonom durch den leistungsfähigen Prozessor durchgeführt und garantieren dadurch einen absolut sicheren Betrieb des Profi Message-Geräts.

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VERFAHRENSTECHNIK

Trendbericht zur Achema 2012: Anlagenbau

Innovationssprünge bei klassischen Verfahren Die Chemieindustrie folgt den Märkten und den Rohstoffen. Auch deshalb vollzieht sich seit den Krisenjahren 2008/2009 im Chemieanlagenbau ein Paradigmenwechsel: Klassische EPC-Anbieter, also Generalunternehmer aus westlichen Industrienationen, sehen sich verstärktem Wettbewerb aus Asien gegenüber. Zudem intensivieren die Anlagenplaner der globalen Chemieunternehmen ihre Partnerschaften mit EPC und die internationale Arbeitsteilung. Auf der Achema wird es nicht nur um Kooperationsmodelle und Beschaffungsstrategien gehen, sondern auch darum, was der Anlagenbau zu einer nachhaltigen und effizienten Chemieproduktion beitragen kann.

Der Chemieanlagenbau hat die Wirtschaftskrise mit Macht hinter sich gelassen. Allein im Jahr 2011 wurden weltweit Chemieprojekte im Wert von über 150 Mrd. US-Dollar angekündigt – Anlagen, die in den kommenden drei bis vier Jahren gebaut werden sollen. Und auch in der Zeit danach dürfte den Anlagenplanern nicht langweilig werden. Allein der Chemieriese BASF will bis 2020 rund 30 bis 35 Mrd. Euro in neue Anlagen investieren.

Dabei zeichnen sich zwei generelle Strategien ab: Hersteller von Bulk-Chemikalien (Commodities) wie Dünger oder Primärkunststoffen, darunter die Foliengrundmaterialien Polyethylen und Polypropylen zieht es in Regionen mit Rohstoffquellen, wie dem Mittleren Osten. So hat beispielsweise der US-Chemiekonzern Dow im Joint

Venture Sadara gemeinsam mit Saudi Aramco im Juli vergangenen Jahres damit begonnen, am saudischen Standort Jubail einen integrierten Chemiekomplex zu bauen. Das 20 Mrd. US-Dollar schwere Projekt soll ab 2016 jährlich drei Millionen Tonnen Chemieprodukte liefern.

Auf der anderen Seite zieht es vor allem die Hersteller von Spezialchemikalien und Hochleistungskunststoffen in die Absatzregionen: Nach Milliardeninvestitionen der Chemiekonzerne BASF, Bayer, Evonik und Lanxess in Asien wurden jüngst weitere Projekte angekündigt. So will Bayer bis 2015 in Asien nochmals 1,8 Mrd. Euro investieren, die BASF plant, bis 2020 in Schwellenländern Anlagen im Wert von 10 bis 12 Mrd. Euro zu bauen, und auch die Spezialchemiekonzerne Evonik und Lanxess machten

im vergangenen Jahr mit Einzelprojekten wie der 400 Mio. Euro schweren Butylkautschuk-Investition (Lanxess) oder der rund 500 Mio. Euro umfassenden Methioninanlage (Evonik) in Singapur von sich reden.

Doch nicht nur Schwellenländer und asiatische Standorte stehen im Fokus. Auch in Europa und vor allem in Deutschland wird kräftig gebaut. Neben zahlreichen Neu- und Erweiterungsinvestitionen im mittleren zweistelligen Millionen-Euro-Bereich treten vor allem die Erweiterung des Chemiehafens Rotterdam (rund 10 Mrd. Euro) und die von der BASF für den Zeitraum bis 2015 angekündigten Investitionen (9 bis 10 Mrd. Euro in Ludwigshafen) hervor. Für Aufsehen sorgte Mitte Januar 2012 der Beschluss des Konzerns, bis Ende 2014 in Ludwigshafen einen Produktionskomplex für das Weich-

Dow und Saudi Aramco: Joint Venture in Jubail The Dow Chemical Company und die Saudi Arabian Oil Company (Saudi Aramco) haben am 25. Juli 3011 die Bildung eines Joint Ventures mit dem Namen «Sadara Chemical Company» bekanntgegeben. Das Vorhaben sieht den Bau und den Betrieb eines gross angelegten, voll integrierten Chemiekomplexes in der saudi-arabischen Industriestadt Jubail vor. Der aus 26 Produktionseinheiten bestehende Komplex nutzt die Projektmanagement- und Umsetzungsexpertise von Saudi Aramaco und die branchenführende Technologie von Dow. Das Werk wird zu den weltweit grössten integrierten Chemiestandorten gehören. Es ist zugleich die grösste chemische Produktionsanlage, die je in einem einzigen Schritt erbaut wurde. Der Komplex wird mit

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flexiblen Cracker-Kapazitäten ausgestattet sein und über 3 Millionen Tonnen Chemieprodukte und Hochleistungskunststoffe produzieren, die für die Wachstumsmärkte in den Bereichen Energie, Transport, Infrastruktur und Konsumgüter bestimmt sind.

Die ersten Produktionseinheiten sollen im zweiten Halbjahr 2015 in Betrieb genommen werden. Die komplette Fertigstellung und Inbetriebnahme wird für 2016 erwartet. Sadara soll bereits wenige Jahre nach Inbetriebnahme einen Jahresumsatz von rund 10 Milliarden US-Dollar erwirtschaften. Durch den Chemiekomplex und damit verbundene Investitionen in nachgelagerte Wertschöpfungsstufen sollen direkt und indirekt tausende von Arbeitsplätzen entstehen.

Die Gesamtinvestitionen für das Projekt, einschliesslich Investitionen Dritter, werden sich auf rund 20 Milliarden Dollar belaufen.

Der Komplex wird mit einer Cracker-Grossanlage ausgestattet sein, die ein breites Spektrum an Rohstoffen verarbeiten kann.

Die Versorgung des Crackers erfolgt über die umfassend integrierte Kohlenwasserstoff-Infrastruktur von Saudi Aramco. Mithilfe der Produkttechnologien von Dow und den Projektmanagement- und Umsetzungserfahrungen von Saudi Aramco werden die Produktionseinheiten zahlreiche Hochleistungsprodukte wie Polyurethan (Isocyanat, Polyetherpolyol), Propylenoxid, Propylenglykol, Elastomere, Polyethylen, Glykolether und Amine her stellen.

Quelle: Dow

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schaumvorprodukt Toluylen-Diisocyanat (TDI) zu bauen. Kostenpunkt: rund 1 Mrd. Euro.

Paradigemenwechsel im Chemieanlagenbau An diesem Projekt lassen sich gleich mehrere Paradigmenwechsel in der Chemie und im Chemieanlagenbau festmachen: Durch die verstärkte strategische Ausrichtung der Chemieproduzenten hin zu nachhaltigen und energieeffizienten Prozessen nimmt die Bedeutung von Synergien zwischen Produktionsbetrieben an den Standorten zu. «Bei der Bewertung der TDI-Anlage ging es nicht nur um die Anlage selbst, sondern um die ganzheitliche Betrachtung der Energie- und Wärmeströme am Standort Ludwigshafen», erklärt dazu der Chef des BASFEngineerings, Peter M. Gress. Durch Skalenvorteile und effiziente Integration will der Konzern zum günstigsten TDI-Produzenten in Europa werden. Auch nach Meinung von Claas-Jürgen Klasen, Chef des Evonik-Bereichs «Process Technology & Engineering», werden Standortsynergien im Projektgeschäft immer wichtiger: «Chemieparks mit ihren zentralen Infrastruktureinrichtungen ermöglichen intensivere Energie- und Stoffverbünde, ihre Bedeutung nimmt zu.»

Die hauseigenen Ingenieure oder «Owners Engineers» sehen sich heute nicht mehr nur als interne Serviceabteilungen der Chemieunternehmen, sondern wollen mit ihren Leistungen dazu beitragen, den Unternehmenswert zu steigern.

Was nach Marketingslogans klingt, wird in der Praxis der Anlagenplanung mit Leben gefüllt: Ein Investitionsprojekt wird nicht isoliert betrachtet abgewickelt, sondern für das Gesamtsystem optimiert. Und unter Umständen werden höhere Investitionskosten für eine Neuanlage in Kauf genommen, wenn beispielsweise im Wärmeverbund mit anderen Betrieben am Standort der Gesamtenergiebedarf gesenkt werden kann.

«Die optimale technische Lösung ist nur in Verbindung mit der detaillierten Kenntnis der Märkte, den spezifischen Produktanforderungen, den Rohstoffmärkten und den gesamten Herstellkosten zu ermitteln und umzusetzen», verdeutlicht Klasen den Unterschied zwischen klassischen EPC-Dienstleistern und betreibereigenem Engineering.

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«Gerade durch das Zusammenspiel mit den Betreibern, unseren kompetenten und international erfahrenen Engineering-Kompetenzen sowie den Lieferanten in allen Phasen des Projektes werden die Anlagen termingerecht, im Budget und vor allen Dingen sicher und qualitätsgerecht fertiggestellt und angefahren. Das unterscheidet die ‹Owners Engineers› von anderen Anlagenbaufirmen», pflichtet Jürgen Hinderer, Engineering-Chef bei Bayer Technology Services, bei. «Das Portemonnaie des Kunden ist auch unser Portemonnaie!»

Bayer MaterialScience hat im November 2011 in Shanghai – ebenfalls für die Chemikalie TDI – eine Grossanlage (250 kt/a) nach einer neuentwickelten Technologie (Gasphasenphosgenierung) angefahren.

Im TDI-Projekt der BASF in Ludwigshafen geht es dagegen weniger um Fragen der Technologie oder der massstäblichen Vergrösserung des Verfahrens, sondern vielmehr darum, wie die verschiedenen Elemente des Projekts optimal in das Uhrwerk des Verbundstandorts integriert werden können.

Neue Formen der Zusammenarbeit Auch in der Rollenverteilung zwischen auftraggebendem Chemieproduzenten, betriebseigenem Engineering und externen Anlagenbau-Dienstleistern führt die integrierte Betrachtung zu neuen Formen der Zusammenarbeit. An die Stelle einer starren Abfolge, bei der der Auftraggeber nach der eigenen Konzeptplanung ein Auftragspaket für die schlüsselfertige Lieferung einer Anlage – von der Detailplanung über die Beschaffung bis hin zur Montage – an ein EPC-Unternehmen vergibt, werden die Projektphasen nun ineinander verschränkt.

Der Anlagenbau-Dienstleister wird einerseits früher in die Konzeptplanung einbezogen, andererseits erhält sich der Auftraggeber die Flexibilität für spätere Änderungen. Voraussetzung für diese enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit sind über das konkrete Projekt hinausgehende strategische Partnerschaften, wie sie inzwischen verstärkt zwischen den Engineering-Abteilungen der Chemieunternehmen und unabhängigen Kontraktoren geschlossen werden.

Zudem werden langfristige Partnerschaften und Rahmenverträge in den kommenden

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Jahren die Chemie überhaupt erst in die Lage versetzen, die angekündigte Projektflut zu bewältigen. Denn nur so werden sich EPC-Unternehmen darauf einlassen, flexibel als verlängerte Werkbank der Owners Engineers zu agieren.

Strategische Partnerschaften Die global agierenden Chemiekonzerne bedienen sich längst nicht mehr nur westlicher Anlagenbauunternehmen. Letzteren ist spätestens seit der Wirtschaftskrise ernsthafte Konkurrenz aus Asien erwachsen. Waren chinesische und vor allem südkoreanische Anlagenbauer bis 2008 in Projekten häufig noch willkommene Juniorpartner, die den westlichen Engineeringfirmen das personalintensive und risikobehaftete Montagegeschäft abnahmen, sind Samsung & Co. heute oft die Generalunternehmer, die bei europäischen Unternehmen nur noch Technologie zukaufen. Sie punkten mit aggressiver Preisstrategie, Bereitschaft zum Risiko, strategischer Finanzierungsförderung, politischer Unterstützung und vor allem mit der Fähigkeit, Grossprojekte bis zur Montage abzuwickeln.

Deutsche Anlagenbauer haben das Problem erkannt und arbeiten derzeit intensiv daran, wieder eigene Montagekompetenz aufzubauen und verstärken ihre Fertigungstiefe und Präsenz in den Regionen ihrer Kunden.

Und auch an der Preisschraube wird – sowohl auf Seiten der EPC als auch bei den betreibereigenen Ingenieurabteilungen – gedreht. Denn immerhin mehr als die Hälfte des Projektvolumens eines EPC-Auftrags entfällt auf die Beschaffung der Ausrüstung.

«Best Cost Country Sourcing» heisst das Stichwort, mit dem vor allem personalintensive Ausrüstung vermehrt von Produzenten aus Ländern mit niedrigen Lohnkosten beschafft wird. Damit sich das lohnt, besteht für die Beschaffungsspezialisten die Kunst darin, die Balance zwischen niedrigem Einkaufspreis und den Kosten für Qualitätssicherung und Transport zu halten.

Denn strikte Kontrolle und die persönliche Beziehung zum Lieferanten sind in China beispielsweise wichtiger als wasserdichte Verträge, berichten Branchen-Insider. Auch um die dazu notwendigen interkulturellen Kompetenzen systematisch zu entwickeln und den Aufwand für die Qualitätssicherung

zu senken, wollen sowohl Owners Engineers als auch europäische Kontraktoren verstärkt Personal in den Beschaffungsmärkten aufbauen. So hat zum Beispiel der Anlagenbauer Linde im Jahr 2010 eine neue globale Beschaffungsstruktur eingeführt, in der sechs globale Procurement Center die Kontaktpunkte zu Lieferanten in den Regionen bilden. Und auch die investierenden Chemieunternehmen wollen weiter Engineeringpersonal in Ländern wie China, Indien oder Südamerika aufbauen.

«Es geht darum, mit eigenen lokalen Mitarbeitern sowohl das Projektmanagement vor Ort erledigen zu können, vor allem aber auch um die Qualitätssicherung der Arbeiten mit lokalen Kontraktoren überwachen zu können», bestätigt Klasen. Und: Die Chemieanlagenbauer wollen im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit globalen EPC-Unternehmen auch deren Beschaffungskompetenz in globalen Märkten nutzen: «Wir greifen bei der Beschaffung verstärkt auf unsere externen Partner zurück – allerdings ohne die Kontrolle abzugeben», verdeutlicht Gress.

Auch die Planung von Anlagen, die in Europa und Deutschland gebaut werden, aus Asien heraus, ist längst keine Zukunftsmusik mehr. Unternehmen wie Bayer Technology Services haben im Rahmen ihrer Projekttätigkeit in den vergangenen Jahren Ingenieurkapazität in Asien aufgebaut und dort Anlagen auch nach deutschen Standards und Normen geplant. «Wir bauen an Produktionsstandorten unserer Kunden verstärkt Engineering-Kompetenzen auf, um die Kunden auch in puncto Anlagenverfügbarkeit und Turnaround Management optimal zu unterstützen. Owners Engineering ist ein Lifecycle Konzept und auf eine nachhaltige Wertschaffung für beide Partner angelegt», erklärt Hinderer die Bayer-Strategie.

Ein in der Vergangenheit mehrfach prognostizierter Trend hat sich bislang im Chemieanlagenbau nicht durchgesetzt: Die aus Standardmodulen aufgebaute Anlage im World-Scale-Format. Denn bei Grossanlagen schöpfen die Betreiber ihre Wettbewerbsvorteile aus der technologischen Lösung, die durch individuelle Anpassung entsteht. Viel wichtiger wird dabei in Zukunft der oben beschriebene Stoffverbund – auch über die Grenzen der an einem Chemiestandort existierenden Lokaleinheiten hinaus. Verbundstrukturen unterschied5/2012

Bayer und TU Dortmund betreiben das Forschungszentrum Invite

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

Bayer Technology Services GmbH (BTS) und die Technische Universität Dortmund haben im September 2011 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.

Ohne neue Technologien geht es nicht «Eine weitere, wesentliche Verbesserung von Produktionsverfahren in puncto Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung kann nur mit dem Einsatz gänzlich neuer Technologien gelingen», sagte Wolfgang Plischke, im Bayer-Vorstand zuständig für Innovation, Technologie und Umwelt.

Die Ergebnisse der Forschungsprojekte sollen 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

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DER MEHRWERT KOMPLETTE PRODUKTESICHERHEIT EX – D LINIE

und Forschung auf höchstem Niveau hautnah erleben.

«Mit Invite gelingt der Schulterschluss: Hochschulen und Industriepartner können nun neuartige Technologien noch effizienter entwickeln – und zwar unter realen Industriebedingungen. Auch unsere Studierenden profitieren von Invite durch praxisbezogene Lehrveranstaltungen und Projektarbeit vor Ort», unterstrich die Rektorin der TU Dortmund, Ursula Gather, die Bedeutung des 50:50-Joint Ventures zwischen Bayer Technology Services und der TU Dortmund.

Die Grundsteinlegung 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.

Die «F3 Factory», ein EU-Projekt Eines der ersten Projekte, das auf die Infrastruktur von Invite setzt, ist das EU-Projekt «F3 Factory» – Fast, Flexible, Future. Hier werden die 25 Projektpartner – darunter sieben der führenden europäischen Chemieunternehmen – erstmals wettbewerbsübergreifend die Vorteile grosser, optimierter und kleinerer, flexibler Anlagen vereinen.

Die Idee: Chemiefabriken werden nach dem Baukastenprinzip konstruiert. Modulare Standardapparate werden in Containern zusammengefasst, die wiederum zu einer kompletten Anlage hintereinander geschaltet werden können. Beide Gesellschafter der Invite GmbH sind Mitglieder des mit 30 Millionen Euro geförderten und von Bayer Technology Services koordinierten Forschungsprojektes F3 Factory.

Weitere branchenübergreifende Forschungsprojekte unter dem Dach von Invite beschäftigen sich mit neuen modularen Herstellmethoden für die Biotechnologie.

Daneben stehen innovative Wege der Umwandlung und Nutzung von Kohlendioxid im Fokus der Wissenschaftler.

Quelle: Invite GmbH

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VERFAHRENSTECHNIK

licher Chemieunternehmen werden in den Chemieparks der Zukunft die Synergien für den wirtschaftlichen Erfolg der Einzelunternehmen liefern.

In der jüngeren Vergangenheit führte die Neuentwicklung einer ganzen Reihe klassischer grosstechnischer Verfahren – darunter die Chlorelektrolyse, die Ethylenoxiderzeugung oder das Chlorrecycling – zu deutlichen Verbesserungen hinsichtlich Rohstoff- und Energieeinsatz sowie Selektivität und Ausbeute. «Es wird immer Innovationssprünge geben, ob in World-ScaleAnlagen der Kunststoff- und Kautschukindustrie oder sogar bei der althergebrachten Schwefelsäureherstellung. Aber auch bei Verfahren, die heute im Batchbetrieb – wie in der pharmazeutischen Branche sehr verbreitet – funktionieren, gibt es noch eine Menge Innovationspotenzial, das noch nicht ausgereizt ist», erklärt Hinderer.

Denn im Gegensatz dazu zeichnen sich gerade bei Mehrprodukt- und feinchemischen Produktionsanlagen neue Trends ab: Bei Spezialprodukten, die in kleinen Mengen produziert werden, kommt es darauf an, diese Produkte schnell auf den Markt zu bringen und Marktrisiken in der Zeit zwischen Produktentwicklung und Produktionsstart zu reduzieren.

Flexible Kleinanlagen auf Basis standardisierter Module bis hin zum Containermodul sind hier ein Zukunftstrend, der in verschiedenen Forschungsprojekten untersucht wird. Die «Flexible Fast Future Factory» (F3

Factory) basiert auf Modulen im Containerformat, aus denen nach dem Baukastenprinzip eine Produktion aufgebaut werden soll. Das Konzept wird im neu eröffneten Forschungszentrum Invite im Chemiepark Leverkusen untersucht. Ähnlich ist der Ansatz, der beim Spezialchemiehersteller Evonik gewählt wird: Small-Scale-Anlagen im Überseecontainer, in denen der Prozess unabhängig vom späteren Produktionsstandort entwickelt wird.

Diese beinhalten alle für die Produktion notwendigen Prozessschritte. Entwickelt sich die Nachfrage stärker als erwartet, wird die Produktion auf mehrere Container ausgeweitet. Das Konzept erlaubt es, Laborentwicklung und Basic-Engineering simultan vorzunehmen und dadurch Zeit zu gewinnen. Das Chemieunternehmen produziert in einer solchen Kompaktanlage (Evotrainer) seit 2010 am Standort Rheinfelden Silanverbindungen.

Wie solche Chemieanlagen auf engstem Raum aufgebaut werden müssen, untersuchen die Evonik-Ingenieure im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Copiride gemeinsam mit den Universitäten Eindhoven, Stuttgart und dem IMM Mainz. Bereits in diesem Jahr soll ein Allround-Container zur Verfügung stehen, mit dem im Chemiepark Marl ein Spezialpolymer im technischen Massstab hergestellt werden soll.

Doch so vielversprechend die Containerchemie auch sein mag, auch in Zukunft wird es die klassische individuell geplanten

Mehrproduktanlagen noch geben. Allerdings lassen die Budgets für solche Projekte heute in der Regel kaum mehr den Einbau von «Zukunftsoptionen» zu: Die Anlagen werden exakt auf den beabsichtigten Verwendungszweck ausgelegt.

Das Fazit Der Chemieanlagenbau hat drei Jahre nach der Weltwirtschaftskrise alle Hände voll zu tun. Die Projektflut zwingt die Ingenieurabteilungen der Chemiekonzerne zu strategischen Partnerschaften mit klassischen EPC-Anlagenbauunternehmen. Um die Nachhaltigkeit und Energieeffizienz der geplanten Anlagen zu steigern, werden Anlagen im Weltmassstab nicht nur auf der «grünen Wiese» gebaut, sondern wird verstärkt der Energie- und Rohstoffverbund in Chemieparks genutzt. Dabei stehen individuell geplante Anlagen im Vordergrund, eine weitgehende Modularisierung und Standardisierung findet hier bisher nicht statt. Denn die Weiterentwicklung klassischer Verfahren hat hier in den vergangenen Jahren zu zahlreichen Innovationssprüngen geführt. Für die Spezialchemie werden derzeit Konzepte für flexible Produktionsanlagen basierend auf Containermodulen entwickelt. www.achema.de Autoren Der Trendbericht wurde von internationalen Fachjournalisten zusammengestellt.

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A N A LY T I K

Pathogene DNA: schnell, empfindlich, quantitativ detektiert

Diagnostische Vor-Ort-Schnelltests im Fluss Krankheitserreger lassen sich gut entlarven, meist dank aufwendiger Labormethoden. Manchmal drängt die Zeit oder es ist kein Labor in Reichweite. Auf dem Wunschzettel stehen daher Detektionsmethoden, die tragbar und schnell sind, dabei aber empfindlich, zuverlässig und quantitativ über einen weiten Konzentrationsbereich arbeiten. Amerikanische Forscher haben einen neuen Ansatz für eine Lab-on-Chip-Methode zum Nachweis von Pathogenen anhand ihres genetischen Materials vorgestellt. Das Verfahren arbeitet so empfindlich, dass eine so geringe Menge wie 16 Kopien der DNA von Salmonellen nachgewiesen werden konnte – in weniger als einer Stunde.

Mikrofluidische elektrochemische quantitative LAMP Das Team um Kuangwen Hsieh und H. Tom Soh von der University of California (Santa Barbara, USA) wählte für seinen Ansatz eine jüngere Alternative zur PCR, die «loop-mediated isothermal amplification», kurz LAMP. Sie läuft rasch, sensitiv und selektiv für das gesuchte Pathogen und braucht keine Temperaturzyklen mit Reagenzienzugabe. Das Team integrierte LAMP mit einer elektrochemischen Detektion in Form eines mikrofluidischen Chips zur MEQ-LAMP, der «mikrofluidischen elektrochemischen quantitativen LAMP».

In einer winzigen Kammer auf dem Chip fertigen Enzyme Kopien der in der Probe enthaltenen DNA an. Als Startpunkt dienen sechs verschiedene Primer – einzelsträngige Teilstücke der Ziel-DNA mit einer Startsequenz für die Enzyme. Methylenblau, ein Farbstoff, der sich in DNA einlagert, dient als elektrochemisches Nachweisreagenz.

Zunächst sind die meisten Methylenblaumoleküle frei in der Lösung und gelangen zu den in der Kammer montierten Elektroden. Werden Spannungszyklen durchlaufen, 40

Bild: Angewandte Chemie

Seit Einführung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer inzwischen etablierten Methode zur Vervielfältigung genetischen Materials, in die klinische Diagnostik ist der Nachweis einer ganzen Reihe von Keimen wesentlich verlässlicher und empfindlicher geworden. Aber auch die PCR ist eine apparativ und zeitlich aufwendige Labormethode, die spezielle Geräte, exakt eingehaltene Temperaturzyklen mit sukzessiven Reagenszugaben und hoch qualifiziertes Personal benötigt.

Bild 1. Mikrofluidisches elektrochemisches Amplifizierungsverfahren zur schnellen, empfindlichen und quantitativen Detektion von pathogener DNA im patientennahen Bereich. Die DNA-Amplifizierung wurde elektrochemisch in Echtzeit in einem einzigen Mikrofluidikger ät beobachtet. Weniger als 16 Kopien der DNA von Salmonellen konnten in weniger als einer Stunde in einem einstufigen Verfahren detektiert werden.

sorgen Redoxreaktionen zwischen Elektrode und Methylenblau für einen Stromfluss.

Je mehr DNA-Kopien entstehen, desto mehr Methylenblau lagert sich in die Stränge ein und steht an den Elektroden nicht mehr zur Verfügung – die Stromstärke sinkt immer weiter ab. Dies geht umso schneller, je mehr DNA-Stränge des Pathogens in der Probe enthalten waren. Der Zeitpunkt, zu dem der Abfall des Stromsignals maximal ist, lässt sich so gut bestimmen, dass die Forscher ihn zur Quantifizierung der Pathogenkonzentration heranziehen können.

Ein zukünftiger Chip könnte mehrere Kammern für den parallelen Nachweis verschiedener Krankheitserreger tragen und den Auftakt für die Entwicklung effektiver Schnelltests für eine patientennahe Diagnostik, Lebensmittelsicherheit, Umweltüberwachung und den Schutz gegen biologische Kampfstoffe bilden.

Quelle: Angewandte Chemie

Originalpublikation Kuangwen Hsieh, Adriana S. Patterson, B. Scott Ferguson, Kevin W. Plaxco, and H. Tom Soh, «Rapid, Sensitive and Quantitative Detection of Pathogenic DNA at the Point of Care through Microfluidic Electrochemical Quantitative Loop-Mediated Isothermal Amplification», Angew. Chem., Article first published online: 4 Apr 2012 doi:10.1002/ange.201109115

Kontakt H. Tom Soh University of California Santa Barbara (USA) Phone: 805.893.7985 tsoh@engineering.ucsb.edu 5/2012

A N A LY T I K

Terahertzwellen durchdringen Dielektrika

Berührungslose Analyse chemischer Substanzen

Dezember 2011: Sicherheitskräfte fangen eine Briefbombe ab, die an Josef Ackermann adressiert ist, den Chef der Deutschen Bank. Fast zeitgleich explodiert in einem Büro Rom eine Briefbombe. Dabei wird der Leiter der Steuereinzugsbehörde Equitalia an der Hand verletzt.

Bisher prüfen Polizeibeamte oder Sicherheitskräfte verdächtige Sendungen aufwendig per Hand – ein fehleranfälliges Vorgehen. Seit Ende 2011 ist der Scanner T-Cognition 1.0 der Kasseler Firma Hübner auf dem Markt. Das Gerät, das zusammen mit Fraunhofer-Forschern entwickelt wurde, erkennt Substanzen wie Drogen oder Sprengstoffe in Briefen oder flache Päckchen berührungslos, ohne dass diese geöffnet werden müssen. «Man legt die verdächtigen Postsendungen in eine Art Schublade, das Gerät erkennt mithilfe von Terahertzwellen, ob es sich um Sprengstoff handelt. Das Briefgeheimnis bleibt dabei gewahrt, die Post kann sicher zugestellt werden», erläutert Joachim Jonuscheit, der am Standort Kaiserslautern des FraunhoferInstituts für Physikalische Messtechnik IPM als stellvertretender Abteilungsleiter für die Terahertzanalyse zuständig ist.

Die meisten Dielektrika sind für Mikrowellen transparent Die Attentate in Rom und Frankfurt haben in der Sicherheitsbranche das Interesse am Analysegerät geweckt. «Die meisten Dielektrika wie etwa Kunststoffe, Kleidung oder Papier sind für Mikrowellen transparent und können auch von Terahertzwellen mit vergleichsweise geringer Abschwächung durchdrungen werden. Für die zerstörungsfreie Materialprüfung ist der Terahertzbereich äusserst interessant«, sagt der Experte.

Denn im elektromagnetischen Spektrum liegen Terahertzwellen an der Schnittstelle 5/2012

zwischen Mikrowellen und Infrarot. Das Frequenzintervall liegt zwischen 100 GHz und 10 THz; das entspricht einer Wellenlänge zwischen 3 mm und 30 µm. Terahertzwellen vereinigen die Vorteile der angrenzenden spektralen Bereiche: hohe Eindringtiefe und geringe Streuung bei gleichzeitig guter räumlicher Auflösung sowie der Möglichkeit unbekannte Substanzen spektral zu identifizieren. Ähnlich wie der Infrarotbereich liefern Terahertzwellen spektrale Signaturen von Stoffen. Das Messgerät beinhaltet eine Datenbank, die spektrale «Fingerabdrücke» von Gefahrstoffen enthält und jederzeit um zusätzliche Stoffe erweitert werden kann.

Das Gerät vergleicht den Spektralabdruck der zu analysierenden Substanz mit den Werten aus der Datenbank und liefert ein eindeutiges Ergebnis.

Der Scanner arbeitet mit Transmissionsund Reflexionsanalyse. Bei der Sicherheitskontrolle durchdringt die gesendete Terahertzwelle Briefumschläge aus Papier oder Kunststoff verlustarm und detektiert eventuell vorhandene chemische Substanzen.

Ist etwa Metall – als Gehäuse für einen Sprengkörper – in einem Paket, wird die Welle reflektiert und vom Empfänger gemessen. Verdächtige Päckchen können so schnell entdeckt werden.

Auch für Pharma- und Chemieindustrie interessant Jetzt wollen die Forscher auch in der Pharma- und Chemieindustrie Fuss fassen. »Bisher müssen Pharmahersteller extra Proben präparieren, wenn sie wissen wollen, ob das Mischungsverhältnis für ein Medikament stimmt, ob die Chemikalie in der richtigen kristallinen Struktur vorliegt oder ob die Qualität in Ordnung ist», sagt Jonuscheit.

«Je nach Substanz und Material detektiert

Bild: Hübner GmbH

Handelt es sich um Drogen, Medikamente oder Sprengstoff? Auf der Messe Analytica 2012 stellten Forscher vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Kaiserslautern zusammen mit der Firma Hübner GmbH (Kassel) ein Terahertzspektrometer vor, das chemische Substanzen berührungslos und zuverlässig identifiziert.

Bild 1. T-Cognition identifiziert Chemikalien, Sprengstoffe oder Drogen schnell und berührungslos. Über einen Datenbankabgleich werden verdächtige Spektren erkannt und auf dem Bildschirm angezeigt.

unser Gerät eindeutig alle Chemikalien.

Auch das Mischungsverhältnis von mehreren Stoffen kann grundsätzlich ermittelt werden. Hinzu kommt, dass die Terahertzanalyse Aussagen über die kristalline Struktur der Substanzen erlaubt. Man kann feststellen, ob etwa eine Umkristallisierung stattgefunden hat, die unter Umständen unerwünscht ist. So können sich Chemieund Pharmahersteller künftig aufwendige Voranalysen und Probenpräparationen sparen», erklärt der Experte.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Dr. Joachim Jonuscheit Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Erwin-Schrödinger-Strasse D-67663 Kaiserslautern Telefon +49 (0)631 205 5107 joachim.jonuscheit@ipm.fraunhofer.de www.ipm.fraunhofer.de 41

MEDIZIN/PHARMA

Eine Pumpe in der Membran wirkt wie ein Ministaubsauger

Wie Bakterien sich gegen Antibiotika wehren

Bild: Hi-jea Cha

Multiple Antibiotikaresistenz ist zu einem ernsten medizinischen Problem geworden. Immer mehr bakterielle Krankheitserreger haben Mechanismen entwickelt, um sich gegen die gängigen Antibiotika zu wehren. Hoch effizient sind beispielsweise Pumpen in der Bakterienmembran, die den Wirkstoff aus der Zelle hinaus befördern, bevor er die Membran durchquert hat. Forscher am Frankfurter Institut für Biochemie haben den Bauplan dieser Pumpen entschlüsselt; sie verstehen deren Funktion besser. Dies ist für die Grundlagenforschung interessant. Es könnte auch aufzeigen, wie man die Abwehrtricks der Bakterien mit neuen Wirkstoffen gezielt umgehen kann.

diese Pumpen funktionieren, untersuchen die Forscher bereits seit einigen Jahren.

Zunächst analysierten sie die Mechanik der Nanomaschine ohne Bindung an ein Antibiotikum. Mithilfe hoch auflösender Röntgen strukturanalyse haben sie jetzt herausgefunden, wie die Pumpe die Antibiotika einfängt und aus der Zelle befördert. Das geschieht bei Bakterien mit einer doppelten Zellmembran (Gramnegativ) in der Schicht zwischen äusserer und innerer Membran.

Die Pumpe verändert ihre Gestalt in einem zyklischen Prozess. Im ersten Schritt, der jetzt im Detail sichtbar geBild 1. Die Antibiotikapumpe AcrB (im Hintergrund) besteht aus drei identischen Bestandteilen, die jeweils ein Stadium der perismacht wurde, wird das taltischen Pumpbewegung repräsentieren (blau, gelb, rot). Durch Antibiotikum auf dem die neue Kristallstruktur konnten die molekularen Details über die Weg zum Zellinneren Zugänge (grün) eines Antibiotikums in die Pumpe aufgeklärt werabgefangen und an eiden. Das Bild im Vordergrund zeigt, dass zwei verschiedene Bindetaschen (dargestellt als Sphären) an der Erkennung des Antibiner taschenförmigen otikums beteiligt sind. Die Taschen werden durch eine Schleife Bindungsstelle festge(zwischen den zwei Antibiotikamolekülen) zeitlich und räumlich halten. «Dafür postukoordiniert. lieren wir einen Me«Die Pumpen sind wie Ministaubsauger chanismus ähnlich einer peristaltischen oder eher Antibiotikasauger», erklärt Hi-jea Pumpe: Die Antibiotikamoleküle werden Cha aus der Arbeitsgruppe von Klaas Mar- durch einen Tunnel nach aussen gequetscht tinus Pos. «Sie sichern das Überleben des wie Nahrung durch die Speiseröhre zum Bakteriums, indem sie das Zellinnere von Magen, sodass sie nicht zurückrutschen gefährlichen Substanzen freihalten». Wie können», so Pos. 42

Die zweite, viel kräftigere Bindung in einer tiefen Bindungstasche verankert dann das Antibiotikum in der Pumpe. Dies bewirkt eine weitere Gestaltveränderung, welche einen weiteren Tunnel zur Aussenseite öffnet und das Antibiotikum endgültig aus der Zelle entlässt.

Zwischen der ersten und zweiten Bindungstasche haben die Forscher zudem eine kleine Schleife beobachtet, die eine Schaltstelle bildet. Die Position dieser Schleife verändert sich, je nach dem ob das Antibiotikum in der ersten oder in der zweiten Tasche gebunden ist. Die genaue Funktion dieser Schleife wird zurzeit eingehend untersucht.

Quelle: Goethe-Universität Frankfurt

Originalpublikation Thomas Eicher et al., «Transport of drugs by the multidrug transporter AcrB involves an access and a deep binding pocket that are separated by a switch-loop», PNAS, Published online before print March 26, 2012, doi:10.1073/pnas.1114944109

Kontakt Prof. Dr. Klaas Martinus Pos Goethe-Universität Frankfurt Institut für Biochemie, Biocenter Max-von-Laue-Strasse 9 D-60438 Frankfurt Telefon +49 (0)69 798 29251 pos@em.uni-frankfurt.de www.uni-frankfurt.de 5/2012

MEDIZIN/PHARMA

Molekulare Regler steuern Fingerbildung

Wieso wir fünf Finger an einer Hand haben Die fünf Finger einer Hand sind ein entwicklungsbiologisches Merkmal, das die kulturelle Entwicklung des Menschen – etwa bei der Einführung des Dezimalsystems – massgeblich beeinflusst hat. Die Forschungsgruppe von Rolf Zeller am Departement Biomedizin der Universität Basel hat einen molekularen Regler gefunden, der im Embryo die Bildung der fünf unterschiedlichen Finger einer Hand steuert. Störungen dieses Regelkreises können zu angeborenen Missbildungen oder Besonderheiten wie überzählige Finger und Zehen führen.

Bild: Universität Basel

Proliferation und Musterbildung der embryonalen Vorläufer- und Stammzellen kontrollieren. Hingegen sind Prozesse weniger gut verstanden, welche die proliferative Expansion der Vorläuferzellen beenden und die Zelldifferenzierung einleiten. Es ist jedoch klar, dass im Embryo die ZeitBild 1. Links: Die Abschaltung des GLI3-Transkriptionsfaktors in Mäuseembryonen führt zu exzessiver Zellproliferation (grün) fenster für die Prolifeund verhindert die Bildung der Anlagen (rot) des zukünftigen ration von bestimmten ersten (Daumens) und zweiten Fingers in der oberen Hälfte Vorläuferzellen streng reder Vorderpfote. Rechts: Nach Ab schaltung von GLI3 hat sich guliert sind und dass Abeine Vorderpfote mit sieben Fingern gebildet. weichungen davon zu In Embryos gibt es während der Organent- angeborenen Missbildungen führen, zum wicklung präzise Zeitfenster, in denen sich Beispiel zur Bildung eines zusätzlichen Findie Vorläuferzellen von Geweben und Or- gers – einer sogenannten Polydaktylie. ganen rapide vermehren, um genug Zellen Bei Menschen treten Polydaktylien mit einer zur Organbildung zu generieren. Im Gegen- Wahrscheinlichkeit von einem Fall in 500 satz zu Tumoren sind diese Zellteilungen bis 1000 Neugeborenen relativ häufig auf. jedoch strikt geregelt, sodass genügend, Berühmte Beispiele sind die polydak tilen aber nicht zu viele Zellen zur Bildung von Katzen des Schriftstellers Ernest HemingOrganen und Geweben vorhanden sind. way mit sechs Zehen.

Javier Lopez-Rios und Kollegen aus der Forschungsgruppe von Rolf Zeller konnten Anomalien in Musterbildung nachweisen, dass bei der Bildung von fünf Fingern der Transkriptionsfaktor GLI3 wäh- und Koordination rend des rasanten Wachstums der embryo- In Mäuseembryonen hat das gezielte Abnalen Extremitätenknospen die Balance schalten des GLI3-Transkriptionsfaktors zwischen Zellteilung (Proliferation) und drastische Folgen: Statt fünf bilden sich bis Differenzierung steuert. zu acht Finger pro Vorderpfote. Zellers GrupDie Proliferation wird dabei von GLI3 gezielt pe fand heraus, dass GLI3 normalerweise gebremst und mit der Zelldifferenzierung eine Doppelfunktion hat, indem es die Zellzeitlich und räumlich eng verknüpft. In der proliferation so bremst, dass nicht zu viele Studie wird auch gezeigt, wie Störungen Vorläuferzellen gebildet werden und gleichder Zellproliferation zu angeborenen Miss- zeitig deren Differenzierung in die Anlagen der fünf Finger zum richtigen Zeitpunkt bildungen führen.

In der Vergangenheit wurden vor allem mo- auslöst. Fehlt GLI3 in der Extremitätenknoslekulare Netzwerke studiert, welche die pe von Mäuseembryonen, werden zu viele 5/2012

Vorläuferzellen produziert, und ihre Differenzierung verzögert sich, sodass zusätzliche Finger angelegt werden. GLI3 koordiniert also die Proliferation und Differenzierung von Zellen sowohl zeitlich als auch räumlich.

Beim Menschen führen Mutationen im GLI3-Gen zu verschiedenen Syndromen (Missbildungen in verschiedenen Geweben) und Polydaktylien. Die Analyse von GLI3 in Mäuseembryonen zeigt, dass diese angeborenen Missbildungen – anders als bisher meist angenommen – nicht unbedingt eine Konsequenz von fehlerhafter Musterbildung sind, sondern auch durch Anomalien in der Koordination von Proliferation und Differenzierung entstehen. Da Mutationen im vom GLI3 gesteuerten molekularen Netzwerk bei Kindern und Erwachsenen zu bösartigen Tumoren führen können, tragen die Resultate dieser Studie auch zum Verständnis der Veränderungen bei, die zur unkontrollierten Proliferation von Tumorzellen führen.

Quelle: Universität Basel Originalpublikation Javier Lopez-Rios et al., «GLI3 Constrains Digit Number by Controlling Both Progenitor Proliferation and BMP-Dependent Exit to Chondrogenesis», Developmental Cell, Published online 29 March 2012 doi:10.1016/j.devcel.2012.01.006 Kontakt Prof. Rolf Zeller Department of Biomedicine Mattenstrasse 28 CH-4058 Basel rolf.zeller@unibas.ch www.biomedizin.unibas.ch 43

MEDIZIN/PHARMA

Wirkstoffträger für Stickstoffmonoxid

Medizin mit Lichtschalter Stickstoffmonoxid galt lange Zeit als giftig und umweltschädlich. Doch in den letzten 20 Jahren entpuppte sich das flüchtige Gas als ein wichtiger Botenstoff in beinahe allen Organismen: So spielt NO beispielsweise bei der Regulation des Blutdrucks, der Immunantwort oder bei der Wundheilung eine zentrale Rolle. «Damit wird NO auch zunehmend als Wirkstoff zur Behandlung von Krankheiten beim Menschen interessant», sagt Alexander Schiller von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. «Allerdings gibt es bisher wenig praktikable Darreichungsformen, die NO gezielt an die Wirkorte im menschlichen Körper transportieren», erläutert der Chemiker.

Bild: Jan-Peter Kasper/FSU

Voraussetzung als potenzieller Wirkstoffträger und biete gegenüber bisherigen systemischen NO-Wirkstoffen, die NO im gesamten Körper verteilen, ein ergänzendes Einsatzspektrum. Die Vliese können gezielt an Körperoberflächen wie der Haut oder in der Luft- und Speiseröhre eingesetzt werden. Die Nanofaser aus Polylaktid ist für menschliche Zellen gut verträglich und daher prinzipiell für einen Einsatz in der Medizin geeignet.

Bild 1. Wirkstoffträger auf Nanofaserbasis, der nach einer Bestrahlung mit UV-A-Licht Stickstoffmonoxid freisetzt.

Eine innovative Lösung dieses Problems hat das Team um Schiller jetzt vorgelegt.

Die Chemiker der Uni Jena und des Forschungsbereichs Biomaterialien von Innovent e. V. unter dem Dach des Jena Center for Soft Matter (JCSM) haben einen Wirkstoffträger auf Nanofaserbasis entwickelt, der NO nach einer Bestrahlung mit UV-ALicht freisetzt. Grundlage dafür ist ein neuer, fotolabiler Ruthenium-Nitrosyl-Komplex, der in Polylactid-Nanofasern eingebettet ist. Die nur einen halben Mikrometer feinen Fasern bilden ein ungewobenes Vlies, welches NO ins wässrige Medium abgibt. «Das wird allerdings erst dann freigesetzt, wenn die Fasern am gewünschten Wirkort mit UV-A-Licht bestrahlt werden», sagt Schiller.

Damit erfülle die Nanofaser eine wichtige

Nanofaser trägt lichtabschaltbaren Metallkomplex Mit ihrer Neuentwicklung präsentieren die Jenaer Chemiker erstmals eine Nanofaser als Träger für einen solchen lichtschaltbaren Metallkomplex. «Bisherige Ansätze haben sich vor allem auf chemisch gebundene Substanzen in einer polymeren Matrix als Wirkstoffträger konzentriert», unterstreicht Schiller. Doch diese Systeme haben den Nachteil, dass sie sehr aufwendig in der Herstellung sind. Die Einbettung von NOabgebenden Substanzen in Nanofaservliese dagegen bietet mehrere Vorteile: Die Produktion ist einfach und in grösseren Mengen möglich. Und Nanofasern besitzen eine sehr grosse Oberfläche für eine effi ziente Wechselwirkung mit Licht.

Ihre Erkenntnisse wollen die Chemiker auch in die kürzlich eingerichtete DFG-Forscher-

gruppe «Häm und Hämabbauprodukte» der Universität Jena einbringen. «Kohlenmonoxid als Abbauprodukt des Blutfarbstoffs im menschlichen Körper ist Stickstoffmonoxid sehr ähnlich», so Schiller. Die Vliese, deren Herstellung und Einsatzmöglichkeiten bereits zum Patent angemeldet sind, bieten auch ein grosses Potenzial für die gezielte Freisetzung von Kohlenmonoxid, um seine medizinische Wirkung zu erforschen. Neben der Pharmazie könnten die Nanofasern künftig aber auch in Sensoren oder Katalysatoren Anwendung finden.

Quelle: Universität Jena Originalpublikation Carmen Bohlender et al., «Light-triggered NO release from a nanofibrous non-woven», J. Mater. Chem., 2012, Advance Article doi:10.1039/C2JM15410B Kontakt Prof. Dr. Alexander Schiller Friedrich-Schiller-Universität Jena Institut für Anorganische und Analytische Chemie Humboldtstrasse 8 D-07743 Jena Telefon +49 (0)3641 948113 alexander.schiller@uni-jena.de www.uni-jena.de

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ERNÄHRUNG

Karamell wurde erstmals chemisch analysiert

Forscher lüften ein süsses Geheimnis

Bild: iStockphoto

Karamell: Jeder kennt das Lebensmittel, das durch Erhitzen von Zucker entsteht, und weiss, wie es aussieht, wenn körniger Zucker in einer heissen Pfanne zu brauner, klebriger Karamellmasse wird. Bisher war Chemikern nicht bekannt, welche Stoffe sich bei der Herstellung von Karamell bilden. Nikolai Kuhnert, Professor of Chemistry an der Jacobs University, hat mit seinem Team eine Methode entwickelt, mit der er die chemische Zusammensetzung von Karamell analysieren kann. Die Süssigkeit besteht aus mindestens 4000 Stoffen.

Bild 1. In Karamell sind über 4000 verschiedene Stoffe enthalten.

Die chemischen Verbindungen, die bei der Herstellung von Karamell entstehen, finden sich nicht nur in Karamellprodukten selbst, sondern auch in zuckerhaltigen Lebensmitteln, die erhitzt werden. Das sind viele, denn fast alle Lebensmittel enthalten Zucker, und schätzungsweise über die Hälfte der von Menschen verzehrten Lebensmittel wird vor dem Genuss erwärmt.

Karamell wird auch als Lebensmittelfarbe eingesetzt. Egal ob gelb, rot, braun oder Schwarztöne, 80 Prozent aller gefärbten Lebensmittel wurde Karamell zugesetzt.

Bekannte Beispiele sind Cola, Whiskey, Bier, Sojasauce und Kekse. Die verschiedenen Farben des Karamells erreicht man unter anderem durch Temperaturänderung (je heisser, je schwärzer) und durch Zusatzstoffe beim Erhitzen, zum Beispiel Sulfit oder Ammoniumcarbonat.

Vor etwa 100 Jahren entdeckte der französische Physiker und Chemiker Louis Camille 5/2012

Maillard, dass Zucker wie Glucose, Fructose und Saccharose sich in ihrer chemischen Zusammensetzung dramatisch ändern, wenn sie erhitzt werden. Das Hauptproblem bei der Untersuchung von Karamell lag bislang in der Komplexität der entstehenden Produkte. Bei der Erwärmung verliert der Zucker Wasser. Aber zu welchen Reaktionsprodukten führt das? Karamell enthält nur noch zu etwa 10 Prozent Zucker, alle anderen Komponenten bilden sich neu.

Mindestens 4000 Reaktionsprodukte Der Arbeitsgruppe um Nikolai Kuhnert, Professor of Chemistry an der Jacobs University, ist es erstmals gelungen, die Reaktionsprodukte zu identifizieren, die beim Erhitzen von Zuckern ent stehen, und die chemischen Reaktionen zu verstehen, die bei der Entstehung von Karamell stattfinden. Mit

modernen massenspektrometrischen Methoden wurde gezeigt, dass mindestens 4000 verschiedene Reaktionsprodukte gebildet werden, zum Beispiel Oligomere und Wasserabspaltungprodukte von Zuckern.

Auch die Entstehung der Karamellfarbe konnte in Teilen erklärt werden. Die Wissenschaftler haben die Elementzusammensetzung der Karamellfarben analysiert.

«Unsere Forschung», erklärt Kuhnert, «ermöglicht erstmals eine umfassende Analyse der chemischen Zusammensetzung von Karamell – einem der ältesten und beliebtesten Lebensmittel.»

Es bieten sich viele interessante Anwendungsmöglichkeiten. So kann das Verständnis der Farbentstehung zu neuen, verbesserten Lebensmittelfarbstoffen führen.

Auch gesundheitliche und medizinische Aspekte können endlich untersucht werden.

Da nun bekannt ist, welche Verbindungen in Karamell enthalten sind, kann getestet werden, welche Verbindungen für die menschliche Gesundheit förderlich sind und welche nicht. Mit der von Kuhnert entwickelten Methode eröffnen sich zudem neue Perspektiven für die Lebensmittelchemie.

Komplexe Lebensmittel, die sich durch schwer zu charakterisierende Inhaltsstoffe auszeichnen – wie schwarzer Tee oder Schokolade – können nun analysiert werden.

Quelle: Jacobs University Kontakt Prof. Dr. Nikolai Kuhnert (FRSC) Jacobs University Campus Ring 1 D-28759 Bremen Telefon +49 (0)421 200 3120 n.kuhnert@jacobs-university.de www.jacobs-university.de 45

WERKSTOFFE

Ein aussergewöhnlicher Werkstoff

100 Jahre Quarzglas von Heraeus Ob Mikrochip-Herstellung, Datenübertragung im Internet mittels Lichtleitfaser, Präzisionsoptik oder Lasertechnik – wenn es um anspruchsvolle optische Anwendungen geht, führt kein Weg am Werkstoff Quarzglas vorbei. Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus ist einer der Pioniere bei der Herstellung und Anwendung des Materials. Dies gilt in erster Linie für den heutigen Geschäftsbereich Quarzglas, der im April auf ein besonderes Jubiläum zurückblickte: Am 3. April 1912 erfolgte die Gründung der Firma Heraeus Quarzglas GmbH gemäss Eintrag beim Amtsgericht Hanau.

Bilder: Heraeus

gigen Produktionsprozessen in Qualitäten erzeugt, die weltweit einzigartig sind.

Die Heraeus Quarzglas GmbH stellte zunächst Laborgeräte aus Quarzglas für die chemische Industrie her. Es folgten Anwendungen in der Optik (optisches Quarzglas), zur Temperaturmessung (Platin-Widerstandsthermometer) und für Lampen (zum Beispiel Original Hanauer Höhensonne).

Dank der hohen Qualität eroberten sich die optischen Quarzgläser von Heraeus ab den 1950er-Jahren als Hightech-Werkstoff immer neue anspruchsvolle Anwendungsfelder in der Astrophysik, Raumfahrttechnik, Mikroelektronik, optischen Telekommunikation und Halbleiterindustrie. 1955 stellte der Bereich erstmals synthetisches Quarzglas her. Über eine spezielle Gebläseappa-

ratur wurde ein extrem reines Quarzglas mit hoher UV-Durchlässigkeit erzeugt. Unter dem Markennamen Suprasil machte es zum Beispiel in der Raumfahrttechnik Karriere als Spiegelprismen, Linsen- und Fenstermaterial.

Quarzglas ist der Schlüssel zum Informationszeitalter Heute ist hochreines Quarzglas für die Herstellung von Mikrochips und von Solarzellen unentbehrlich. «Ohne Quarzglas gäbe es kein Internet. Das Material ist gewissermassen der Schlüssel zum Informationszeitalter», betont Wolfgang Stang, ebenfalls Geschäftsführer von Heraeus Quarzglas.

Haarfeine Lichtleitfasern transportieren rie-

Bild 1. Verarbeitung von Quarzglas-Rohlingen bei Heraeus im Jahr 1967.

Die erste deutsche Quarzschmelze hatte ihren Produktionssitz in Griesheim bei Frankfurt. «Die für das Schmelzen des Glases benötigten Gase Sauerstoff und Wasserstoff konnten dort direkt von Griesheim-Elektron bezogen werden. Mit der Gründung der Gesellschaft reagierte Heraeus auf die steigende Nachfrage nach Quarzglas und seinen Produkten und fasste innovative Arbeitsfelder zusammen», sagt Heinz Fabian, Geschäftsführer des Geschäftsbereichs.

Heute ist das Unternehmen weltweit an Standorten in Deutschland (Hanau, Kleinostheim, Bitterfeld), den USA (Austin, Buford, Wilmington), China (Shenyang) und England (Wallsend) mit über 1400 Mitarbeitern aktiv. Heraeus ist einer der wenigen Spezialisten, der diesen Werkstoff mit gän46

Bild 2. Ob Mikrochip-Herstellung, Datenübertragung mittels Lichtleitfaser, Präzisionsoptik oder Lasertechnik – wenn es um anspruchsvolle optische Anwendungen geht, führt kein Weg an Quarzglas vorbei. Heraeus ist einer der Pioniere bei der Herstellung von Quarzglas.

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WERKSTOFFE

sige Datenmengen schnell und sicher über Kontinente und Ozeane. Heraeus produziert synthetische Quarzglasrohre und -zylinder, die zur Herstellung von bislang über 300 Millionen Kilometer Glasfasern für die optische Nachrichtentechnik beitrugen. Produziert werden die Quarzglasvorformen für diese technologischen Lebensadern in den USA (Buford) und in Sachsen-Anhalt (Bitterfeld).

Hightech in Bitterfeld und auf dem Mond Synthetisches Quarzglas aus Bitterfeld wird mittlerweile weltweit in der Telekommunikationsindustrie verwendet. Heraeus war nach dem Fall der Mauer Anfang der 1990er-Jahre einer der ersten Investoren im Industrierevier und neuen Chemiepark Bitterfeld. Vor über 20 Jahren erfolgte die Grundsteinlegung für den Standort. Nach der Inbetriebnahme 1992 startete die Massenproduktion von Hohlzylindern aus Quarzglas.

Bis heute nahmen nicht nur die Mitarbeiterzahl im Werk, sondern die Grösse, das Gewicht sowie die Qualität der hergestellten Quarzglaskörper zu. Aktuell können aus einer drei Meter langen Vorform bis zu 7000 Kilometer Glasfaser am Stück gezogen werden.

Stolz sind die Quarzglas-Experten auch darauf, dass sich Heraeus als eines der wenigen Unternehmen auf dem Mond verewigt hat. Am 20. Juli 1969 brachte die legendäre Apollo-11-Mission neben dem ersten Menschen auch einen Laserreflektor mit auf den Erdtrabanten. Der Reflektor dient heute noch zur genauen Bestimmung des Abstands zwischen Erde und Mond (rund 384 000 Kilometer). Er besteht aus einer Anordnung von 100 Tripelprismen aus Quarzglas von Heraeus.

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Quelle: Heraeus

Quarzglas ist anders als herkömmliches Glas Äusserlich kaum von herkömmlichem Glas zu unterscheiden, besitzt Quarzglas signifikant andere Eigenschaften wie chemische, Temperatur- sowie Strahlungsbeständigkeit und optische Durchlässigkeit. Reines Quarzglas (SiO2) besteht ausschliesslich aus Silicium und Sauerstoff und zeigt daher eine hohe Materialhomogenität.

Synthetisches Quarzglas gehört vermutlich zu den reinsten Materialien. Es enthält Spurenelemente in sehr geringer Konzentration, teils nur im ppb-Bereich.

Quarzglas ist so rein, dass man selbst durch ein 100 Meter dickes Glas durchschauen könnte, als wäre es dünnes Fensterglas.

Eine hohe optische Transmission vom ultravioletten bis infraroten Bereich zeichnet das Material ebenso aus wie seine thermische Schockbeständigkeit.

Das heisst, man kann es sehr schnell kühlen und erhitzen, ohne dass es zerspringt, wie dies bei gewöhnlichem Glas passiert.

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Trotz seiner Faszination ist es erstaunlich, dass sich nur wenige Universitäten und Forschungsinstitute intensiver mit den Eigenschaften und Anwendungen von Quarzglas beschäftigen. Das meiste Know-how entsteht daher überwiegend in der Industrie.

Generationen von Entwicklern von Heraeus haben hierzu in den zurückliegenden Jahrzehnten viel zum Verständnis dieses aussergewöhnlichen Werkstoffs beigetragen.

Der Ursprung der Quarzglas-Aktivitäten bei Heraeus liegt bereits über 113 Jahre zurück. Dem Chemiker und Physiker Richard Küch gelang es 1899 mithilfe eines Knallgasbrenners (Wasserstoff-Sauerstoffflamme) Bergkristall bei einer Temperatur von rund 2000 °C zu schmelzen.

Als Ergebnis erhielt er nahezu blasenfreies Quarzglas, das zunächst in der optischen Industrie für die Herstellung optischer Linsen und für die Herstellung von Speziallichtquellen, wie der Höhensonne Original Hanau, genutzt wurde.

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WERKSTOFFE

Steigende Nachfrage nach Biokunststoffen

Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Kugelschreiber, PC-Tastaturen, Computer-Mäuse, Besteck und sogar Beschichtungen für Getränkekartons lassen sich auch aus nachwachsenden Rohstoffen fertigen. Auf der Hannover Messe (23. bis 27. April) zeigten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen, wie man Biokunststoffe einsetzen kann. Erste Produkte sind bereits auf dem Markt.

Kunststoffe sind bislang meist aus Erdöl gemacht. Doch diese fossile Ressource wird knapp und teuer. Eine Alternative sind Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen.

Doch wie lässt sich zum Beispiel aus Holz Kunststoff gewinnen? Eine Lösung haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen in Zusammenarbeit mit der FKuR Kunststoff GmbH entwickelt.

Als Ausgangsstoff nutzen die Forscher Cel-

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lulose. Diese wird durch einen chemischen Prozess in den Kunststoff Celluloseacetat umgewandelt. Beimischungen wie Weichmacher oder Füllstoffe machen das Material fliessfähig und erhöhen seine Wärmeformbeständigkeit. Auch diese Zusätze stammen aus nachwachsenden Rohstoffen. Nach der Compoundierung ist der Kunststoff Biograde einsatzfähig und kann zu unterschiedlichen Produkten verarbeitet werden – wie zum Beispiel zu Hüllen für Kugelschreiber,

Tastaturen oder Computer-Mäusen. «Biograde hat eine Wärmeformbeständigkeit von mehr als 110 Grad Celsius. Es lässt sich schnell entformen und auf der Spritzgiessmaschine in seine neue Gestalt giessen, zum Beispiel zu einem Bauteil mit einer Wanddicke von unter einem Millimeter», nennt Thomas Wodke von Umsicht die Vorzüge des natürlichen Kunststoffs. Zur Produktfamilie gehören noch zwei weitere «grüne» Polymere: Bio-Flex ist ein Werkstoff

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WERKSTOFFE

Bild: Fraunhofer Umsicht

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Bild 1. Besteck aus einem Biokunststoff

für Blas- oder Flachfolien. Und das steife und feste Fibrolon eignet sich für Geschirr oder Werkzeugboxen.

Der Bedarf an Kunststoffen ist riesig – allein in Europa verbraucht jeder Einzelne im Schnitt deutlich mehr als 100 Kilogramm pro Jahr. 2010 wurden weltweit etwa 265 Millionen Tonnen Kunststoffe produziert, schätzt der europäische Branchenverband PlasticsEurope. Bislang decken wir nur einen kleinen Teil des Bedarfs mit Bioplastik.

Im Jahr 2010 wurden lediglich 724 000 Tonnen «grüner» Kunststoff hergestellt.

Doch die Nachfrage nach Biopolymeren soll in den kommenden Jahren deutlich steigen. Die Experten vom Interessensverband European Bioplastics erwarten, dass 2015 weltweit etwa 1,7 Millionen Tonnen «grüner» Kunststoff produziert werden.

Natürlich beschichten Getränkekartons sind Hightech-Werkstoffe.

Obwohl ein Getränkekarton für einen Liter Inhalt nur drei Prozent des Gesamtgewichts ausmacht, sind die Anforderungen an ihn hoch. Er soll Nahrungsmittel und Aroma optimal schützen, lange Haltbarkeit garantieren und stabil sein. Verpackungen aus nur einem Material sind häufig überfordert. Deshalb werden unterschiedliche Materialien zu einem Verbund kombiniert: Der Karton sorgt für Stabilität, die Kunststofffolie macht die Verpackung dicht, und die Aluminiumfolie 5/2012

verhindert, dass Licht und Sauerstoff den Inhalt beeinträchtigen. Den grössten Anteil an der Verpackung hat der Karton selbst. Er besteht aus Papier, Pappe oder Kartonagen (PPK).

Diese werden aus Holz hergestellt, einem nachwachsenden Rohstoff.

Weitere 20 Prozent entfallen auf Kunststoff. Forscher vom Umsicht arbeiten gemeinsam mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising daran, diese ebenfalls aus nachwachsenden Rohstoffen zu fertigen. Das Substitutionspotenzial eines solchen Biokunststoffs wäre enorm: Allein in Deutschland werden etwa 44 000 Tonnen Beschichtungspolymere pro Jahr benötigt.

Bisher bestehen Polymerfolien für Verbundverpackungen aus Polyethylen. FraunhoferForscher entwickeln ein auf nachwachsenden Rohstoffen basierendes Werkstoffsystem für Getränkekartons.

Herkömmliche Biokunststoffe erreichen bislang nicht die mechanischen und lebensmitteltechnischen Eigenschaften der fossil basierten Beschichtungen. Deshalb wird in diesem Projekt versucht, die entsprechenden Eigenschaften durch das Mischen (Compoundieren, Blenden) von kommerziell erhältlichen biobasierten Kunststoffen einzustellen. Weitere Herausforderung: Die biobasierten Materialentwicklungen müssen sich auch auf vorhandenen Maschinen zur Herstellung von PPK-Verbundverpackungen verarbeiten lassen.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Dipl.-Ing. Thomas Wodke Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik IUSE Osterfelder Strasse 3 D-46047 Oberhausen Telefon +49 (0)208 8598 1263 thomas.wodke@umsicht.fraunhofer.de www.fraunhofer.de

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Bild: Eawag

Bild 1. Probenahme im Abwasserkanal des Waadtländer Universitätsspitals CHUV in Lausanne.

Bakterien im Genfersee

Antibiotikaresistenzen auf dem Vormarsch Mit dem Siedlungsabwasser, speziell mit dem Abwasser aus Spitälern, gelangen grosse Mengen an Bakterien in die Umwelt, die gegen Antibiotika resistent sind. Kläranlagen reduzieren zwar die Gesamtzahl der Keime. Gerade die gefährlichsten unter ihnen, solche mit Mehrfachresistenzen, scheinen aber die Abwasserbehandlung unbeschadet zu überstehen oder von ihr sogar gefördert zu werden. Das haben Wissenschafterinnen und Wissenschafter der Eawag im Genfersee vor Lausanne nachgewiesen.

Das gereinigte Abwasser von ganz Lausanne, rund 90 000 m3 pro Tag, wird 700 m vom Ufer entfernt in 30 m Tiefe in der Bucht von Vidy in den Genfersee geleitet.

Lausanne hat keine pharmazeutische Industrie und keine Nutztierhaltungen im grossen Stil. Doch mit dem Universitätsspital Waadt (CHUV) ist – neben den 214 000 Einwohnern der Region und mehreren kleineren Gesundheitseinrichtungen – ein grosses Krankenhaus an der Kläranlage Lausanne angeschlossen.

Da aus Studien im Spitalbereich, aber auch aus der Tiermedizin bekannt ist, dass Antibiotikaresistenzen zunehmen, hat eine Gruppe von Forschern untersucht, ob solche Resistenzen via Kläranlage auch in die Umwelt gelangen, in diesem Fall also in den Genfersee. Durchgeführt wurden die 50

Resistenztests mit klassischen Wachstumsversuchen und parallel dazu auch mit aufwendigen genetischen Analysen.

Die in der Schweiz erstmals in diesem Umfang erhobenen Daten aus dem Siedlungsabwasser, dem Seewasser und dem Seesediment zeigen einerseits erwartete Muster, zum Beispiel eine besonders hohe Zahl von hochgradig multiresistenten Keimen im Abwasser des CHUV. Andererseits kam auch Erstaunliches zu Tage: So entfernt die Kläranlage zwar insgesamt über 75 Prozent aller Bakterien. Doch ist im gereinigten Abwasser der Anteil an besonders resistenten Stämmen erhöht.

Mikrobiologe Helmut Bürgmann vermutet, dass die Kläranlage sozusagen ein Nährboden ist für den Austausch von Gensequenzen für Antibiotikaresistenz. Denn hier tref-

fen Bakterien, die sonst im menschlichen Körper leben, auf solche, die schon an die freie Umwelt angepasst sind, und mobile Gensequenzen können aufgrund der hohen Zelldichten leicht ausgetauscht werden.

«Dass Bakterien Resistenzen einbauen ist nichts Besonderes und auch nicht zum Vornherein gefährlich», sagt Bürgmann, «nicht bekannt war bisher, dass die Häufigkeit von Multiresistenzen im See, vor allem auch im Sediment, in der Nähe der Einleitung des gereinigten Abwassers erhöht ist.»

Damit werde das Risiko erhöht, so der Forscher weiter, dass Resistenzgene über kurz oder lang auch von Krankheitserregern eingebaut werden. Das kann bereits im See erfolgen oder im menschlichen Körper, wenn mobile Gensequenzen für Antibiotikaresistenz ins Trinkwasser gelangen.

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Kein Grund zur Panik Für Nadine Czekalski, welche im Rahmen ihrer Dissertation den Hauptteil der Untersuchungen gemacht hat, sind die Befunde «kein Grund zur Panik». 3 km neben der Einleitung des Kläranlagenablaufs in den See liegt eine grössere Trinkwasserfassung.

In Sedimentproben aus der Nähe dieser Fassung haben die Forscher zwar Multiresistenzen nachweisen können, jedoch nicht im dortigen Seewasser. Ausserdem wird das Seewasser aufbereitet, bevor es ins Leitungsnetz von Lausanne eingespeist wird.

Czekalski und Bürgmann sind sich jedoch einig, dass Vorsorge angebracht ist. Immerhin werden rund 15 Prozent der Schweizer Abwässer nach ihrer Reinigung direkt in Seen eingeleitet. Die Bucht von Vidy ist ein Modell für Situationen, wie sie andernorts wohl auch auftreten.

Die vom Bund für ausgewählte Kläranlagen vorgesehene zusätzliche Reinigungsstufe gegen Mikroverunreinigungen sei daher ein

Multiresistenz Als multiresistent bezeichnen die Mikrobiologen Bakterien, die nicht nur gegen ein sondern gegen zahlreiche Antibiotika unempfindlich geworden sind.

Häufig schützen diese Resistenzen die Bakterien auch vor anderen Substanzen, wie Schwermetallen oder Desinfektionsmitteln. Gelangen solche Bakterien, die entsprechende Gensequenzen in ihre DNA eingebaut haben, in die Umwelt, wird das als besonders heikel taxiert. Denn längerfristig werden dadurch Menge und Vielfalt solcher Sequenzen in der Umwelt erhöht; das Risiko wächst, dass auch Krankheitserreger sie über kurz oder lang in ihr Erbgut einbauen.

Schritt in die richtige Richtung, sagen die Forscher, da sie nicht nur Mikroverunreinigungen, sondern auch resistente Keime weitgehend unschädlich mache. Weil die

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besonders hartnäckigen Resistenzen aus Spitälern stammen, empfehlen die Wissenschafter in ihrer Studie aber auch die separate Behandlung von Spitalabwasser.

Quelle: Eawag Originalpublikation Nadine Czekalski, Tom Berthold, Serena Caucci, Andrea Egli and Helmut Bürgmann, «Increased levels of multiresistant bacteria and resistance genes after wastewater treatment and their dissemination into Lake Geneva, Switzerland», Front. Microbio. 3 [106] (2012), doi:10.3389/fmicb.2012.00106 Kontakt Dr. Helmut Bürgmann Eawag Seestrasse 79 CH-6047 Kastanienbaum Telefon +41 (0)58 765 2165 helmut.buergmann@eawag.ch www.eawag.ch

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Evolution im Ozean

Phytoplankton passt sich an Ozeanversauerung an

Bild: Kai Lohbeck, Geomar

Bild: Lennart Bach, Geomar

Die einzellige Kalkalge Emiliania huxleyi zeigte im Laborversuch grosses Potential, sich an Umweltveränderungen im Meer anzupassen. In einem aufwendigen Langzeitexperiment gelang es Forschern des Geomar/HelmholtzZentrum für Ozeanforschung Kiel, Kulturen der biogeochemisch wichtigen Kalkalge über 500 Generationen unter versauerten Bedingungen des zukünftigen Ozeans zu halten. Auf diese Weise angepasste Populationen zeigten deutlich bessere Wachstums- und Kalkbildungsraten als die Kontrollpopulationen. Damit konnte erstmals der Beweis erbracht werden, dass eine evolutionäre Anpassung an die sinkenden pH-Werte im Ozean möglich ist.

Bild 1. Emiliania huxleyi-Zellen in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme.

Kohlendioxidemissionen, wie sie bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas und Kohle entstehen, haben neben den Auswirkungen auf das globale Klima einen weiteren beunruhigenden Effekt: Ozeanversauerung – «das andere CO2-Problem». Kohlendioxid löst sich im Meerwasser und reagiert zu Kohlensäure, der pH-Wert sinkt. Aus zahlreichen Kurzzeit-Experimenten ist bekannt, dass viele kalkbildende Arten wie Korallen, Muscheln und Schnecken, aber auch mikroskopisch kleines Plankton von der Versauerung der Ozeane betroffen sind.

Ob sich Organismen längerfristig durch evolutionäre Anpassung auf die Ozeanversauerung einstellen können, war bislang jedoch nicht bekannt. Die Ergebnisse der Wissenschaftler des Geomar/Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel zeigen erstmals, dass sich die einzellige Kalkalge Emiliania huxleyi (Bild 1) zumindest im Laborexperiment an zukünftige pH-Bedingungen an52

Bild 2. Emiliania huxleyi-Zellen und einzelne Coccolithen in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme.

passen und damit die negativen Konsequenzen der Ozeanversauerung teilweise abwenden kann.

Tests an Emiliania huxleyi Für das Experiment isolierte Kai Lohbeck im norwegischen Raunefjord neue Kulturen von Emiliania huxleyi. Im Klimaschrank wurden sie CO2-Bedingungen ausgesetzt, wie sie für das nächste Jahrhundert prognostiziert werden. Über den Zeitraum von einem Jahr, in dem der sich schnell reproduzierende Einzeller etwa 500 Generationen her vorbringt, bestimmten die Biologen regelmässig Wachstums- und Kalkbildungsraten. Das Ergebnis: Im Vergleich zu den Kontroll-Kulturen, die unter heutigen CO2Verhältnissen gehältert wurden, vermehrten sich die angepassten Kulturen unter den für die Zukunft prognostizierten Bedingungen deutlich besser.

Eine weitere wichtige Beobachtung war für die Geomar-Forscher die Anpassung bei der Kalkbildung. «Die kleinen Kalkplättchen, aus denen Emiliania huxleyi ihre schützende Hülle aufbaut, waren unter erhöhten CO2-Bedingungen zunächst dünner und leichter. Das hatten wir erwartet», beschreibt Lohbeck die Entwicklung. «Wir waren aber sehr überrascht, dass die Kalkbildungsrate sich bereits nach 500 Generationen wieder dem ursprünglichen Niveau annäherte.»

Evolutionsprozesse wirken Ozeanversauerung entgegen Dabei erfolgte die evolutive Anpassung sowohl durch eine Sortierung bereits vorhandener Algengenotypen, als auch durch das Auftreten neuer vorteilhafter Mutationen.

Eine solche Anpassung wurde bisher noch nicht beobachtet, erklärt der Kieler Evolu5/2012

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tionsökologe Thorsten Reusch. «Mit dieser Untersuchung wurde erstmals nachgewiesen, dass Evolutionsprozesse unter bestimmten Voraussetzungen der fortschreitenden Ozeanversauerung entgegenwirken können. Damit konnten wir auch zeigen, dass Evolutionsprozesse so schnell ablaufen können, dass diese in Zukunft unbedingt bei biologischen Prognosen der Auswirkungen des globalen Wandels berücksichtigt werden müssen.»

Es besteht kein Anlass zur Entwarnung Anlass zur Entwarnung gibt es deshalb allerdings nicht. Das Potenzial zur evolutionären Anpassung ist bekanntermassen am grössten bei Arten mit hohen Populationsdichten und kurzen Generationszeiten. Beides trifft auf Emiliania zu – ein Grund, warum die Kieler Forscher diese Art für ihre Untersuchungen gewählt haben.

Langlebige Arten und solche mit geringer Zahl an Nachkommen pro Generation weisen in der Regel ein weit geringeres Anpassungsvermögen auf. «Die Grenzen der evolutionären Anpassung werden bei einem Blick in die Erdgeschichte deutlich», erläutert Ulf Riebesell. «Vergleichbare Veränderungen der Umweltbedingungen wie die aktuelle Ozeanversauerung haben in der Vergangenheit wiederholt zu Massenaussterben geführt, und dies obwohl die Veränderungen damals zehn bis hundert Mal langsamer abliefen als heute.»

So sind für 2013 Experimente mit den Kieler Mesokosmen im Skagerrak geplant.

Offen bleibt auch die Frage, ob die im Labor gezeigte evolutionäre Anpassung an Ozeanversauerung auch auf natürliche Bedingungen übertragbar ist, wo viele Umweltfaktoren und ökologische Wechselwirkungen auftreten. «Wie sich Emiliania in ihrem natürlichen Umfeld bei Ozeanversauerung entwickelt, wollen wir möglichst bald in Feldstudien untersuchen», ergänzt Lohbeck.

Kontakt Prof. Dr. Thorsten Reusch Leibniz-Institut für Meereswissenschaften IFM-Geomar Düsternbrooker Weg 20 D-24105 Kiel Telefon +49 (0)431 600 4550 treusch@geomar.de www.geomar.de

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Quelle: Geomar Originalpublikation Kai T. Lohbeck, Ulf Riebesell & Thorsten B. H. Reusch, «Adaptive evolution of a key phytoplankton species to ocean acidification», Nature Geoscience, Published online 08 April 2012, doi:10.1038/ngeo1441

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H2S, Sauerstoffmangel und Säure sind der Korallen Tod

Korallensterben am Great Barrier Reef

Bild: Y. Sato

Bild: M. Glas/R Dunker

Martin Glas vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen hat mit seinen australischen Kollegen eine weitere Ursachen für das zunehmende Korallensterben in den tropischen Korallenriffen gefunden. Sie untersuchten dazu Korallen vom Great Barrier Reef in Australien, die von der Krankheit Black Band Disease (BBD) befallen waren.

Bild 1. Diese Koralle im Great Barrier Reef ist stark mit der Black Band Disease befallen. Unten ist das weisse Kalkskelett sichtbar, im oberen Bereich ist das Korallengewebe noch intakt.

Die BBD-Zone ist deutlich als schwarzer Streifen zu erkennen.

Beim Black Band Disease (BBD) stirbt das

Korallengewebe nach und nach ab, das nackte Kalkgerüst bleibt zurück. Infizierte Korallen zeigen eine charakteristische Oberflächenstruktur: Das gesunde Gewebe wird von einer dunklen Front, dem sogenannten «Black Band» verdrängt (Bild 1). Jenseits davon ist das weisse Kalkskelett sichtbar (Bild 2).

Die dunkle Front ist meist ein bis zwei Zentimeter breit und wird von einer speziellen mikrobiellen Gemeinschaft gebildet, darunter fototrophe Cyanobakterien, schwefeloxidierende Bakterien und sulfatreduzierende Mikroorganismen (Bild 3). «Unsere Messungen zeigen, dass sich die BBD in den Sommermonaten mit bis zu einem Zentimeter am Tag ausbreiten kann. Bei dieser Geschwindigkeit können in wenigen Monaten ganze Korallenstöcke absterben und die Arten im Riff stark dezimiert werden», sagt Glas.

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Bild 2. Die dunkle Front der Black Band Disease bewegt sich in Richtung des gesunden Gewebes und hinterlässt das tote Korallenskelett. In der Krankheitszone herrschen sulfidische (+H 2S) und anoxische (–O2) Bedingungen, die für den Zelltod des Korallengewebes verantwortlich sind.

Untersuchungen mit Mikrosensoren Die Forscher untersuchten die Gewebeläsionen mit Mikrosensoren für Sauerstoff, Schwefelwasserstoff und pH. Die Mikrosonden haben Spitzendurchmesser im Mikrometerbereich, mit denen die Forscher hochauflösende Tiefenprofile im Korallengewebe messen konnten. Damit konnten sie grosse Unterschiede zwischen Gewebe feststellen, das mit der BBD befallen ist und solchem, das sich erst im Vorstadium der Krankheit befindet: «In krankem Korallengewebe bilden sich zwei Zonen aus: oben eine fototrophe Zone, in der die Cyanobakterien Sauerstoff produzieren, und eine untere sauerstofffreie Zone, wo Bakterien das abgestorbene Korallengewebe abbauen und dabei giftiger Schwefelwasserstoff entsteht», erklärt Glas die Messergebnisse.

«Bei leichter befallenem Gewebe ist diese

Zonierung nicht annährend so stark. Schwefelwasserstoff konnten wir meist nicht messen, und Sauerstoff dringt tief in die Bakterienmatte ein.»

Die Korallen und deren endosymbiontische Algen trifft gleich dreifacher Stress: giftiger Schwefelwasserstoff, Sauerstoffmangel und ein niedriger pH-Wert in dem Bereich, wo die Bakterienmatte an das Korallengewebe grenzt. An der vorderen Front der dunklen Zone sind die Bedingungen besonders schädlich für die Korallen. Durch die erhöhte Sulfidkonzentration im Bereich des absterbenden Gewebes und den dadurch entstehenden Sauerstoffmangel kann sich die Gewebeläsion auf umliegendes gesundes Gewebe ausweiten; eine positive Rückkopplung also, die für die schnelle Ausweitung der BBD sorgt.

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Bild: M. Glas/R Dunker

in tropischen Riffen. Die Hauptursache sind saisonal bedingte hohe Wassertemperatur.»

So ist die BBD mittlerweile in allen tropischen Riffen, besonders aber in der Karibik verbreitet.

Gibt es noch Rettung für die Riffe? «Wenn die Temperaturen im Winter sinken stagniert die BBD. Immer häufiger allerdings bricht die Krankheit im nächsten Jahr erneut aus. Das nackte Korallenskelett kann wieder von neuen Polypen überwachsen werden, das dauert allerdings Jahre», so Sato von der James Cook University.

Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie Originalpublikation Martin S. Glas, Yui Sato, Karin E. Ulstrup and David G. Bourne, «Biogeochemical conditions determine virulence of black band disease in corals», The ISME Journal, advance online publication 9 February 2012, doi:10.1038/ismej.2012.2

Bild 3. Der Schnitt durch die mikrobielle Matte über dem Korallengewebe zeigt den Lichteinfall in die Matte und die damit verbundene Sauerstoffproduktion der Cyanobakterien. Aus dem absterbenden Korallengewebe werden organischer Kohlenstoff, der von den Sulfatreduzierern genutzt wird, und Schwefelwasserstoff frei. Die Gewebeläsion der Korallen ist somit ein sich selbst verstärkender Prozess.

Pathogene Keime sind nicht verantwortlich «Wir vermuten, dass die biogeochemischen Bedingungen an der Oberfläche des Korallengewebes verantwortlich für die schnelle Ausbreitung sind. Je höher die Schwefelwasserstoffkonzentration und je weniger Sauerstoff, desto schneller breitet sich die dunkle Front aus», stellt Glas die Ursache für das Entstehen und die hohe Virulenz der BBD dar. Bisher haben die Forscher

jedenfalls noch keinen pathogenen Keim identifizieren können, der für den Gewebetod der Korallen verantwortlich sein könnte.

David Bourne vom Australian Institute of Marine Science in Townsville und sein Kollege Yui Sato führen seit mehreren Jahren Monitoringprogramme über den Zustand der Korallenriffe durch, wobei sie auch die Korallenkrankheiten im Great Barrier Reef untersuchen. Bourne sagt: «Die BBD ist eine der vermutlich häufigsten Krankheiten

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Qualität des Kennzeichnungsmaterials Gute Kennzeichnungssysteme müssen langfristig Kosten senken. Deshalb arbeitet CSF Wunderle mit Textbändern, Rohrmarkierern, Blanko-/Pfeilbändern und Gefahrstoffbändern von Stell. Sie sind schwer entflammbar, haben eine extrem hohe Klebekraft, sind weitgehend säure-, laugen- und UV-beständig, sind einsetzbar von -20°C bis 110°C und bieten eine Garantie auf 5 Jahre.

La Réunion im Indischen Ozean wird energieautark Das französische Übersee-Departement La Réunion im Indischen Ozean will bis 2025 völlig energieautark werden. Das neueste Projekt der umweltbewussten Insulaner ist eine Anlage, die aus Algen Biosprit herstellen soll.

Die Pilotanlage, ein Gemeinschaftsprojekt des lokalen Start-up-Unternehmens Bioalgostral und der Deutschen IGV GmbH aus Nuthetal, Brandenburg, (http://igv-gmbh. de) ist bereits in Betrieb gegangen.

Auch die französische Regierung hat grosses Interesse an diesem nachhaltigen Energiekonzept. Noch in diesem Jahr soll der Vertrag zur Errichtung einer industriellen Anlage zur Produktion von Biotreibstoffen aus Mikroalgen mit einem Gesamtvolumen von 82 000 Litern unterzeichnet werden.

Das System, das in einem geschlossenen Kreislauf arbeitet, ist – so zeigen es die ersten Versuche – höchst effektiv.

Man muss sich das Ganze so vorstellen: In einem geschlossenen Kreislauf werden Algen in einer Nährlösung gezüchtet und anschliessend zu Biosprit verarbeitet, so Otto Pulz, Bereichsleiter Mikroalgenforschung bei IGV im pressetext-Gespräch. «Die tropischen Temperaturen sorgen für optimale Wachstumsbedindungen bei den Algen.

Innerhalb von zwei bis drei Tagen kann die entstandene Biomasse geerntet und verarbeitet werden.»

«Zunächst wird der Biomasse die Feuchtigkeit entzogen, anschliessend werden die Algen in verschiedenen Verfahrensschritten extrahiert. Selbst der Abfall kann noch zur Biogasherstellung genutzt werden», erläu-

tert Pulz. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Flächenbedarf dieser Technologie. Dieser beträgt nur ein Dreissigstel jenes von herkömmlichen «Biotreibstoffpflanzen.»

«Zur Anwendung kommt die MUTL-Technologie, die von der IGV entwickelt wurde. Mit dieser ist es gelungen, die Wachstumsraten der Biomasse gegenüber den Glas-Fotobioreaktoren zu verdoppeln und gleichzeitig die Investitionskosten um 60 Prozent zu senken», erklärt der Experte.

Das Projekt soll in zwei Teilschritten durchgeführt werden. Bis 2014 werden auf der Insel La Réunion verschiedene IGV-Fotobioreaktoren aus Glas installiert und die ersten Teilprojekte einer Biotreibstoffherstellung direkt auf der Insel umgesetzt werden.

Der Treibstoff soll für die Fahrzeugflotte auf der Insel genutzt werden, aber auch potenziellen Biotreibstoffabnehmern zur Verfügung gestellt werden.

In der zweiten Phase ab 2014 werden die installierten Fotobioreaktoren einerseits zur Herstellung von Hochwertprodukten etwa für Kosmetika und für die Pharmazie als auch der Herstellung des notwendigen Anstellguts zum Betrieb einer grosstechnischen MUTL-Anlage genutzt. Über die Ausbaustufen von einem Hektar und dann fünf Hektar soll bis 2017 die wirtschaftliche und technische Machbarkeit des Projektes nachgewiesen werden. Massenstromnutzungskonzepte, wie zum Beispiel die Nutzung von CO2 aus Abgasen, stehen ebenfalls im Fokus der Entwicklungen auf La Réunion.

Quelle: pressetext.redaktion

Telefon: 052 6434665 www.csfwunderle.com

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Bild: www.igv-gmbh.de

Gute Schilder. Gute Beratung.

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Bild 1. Blick in eine grosstechnische Anlage zur Herstellung von Algen

5/2012

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

Insgesamt 3798 Besucher zählte easyFairs, die Veranstalterin der Verpackung Schweiz 2012, am 24. und 25. April in Zürich. 235 Unternehmen präsentierten ihre Dienstleistungen und Produkte zu den Schwerpunkten Technik und Maschinen und Consumer Packaging. Die Resonanz bei den Besuchern war positiv.

In diesem Jahr fand die Fachmesse Verpackung Schweiz in drei Hallen der Messe Zürich statt. Die Ausstellungsthemen deckten die gesamte Prozesskette der Verpackung ab – vom Werkstoff über Verpackungsmaschinen, Veredelungstechniken und Design. Die übersichtliche und bewährte Aufteilung mit Schwerpunkten im Bereich Technik & Maschinen und Consumer Packaging machten die Verpackung Schweiz zu einer gelungenen Branchen-Plattform.

Die Bilanz von Christian Rudin, Geschäftsführer der Schweizer Niederlassung von easyFairs: «Ich bin mit dem Ergebnis sehr zufrieden. An beiden Messetagen war eine konzentrierte Arbeitsatmosphäre und gute Stimmung mit hoher Besucherfrequenz zu spüren. Besucher wie Aussteller haben die

einzigartige Gelegenheit genutzt, einfach Geschäfte zu machen, bestehende Kunden zu pflegen und neue Kontakte zu knüpfen.»

Die Aussteller zeigten sich mit den Ergebnissen ihrer Messebeteiligung zufrieden und lobten auch die gute Qualität der Bild 1. An beiden Messetagen herrschte ein reges Treiben.

Geschäftskontakte. «An den beiden Messetagen sind wir als Aussteller dabei. «Die Messe hat sich in intensiven Gesprächen mit dem Fach- sehr gut entwickelt», meint Duss anerkenpublikum: Wir erfahren so auch als Aus- nend. Gut findet er das Konzept mit «einsteller viel Neues, was der Markt braucht fach gehaltenen Ständen.» an Lösungen, wir können unsere Kunden An beiden Tagen wurden in Zusammenarund Interessenten treffen und sehr unkom- beit mit IPI International Packaging Institupliziert mit kompetenten Fachbesuchern te kostenlose learnShops durchgeführt mit ins Gespräch kommen», berichtet beispiels- mehr als 20 branchenspezifischen Referaweise Freddy Duss, Key Account Manager ten rund um aktuelle Themen aus der Verbei der Multivac Export AG, die bereits seit packungswelt. dem Start der Verpackung vor sechs Jahren Quelle: easyFairs

Mehr als 30 000 Besucher an der Analytica 2012 Am 20. April ging die 23. Analytica in München zu Ende. Blickfang und Besuchermagnet waren die drei neuen Live Labs zu den Themen Forensik und Klinische Diagnostik, Kunststoffanalytik sowie Lebensmittel- und Wasseranalytik.

Norbert Bargmann, stellvertretender Vorsitzender der Geschäftsführung der Messe München, zog nach vier Tagen ein positives Fazit: «Das Highlight der Analytica waren die Live Labs, die auf eine eindrucksvolle und lebendige Art und Weise zeigten, wie Lebensmittel auf Krankheitserreger im Labor untersucht oder Kunststoffe charak terisiert werden. Das rege Besucherinteresse und das positive Feedback der Aussteller bestärken uns darin, diese Idee auszubauen.»

Mehr als 30 000 Fachbesucher aus über 110 Ländern kamen nach München. Sie hatten Investitionsabsichten, wie die Um5/2012

frage des Marktforschungsinstituts TNS Infratest zeigt: 20 Prozent beabsichtigen 25 000 bis 50 000 Euro, 16 Prozent 50 000 bis 100 000 Euro und 29 Prozent mehr als 100 000 Euro in Labor- und Analysegeräte zu investieren. «Auf keiner anderen Messe stehen neben den Forschungsaspekten die Geschäftsanbahnungen so im Mittelpunkt», sagt Bargmann. Knapp ein Drittel kam aus Unternehmen mit mehr als 1000 Beschäftigten. Die Umfrage belegt zudem die höchste Kundenzufriedenheit bei der Analytica seit 16 Jahren.

Zu den Top-Besucherländern zählten Österreich, die Schweiz, Grossbritannien, Italien und Frankreich. Einen signifikanten Anstieg gab es aus den USA (knapp 14 Prozent).

1026 Aussteller aus 37 Nationen präsentierten ihre Produkte und Geräte. Neben Deutschland zählen die USA, Grossbritan-

nien, Frankreich, die Schweiz und die Niederlande zu den ausstellerstärksten Ländern.

Mit einem Zuwachs von über 40 Prozent nahmen mehr als 1700 Besucher an der analytica Conference teil. 120 renommierte Referenten beleuchteten in 22 Symposien Trends und aktuelle Themen der analytischen Methodik und Anwendung. Highlights waren, neben den Preisverleihungen der Fachgruppe Analytische Chemie der GDCh, die Vorträge zu Röntgenbeugungsmethoden in der Arzneimittelkontrolle, zur Point-of-Care-Diagnostik, zu den Anwendungen der Trenntechniken in den Life Sciences, zur Dopinganalytik, zur Proteomforschung, zu Nanopartikeln in der Umwelt oder zur klinischen Metabolomik.

Quelle: Neuen Messe München 57

Bild: Kurt Hermann

Verpackung Schweiz mit Rekordergebnis

Bild: Dechema/ Helmut Stettin

Photobioreaktor zur Kultivierung von Mikroalgen

Ein Themenschwerpunkt der Achema 2012:

Bioökonomie im Zentrum der Messe Vom 18. bis 22. Juni wird in Frankfurt die Achema stattfinden, «das Weltforum der Prozessindustrie und richtungsweisender Technologiegipfel für Chemische Technik, Umweltschutz und Biotechnologie». Im Rahmen der Wirtschaftspressekonferenz am 16. März 2012 beleuchtete Kurt Wagemann, Geschäftsführer der Dechema, einen wichtigen Schwerpunkt der Achema: die Bioökonomie. Im Folgenden wird der veröffentlichte Text wiedergegeben.

Kurt Wagemann «In der Vorbereitung auf die kommende Achema sprechen wir von zwei Themenschwerpunkten, die unsere Branchen besonders beschäftigen. Der eine ist der Bereich der Energie in allen Ausprägungen – von der Energiegewinnung und der Speicherung für stationäre wie für mobile Anwendungen bis zur effizienten Nutzung in den Anlagen der Industrie.

Der zweite Themenschwerpunkt ist die ‹BiobasedWorld at Achema›. Hierunter fassen wir die verschiedenen Konzepte für die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zusammen – die Verarbeitung von Biomasse, die Entwicklung biobasierter Produkte, die Kombination aus stofflicher und energetischer Nutzung.

Der Einsatz biotechnologischer Methoden ist ein integraler Bestandteil dieser Konzepte und schon heute aus der pharmazeutischen, chemischen und der Lebensmittelindustrie nicht mehr wegzudenken.

Doch bei genauer Betrachtung handelt es sich gar nicht um zwei Schwerpunkte, sondern um eine Grundfrage: Wie können wir unter Nutzung erneuerbarer Ressourcen zukünftig die Versorgung mit Energie, Mobilität, Lebens- und Futtermitteln und der 58

Vielzahl der Produkte des allgemeinen Bedarfs sicherstellen?

Chemie und Biotechnologie wachsen zusammen Das Konzept der Bioökonomie möchte genau diese Grundfrage beantworten, und zwar in einer Gesamtsicht. Das macht die Idee gleichzeitig so vielversprechend und so herausfordernd. Kann die Bioökonomie tatsächlich eine nachhaltige und dauerhafte Antwort auf die Frage geben, wie sich alle genannten Bedürfnisse gleichzeitig befriedigen lassen? Im Bereich der Energieversorgung zeigt sich schon heute, dass der Beitrag der Biomasse nicht überschätzt werden sollte. Insgesamt muss die Grundlage für die Umsetzung der Bioökonomie eine sehr differenzierte und umfassende Betrachtung von Stoff- und Energieströmen, alternativen Nutzungen und Wechselwirkungen sein. Auf jeden Fall setzt sie das Zusammenspiel von Branchen und Akteuren voraus, die bisher weniger in Kontakt waren.

Das zeigt sich schon an der wirtschaftlichen Dimension: Die amtierende dänische EURatspräsidentschaft beziffert den Jahresumsatz der Bioökonomie in Europa mit 2 Billionen Euro und zählt 22 Millionen Be-

schäftigte im Bereich der Bioökonomie – das ist fast jeder zehnte Arbeitnehmer in der EU. Diese Zahlen basieren auf einer sehr umfassenden Betrachtung der Bioökonomie: Dazu gehören die Betriebe der Agrarwirtschaft und Forstwirtschaft, der Lebensmittel und Holz verarbeitenden Industrie einschliesslich der Zellstoffproduzenten oder jene, die sich mit der Produktion biobasierter Dämmstoffe, Fasern oder Kunststoffe befassen. Eine wachsende Bedeutung insbesondere für neue Wertschöpfungsketten wird sicherlich der stoffumwandelnden Industrie zukommen, die hier genau diese Funktion erfüllt: Aus der Biomasse, einem oft komplexen Stoffgemisch, chemische Grundstoffe und Rohmaterialien für die Weiterverarbeitung herzustellen.

Dafür ist die intelligente Kombination von chemischen und biotechnologischen Verfahren ausschlaggebend. Biotechnologische Verfahren sind bei der Verarbeitung von Biomasse unverzichtbar. Doch auch die Chemie muss einen Beitrag leisten.

Chemie und Biotechnologie wachsen so immer stärker zusammen, und es fällt uns heute schon schwer, von einer dezidierten ‹Biotechbranche› zu sprechen, denn Biotechnologie findet sich nicht nur in den vielen jungen Biotechnologiefirmen, son5/2012

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dern auch in den Anlagen der Grossindustrie. Die Dechema beteiligt sich intensiv daran, die verschiedenen Interessengruppen zusammenzubringen. Als Koordinator des Projekts Lignocellulose-Bioraffinerie in Leuna und durch meine Funktion als Chairman der Arbeitsgruppe ‹Roadmap Bioraffi nerien› sind wir darüber hinaus sehr aktiv an der Konzeption dieses zukünftigen Herzstücks der Bioökonomie beteiligt.

So nimmt die Bioökonomie logischerweise auf der Achema breiten Raum ein, und zwar durchgehend in fast allen Ausstellungsgruppen und in vielen Kongressteilen. Sie lässt sich nicht in eine Fläche oder einen Vortragsstrang bündeln, sondern zieht sich wie ein roter Faden durch grosse Teile des Programms. Deshalb hat die BiobasedWorld auch keine festen geographischen Grenzen auf dem Messegelände, sondern bildet eine virtuelle Plattform innerhalb der sehr realen Achema.

Einige Zahlen und Höhepunkte Alles aufzuzählen, was sich in dieser BiobasedWorld abspielt, würde den Rahmen dieser Pressekonferenz sprengen. Nur einige Zahlen und Höhepunkte des Programms möchte ich explizit erwähnen: ■ Rund 700 Aussteller sind unmittelbar dem Themenkomplex der BiobasedWorld zuzurechnen und im Bereich der Biotechnologie, der Life Sciences oder der Biomasseverarbeitung aktiv. Dazu kommen Hersteller von Komponenten, die besonders auf die Biomasseverarbeitung ausgelegt sind, Anbieter von Analytik und Mess- und Regeltechnik für Bioprozesse und die vielen Unternehmen, die in der Prozessentwicklung und Prozessintegration tätig sind.

■ Mit der Konferenz ‹European Innovation Partnership Bioeconomy› bilden wir auf europäischer Ebene die Wertschöpfungskette der Bioökonomie ab, und zwar von den forschungspolitischen Rahmenbedingungen über die Rohstoffversorgung und die Produkte bis hin zur erfolgreichen Umsetzung von Forschungsergebnissen. In unmittelbarer räumlicher Nähe bietet das Accelerator Forum des EU-Projekts Biochem kleinen und mittelständischen Unternehmen Hilfestellung beim Markteintritt mit biobasierten Produkten.

■ Gleich am ersten Kongresstag ist die Bioökonomie Thema einer Podiumsdiskusn

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sion. Anschauungsmaterial dafür, dass es sich nicht nur um Ideen, sondern um ein greifbares Geschehen handelt, wird das ‹Schaufenster Bioökonomie› bieten, das unter anderem von BMBF und der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) in der Galleria organisiert wird.

Ich habe eingangs erwähnt, dass die erfolgreiche Umsetzung der Bioökonomie voraussetzt, neue Akteure zusammenzubringen. Die genannten Beispiele zeigen, was wir auf der Achema dazu beitragen. Das bleibt nicht unbemerkt: Die Achema entwickelt auch über die Community hinaus

Strahlkraft. Das zeigt sich nicht zuletzt daran, dass unter anderem die Bundesministerien für Bildung und Forschung und für Landwirtschaft die bereits erwähnte nationale Roadmap Bioraffinerien auf der Achema vorstellen werden. Dies ist für uns und für die Community ein deutliches Signal, dass die Schlüsselstellung der stoffumwandelnden Branchen auch im politischen Raum wahrgenommen wird und die Achema als deren globales Forum Anerkennung findet.»

Quelle: Dechema

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SPECIAL ZUR ACHEMA 2012 Hochleistungs-VakuumKontakttrockner

Der neu entwickelte Vakuum Kontakttrockner der Typenreihe COMBER CONDRY® TDC in vertikaler Bauweise mit konischem Unterteil erlaubt ein effizientes Trocknen von zentrifugen- oder nutschenfeuchten pharmazeutischen Wirkstoffen oder Feinchemikalien.

Das für den Trockner neu entwickelte, langsamlaufende und voll beheizte Rührwerk ermöglicht erwiesenermassen kürzeste Trocknungszeiten bei gleichzeitig schonender Behandlung des Produktes. Dieses Rührerkonzept verhindert die Bildung von Agglomeraten, somit werden keine Zerhacker (Homogenisatoren, Messerköpfe/Mühlen, Klumpenbrecher) benötigt, welche insbesondere bei empfindlichen Produkten und infolge deren Staubentwicklung äusserst unerwünscht sind. Der konische Behälterunterteil ermöglicht die dosierbare, vollständige Entleerung des getrockneten Produkts.

In Pharmaausführung unter Einhaltung der cGMP Richtlinien bei entsprechender Validierung und damit verbundener optimaler Reinigbarkeit sowie Inspizierbarkeit. Damit werden alle für die Herstellung hochwertiger pharmazeutischer Zwischenprodukte (API’s) hohen Anforderungen an den Trockner in Bezug auf ein problemloses Produkthandling und damit der Sicherstellung völliger Kontaminationsfreiheit des Produktes wie auch des Umfeldes erfüllt.

In Chemieausführung wird in erster Linie die enorme Trockenleistung geschätzt, die um ein vielfaches höher liegt als bei Trocknern mit unbeheizten oder nur teilweise beheizHalle 5.0 ten Rührerwendeln.

Stand B8

COMBER Process Technology S.r.l.

Via Marconi 13 I-24020 Colzate (BG) Telefon +39 (0)35 737 801 Telefax +39 (0)35 737 820 info@comber.it www.comber.it

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DURAN Group auf der ACHEMA 2012

Europas führender Hersteller von Laborglas mit vielen Neuheiten und Innovationen auf der ACHEMA 2012 Die DURAN Group präsentiert auf ihrem 153 Quadratmeter grossen Stand H35 in Halle 4.1 viele Neuheiten rund um das bewährte Spezialglas.

Ein Thema sind DURAN Laborglasflaschen mit Original-Zubehör wie Verschlüsse und Anschluss-Systeme – optimal aufeinander abgestimmt für beste Ergebnisse im Labor.

Ob Temperaturbeständigkeit, chemische Resistenz, USP-Konformität oder Dichtigkeit – mit dem umfangreichen Sortiment an Verschlüssen und Anschluss-Systemen bietet die DURAN Group für jede Anwendung die richtige Lösung.

Daneben präsentiert die DURAN Group die neue Produktlinie DURAN PURE – eine Primärpackmittel-Lösung abgestimmt auf die Anforderungen der pharmazeutischen Industrie.

Gezeigt werden ausserdem Auszüge aus dem DURAN Labor-Weiterverarbeiterprogramm sowie Kapillaren, Glasrohre und -zylinder aus dem Bereich Industriespezialglas. Denn auch in diesen Anwendungen hat sich die DURAN-Qualität Made in Germany vielfach bewährt.

Mit dabei am Stand ist auch labpoints.de, das Prämiensystem für die Laborbranche, zu dessen Partnern die DURAN Group zählt.

Hier erwartet die Besucher ein Glücksrad mit tollen Halle 4.1 Gewinnchancen.

Stand H35

DURAN Group GmbH Hattenbergstrasse 10 D-55122 Mainz Telefon +49 (0)61 31 1445-4131 Telefax +49 (0)61 31 1445-4016 info.duran@duran-group.com www.duran-group.com

Probenaufbereitung und Partikelmessung!

FRITSCH, einer der international führenden Hersteller für anwendungsorientierte Laborgeräte zur Probenaufbereitung und Partikelmessung, ist wieder einen Schritt voraus.

Auf der ACHEMA 2012 können Sie die neuen Modelle der FRITSCH premium line sowie weitere interessante Neuheiten in Funktion erleben!

Die premium-Offensive Mit gleich 4 neuen High-Tech-Labormühlen für verschiedenste Einsatzbereiche erweitern wir ab sofort die FRITSCH premium line: funktional durchdacht bis ins kleinste Detail, mit interessanten neuen Features, modernster Technik, höchster Leistung und maximaler Sicherheit. Sie dürfen gespannt sein!

FRITSCH Partikelmessung Entdecken Sie die neue Dimension der FRITSCH Partikelmessung. Die Analyse der Partikelform und -grösse mit dynamischer Bildanalyse mit der NEUEN ANALYSETTE 28 ist effektiv, bedienerfreundlich und garantiert exakte Ergebnisse. Mit der ANALYSETTE 28 ImageSizer messen Sie die Partikelform und -grösse von Pulvern und Schüttgütern in einem Messbereich von 20 µm – 20 mm. Die ANALYSETTE 28 ImageTec ist bestens geeignet zur Messung der Partikelform und -grösse in Suspensionen und Emulsionen im Messbereich von 1 µm – 2 mm. Das sollten Sie sich ansehen!

Weltweit setzen Labors auf unsere Qualität und Erfahrung – für die schnelle industrielle Anwendung genauso wie für besonders genaue forschungstechnische Applikationen im Industrie- und Forschungslabor.

Kommen Sie vorbei! Sie werden überrascht sein! Unsere Experten stehen Ihnen Rede und Antwort und beraten Sie Halle 4.1 gerne in allen Fragen.

Stand J49

TRACOMME AG Webereistrasse 47, CH-8134 Adliswil Tel. 044 709 07 07, Fax 044 709 07 70 tracomme@tracomme.ch

FRITSCH GmbH Mahlen und Messen Industriestr. 8, D-55743 Idar-Oberstein Tel. 067 84 70 146, Fax 067 84 70 11 koehler@fritsch.de, www.fritsch.de

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SPECIAL ZUR ACHEMA 2012 Oberflächenspannung mobil messen

Prozessdosierpumpe Zentriplex Focus on Solutions: Hohe Leistung und hoher Wirkungsgrad bei minimaler Aufstellfläche und geringem Gewicht

Mit dem Handgerät BP50 kann die Konzentration von Reinigungsmitteln überprüft oder der richtige Zeitpunkt zum Dosieren von Tensiden im Galvanikbad bestimmt werden: einfach, mobil und netzunabhängig. Wirkstoffmengen, wie sie für Reinigungsbäder typisch sind, können mit der konzentrationssensiblen Blasendruckmethode des BP50 problemlos unterschieden werden.

Bei schnellen Prozessen wie Drucken, Sprühen oder Beschichten entscheidet die Oberflächenspannung, die sich kurze Zeit nach der Entstehung der Oberfläche einstellt. Das Gerät erfasst sie bei Oberflächenaltern zwischen 15 und 16 000 ms.

Kompressor, Druck- und Temperatursensor sowie die sofort verwendbare Einwegkapillare sind im Handgerät untergebracht. Das Gerät arbeitet weitgehend unabhängig von der Eintauchtiefe der Kapillare und wird mit Wasser bei verschiedenen Temperaturen oder auch anderen Lösungsmitteln kalibriert.

Messprogramme erfassen die zeitabhängige Oberflächenspannung oder den Messwertverlauf bei konstantem Oberflächenalter – oder sie bewerten einen Messwert für den schnellen Qualitätstest als gültig oder ungültig. Die Datenbank ist komfortabel und flexibel, übersichtliche Reporte sind schnell erstellt.

Halle 4.1 Stand F77

Auf der ACHEMA 2012 feiert ProMinent eine Weltpremiere: Der Heidelberger Hersteller stellt in Halle 8 auf Stand J94 seine neu entwickelte Prozessdosierpumpe Zentriplex vor. Das Revolutionäre dieser Pumpe ist ihr vollkommen neuer Aufbau. Die wesentlichen Vorteile und Nutzen sind: sehr kompakte Baugrösse, geringes Prozessdosierpumpe Gewicht und Energie- Zentriplex mit sterneffizienz – eine Pro- förmig angeordnezesspumpe für hohe ten Pumpenköpfen Leistungen und hohen Wirkungsgrad bei geringstem Grundflächenbedarf.

Der weltweit agierende Pumpenhersteller beschreitet neue Wege und baute den Antrieb vollkommen neu auf. Membrandosierköpfe und Hydraulikeinheiten sind sternförmig um ein Triebwerk angeordnet, Belastungen werden minimiert. Mit wesentlich geringerem Materialaufwand und Antriebsleistungen lassen sich hohe Drücke und Dosierleistungen realisieren.

Mehrschicht-Sicherheitsmembranen sorgen für ein sicheres, leckagefreies Dosieren.

Durch ihren modularen Aufbau – Getriebemotor, Hydraulik/Triebwerk und Fördereinheit – ist die Zentriplex sehr flexibel einsetzbar. Fördereinheit und Triebwerkseinheit sind platzsparend übereinander montiert.

Aufgrund ihrer minimalen Aufstellfläche kann sie problemlos in beengten Applikationen oder als direkter Ersatz für bestehende Pumpen installiert werden.

Als Prozessdosierpumpe findet die Zentriplex ihren Einsatz in der Chemie, Petrochemie, Raffinerie oder als Spezialdosierpumpe in Halle 8 der Verfahrensindustrie.

Stand J94

KRÜSS GmbH Wissenschaftliche Laborgeräte Borsteler Chaussee 85–99a D-22453 Hamburg Telefon +49 (0)40 51 44 01-0 Telefax +49 (0)40 51 44 01-98 info@kruss.de www.kruss.de

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Niederlassung in der Schweiz: ProMinent Dosiertechnik AG Trockenloostrasse 85 CH-8105 Regensdorf www.prominent.ch

Carl Roth – Ihr Partner für Laborbedarf, Life Science und Chemikalien

Carl Roth ist für ausgezeichnete Produktqualität, ein umfangreiches Sortiment und den besonderen Kundenservice bekannt: mit kompetenter fachlicher Beratung, fairen Preisen und kurzen Lieferzeiten.

Auch in diesem Jahr präsentieren wir auf der ACHEMA unsere in der Praxis bewährten Produktlösungen für den Laborbedarf, über 3600 Chemikalien sowie anwendungsspezifische Systeme, Reagenzien und Fertiglösungen für die modernen Lebenswissenschaften, darunter viele Neuheiten.

ROTI®METIC High Purity Mit der neuen Produktlinie ROTI®METIC bieten wir ultrahochreine Metalle und Metallverbindungen zu einem exzellenten Preis-Leistungs-Verhältnis an. Die ROTI® METIC-Substanzen sind hervorragend geeignet für die Anwendung in Hochtechnologie-Verfahren wie Nanotechnik, Lasertechnik und Glasfasertechnik sowie in der Kristallzüchtung und weiteren Bereichen.

ROTH-Antikörper Unsere neue Produktreihe «Primäre & Sekundäre Antikörper» vervollständigt unser Sortiment für Proteinbiochemie (Seren, Antikörper für die Isolation und Markierung getaggter Proteine) sowie für Immunchemie (konjugierte sekundäre Antikörper für Western-Blot, ELISA, Immunhistochemie und FACS).

Halle 4.1 Stand F13 Carl Roth GmbH + Co. KG Schoemperlenstrasse 3–5 76185 Karlsruhe Telefon +49 (0)721 56 06-0 Telefax +49 (0)721 56 06-149 info@carlroth.de www.carlroth.com

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PRODUKTE

Bestätigung der Wirksamkeit funktioneller Lebensmittel

Funktionelle Lebensmittel sind Teil des Produktkontinuums, das Individuen zur Verbesserung ihrer Gesundheit konsumieren und/oder welche zur Reduzierung der Krankheitslast beitragen. Zur Kategorie der funktionellen Lebensmittel gehören fermentierte Lebensmittel mit Lebendkulturen (probiotischer Nutzen), natürliche Süssstoffe und Lebensmittel, welche mit gesundheitsfördernden Zusatzstoffen angereichert sind, wie zum Beispiel Tee mit beigefügtem Ingwer (Reduzierung von Übelkeit).

Rob Darrington, Business Development Director bei Genevac erklärt: «Nutrazeutika und funktionelle Lebensmittel werden intensiven Nachforschungen hinsichtlich ihrer Rolle beim Erhalt der Gesundheit und Verhütung von Krankheiten unterzogen. Die zugrundeliegende Wissenschaft erfährt ein immenses Wachstum, und das nicht nur aufgrund der wachsenden Anzahl neuer Substanzen oder neuartiger Lebensmittel, sondern auch weil Regulierungsbehörden immer mehr Beweise für deren Wirksamkeit, Wirkungsweise und Sicherheit fordern».

Bei Lebensmitteln und Getränken ist eine sorgfältige Probenvorberei-

tung für die Erzeugung akkurater analytischer Ergebnisse unerlässlich, insbesondere, wenn der betreffende Analyt flüchtig ist. Die rechtlich geschützte Verdichtungstechnologie bei Genevac-Verdampfersystemen wurde mit führenden analytischen Labors auf der ganzen Welt entwickelt. Diese, gemeinsam mit rechtlich geschützten Technologien wie Dri-Pure und SampleGenie, gewährleisten, dass Lebensmittel- und Getränkeproben sicher, schnell und mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit verdichtet werden.

Verdampfer von Genevac werden zunehmend von Forschern benutzt, welche funktionelle Moleküle aus natürlichen Quellen zu gewinnen suchen. Üblicherweise nehmen Forscher eine Gewebe- (oder Mikroorganismusbrühe-) Probe und führen dann eine Primär-Lösungsmittelextraktion durch, was in einer grossen Menge an Rohextrakten resultiert. Die Rohextrakte müssen dann konzentriert werden, wofür sich der Rocket-Verdampfer eignet, bevor sie zur Isolierung der Komponenten fraktioniert werden. Die Proben müssen dann vor der Lagerung oder der Analyse eingeengt werden, wofür eine Lyophilisierung auf einem Genevac EZ-2 Elite oder einem Verdampfer der HT-Serie notwendig sein kann.

Rob Darrington, Genevac Ltd Marketing & Business Development Manager Ipswich, UK Phone +44 (0)1473 240000 Rob.Darrington@Genevac.com

Agilent Cary 630 – das kleinste FTIR Spektrometer der Welt.

Tragbar, robust, flexibel einsetzbar Transmissionsmessung ohne Küvette Einfachste Bedienung Zubehör (ATR / DRIFT usw.)

Gewerbestr.18, CH-4105 Biel-Benken Tel. 061 726 65 55, Fax 061 726 65 50 www.portmann-instruments.ch

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Fluoreszenzspektrometer für Life Science und Materialwissenschaft Das FP-8500 von Jasco wurde von Grund auf neu entwickelt und zeigt hervorragende Auflösung und höchs te Scangeschwindigkeit. Das Gerät wird über eine USB-Schnittstelle mit einem PC verbunden. Die neue Spectra-Manager II-Software läuft auf XP und Windows 7 (auf Wunsch CFR 21 part 11). Für kleine Probenvolumina (zum Beispiel Proteine und DNA) ist neuartiges Zubehör verfügbar. Es können wenige Mikroliter direkt zupipettiert und gemessen werden. Für die Materialwissenschaft ist eine Ulbrichtkugel zum Messen von festen Stoffen erhältlich.

Die Zubehöre können mit wenigen Handgriffen ausgetauscht werden.

Die Software passt sich dann automatisch der jeweiligen Anwendung an. 3-D-Messungen zur Bestimmung der Anregungsfrequenz ist in

der Software inbegriffen. Alle Spektrometer von Jasco werden von der Firma Brechbühler gewartet und auf Wunsch auch qualifiziert. Auf Anfrage sind Vorführungen möglich.

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 jasco@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

Einfache und schnelle Texturanalyse Die Firma Brookfield Engineering Inc. ist Leader in Viskositätsmessungen und jetzt auch spezialisiert in Texturanalyse. Rheologische Abklärungen können so flexibel und den Bedürfnissen des Kunden entsprechend ausgeführt werden.

Das Modell LFRA ist ein robustes Instrument für die Routineanalyse.

Das Nachfolgegerät des bekannten Stevens Texture Analyzer zeichnet sich durch seinen erweiterten Messbereich und durch die kompakte, platzsparende Bauweise sowie seine einfache Handhabung aus. Das Gerät bietet eine schnelle Analyse verschiedenster Textureigenschaften wie Festigkeit, Härte, Klebrigkeit, Zähigkeit, Elastizität, Streichfähigkeit.

Mit den Messdaten kann die Produktherstellung bis zur Lagerung des Endprodukts überwacht und optimiert werden. Die vielfältige Auswertungssoftware TextuePro Lite basiert auf der Excel-Plattform und ermöglicht den LFRA anzusteuern, die Messdaten zu analysieren, graphisch darzustellen und Rapporte zu generieren.

Mit verschiedensten Messkörpern können Proben geschnitten (Eindringtiefe bestimmen), gebrochen, gelocht (Härte), extrudiert oder mit einem Kegel penetriert (Streichfä-

higkeit) werden. Für einige Materialien existieren festgelegten Messmethoden nach ISO, ASTM, DIN, welche Bezug nehmen auf spezifi sche Messkörpergeometrien und Probenaufbereitung, Eine der bekanntesten Methoden ist der sogenannte Bloom-Test, welcher zum Testen von Gelen verwendet wird.

Hunter & Caprez AG Schwäntenmos 15 CH-8126 Zumikon Telefon +41 (0)44 918 08 08 huntercaprez@bluewin.ch www.huntercaprez.com

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PRODUKTE

Niederdruckregler für den Millibarbereich Zimmerli-Niederdruckregler für den Millibarbereich dosieren Schutzund Inertgase zur Isolierung von Prozessen vor Luftsauerstoff. Sie verhindern, dass Prozessgase in unerwünschten Mengen in die Atmosphäre gelangen und leisten somit einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz. Sie werden überwiegend in der chemischen, petrochemischen, pharmazeutischen und kosmetischen sowie in der Lebensmittelindustrie zur Inertisierung und Überlagerung von Prozessflüssigkeiten mit Schutzgasen zwischen – 1000 bis + 2500 mbar eingesetzt. Dazu stehen entweder Kombigeräte oder getrennte Geräte zur Druckreduzierung und Druckhaltung zur Verfügung.

Die Niederdruckregler sind ursächlich membran- und federgesteuerte Differenzdruckregler, die den Überlagerungsdruck (Differenzdruck) auf Basis des atmosphäri-

schen Drucks konstant halten.

Durch das abgestimmte Regelverhalten zwischen Reduzierer und Überströmer lässt sich damit der Gasverbrauch um bis zu 90 Prozent senken.

Moderne Tanks, Zentrifugen, Prozess- oder Lagerbehälter werden mit zwei Reglern bestückt. Dabei dient ein Gerät als Druckreduzierer (Inertgaseinspeisung) und das zweiten Gerät als Überströmer (Druckhaltegerät). Die Auslegung der beiden Geräte wird immer so gewählt, dass die maximale mögliche Befüllungs- und Entleerungsgeschwindigkeit der Prozessflüssigkeit sicher beherrscht werden und dabei der gewünschte Inertgasüberdruck stets konstant gehalten werden kann.

Es stehen Reglerkombinationen für Überdruck-, Domdruck- Negativdruck- und dynamische Drucküberlagerung zur Verfügung. Neben der

Inertisierung lassen sich mit der dynamischen Drucküberlagerung insbesondere auch hochreine Flüssigkeiten berührungslos und spaltenfrei pumpen. Die dynamische Druckregelung zwischen – 1000 und + 2500 mbar erfolgt entweder über Pilotregler oder computergesteuert und für den Ex-Bereich in Eigensicherheit.

Je nach Anforderung stehen die Niederdruckregler aus Edelstahl 1.4571, Hastelloy C oder Kunststoff zur Verfügung. Somit ergeben sich fast unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten in Bezug auf Langzeitstabilität und chemische Beständigkeit. Anwendungen sind an Lagertanks, Reaktoren, Prozessbehältern, Zentrifugen und Nutschen. Die Regler für Stickstoff sind auch für andere Gase wie Erdgas, Methan, Biogas und Wasserstoff einsetzbar.

Alle Regler aus Metall sind alternativ mit ATEX-Zulassung verfügbar.

Zimmerli Messtechnik AG Schlossgasse 10 CH-4125 Riehen 1 Telefon +41 (0)61 645 98 00 info@zimmerli-inert.com www.zimmerli-inert.com Achema 2012: Halle 9.0, Stand C65

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PRODUKTE

Stand-Alone-FT-IR Mikroskop Das neue Lumos FT-IR Mikroskop ist ein kompaktes und voll automatisiertes Stand-Alone-FT-IR Mikroskop zu einem günstigen Preis. Die einfach zu handhabende Software führt den Benutzer Schritt für Schritt zum Resultat der Mikroskopanalyse und ist somit auch für Nicht-Spektroskopiker geeignet.

Die Kombination von visueller und chemischer (IR-Spektrum) Information in höchster Qualität auch bei hoher räumlichen Auflösung, eröffnet ein breites Spektrum an möglichen Anwendungen in der mikroskopischen Analytik. Die Identifizierung von kleinen Partikel oder Verunreinigungen ermöglicht die Ursachenbestimmung von fehlerhaften Produkten. In der Forensik können anhand von Fasern oder Lacksplitter, Beweise ermittelt werden. Durch Rastermessungen können inhomogene Strukturen wie

mehrschichtige Polymere, Gemälde oder biologisches Gewebe visualisiert werden.

Der hohe Grad an Automatisierung und die einfache Software machen das Lumos zum perfekten Werkzeug für die tägliche IR-mikroskopische Routineanalytik. Dank der ausgezeichneten Leistungsfähigkeit kann es aber auch für anspruchsvolle Forschungsanwendungen eingesetzt werden.

Anwendungsbeispiel: Lipidverteilung in einer Pflanzenzelle IR-Mikroskopie ist eine etablierte Technik zur Bildgebung von chemischen Informationen einer Probe mit komplexen chemischen Strukturen. Ein kleines Stück Zwiebelgewebe wurde in Transmission abgerastert und die Lipidverteilung im Gewebe dargestellt. Das chemische Bild besteht aus 58×47 Mess-

C4-HPLC-Säulen für die Proteinanalytik

Tosoh Bioscience stellt eine neue TSKgel-Säule für die Proteinanalytik vor. TSKgel Protein C4-300-Säulen sind gefüllt mit hochreinen, widepore-3-µm-Silikapartikeln, welche mit Butylgruppen funktionalisiert wurden. Sie bieten eine hohe Peakkapazität und eine ausgezeichnete Auflösung für die Biochromatografie und sind sowohl für HPLC-als auch für LC/MS-Applikationen geeignet.

Peakform, Säurestabilität und Wiederfindungsraten sind aufgrund des wirksamen Endcappings und der relativ geringen Hydrophobizität der

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stationären Phase ausgezeichnet.

Die Porengrösse von 300 Å ist ideal für die Trennung von Peptiden und intakten Proteinen, seien es rekombinante Proteine, Antikörper oder PEGylierte Proteine. Für schnelle Proteintrennungen ist die neue C4Phase auch in 5 cm Säulenlänge erhältlich.

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

punkten (IR-Spektren), wobei die Messzeit pro Messpunkt 1,5 Sekunden betrug.

Die räumliche Auflösung war 15 × 15 µm, die spektrale Auflösung 8 cm –1.

Im Bild ist die Überlagerung der chemischen (Lipid) Verteilung mit dem visuellen Bild des pflanzlichen Gewebes gezeigt. Beide Bilder passen perfekt übereinander, und die einzelnen Pflanzenzellen sind deutlich erkennbar. Die Farbdarstellung zeigt die Intensität der IR-Bande bei 1740 cm –1, welche typisch für die Lipidkonzentration ist. Wie erwartet, ist die höchste Lipidkonzentration in den Zellwänden zu finden, wo sich die Lipidmembranen befinden.

Bruker Optics GmbH Industriestrasse 26 CH-8117 Fällanden Telefon +41 (0)44 825 98 18 optics@bruker.ch www.bruker.com/ch.html

Achema 2012: Halle 4.2 Stand L35

Dichtungsmaterial für extrem hohe Temperaturen Mit Therma-PUR von Garlock führt Kubo Tech AG einen neuartigen Dichtungswerkstoff ein, der in Anwendungen mit bis zu 1000 °C zum Einsatz kommen kann. Mit den bisherigen Dichtungswerkstoffen (insbesondere mit Grafitdichtungen) konnte man Temperaturbereiche bis maximal 450 °C abdecken.

Therma-PUR erschliesst somit ganz neue Anwendungsbereiche wie zum Beispiel Abgasanlagen, Biomassen-Vergasungsprozesse, Abfallverbrennungsanlagen oder KraftWärme-Kopplungssysteme.

Der neue Werkstoff ist als Flachdichtung in den Dicken 1,6 und 3,2 mm, als Wellringdichtung in der Dicke 1,6 mm sowie als Kammprofildichtung in der Dicke 3,2 mm verfügbar.

Therma-PUR bietet folgende Vorteile: • stabil bis 1000°C • oxidationsbeständig – wenig Gewichtsverlust • hydrophob und elektrisch isolierend – wasserfest und flanschisolierend • chemisch kompatibel – Stickstoff, Heissdampf oder kombinierte Anwendungen

• sicher zu handeln – der patentierte Faserkern hat keine scharfen Ecken • einfach entfernbar – klebt nicht an Flanschen = reduzierte Instandhaltung • umweltfreundlich – keine Lösungsmittel bei der Herstellung.

Zudem hat Therma-PUR eine geringe Kriechneigung und eine hohe Rückfederung.

Kubo Tech AG Im Langhag 5 CH-8307 Effretikon Telefon +41 (0)52 354 18 45 verkauf2@kubo.ch www.kubo.ch

5/2012

PRODUKTE

Rollende und haftende Tropfen Regenwasser auf der Windschutzscheibe, Selbstreinigung von Aussenwänden durch abrollende Tropfen, Haftung von Pestizidtropfen auf Blattflächen, Flüssigkeitskontakt mit superhydrophoben Oberflächen oder Bodenbelägen: Für viele Vorgänge ist die Frage von Bedeutung, ob ein Tropfen auf einer Oberfläche haftet oder ob er abrollt.

Mithilfe des Neigetischs PA4240/ PA3240 von Krüss für die Kontaktwinkelmesssysteme DSA30 und DSA100 kann diese Frage geklärt werden. Die Anordnung ermöglicht die Messung des Abrollwinkels für einen Tropfen auf einer Oberfläche sowie des dynamischen Kontaktwinkels (Fortschreit- und Rückzugswinkel) eines gleitenden Tropfens.

Letztere geben Aufschluss über

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Homogenität und Rauigkeit der festen Oberfläche.

Mit einer Präzision der Winkelansteuerung von 0,1 ° und einem gros sen Dynamikbereich der Tischbewegung werden Abrollwinkel und dynamischer Kontaktwinkel präzise und reproduzierbar bestimmt. Mit der Software werden Ausgangs- und Endpunkt der Neigebewegung festgelegt und mit der Messung koordiniert. Der Tropfen kann auf die ebene oder auf die geneigte Probe dosiert werden.

Die Probe kann bis in die senkrechte Position geneigt werden. Dank schneller Montage ist ein Wechsel zwischen der Neigemessung und der Standardmessanordnung im Handumdrehen vollzogen.

Der Neigetisch kann für Probengrössen bis 75×100×45 mm (L×B×H) verwendet werden. Für grössere Proben oder für die Kombination mit horizontalen Achsen, Wafertischen und weiterem Zubehör kommt der Neigerahmen PA3220 zusammen mit dem Messsystem DSA100 zum Einsatz.

Krüss GmbH Wissenschaftliche Laborgeräte Borsteler Chaussee 85–99a D-22453 Hamburg Telefon +49 (0)40 51 44 01 0 info@kruss.de www.kruss.de

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5/2012

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PRODUKTE

Der neue Wasserkatalog ist da Die Labtec Services AG ist Spezialist für Reinstwasser. Dank langjähriger Erfahrung, Geräten von Elga und massgeschneidertem Rundumservice bieten Labtec eine optimale Beratung und Betreuung von A bis Z. Zu finden sind Geräte für die Produktion von Reinstwasser vom Typ I bis Typ III, Einheiten für die zentrale Wasseraufbereitung, Ionenaustauscher – Wassergeräte für den Einsatz in Arztpraxen über Kliniken bis zu grossen Forschungslabors. Die Kunden profitieren ausserdem vom Regenerationsservice

für Ionenaustauscher sowie dem Wartungsservice. Der hauseigene Servicestützpunkt in Wohlen AG garantiert rasche und effiziente Lösungen für alle Belange.

Der 56 Seiten umfassende Reinstwasserkatalog enthält umfassende Informationen zu den Elga-Reinstwassergeräten. Übersichtlich und kompakt wird in kurzer Zeit ein umfassender Überblick über die Möglichkeiten der Reinstwasseraufbereitung gegeben; Kunden finden so das für sie passende Gerät. Neu ins Sortiment sind auch Entsalzungs-

anlagen aufgenommen worden.

Unter folgendem Link kann kostenfrei und unverbindlich ein Exemplar des Pure Water-Katalogs angefordert werden: www.labwater.ch/ katalog-bestellen. Online kann im Katalog unter www.labwater.ch/ katalog geblättert werden Labtec Services AG Gewerbering 23 CH-5610 Wohlen Telefon +41 (0)56 619 89 19 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch

«Online sein» steigert Produktivität Während der Herstellung von vielen Produkten ist die Farbe ein wichtiger Parameter für deren Aussehen und Qualität. Wird während der Produktion eine konstante und reproduzierbare Farbqualität erreicht, bewirkt dies eine Ausschussreduktion, weniger Reklamationen und geringere Zurücknahmen.

Das Farbmanagementsystem von HunterLab ist Teil eines Prozesses.

Das hochwertige Spektralfotometer misst kontinuierlich das Produkt auf

der Produktionslinie und ermittelt alle farbrelevanten Daten über die gesamte Breite des Produkts. Mittels dieser Daten kann eine Relation zwischen Farbe und anderen Prozessparametern wie Temperatur, Geschwindigkeit und Farbstoffen gefunden werden. Andere Einflüsse wie Rohstoffe, Rezeptur und zeitliche Variationen können in Relation zur Produktfarbe quantifiziert werden. Der Fingerabdruck jeder Produktion kann somit dauerhaft gespeichert werden.

Durch die Installation eines SpectraTrend HT werden Farbdifferenzen frühzeitig erkannt, die zu Qualitätsunterschieden und letztendlich zu Kosten führen. Der Anwender bekommt schnelle Information über den Prozess, und die Qualitätssicherung wird erhöht.

Effekte einer Prozessunterbrechung können minimalisiert werden, wenn das Farbverhalten online analysiert und somit gesteuert werden kann.

Online-Geräte und die EasyMatch OL Software sind für den 24/7-Einsatz in der Produktion entwickelt worden. Die gesamte Konzeption wird den enormen Anforderungen einer Produktionsumgebung gerecht.

Hunter & Caprez AG Schwäntenmos 15 CH-8126 Zumikon Telefon +44 (0)918 08 08 mail@huntercaprez.com www.huntercaprez.com

Verpackungssystem für pulverförmige Produkte in PE-Säcken

Der Verpackungsspezialist Haver Adams hat sein optimiertes Verpackungssystem für pulverförmige Produkte in PE-Säcken, das nach

dem Form-Fill-Seal-Prinzip arbeitet, seit der Markteinführung vor sechs Jahren so verbessert, dass es auch höchste Kundenansprüche an Leistung und Produktvielfalt erfüllen kann. Waren es anfänglich 1200 Säcke pro Stunde, die umweltschonend mit pulverförmigen Produkten, vornehmlich Zement, befüllt wurden, können nun auch Produkte mit schwierigem Fliessverhalten – auch Pulverprodukte mit groben Anteilen und Mikrogranulate – mit einer Leistung von mehr als 2000 Säcken pro Stunde in einen kompakt verdichteten, bewitterungstauglichen Sack gebracht werden.

Die Vorteile der Verpackung in Form eines belastbaren Gebindes, einer verlängerten Lagerfähigkeit bei Wind und Wetter, einer garantierten Sauberkeit auf der gesamten Verkaufsstrecke sowie eines verbesserten Kosten-Nutzen-Verhältnisses werden bislang vor allem von den Kunden der Zement- und Baustoffindustrie und deren Endkunden geschätzt. Sie gelten aber gleichermassen für die chemische Industrie.

Als ambitionierter Anbieter von Komplettlösungen kann das Verpackungssystem auch Kern einer Turnkey-Anlage sein, die von der

Haver-Gruppe aus einer Hand von der Planung, dem Engineering, über die Lagerung und Verpackung bis hin zur Palettierung geliefert werden kann.

Haver & Boecker Carl-Haver-Platz 3 D-59302 Oelde Telefon +49 (0)25 22 30 0 haver@haverboecker.com www.haverboecker.com Achema 2012: Halle 3.0, Stand F38

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C-Cit AG Sägeweg 7 · 2557 CH-Studen Telefon +41 32 374 76 76 · Telefax +41 32 374 76 78 info@ch.pepperl-fuchs.com · www.pepperl-fuchs.ch

Einsiedlerstr. 29 · 8020 Wädenswil Telefon +41 43 477 85 55 Telefax +41 43 477 85 57 info@c-cit.ch · www.c-cit.ch

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69

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

Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. 061 717 93 33 Fax 061 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

5/2012

LIEFERANTENVERZEICHNIS

LUFTTECHNISCHE ARBEITSPLÄTZE

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M AT E R I A L P R Ü F M A S C H I N E N

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 www.brechbuehler.ch sales@brechbuehler.ch

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Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 www.brechbuehler.ch sales@brechbuehler.ch

OSMOMETER Hegauer Weg 38 D-14163 Berlin Tel. +49 30 809 72 70 CH: fl owspek AG CH-4057 Basel Tel. +41 61 695 96 96 www.knauer.net

P R O Z E S S A U T O M AT I O N

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MS

5/2012

PA RT I K E L Z Ä H L G E R Ä T E

PRÜFMITTEL FÜR DIE WERKSTOFFPRÜFUNG

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71

LIEFERANTENVERZEICHNIS

PUMPEN

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REINSTWASSER Pumpen Rührwerke 4153 Reinach BL Tel. +41 61 711 66 36 alowag@alowag.ch www.alowag.ch

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Pumpen | Systeme | Service | Diagnostik

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

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

Hagmattstrasse 19 Tel. +41 (0)61 487 92 92 4123 Allschwil Fax +41 (0)61 487 92 99 blt@maxmuellerag.com www.maxmuellerag.com

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ROHSTOFFE

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Tel. +41 44 465 81 11 Fax +41 44 462 07 54 www.bayer.ch

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

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

SELBSTKLEBE-ETIKETTEN Sterling Fluid Systems (Schweiz) AG Schweizersbildstrasse 25 CH-8207 Schaffhausen Telefon 052 644 06 06 Telefax 052 644 06 16 info@sterling.ch - www.sterling.ch

Grubenstrasse 4 8902 Urdorf

RÜHRWERKE

4153 Reinach BL Tel. +41 61 711 66 36 alowag@alowag.ch www.alowag.ch

Kern-Etiketten AG

info@kernetiketten.ch www.kernetiketten.ch

SFC/SFE

TECHEMA AG info@techema.ch www.techema.ch

Tel. +41 43 455 60 30 Fax +41 43 455 60 33

Pumpen Rührwerke

CH-4105 Biel-Benken Telefon +41 61 381 45 09

S Ä U L E N U N D M AT E R I A L I E N QUALIFIZIERUNG/ VALIDIERUNG

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

Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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

S C H A U G L A S A R M AT U R E N REINRAUMTECHNIK

Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

Spirax Sarco AG

MAX MÜLLER AG

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

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

REINSTWASSER

Labtec Services AG

72

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SICHERHEITSVENTILE

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Brechbühler AG

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Regelgeräte & Armaturen

Hagmattstrasse 19 Tel. +41 (0)61 487 92 92 4123 Allschwil Fax +41 (0)61 487 92 99 blt@maxmuellerag.com www.maxmuellerag.com

Gustav-Maurerstrasse 9 8702 Zollikon Tel. +41 44 396 80 00 www.SpiraxSarco.ch

SCHAUGLASLEUCHTEN

SICHERHEITSWERKBÄNKE

MAX MÜLLER AG

SKAN AG

Hagmattstrasse 19 Tel. +41 (0)61 487 92 92 4123 Allschwil Fax +41 (0)61 487 92 99 blt@maxmuellerag.com www.maxmuellerag.com

Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

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SPEKTROPHOTOMETER

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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THERMOTECHNIK / SICHERHEITSSCHRÄNKE

DENIOS AG Umweltschutz und Sicherheit Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen info@denios.ch

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Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Tel. 061 717 93 33 Fax 061 717 93 30

TIEFKÜHLSCHRÄNKE/-TRUHEN

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Sterling Fluid Systems (Schweiz) AG

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