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Oktober 2012
FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS
DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE
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Pharmaceutical & Life Sciences | Food | Environmental | Clinical | Chemical Materials ©2012 Waters Corporation. Waters, UltraPerformance Convergence Chromatography, ACQUITY UPC2 and The Science of What’s Possible are trademarks of Waters Corporation.
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EDITORIAL
Wechsel in der Redaktion Mit der vorliegenden Ausgabe von «Chemie-
Sonderangebote und Neuheiten regelmäßig ...
Xtra» gilt es für mich, Abschied zu nehmen. Dies geschieht mit einem lachenden und einem weinenden Auge. Einerseits war es sehr interessant, am Ende meiner journalistischen Tätigkeit nochmals eine neue Zeitschrift auf ihrem Weg zu begleiten, andererseits habe ich ein Alter erreicht, in dem man langsam kürzer treten sollte. Sabine Goldhahn hat meine Nachfolge angetreten. Auch sie wird Sie kompetent über alles informieren, was in der Chemie und in angrenzenden Bereichen geschieht. Ich wünsche ihr viel Freude an der neuen Aufgabe und Ihnen, liebe Leser, jetzt schon viel Vergnügen bei der Lektüre von «ChemieXtra».
... in den
Kurt Hermann
Chemie ist etwas für Neugierige, die Wissenschaft, bei der es «kracht und stinkt», wo Funken fliegen wie beim Silvesterfeuerwerk (auch das ist Chemie!), prachtvolle Farben entstehen, es süsslich-aromatisch duftet oder nach fauligen Eiern
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riecht. Chemie spielt seit dem Beginn des Universums eine Hauptrolle, als Sterne entstanden und wieder ausglühten, als sich Elemente bildeten, wie beispielsweise Gold und Silber und später unsere Sonne anfing zu strahlen. Die Entstehung des Lebens auf der Erde – auch das war Chemie. Und wenn wir heute Luft einatmen, über bunte Herbstblätter staunen, einen knackigen Apfel essen oder uns vor dem Cheminée wärmen, dann sind immer chemische Reaktionen beteiligt. Chemie ist überall, sie ist das, was die Welt im Innersten zusammenhält, das, woraus jegliche Materie um uns herum besteht. Die Chemie ist ein Gebiet, bei dem man staunen kann und neugierig sein darf. Umso mehr freue ich mich, Sie künftig mit «ChemieXtra» in diesem spannenden Wissenschaftsgebiet zu begleiten.
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Sabine Goldhahn
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CHEMIE
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Von Farbpigmenten, Arzneimitteln und mehr
Seh- und Riechproteine helfen beim Hören
Seit vier Jahren würdigt die Platform Chemistry der Schweizer Akademie der Naturwissenschaften historische Stätten der Chemie mit der Auszeichnung «Chemical Landmark». In diesem Jahr wurde der Chemiestadt Basel sogar eine doppelte Ehre zuteil: Sowohl das Rosental-Areal als «Wiege der Chemie» als auch das Firmenarchiv der Novartis als deren bedeutendstes Gedächtnis wurden ausgezeichnet.
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Normalerweise benutzen Sinneszellen für Sehen, Riechen und Hören unterschiedliche Proteine, um sensorische Signale zu entschlüsseln. Fotorezeptoren fangen Licht mit Rhodopsinen, Chemorezeptoren binden Duftstoffe mit Geruchsproteinen, und Hörsinneszellen verwenden Ionenkanäle, die Schwingungen im Ohr registrieren. Im Fliegenohr hingegen ist alles anders, da brauchen die Hörsinneszellen auch noch Unterstützung von Seh- und Riechproteinen.
Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche
Druckauflage 12000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller
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ANALYTIK
Mass spectrometry protein assays that match sensitivity and accuracy of antibody-based clinical tests such as ELISA might speed drug discovery and basic biology research. Combining two well-established analytic techniques and adding a twist identifies proteins from blood with as much accuracy and sensitivity as the antibody-based tests used clinically, researchers reported in the journal PNAS.
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
Jahrgang 2. Jahrgang (2012)
FIRMEN BERICHTEN
Mass spectrometry makes the clinical grade
NEWS
IMPRESSUM
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Der Naturstoff Eliamid kann das Wachstum von Krebszellen hemmen – zumindest im Reagenzglas. Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) haben die von Bodenbakterien hergestellte Substanz charakterisiert. Was sie für eine mögliche Weiterentwicklung zum Medikament interessant macht und wie man sie im Labor «nachbauen» kann, beschreiben die Forscher um Evgeny Prusov im Fachjournal «Chemistry – A European Journal».
Erscheinungsweise 10 × jährlich
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BIOWISSENSCHAFTEN Wertvoller «Beifang» der Wirkstoffsucher
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FORSCHUNGSWELT
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 Tel. +41 (0)34 423 35 61 Fax +41 (0)34 423 35 62 redaktion@sigwerb.com
Goldhahn Science and News GmbH Dr. Sabine Goldhahn (sago) Bündtenweg 2 CH-4323 Wallbach Tel. +41 (0)61 861 10 11 redaktion@sigwerb.com
Produktion Sprüngli Druck AG Dorfmattenstrasse 28 CH-5612 Villmergen Telefon +41 (0)56 619 53 53 Telefax +41 (0)56 619 53 00 info@spruenglidruck.ch www.spruenglidruck.ch Abonnemente Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.chemiextra.com Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto) Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Copyright 2012 by SIGWERB GmbH, CH-6301 Zug
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MEDIZIN/PHARMA Cholesterinsenker in der Krebsmedizin?
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Rasche Hilfe bei Rauchgasvergiftungen
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Eines der weltweit meistverwendeten Medikamente wirkt mÜglicherweise auch gegen die Bildung neuer Lymphgefässe und kÜnnte daher fßr den Einsatz in der Krebsmedizin interessant werden. Diesen ßberraschenden Befund machten Forscher aus der Gruppe unter der Leitung von Michael Detmar, Professor fßr Pharmakogenomik der ETH Zßrich, mit einem von ihnen entwickelten dreidimensionalen Zellkultursystem.
LABOR
Rauchvergiftungen werden unter anderem durch Salze der Blausäure – Cyanide – verursacht. Ein rasch verabreichtes Gegengift ist oft lebensrettend. Bislang stand den Notfallärzten jedoch kein Blausäure-Schnelltest zur Verfßgung, sodass Fehldiagnosen in Kauf genommen werden mussten. Jetzt haben Chemiker der Universität Zßrich ein einfaches Verfahren entwickelt, das Cyanide im Blut zuverlässig in zwei Minuten nachweist.
WERKSTOFFE
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PANORAMA
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WEITERBILDUNG
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PRODUKTE
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LIEFERANTENVERZEICHNIS
Blau strahlende Fßllungen helfen kranken Zähnen
Forscher der ETH Zßrich haben ein neues Material fßr Zahnfßllungen entwickelt. Es enthält einen Zusatz, der blau luminesziert. Das neue Fßllmaterial soll Zahnärzten das Arbeiten erleichtern und den Patienten ihren Aufenthalt auf dem Behandlungsstuhl verkßrzen.
UMWELT
VERISEQÂŽ-Pharma-Gase mit Analysenzertifikat Die VERISEQÂŽ-Gase werden mit ChargenAnalysenzertifikat geliefert und mĂźssen 10/2012
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FACHBERICHTE ¡ MESSEN ¡ NEWS
DIE FACHZEITSCHRIFT FĂœR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE
somit vor der Verwendung nicht nochmals analysiert werden. Das Chargen-Analysenzertifikat enthält die zulässigen Grenzwerte und zeigt bei Flßssiggasen die effektiven Messwerte an, bei Flaschengasen die Einhaltung der Spezifikation. Die im Zertifikat enthaltene Information gewährleistet lßckenlose Rßckverfolgbarkeit.
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CHEMIE
Auszeichnung «Chemical Landmark 2012» geht nach Basel
Von Farbpigmenten, Arzneimitteln und mehr Seit vier Jahren würdigt die Platform Chemistry der Schweizer Akademie der Naturwissenschaften historische Stätten der Chemie. In diesem Jahr wurde der Chemiestadt Basel sogar eine doppelte Ehre zuteil: Sowohl das Rosental-Areal als «Wiege der Chemie» als auch das Firmenarchiv der Novartis als deren bedeutendstes Gedächtnis wurden ausgezeichnet.
Sabine Goldhahn
Bild 1. Karl Gademann und Barbara Winter von der Platform Chemistry enthüllen die Ehrentafel für das Novartis-Firmenarchiv
genta und Sitz von mehr als 30 Unternehmen und wissenschaftlichen Institutionen der Life Science-Branche. Hier entstanden vor über 150 Jahren die ältesten, noch erhaltenen Fabrikationsstätten der späteren
Bild 1–3: Sabine Goldhahn
Basel und Chemie sind zwei Begriffe, die zumindest aus heutiger Sicht unabdingbar zusammengehören. Dennoch dauerte es vier Jahre, bis die Chemiestadt mit der Auszeichnung gewürdigt wurde. Zuvor waren die erste chemische Fabrik in Winterthur, das alte Chemiegebäude der ETH Zürich sowie das Laboratorium von Jean Charles Galissard de Marignac in Genf geehrt worden. «Bisher haben wir uns ganz klar an historischen Gesichtspunkten orientiert, also an dem Alter der Stätte», betont Felix Escher von der Schweizer Akademie der Naturwissenschaften (SCNAT). So kam es, dass der weltweit bedeutendste Chemieund Pharma-Standort erst in diesem Jahr auf der Liste stand, dann jedoch gleich in doppelter Hinsicht. Die Feierlichkeiten vom 20. September 2012 begannen auf dem Rosental-Areal, dem heutigen Hauptgeschäftssitz der Syn-
Bild 2. Der Leiter des Novartis-Firmenarchivs, Walter Dettwiler
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Bild 3. Pascal Brenneisen, Leiter der Novartis Schweiz
Basler Chemiekonzerne Ciba, Geigy und Sandoz – damals noch im Zeichen der Farbstoffindustrie. In ihren Festreden würdigten neben Escher noch der emeritierte Chemieprofessor Hans-Jürgen Hansen von der Universität Zürich und Christoph Mäder von der Geschäftsleitung der Syngenta die Bedeutung des Areals für die Gesamtentwicklung der Basler chemischen Industrie. Anschliessend wurde am Novartis-Campus die zweite Auszeichnung an das NovartisFirmenarchiv als ältestes Unternehmensarchiv der Schweiz vergeben. Es reicht zurück bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts und verwaltet die Bestände aller Vorgängerfirmen der Novartis AG, also die der J. R. Geigy AG Durand & Huguenin AG, der CibaAktiengesellschaft mit den darin integrierten Vorgängerfirmen, so der Sandoz AG mit den Unterlagen der Wander AG, der Ciba-Geigy AG und schliesslich der Novartis AG bis zur Fusion im Jahre 1996. Zur feierlichen Enthüllung der Ehrentafel sprachen Karl Gademann, Präsident der Platform Chemistry 10/2012
Bild: Barbara Winter
CHEMIE
Bild 4. Ehrentafel für das Rosental-Areal
der SCNAT, der emeritierte ETH-Chemiker Dieter Seebach und Pascal Brenneisen, der Leiter der Novartis Schweiz. «Bis in die 90er
Bild 5. Verwaltungsgebäude und Werk Rosental der J.R.Geigy AG
Bild 6. Rosental-Areal, Aufnahme aus dem Jahr 1926
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Jahre alte Farbstoffetiketten aus Japan, Indien und anderen Ländern. Aber auch Entwicklungsunterlagen und Werbeprospekte zu bekannten Medikamenten wie Voltaren findet man im Bestand. Da in der Schweiz kein vergleichbares Archiv existiert, hat auch
Bilder 5–7: Copyright Novartis-Firmenarchiv
Jahre des vergangenen Jahrhunderts hat die klassische chemische Industrie Basel reich gemacht», so Brenneisen, «und heute sind wir stolz auf den Anteil, den unsere Gründerunternehmen an dem weit verbreiteten Wohlstand hatten.» Fast alle wichtigen Entscheidungen dieser Unternehmen sind im Novartis-Archiv dokumentiert, es umfasst allein über drei Laufkilometer erschlossene Akten und einige hundert Laufmeter unbearbeitete Ablieferungen. Mit seinen historischen Beständen, die weit mehr enthalten als nur Protokolle und Urkunden, ist es das Gedächtnis der Errungenschaften der chemisch-pharmazeutischen Industrie in der Schweiz. «Archiv ist zwar ein Wort, das bei den wenigsten Menschen Begeisterung auslöst», sagt der Leiter des Firmenarchivs, Walter Dettwiler, «aber hier haben wir einen wahren Fundus an alten Dokumenten und Raritäten.» Schwarz-weissFotografien aus dem 19. Jahrhundert gehören ebenso dazu wie über einhundert
das allgemeine Interesse in den letzten Jahren zugenommen: Immer mehr externe Anfragen müssen bearbeitet werden, und langfristig ist sogar ein Heritage-Center geplant. «Das Novartis-Firmenarchiv ist ein wichtiger Zeitzeuge für die Wandlung Basels hin zur zukunftsorientierten innovationsfreudigen Stadt», betonte auch Brenneisen in seiner Laudatio: «Damals wie heute ist es das politische und das wirtschaftliche Umfeld, es ist der international anerkannte hohe Standard von Bildung und Ausbildung bis in die Universitäten hinein, es ist der Standort Schweiz und im Besonderen der Standort Basel, der uns bisher überzeugte, dass wir in der Novartis mit der Entscheidung für Basel den richtigen Entschluss gefasst haben.» Somit gibt es genügend Gründe, dass der Chemical Landmark endlich nach Basel geht.
Bild 7. Fabrikanlagen von J.R.Geigy in den Rosentalmatten (um 1870)
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CHEMIE
Historisches
Bereits 1864 erlebte Basel seinen ersten chemischen Umweltskandal: Mehrere Fälle von Arsenvergiftung durch Brunnenwasser. Da für die Herstellung des Farbstoffs Fuchsin Arsensäure nötig war, musste die chemische Industrie der Sache schon damals auf den Grund gehen. Jahrzehnte später wurden in Basel nicht mehr nur synthetische Farben, sondern bereits erste pharmazeutische Stoffe hergestellt. So brachte die Gesellschaft für Chemische Industrie in Basel (CIBA) um 1900 Vioform als Antiseptikum heraus, die chemische Fabrik Sandoz begann 1895 mit der Herstellung des fiebersenkenden Mittels Antipyrin und 1899 mit der Produktion des Süssstoffs Saccharin. Nach einem starken wirtschaftlichen Auf-
zig Jahren: Firmenausgründungen wie die der Clariant aus der Chemiesparte der Sandoz 1995, ein Jahr später die Fusion von Ciba-Geigy und Sandoz zu Novartis, im Jahr 2000 die Gründung der Syngenta – dem weltweit ersten Konzern mit Fokus auf dem Agribusiness – als Fusion der Agrarsparten von Novartis und AstraZeneca. Und während noch Anfang der neunziger Jahre der Anteil der klassischen Chemie in der Region um die 84 Prozent betrug, steht heute die pharmazeutische Industrie mit einem Anteil von 56 Prozent im Vordergrund.
schwung durch den ersten Weltkrieg produzierte die Basler Industrie auch noch Kunststoffe, Kosmetika, Pflanzenschutzprodukte und anderes. So brachte Geigy das Mittel DDT auf den Markt, dessen insektizide Wirkung der Chemiker Paul Hermann Müller 1939 entdeckt hatte. Durch den Ausbau des Krankenversicherungswesens, den zunehmenden Wohlstand und die damit gestiegene Nachfrage sowie öffentliche und private Forschungsinvestitionen, welche zu einer steigenden Innovationsrate führten, erlebte die Basler Chemieindustrie nach dem zweiten Weltkrieg einen weiteren Aufschwung, der erst mit der Ölkrise 1973 gebremst wurde. Die mittlerweile fusionierten Firmen Ciba und Geigy orientierten sich neu und stiegen unter anderem ins Saatgut- und Kontaktlinsengeschäft ein, Sandoz erweiterte sein Portfolio ebenfalls um Saatgut und zusätzlich noch um Bau-Chemikalien. Ein wesentlicher Fokus blieb auf der Entwicklung und Herstellung von Pharmazeutika. So wurde 1982 mit der Einführung von Sandimmun ein Meilenstein in der Transplantationsmedizin erreicht, die Überlebenszeit der transplantierten Patienten stieg deutlich.
Das gesamte obere Rheintal ist verwachsen mit dieser «Life Science»-Industrie, sie ist der wesentliche Faktor für den Erfolg und den Wohlstand in der Region. Nur ein einziges Mal wurde es so richtig kritisch für die chemische Industrie im Grossraum Basel, als in der Nacht zum 1.November 1986 ein Lager der Sandoz in Schweizerhalle brannte und mehrere Tonnen Insektizide in den Rhein flossen. Der Rhein erholte sich in relativ kurzer Zeit, und selbst für den Boden sind nach altlastenrechtlicher Neubeurteilung aus dem Jahre 2011 keine weiteren Sanierungsmassnahmen mehr erforderlich. (sago) Bilder: Alte Farbstoffetiketten
Bilder: Copyright Novartis-Firmenarchiv
Bei seiner Bebauung vor über 150 Jahren stand das Rosental-Areal noch ganz im Zeichen der Farbstoffindustrie. Grund dafür war der Bedarf an Farben durch die Textilindustrie am Oberrhein und in der elsässischen Nachbarschaft. Mit dem Bau einer neuen Fabrikationsstätte durch eine «Spin-off-Firma» der J. R. Geigy AG auf den Rosentalmatten wurde die Herstellung grosser Mengen synthetischer Farbstoffe auf der Basis von Anilin möglich, diese wurden schon bald an Textilhersteller in aller Welt exportiert.
Grosse Veränderungen erlebte die Basler chemische Industrie in den letzten zwan-
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CHEMIE
Gold und Silber entstehen bei unterschiedlichen Sternexplosionen
Auf der Suche nach dem Ursprung von Silber
Bild: European Southern Observatory/ESO
Gold und Silber sind sehr verschieden, nicht nur was ihre Eigenschaften und Verwendung angeht. Sogar ihre Geburtstunden im Kosmos unterscheiden sich. So benötigt der Fusionsprozess von Silber während einer Supernovaexplosion weniger Neutronen, als für die Erzeugung des schwereren Elements Gold nötig sind.
Bild 1. Sterne, die etwa zehnmal mehr Masse in sich vereinen als unsere Sonne, explodieren am Ende ihres Lebens als sogenannte Supernova. Hierbei werden Elemente wie Silber erzeugt und in den Weltraum geschleudert. Die Abbildung zeigt die künstlerische Darstellung der ersten Momente einer solchen Explosion, bevor der Stern auseinandergerissen wird.
Auf der Suche nach den kosmischen Ursprüngen schwerer Elemente hat die Heidelberger Wissenschaftlerin Camilla Hansen vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg herausgefunden, dass Silber nur während der Explosion ganz bestimmter Sterne gebildet wurde. Gold dagegen hat seinen Ursprung in der Explosion anderer Sterne. Das zeigt die Vermessung verschiedener massereicher Sterne, mit deren Hilfe man die schrittweise Entstehung der Bausteine aller Materie rekonstruieren kann. Die leichten Elemente Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium wurden einige Minuten nach dem Urknall erzeugt. Alle schwereren Elemente sind erst später im Inneren von Sternen oder bei Sternexplosionen entstanden, wobei jede Sterngeneration einen kleinen Teil zur Anreicherung des Universums mit chemischen Elementen beigetragen hat. Welche Elemente ein Stern im Laufe seines Lebens erzeugen kann, hängt vor allem von seiner Masse ab. 10/2012
Sterne, die etwa die zehnfache Masse unserer Sonne in sich vereinen, explodieren am Ende ihres Lebens als sogenannte Supernova und produzieren dabei unter anderem auch Elemente, die schwerer sind als Eisen und durch die Explosion freigesetzt werden. Je nachdem, wie schwer der Stern ursprünglich war, können dabei auch Silber oder Gold entstehen. Wenn verschiedene Sterne der gleichen Masse explodieren, dann ist das Verhältnis der dabei erzeugten und in den Weltraum geschleuderten Elemente identisch. Diese konstante Relation erhält sich in den nachfolgenden Sterngenerationen, die sich aus den Resten ihrer Vorgänger neu bilden. Die Untersuchungen der Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass die Menge an Silber in den vermessenen Sternen vollkommen unabhängig von der anderer schwerer Elemente wie beispielsweise Gold ist. Die Beobachtungen weisen erstmals klar darauf hin, dass Silber bei einem ganz besonderen Fusionsprozess während einer Supernovaexplosion entsteht und sich von dem Prozess unterscheidet, der zur Bildung von Gold führt. Daher kann nach Ansicht der Wissenschaftler das Silber nicht gemeinsam mit Gold entstanden sein, sondern die Elemente müssen ihren Ursprung in Sternen unterschiedlicher Masse haben. «Dies sind die ersten stichhaltigen Beweise für einen besonderen Fusionsprozess während der Explosion eines Sterns, der bisher nur vermutet wurde», sagt Hansen. «Nach dieser Entdeckung müssen wir mit Simulationen dieser Vorgänge bei
Supernovaexplosionen genauer untersuchen, wann die Bedingungen für die Bildung von Silber gegeben sind. Wir können so herausfinden, wie schwer die Sterne waren, die beim dramatischen Ende ihres Lebens Silber erzeugen konnten.» Quelle: Universität Heidelberg Originalpublikation Camilla Juul Hansen, Francesca Primas, Henrik Hartman, Karl-Ludwig Kratz, Shinya Wanajo, Bruno Leibundgut, Khalil Farouqi, Oliver Hallmann, Norbert Christlieb, Hampus Nilsson, «Silver and palladium help unveil the nature of a second r-process», Astronomy & Astrophysics (September 2012), doi: 10.1051/0004-6361/201118643 Kontakt Dr. Camilla Juul Hansen Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) Königstuhl 12 D-69117 Heidelberg Telefon +49 (0)6221 54 1785 cjhansen@lsw.uni-heidelberg.de www.lsw.uni-heidelberg.de
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CHEMIE
Ein nachträglicher Lacküberzug liess Farben vergrauen
Röntgenblick enträtselt Verfärbung
Bild 1. Vincent van Gogh (1853-1890): «Blumen in blauer Vase» (KM 107.055), Öl auf Leinwand, 61,5 x 38,5 cm, circa Juni 1887.
Verantwortlich ist ein zuvor unbekannter Zersetzungsprozess, der sich an der Grenze zwischen Farbe und Firnis abspielt. Das haben Untersuchungen an der DESY-Röntgenquelle PETRA III und an der Europäischen Synchrotronquelle ESRF im französischen Grenoble gezeigt, wie kürzlich in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift «Analytical Chemistry» berichtet wurde. Vincent van Gogh (1853–1890) hatte seine Werke normalerweise nicht mit einem Firnis versehen, so auch die «Blumen in blauer Vase» nicht, die er 1887 in Paris gemalt hat. Nachträglich wurde jedoch in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts auf das untersuchte Gemälde und einige andere seiner Bilder ein Firnis aufgetragen. «Bei der jüngsten Konservierungsbehand8
lung im Jahr 2009 zeigte sich eine ungewöhnliche, graue Kruste auf Bereichen mit Cadmiumgelb», berichtet Konservatorin Margje Leeuwestein vom Kröller-MüllerMuseum in Otterlo, wo sich das Kunstwerk seit Anfang des 20. Jahrhunderts befindet. Van Gogh hatte für das Gemälde unter anderem das damals relativ neue Pigment Cadmiumgelb verwendet, chemisch Cadmiumsulfid (CdS). Später wurde entdeckt, dass Cadmiumgelb an der Luft seine Farbe verliert und die Pigmente ihre Leuchtkraft einbüssen. Schuld ist die Oxidation zu Cadmiumsulfat (CdSO4). «Wir haben diesen Prozess vor ein paar Jahren aufgeklärt, und die Beobachtung, dass die Pigmente hier mit einer dunklen, rissigen Kruste überzogen sind statt mit der leicht weissen, transparenten Oxidationsschicht, hat uns sehr neugierig gemacht», berichtet der Leiter des Forscherteams, Koen Janssens aus Antwerpen. «Die Kruste und der verfärbte Firnis liessen sich nicht entfernen, ohne die sehr brüchige Cadmiumfarbe zu beeinträchtigen», ergänzt Leeuwestein. Um der Ursache auf den Grund zu gehen, schickte das Museum schliesslich zwei mi-
kroskopisch kleine Farbproben – beide nur Millimeterbruchteile gross – vom Originalgemälde zur Untersuchung an das Team von Janssens. Die Forscher durchleuchteten die Farbproben mit energiereichen Röntgenstrahlen und untersuchten die chemische Zusammensetzung sowie die innere Struktur an der Farb-Firnis-Grenze. Kristallines Cadmiumsulfat, das bei der Oxidation entstanden sein sollte, liess sich dabei überraschenderweise nicht aufspüren. «Es zeigte sich, dass die Sulfat-Ionen aus dem Cadmiumsulfat mit Blei aus dem Firnis sogenanntes Bleivitriol gebildet hatten», erläutert DESY-Forscher Gerald Falkenberg aus dem Team. Bleivitriol (PbSO4), eine opake Verbindung, fand sich in weiten Bereichen des Firnis. «Quelle des Bleis ist vermutlich ein bleihaltiges Trocknungsmittel, das dem Firnis beigemischt worden war», sagt Falkenberg. Ausserdem hat sich an der Grenzschicht zwischen Farbe und Firnis mit den Abbauprodukten aus dem Firnis eine Schicht aus Cadmiumoxalat gebildet. Gemeinsam mit dem Bleivitriol ist das Cadmiumoxalat (CdC2O4) für die undurchsichtige, orange-
Bild: Koen Janssens/Universität Antwerpen
Bild: Kröller-Müller-Museum
Die seltsame Verfärbung des van Gogh-Gemäldes «Blumen in blauer Vase» lässt sich mithilfe von energiereichen Röntgenstrahlen jetzt erstmals erklären. Ein vermeintlich schützender Firnis, der nach dem Tode van Goghs auf dessen Bild aufgetragen wurde, hat offensichtlich das Gegenteil bewirkt: Statt in kräftigem Gelb zu leuchten, erscheinen einige Blumen nur noch in mattem Orange.
Bild 2. Illustration des Untersuchungsprozesses: Die linke Seite zeigt den Ort der Probenentnahme, rechts oben eine Mikroskopaufnahme der Probe, darunter die Verteilung der vier wichtigsten untersuchten Verbindungen.
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Bild 3. Mikroprobe aus einem Gemälde, zur Untersuchung eingeschlossen in Plexiglas.
graue Kruste auf den cadmiumgelben Bereichen des Gemäldes verantwortlich. «Die Erforschung dieses bislang unbekannten Zersetzungsprozesses erlaubt uns, besser zu verstehen, warum das Gemälde heute so aussieht», betont Leeuwestein. Ausserdem liefert die Arbeit Information darüber, wie nachträglich aufgetragene Firnis-Schichten zu einem Verfall bestimmter Pigmente eines Gemäldes beitragen können. Jetzt suchen Konservatoren und Forscher nach Möglichkeiten, diesen Zerfallsprozess zu stoppen oder ganz zu verhindern. Ob jedoch eine Entfernung des Firnis auf dem untersuchten Gemälde die beste Lösung ist, sei noch nicht abschliessend geklärt. Leeuwestein: «Bei einer möglichen Entfernung von Firnis und Kruste muss man immer bedenken, dass Firnis und Kruste Originalmaterial des Cadmiumgelbs enthalten. Die mögliche Entfernung von Originalmaterial von einem Gemälde ist bei einer Kon-
servierungsbehandlung natürlich unerwünscht.» Die Ergebnisse der Studie werden auch für andere Museen mit Gemälden von van Gogh interessant sein. Offensichtlich sind zahlreiche Gemälde aus van Goghs Französischer Periode in der Vergangenheit mit ungeeignetem Firnis versehen worden, der jetzt mühsam wieder entfernt werden muss. «Einmal mehr stellen wir fest, dass Gemälde von Vincent van Gogh nicht unveränderlich über die Jahrzehnte und Jahrhunderte sind», schliesst Janssens. «Über einen Zeitraum von 100 Jahren sind sie ein ziemlich reaktiver Cocktail von Chemikalien, der sich überraschend verhält.» Besonders die Anwesenheit von Sulfiden gefährdet die Haltbarkeit der Gemälde. In den nächsten vier Jahren will Janssens´ Gruppe untersuchen, wie sich die Umgebungsbedingungen in Museen sowie die Luftverschmutzung auf Cadmiumgelb und andere sulfidhaltige Pigmente auswirken. Quelle: DESY
Originalpublikation Geert Van der Snickt, Koen H. Janssens, Joris Dik, Wout De Nolf, Frederik Vanmeert, Jacub Jaroszewicz, Marine Cotte, Gerald Falkenberg and Luuk Van der Loeff, «Combined use of synchrotron radiation-based µ-XRF, µ-XRD, µ-XANES and µ-FTIR reveals to alternative degradation pathway of the pigment cadmium yellow (CdS) in a painting by van Gogh», Anal. Chem. DOI: 10.1021/ac3015627
Kontakt Koen Janssens Middelheimcampus G.V.144 Groenenborgerlaan 171 NL-2020 Antwerpen Telefon +32 (0)474 46 55 32 koen.janssens@ua.ac.be www.ua.ac.be
Bild: ESRF
Bild: I. Montero/ESRF
CHEMIE
Bild 4. Computergrafik der Untersuchungsumgebung mit der Probe im Zentrum der Anlage (heller, gelber Fleck). Der Zylinder führt zum Röntgendetektor.
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CHEMIE
3D-Photografting
Laserstrahl als Platzanweiser für Moleküle Mit Laserstrahlen können Moleküle in einem dreidimensionalen Material punktgenau an der richtigen Stelle fixiert werden. Die an der TU Wien entwickelte Methode kann für das Erzeugen von Gewebe oder Mikrosensoren verwendet werden.
Man versucht daher, im Labor ähnliche chemische Signale zu setzen. Experimente mit der Anlagerung von Zellen auf zweidimensionalen Flächen gab es bereits, doch zur Herstellung grösserer Gewebe, die eine innere Struktur haben (etwa Blutkapillaren), ist ein echtes 3D-Verfahren unverzichtbar.
Bilder: TU Wien
Minisensoren spüren Moleküle auf
Bild 1. 3D-Muster, erzeugt durch Photografting (180 µm Breite). Grün fluoriszierende Moleküle werden in einem Hydrogel fixiert.
Bild 2. 3D-Photografting: Ein Laserstrahl leuchtet in das Hydrogel (gelb) und fixiert Moleküle an ganz bestimmten Punkten (grün).
Die Wiener Forschungsgruppen machten schon in der Vergangenheit mit neuartigen 3D-Druckern auf sich aufmerksam. Für die Anwendungen, um die es diesmal geht, wären 3D-Druckverfahren allerdings nicht zielführend gewesen: «Ein Material aus winzigen Bausteinen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften zusammenzusetzen ist extrem aufwendig», erklärt Aleksandr Ovsianikov vom Institut für Werkstoffwissenschaften der TU Wien. «Man geht daher von einem bestehenden dreidimensionalen Gerüst aus und bringt punktgenau an den gewünschten Stellen bestimmte Moleküle an.»
den bestimmte Stellen mit einem Laser bestrahlt. Dort, wo der fokussierte Laser besonders intensiv ist, wird eine fotochemisch labile Bindung der Moleküle gebrochen. Dadurch werden reaktive Intermediate gebildet, die sich lokal sehr rasch in das Netzwerk des Hydrogels einbauen. Die erreichbare Genauigkeit hängt vom verwendeten Laserlinsensystem ab. An der TU Wien konnte eine Auflösung von 4 µm erreicht werden. «Ähnlich wie ein Maler nach Belieben Farbe auf verschiedenen Stellen der Leinwand aufträgt, werden Moleküle am Hydrogel fi xiert – allerdings in drei Dimensionen und mit höchster Präzision», sagt Robert Liska. Einsetzbar ist die neue Methode zum Beispiel für die künstliche Erzeugung von biologischem Gewebe. Ähnlich wie eine Kletterpflanze, die entlang eines Gerüsts nach oben wächst, brauchen auch Zellen eine Vorgabe, an der sie sich anlagern. In natürlichem Gewebe wird das durch die extrazelluläre Matrix gewährleistet – einer Struktur, die den Zellen durch bestimmte Aminosäuresequenzen signalisiert, wo sie andocken müssen.
Moleküle im Hydrogel – fixiert vom Laserstrahl Die Ausgangsbasis bildet ein Hydrogel – ein Material aus Makromolekülen, die in einem lockeren Netzwerk angeordnet sind. Zwischen ihnen bleiben grosse Lücken, durch die sich andere Moleküle, oder auch ganze Zellen, hindurchbewegen können. Massgeschneiderte Moleküle werden in dieses Hydrogelnetz eingebracht, dann wer10
Je nach Anwendungsgebiet kann man für diese Technik ganz unterschiedliche Moleküle verwenden – so kann das 3D-Photografting nicht nur für Bioengineering nützlich sein, sondern etwa auch für die Herstellung von Solarzellen dienen. Auch in der Sensorik verspricht man sich viel von dieser Technologie: Punktgenau kann man damit Moleküle anordnen, die bestimmte chemische Substanzen binden und sie damit nachweisbar machen. Ein mikroskopisches Labor im Chip wird damit möglich. Quelle: TU Wien Originalpublikation Aleksandr Ovsianikov, Zhiquan Li, Jan Torgersen, Jürgen Stampfl, Robert Liska, «Selective Functionalization of 3D Matrices Via Multiphoton Grafting and Subsequent Click Chemistry», Advanced Functional Materials 22, [16], 3429–3433 (2012). Kontakt Dr. Aleksandr Ovsianikov Technische Universität Wien Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie Favoritenstrasse 9–11 A-1040 Wien Telefon +43 (0)1 58801 30830 aleksandr.ovsianikov@tuwien.ac.at 10/2012
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CHEMIE
Asymmetrische heterogene Katalyse
Effiziente Katalyse an chiralen Oberflächen ETH-Chemiker um Professor Alfons Baiker haben Antworten gefunden auf die Frage, weshalb eine bestimmte Art der Katalyse vor allem nur eine Form eines chiralen Stoffs bildet. Diese Art der Katalyse, die heterogene asymmetrischen Katalyse, wird damit für die Industrie immer interessanter.
Peter Rüegg Praxis ist, wenn alles funktioniert, aber niemand weiss warum. Dieser saloppe Spruch lässt sich auch auf chemische Verfahren übertragen. «Das Verfahren der sogenannten heterogenen asymmetrischen Katalyse ist an sich sehr einfach anzuwenden und funktioniert bestens», sagt Alfons Baiker, emeritierter Professor für Reaktionstechnik und Katalyse, «das Verständnis dafür, wie sie funktioniert, ist für die Forschung dagegen eine grosse Herausforderung.» In einer in der Fachzeitschrift «Angewandte Chemie» erschienenen Arbeit beschreiben Baiker und seine Mitarbeiter nämlich einen Mechanismus, dem es zu verdanken ist, dass beim erwähnten katalytischen Verfahren ein nicht-chiraler Ausgangsstoff zu über 90 Prozent in eines von zwei möglichen chiralen Produkten, eine Vorstufe von Vitamin B5, umgesetzt wird.
Chiralität als Herausforderung Chirale Moleküle sind solche, die in zwei Spiegelformen vorkommen, sogenannten Enantiomeren. Sie sind chemisch gleich zusammengesetzt, verhalten sich aber wie die rechte zur linken Hand: Übereinandergelegt lassen sie sich nicht zur Deckung bringen. Weil sich die beiden Enantiomere in ihrer biologischen Wirkung unterscheiden können, ist es beispielsweise bei der Herstellung von Feinchemikalien, Pharmazeutika, Geschmacks- und Duftstoffen oder auch Düngemitteln essenziell wichtig, nur eine von zwei möglichen Formen zu produzieren. In einer chemischen Reaktion eine hohe Enantiomerenreinheit zu erzielen, ist allerdings eine Herausforderung. Erreicht werden kann dies unter anderem durch gewisse Katalysatoren, die ein bestimmtes Re12
aktionszentrum schaffen, um so die Chiralität (Händigkeit) eines Produktes kontrolliert zu bestimmen. Fachleute sprechen dabei von «asymmetrischer Katalyse».
Spezielles Katalyseverfahren nötig Die ETH-Chemiker um Alfons Baiker arbeiteten mit einer speziellen Form dieses Katalyseverfahrens, der heterogenen asymmetrischen Katalyse, und analysierten diese im Detail. Bei dem Verfahren wird ein katalytisch aktives Edelmetall, in diesem Fall Platin, mit einem geeigneten chiralen Molekül so modifiziert, dass dessen Oberfläche ebenfalls händig wird. Das Edelmetall selbst ist achiral. Der Modifikator bindet den in Lösung vorliegenden Ausgangsstoff derart, dass bei der Reaktion fast nur noch eines der beiden Enantiomere gebildet wird. Im nun untersuchten Fall ist der Modifikator Cinchonidin (Bild 1), das sich an der Platinoberfläche anheftet. Die Ausgangssubstanz, das Ketopantolakton, bindet sich in einer ganz spezifischen Weise an den Modifikator und nimmt Wasserstoffatome von der Metalloberfläche auf, so dass (R)-Pantolakton, eine in der Industrie häufig verwendeten Vorstufe von Vitamin B5, gebildet wird (Bild 2). Bereits vor Jahren fanden Alfons Baiker und seine Mitarbeiter heraus, dass sich der Modifikator und das Substrat über eine Wasserstoffbrücke zwischen einem Stickstoffund einem Sauerstoffatom aneinander binden. Die Chemiker nahmen deshalb an, dass es für eine erfolgreiche Reaktion nur diese eine Bindung braucht, konnten damit aber die gut funktionierende, «hochprozentige» Umsetzung von Ketopantolakton in (R)-Pantolakton nicht ausreichend erklären.
Bild 1. Cinchonidin
Neue Wechselwirkung als Zünglein an der Waage Mit speziellen, von ihnen selbst entwickelten komplexen Analysemethoden ist es den ETH-Chemikern nun gelungen, eine weitere wichtige Wechselwirkung zwischen Modifikator und Substrat zu identifizieren. Die Forscher klärten dabei die mögliche Struktur des Modifikator-Substrat-Komplexes im Detail auf (Bild 3). Dabei stiessen sie auf eine bisher unbekannte Wechselwirkung zwischen den beiden Substanzen: eine Wasserstoffbrückenbindung, die an einer bestimmten Stelle eine Brücke zwischen zwei Sauerstoffatomen der beiden Moleküle bildet. «Diese Wechselwirkung war zuvor nicht bekannt und hat einen wesentlichen Einfluss auf die kontrollierte Bildung des gewünschten Enantiomers», sagt Baiker. Einen wesentlichen Anteil haben zudem die Modifikatormoleküle, die auf der Platinoberfläche anheften. Sie haben ein bewegliches «Kopfteil», was die Bildung der entscheidenden Bindungen mit dem reagierenden Molekül erleichtert. Das konnte die Forschungsgruppe in früheren Arbeiten mittels der Rastertunnel-Mikroskopie nach10/2012
Bild: Kur t Hermann
Bild: Gruppe A. Baiker/ETH Zürich
CHEMIE
Bild 2. Ketopantolakton wird unter den beschriebenen Bedingungen zu einem hohen Prozentsatz ins chirale (R) -Pantolakton umgewandelt.
weisen. Sind zu viele der sperrigen Modifikatoren auf der Metalloberfläche vorhanden, nehmen sie ihre bevorzugte Stellung nicht mehr ein. Das führt dazu, dass nicht mehr nur das gewünschte Enantiomer produziert wird.
Massgeschneiderte Modifikatoren herstellen Alfons Baiker forscht mit seiner Gruppe an der heterogenen asymmetrischen Katalyse seit über 20 Jahren. Für ihn ist seine neueste Publikation allerdings «nur» eine von über 220 Veröffentlichungen, die über diese Art der Katalyse im Lauf der Zeit aus seiner Gruppe hervorgegangen ist. Weshalb aber wollen die Forscher wissen, welcher Mechanismus und welche Bindungstypen dieser Katalyse zu Grunde liegen? «Unter anderem damit wir ‹massgeschneiderte › Modifikatoren für die chirale Modifikation von aktiven Metalloberflächen herstellen können», sagt Baiker. «Die Struktur und die Bindungstypen von Modifikator und Substrat müssen zueinander passen, um die asymmetrische Katalyse effizient durchführen zu können.»
Bild 3. Modell der Reaktionsschritte an der chiral modifizierten Platinoberfläche.
Heterogene Katalyse mit Pluspunkten Die chemische Industrie verwendet die asymmetrische heterogene Katalyse bis heute eher selten. Sie setzt vor allem die homogene Katalyse ein, bei der Katalysator und Substrat in flüssiger Phase vorliegen. Die heterogene asymmetrische Katalyse besitzt laut Baiker aber mehrere handfeste technische Vorteile, wie beispielsweise eine einfachere Abtrennung, Regeneration und Rezyklierung des Katalysators. Zudem ermöglicht sie, Produktionsprozesse leichter zu führen. Dies sei neben den gewonnenen Grundlagenkenntnissen von chiralen Oberflächen die Haupttriebfeder für seine Katalyseforschung, so der Emeritus. «Gelingt es uns, Metalloberflächen spezifisch für eine bestimmte Reaktion mit chiralen Molekülen zu modifizieren, kann das für die Herstellung von enantiomerreinen Verbindungen von grosser Bedeutung werden», sagt Baiker. Interessant sei beispielsweise die Möglichkeit, in einem kontinuierlichen Produktionsprozess durch Auswechseln des Modifikators von der Herstellung des einen zur Herstellung des anderen
Enantiomers zu wechseln. Damit lassen sich in einem Arbeitsgang Produkte unterschiedlicher Chiralität herstellen. Die ETH ist im Bereich der Katalyse eine der weltweit führenden Einrichtungen und hat in diesem Fachgebiet eine lange Tradition. Zurzeit arbeiten mehrere Professuren an Fragen rund um die Katalyse. Einen aktuellen Überblick über die verschiedenen Forschungsaktivitäten gibt eine kürzlich veröffentlichte Spezialausgabe der Zeitschrift «ACS Catalysis» mit dem Titel «Catalysis at ETH» (http://admin-pubs.acs.org/ page/accacs/vi/eth.html). Quelle: ETHLife vom 23. August 2012
Originalpublikation Fabian Meemken, Nobutaka Maeda1, Konrad Hungerbühler, Alfons Baiker, «Platinum-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation: Spectroscopic Evidence for an O-H-O Hydrogen-Bond Interaction between Substrate and Modifier», Angewandte Chemie International Edition 51 [33], 8212–8216 (2012).
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CHEMIE
Altes Eichenholz im Schiff wird schwächer
Schwedisches Kriegsschiff «Vasa» vom Zerfall bedroht Mit mehr als einer Million Besuchern pro Jahr ist die Vasa Publikumsmagnet Nummer Eins in Schweden. Obwohl das Schiff aus dem 17. Jahrhundert noch sehr gut erhalten ist, zeigen chemische Analysen eine Zersetzung des Eichenholzes, was mit einer deutlichen Minderung der mechanischen Eigenschaften einhergeht.
Sabine Goldhahn Schon die Jungfernfahrt am 10. August 1628 stand für die Vasa unter keinem guten Stern. Nach zwanzig Minuten Fahrt und
weniger als einer Seemeile sank das Prachtschiff der schwedischen Kriegsmarine. Einige Dutzend Menschen starben, Kanonen, Münzen und Ballast versanken im Meer. Über mehrere Jahrhunderte hinweg lag die
Vasa verborgen im Schlick, sogar die genaue Stelle ihres Untergangs geriet in Vergessenheit. Erst nach der Entdeckung des Wracks im Jahre 1958 und der Bergung 1961 rückte das Schiff wieder ins Interesse der Öffentlichkeit. Allein 17 Jahre dauerte die Konservierung, beständig wurden alle Holzteile mit wässriger Polyethylenglykollösung (PEG) besprüht. Dann dauerte es noch weitere neuneinhalb Jahre, die das Schiff zum Trocknen brauchte, bevor die Vasa schliesslich vor 22 Jahren ein eigenes Museum erhielt.
Bilder 1 + 2: Ingela Bjurhager
Zugfestigkeit des Eichenholzes leidet
Bild 1. Das ehemalige schwedische Kriegsschiff Vasa ist im Vasa Museum ausgestellt.
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Dennoch gibt es bei dem einstigen Prestigeobjekt der schwedischen Marine immer wieder Probleme. Wissenschaftler vom Königlichen Institut für Technologie in Stockholm haben jetzt herausgefunden, dass die Zugfestigkeit des alten Eichenholzes um durchschnittlich 40 Prozent vermindert ist und an einigen Stellen sogar um 80 Prozent nachgelassen hat. Das berichten Ingela Bjurhager und ihre Kollegen in der Fachzeitschrift «Biomacromolecules». Für ihre Untersuchungen haben die Forscher an mehreren Stellen des Schiffs Proben entnommen und sie auf Zug belastet. Dabei ging der Festigkeitsverlust mit einer Abnahme des Molekulargewichts der Holocellulose einher und war zum Schiffsinneren hin stärker ausgeprägt als in den aussen liegenden Bereichen. Da nur trockene Holzproben der Vasa diesen Zelluloseschwund aufwiesen, vermuten die Forscher, dass die Zersetzung erst nach der Bergung des Schiffs begann und möglicherweise auf eine saure Hydrolyse des Holzes zurückzuführen ist. 10/2012
Bild 2. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Holzprobe der Vasa. Obwohl die Morphologie des Eichenholzes intakt wirkt, ist diese Probe aus dem Innenraum des Schiffes bereits sehr zerstört.
Schwefelsäure richtet Schaden an
Bild: Archiv des Swedish National Maritime Museums
Bereits im Jahr 2000 hatte man an verschiedenen Stellen der Holzoberfläche Schwefelsalze entdeckt und pH-Werte von weniger als 2 gemessen. Als Ursache für die Säurebildung wurde der Schwefel aus bakteriellen Abbauprodukten gefunden, die sich während der jahrhundertelangen Liegedauer des Schiffs angesammelt hatten. Unter Wasser hatte das zwar keine schädliche Wirkung, jedoch entstand im späteren Kontakt mit Sauerstoff Schwefelsäure. Die Tausende von verrosteten Eisennägeln, die das Holz zusammenhielten, haben den Vorgang zusätzlich beschleunigt.
Bild 3. Um das Wrack der Vasa zu bergen, mussten sechs Tunnel unter dem Schiff gegraben werden. Dort wurden Stahlkabel hindurchgeführt, an denen die Vasa mithilfe zweier Bergungspontons gehoben wurde. Am 24. April 1961 erreichen die ersten Holzteile die Wasseroberfläche.
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Um das ehemalige schwedische Prunkschiff zu erhalten und eine weitere Zersetzung des Holzes zu verhindern, suchen Forscher und Konservatoren derzeit noch nach einer optimalen Lösung. Seit der Behandlung mit PEG wurden keine weiteren Chemikalien mehr verwendet. Ein Risikofaktor war hingegen die Luftfeuchtigkeit im Museum, die je nach Besucherstrom um bis zu zehn Prozent schwankte. Das wirkte sich nicht nur auf die verstärkte Ablagerung von Salzen auf der Holzoberfläche aus, sondern verursachte auch Gewichtsveränderungen im Schiff durch Quellung oder Schrumpfen des Holzes. Um die Luftfeuchtigkeit besser kontrollieren zu können, wurde die Klimaanlage des Museums im Jahre 2004 erneuert. Weiterhin haben Experten die Abstützung des Schiffs verbessert, und derzeit geht es darum, korrodierende Stahlbolzen zu ersetzen, die in den 1960-er Jahren benutzt wurden, um das Schiff zusammenzuhalten. Mit all diesen Massnahmen hoffen die Forscher, dass die Vasa auch noch in Zukunft für die Öffentlichkeit erhalten bleibt. Originalpublikation Ingela Bjurhager, Helena Halonen, Eva-Lisa Lindfors, Tommy Iversen, Gunnar Almkvist, E.Kristofer Gamstedt, Lars A.Berglund, «State of Degradation in Archeological oak from the 17th century Vasa Ship: Substantial strength Loss Correlates with Reduction in (Holo)Cellulose Molecular Weight». Biomacromolecules, 13 [8], 2521–2527 (2012).
Kontakt Dr. Ingela Bjurhager Uppsala Universitet Department of Engineering Sciences Applied Mechanics Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 S-751 21 Uppsala Telefon +46 (0)18 4717259 ingela.bjurhager@angstrom.uu.se www2.teknik.uu.se/teknikvetenskaper/ applmech/
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BIOWISSENSCHAFTEN
Infrarot-Differenzspektroskopie
Interaktion zwischen Proteinen und Pharmaka RUB-Forscher haben eine neue Methode zur detaillierten Untersuchung der Interaktion von Medikamenten mit ihren Zielproteinen entwickelt. Im EU-Projekt K4DD, das zur Hälfte von namhaften europäischen Pharmafirmen getragen wird, soll die neue Infrarotspektroskopietechnik zur Untersuchung von Wirkstoff-Protein-Interaktionen im atomaren Detail eingesetzt werden. Substanzbibliotheken sollen gezielt nach potenziellen pharmakologischen Wirkstoffen durchsucht werden. Zukünftige Medikamente werden genauer auf die Proteine abgestimmt werden, was die Nebenwirkungen erheblich reduzieren wird.
Bild: Philipp Pinkerneil, Jörn Güldenhaupt, Klaus Ger wer t, Carsten Kötting: Sur face-Attached PolyhistidineTag Proteins Characterized by F TIR Difference Spectroscopy. ChemPhysChem. 2012. Volume 13. Page 2617. Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.
Charlotte Ziob/Julia Weiler Mit der Infrarot-Differenzspektroskopie verfolgen Forscher dynamische Vorgänge in Proteinen. Das war bislang nur bei lichtaktivierten Proteinen möglich, aber nicht bei Proteinen, die durch Interaktion mit Bindungspartnern aktiviert werden – genau das ist aber gerade bei vielen krankheitsrelevanten Molekülen der Fall. Um die Dynamik dieser Proteine zu analysieren, müssen sie fest an der Messoberfläche verankert sein und mit den pharmakologischen Wirkstoffen überspült werden, mit denen sie interagieren. Eine solche Verankerung ist zwar möglich, konnte jedoch nicht für jedes beliebige Protein realisiert werden. Dieses Problem umging das RUB-Team, indem es die IR-Spektroskopie mit einer oberflächensensitiven Technik (abgeschwächte Totalreflexion) und sogenanntem «His-Tagging» (Verankerung an dieser Oberfläche) kombinierte.
Den IR-Strahl zu allen Proteinen bringen Bei der herkömmlichen IR-Spektroskopie wird Infrarotlicht auf eine wässrige Probe eingestrahlt; ein Teil des Lichtes wird von den Proteinen absorbiert, was Rückschlüsse auf ihre Struktur erlaubt. Die RUB-Forscher strahlten das Infrarotlicht nun durch einen Germaniumkristall ein, an dessen Oberfläche die Proteine gebunden werden. An den Grenzflächen des Kristalls wird das Licht immer wieder reflektiert und breitet sich so durch den Kristall aus (abgeschwächte Totalreflexion). Dabei tritt ein Teil der Lichtwellen aus dem Kristall aus und erreicht so die an der Oberfläche ge16
Bild 1. Infrarotspektren (oben links) geben Aufschluss über Strukturveränderungen in Proteinen. Um Proteine zu untersuchen, die durch Bindungspartner aktiviert werden, verankern die Bochumer Forscher die Moleküle über ein His-Tag (unten, H-H-H-…) an einer Lipiddoppelschicht (grau), die wiederum an einen Germaniumkristall (IRE) gebunden ist. In den Kristall strahlen sie Infrarotlicht (rot) ein, das sich im Kristall ausbreitet und so die gebundenen Proteine erreicht. Auf diese Weise untersuchten sie das Schalterprotein Ras (oben rechts), das für das Zellwachstum entscheidend ist.
bundenen Proteine. Eine ähnliche Technik, die Surface Plasmon Resonanz, wird heute standardmässig in der Pharmaindustrie eingesetzt, hat aber nicht die atomare Auflösung der neuen Technik. Diese Bindung erfolgte über das His-Tag, eine einfache Aminosäurekette, die heute standardmässig an Proteine angehangen wird, um sie biochemisch zu untersuchen – quasi ein Universaladapter. Über diesen
Anker dockten die RUB-Forscher die Proteine am Germaniumkristall an. So lagen die Moleküle fest gebunden an einer Oberfläche vor, die das Infrarotlicht für die Messung über abgeschwächte Totalreflexion zuführte. Der grosse Vorteil: Eine Fülle von Proteinen ist bereits mit His-Tag ausgestattet, ist also problemlos mit der neuen Bochumer Kombinationsmethode analysierbar. Auch jedes weitere Protein, an das eine His-Ket10/2012
BIOWISSENSCHAFTEN
te angehangen wird, ist nun der IR-Spektroskopie zugänglich. ÂŤDas wird helfen, eine Vielzahl von biologischen und medizinischen Fragen zu beantwortenÂť, so Klaus Gerwert vom Lehrstuhl Biophysik der RUB. Als Erstes erprobte das RUB-Team die neue Methode am Protein Ras, dem zentralen Ein-/Aus-Schalter des Zellwachstums. Defektes, sogenanntes onkogenes Ras, ist einer der häufigsten AuslĂśser von Krebs. Den Forschern gelang es, Ras mit dem His-Tag erfolgreich an die Messoberfläche zu binden und dieses an die Kette gelegte Ras durch einen Bindungspartner zu aktivieren. ÂŤDie Technik ist derart empfindlich, dass wir das Signal von einer nur fĂźnf Nanometer dicken Proteinschicht auflĂśsen konnten. Das entspricht circa 1/10 000 des Durchmessers eines menschlichen HaarsÂť, so RUB-Forscher JĂśrn GĂźldenhaupt, der massgeblich an der Entwicklung der Methode beteiligt war. Auch kleinste Strukturänderungen beim Ăœbergang zwischen den bei-
den Schalterstellungen des Ras-Proteins waren mit dem Protein-Nanoskop zu erkennen. Quelle: Ruhr-Universität Bochum Originalpublikation Philipp Pinkerneil, JÜrn Gßldenhaupt, Klaus Gerwert, Carsten KÜtting, Surface-Attached Polyhistidine-Tag Proteins Characterized by FTIR Difference Spectroscopy, ChemPhysChem 13, [11], 2617 (2012). Kontakt Prof. Dr. Klaus Gerwert Ruhr-Universität Lehrstuhl Biophysik Universitätsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 24461 klaus.gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de www.ruhr-uni-bochum.de
Worßber Chemiker lachen Fragt eine Hausfrau einen befreundeten Chemiker: Kannst du mir mal ein richtig scharfes Reinigungsmittel mischen? Am nächsten Tag bringt er ihr ein Fläschchen 1-molare Salzsäure. Als sie sich wieder sehen, fragt er, wie es so funktioniert hat. Sehr gut, aber hast du nicht noch was Schärferes? Er denkt kurz nach und bringt ihr daraufhin ein Fläschchen 1-molare Natronlauge. Und, wie war es diesmal?, fragt er sie einige Tage später. Super, es war schon viel besser, sagt sie. Aber ich habe etwas Phantastisches herausgefunden: Wenn ich beide 1:1 mische, habe ich das schärfste und beste Reinigungsmittel der Welt! Quelle: Michael Reisinger, Huntsman Advanced Materials
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BIOWISSENSCHAFTEN
Von Bakterien gebildetes Eliamid hemmt Tumorzellen
Wertvoller «Beifang» der Wirkstoffsucher Der Naturstoff Eliamid kann das Wachstum von Krebszellen hemmen – zumindest im Reagenzglas. Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) haben die von Bodenbakterien hergestellte Substanz charakterisiert. Was sie für eine mögliche Weiterentwicklung zum Medikament interessant macht und wie man sie im Labor «nachbauen» kann, beschreiben die Forscher um Evgeny Prusov im Fachjournal «Chemistry – A European Journal».
Bild: HZI/Gerth
Das im Erdreich vorkommende Bakterium Sorangium cellulosum gehört zur Ordnung der Myxobakterien. Myxobakterien produzieren viele Sekundärmetaboliten. Das sind Stoffe, die für die Bakterien nicht direkt lebensnotwendig sind, ihnen aber mitunter einen Vorteil gegenüber konkurrierenden Arten in ihrem Lebensraum verschaffen. Deshalb haben einige dieser Substanzen einen antibiotischen Effekt, andere sind für die Tumortherapie geeignet. Mit der Suche nach solchen medizinisch nutzbaren Stoffen befasst sich eine Reihe von Wissenschaftlern am HZI. Bild 1. Eine Kolonie des Myxobakteriums Sorangium cellulosum, dem Produzenten von Eliamid
Nebenbei gefunden
Manche Infektionskrankheiten verursachen als Spätfolge Krebs. So ist zum Beispiel das Hepatitis B-Virus ein häufiger Auslöser von Leberkrebs. Die Entdeckung des Zusammenhangs zwischen Viren wie dem Humanen Papillomavirus und der Entstehung von Gebärmutterhalskrebs wurde im Jahr 2008 mit dem Nobelpreis für Medizin und Physiologie gewürdigt. Und obwohl Impfungen wirksam vor diesen beiden Erregern und ihren Folgen schützen können, besteht nach wie vor der Bedarf an Wirkstoffen gegen diese und andere Krebsformen. Das jetzt beschriebene Eliamid ist genau dafür ein potenzieller Kandidat: Bei der Untersuchung der biologischen Aktivität fiel es durch seine wachstumshemmende Wirkung gegen verschiedene Krebszelllinien auf. Bereits in den 1980er-Jahren entdeckten Wissenschaftler in Braunschweig mit Epothilon einen Sekundärstoff aus Bakterien, der in der Zwischenzeit zu einem Mittel gegen Brustkrebs weiterentwickelt wurde und seit 2007 in den USA auf dem Markt ist.
Dabei entdeckten Evgeny Prusov und seine Kollegen die möglicherweise krebshemmende Wirkung von Eliamid quasi «nebenbei»: «Eigentlich waren wir auf der Suche nach neuen Wirkstoffen gegen Pilzinfektionen», sagt Klaus Gerth aus der Arbeitsgruppe Mikrobielle Wirkstoffe. «Eliamid fanden wir bei der Analyse von zwei Sorangium cellulosum-Stämmmen, die Substanzen gegen Pilze produzieren.» Bei der genaueren Charakterisierung des Naturstoffs zeigte sich aber: Eliamid hemmt die Vermehrung von Zellen von Gebärmutterhalskrebs und auch von Lymphknotengeschwüren im Reagenzglas, weist dabei aber nur eine vergleichsweise geringe Toxizität auf. Und so wie ein Fischer wertvollen Beifang in der Regel auch nicht wieder ins Meer zurück wirft, erkennen die Forscher den Wert dieses «Nebenprodukts» ihrer Naturstoffforschung. Bevor Eliamid möglicherweise Krebspatienten helfen kann, wird es noch etliche Jahre dauern. Epothilon vergingen von der Entdeckung bis zur Marktreife zwei Jahr-
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Bild 2. Eliamid
zehnte. «Die Weiterentwicklung eines Naturstoffs zu einem Medikament ist langwierig», sagt Prusov. «Wir wollen zunächst selbst mit Eliamid weiterarbeiten und Derivate herstellen.» Das sind leicht abgewandelte Varianten, die eine verbesserte Wirkung haben könnten. Die weiteren Schritte zu einem ausgereiften Medikament würde dann ein pharmazeutisches Unternehmen bestreiten; für ein Forschungsinstitut ist dies zu aufwendig und zu kostspielig. Aber Prusov ist zuversichtlich: «Wenn das von uns beschriebene Eliamid einmal kranken Menschen helfen könnte, wäre das ein besonderer Erfolg unserer Forschung.» Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung
Originalpublikation Gerhard Höfle, Klaus Gerth, Hans Reichenbach, Brigitte Kunze, Florenz Sasse, Edgar Forche, Evgeny V. Prusov, «Isolation, Biological Activity Evaluation, Structure Elucidation, and Total Synthesis of Eliamid: A Novel Complex I Inhibitor», Chemistry – A European Journal 18 [36], 11370–1137 (2012). 10/2012
BIOWISSENSCHAFTEN
Immer schön Abstand halten
Wasserabstossung zwischen Biomembranen Biomembranen umhüllen biologische Zellen wie eine Haut. Sie umschliessen auch die Organellen, die innerhalb der Zelle wichtige Aufgaben beim Stoffwechsel oder der Zellteilung übernehmen. Wie Biomembranen grundsätzlich aufgebaut sind, ist schon lange bekannt. Auch, dass Wassermoleküle benachbarte Biomembranen auf Abstand halten – sonst könnten diese ihre lebenswichtigen Funktionen nicht erfüllen. Mithilfe von Computersimulationen haben Wissenschaftler der TU München und der Freien Universität Berlin jetzt zwei verschiedene Mechanismen entdeckt, die verhindern, dass benachbarte Membran-Oberflächen zusammenkleben.
nung zwischen den Membranen abhängen. Sind die Membranen mehr als etwa einen Nanometer voneinander entfernt, spielen die Wassermoleküle die entscheidende Rolle bei der Abstossung. Da sie sich an den Lipiden beider Membranoberflächen gleichzeitig ausrichten müssen, verlassen sie ihre bevorzugte räumliche Anordnung (Bild 2). Sie haben dann eine ähnliche Funktion wie Puffer zwischen zwei Eisenbahnwagons: Sie halten die Membranen auf Distanz. Bei kleineren Abständen beinträchtigen sich die Lipide der gegenüberliegenden Membran-Oberflächen in ihrer Beweglichkeit – und die Abstossung verstärkt sich (Bild 3 unten). Die beiden Mechanismen werden schon seit einiger Zeit zur Erklärung der Wasserabstossung diskutiert. Mit ihren Computersimulationen haben die Wissenschaftler
Bild 1. Biomembranen verlieren ihre biologischen Funktionen, wenn sie miteinander verkleben. Ein dünner Wasserfilm verhindert, dass sich die Membranen (links und rechts) zu nahe kommen.
von TUM und Freier Universität jetzt erstmals die Stärke der Wasserabstossung richtig vorhergesagt, also in Übereinstimmung mit Experimenten. Damit ist die Bedeutung
Bilder: Emanuel Schneck
Biomembranen bestehen aus nebeneinander aufgereihten kettenartigen Fettmolekülen, sogenannten Lipiden. In der wässrigen Umgebung von Zellen organisieren sich die Lipide in einer Doppelschicht. Die fettlöslichen Kettenenden weisen jeweils nach innen, die wasserlöslichen Anteile nach aussen. Wenn sich zwei Biomembranen mit ihren wasserlöslichen Oberflächen zu nahe kommen, entsteht ein Wasserdruck. Dieser verhindert, dass sich die Membranoberflächen berühren. Zwischen zwei intakten Biomembranen befindet sich somit immer ein wenige Nanometer dünner Wasserfilm. Allerdings war bisher unklar, wie die Wasserabstossung auf molekularer Ebene funktioniert. Mithilfe aufwendiger Simulationen haben die Wissenschaftler zwei verschiedene Mechanismen entdeckt, die von der Entfer-
Bild 2. Bei einem Abstand von mehr als etwa 1 Nanometer zwischen zwei Membranen dominiert die Abstossung durch die Wassermoleküle. Diese richten sich an den Lipiden der Membran aus und verlieren dadurch ihre bevorzugte räumliche Anordnung. So halten sie die Membranen auf Distanz.
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Bild 3. Wenn Membranen weniger als etwa 1 Nanometer voneinander entfernt sind, überwiegt der Einfluss der Lipidmoleküle: Bei geringen Abstanden blockieren sie sich gegenseitig in ihrer Beweglichkeit (unten).
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BIOWISSENSCHAFTEN
der verschiedenen Mechanismen im Detail aufgeklärt. «Wir konnten den Wasserdruck so genau vorhersagen, weil wir in unseren Rechnungen das chemische Potenzial des Wassers präzise bestimmt haben», erklärt Emanuel Schneck aus der Arbeitsgruppe von Roland Netz (vormals TUM), der inzwischen am Institute Laue Langevin (ILL) forscht. «Das chemische Potenzial besagt, wie ‹gern › sich die Wassermoleküle am jeweiligen Ort aufhalten. Damit wir korrekte Ergebnisse erhalten, muss das Potenzial an Membranoberflächen und im Umgebungs-
wasser in der Simulation den gleichen Wert haben.» Ihre Ergebnisse wollen die Forscher jetzt auf viele weitere biologische Oberflächen übertragen und dabei noch deutlich komplexere Computermodelle einsetzen. Quelle: Freien Universität Berlin Originalpublikation Emanuel Schneck, Felix Sedlmeier, and Roland R. Netz, «Hydration repulsion
between biomembranes results from an interplay of dehydration and depolarization», PNAS 109 [36], 14405–14409 (2012). Kontakt Prof. Dr. Roland Netz Freie Universität Berlin Fachbereich Physik Arnimallee 14, D-14195 Berlin Telefon +49 (0)30 838 55737 rnetz@physik.fu-berlin.de www.physik.fu-berlin.de
Proteine spannen Phosphatkette
Wie eine Feder im Spielzeugauto Den molekularen Mechanismus, mit dem das Protein Ras beschleunigt wird und somit das Zellwachstum bremst, beschreiben Biophysiker der Ruhr-Universität Bochum um Klaus Gerwert. Mit einer Kombination aus Infrarotspektroskopie und Computersimulationen zeigten sie, dass Ras eine Phosphatkette derart unter Spannung setzt, dass sich eine Phosphatgruppe besonders leicht ablösen lässt – die Bremse für das Zellwachstum. Mutiertes Ras ist an der Tumorbildung beteiligt, weil sich diese Reaktion verlangsamt und die Bremse für das Zellwachstum versagt.
Das Protein Ras schaltet das Zellwachstum ab, indem es eine Phosphatgruppe von dem kleinen gebundenen Guanosintriphosphat, kurz GTP, ablöst. GTP besitzt drei miteinander verkettete Phosphatgruppen. Liegt es in Wasser vor, kann sich die dritte Phosphatgruppe spontan abspalten – auch ohne Hilfe des Proteins Ras. Dieser Prozess ist allerdings sehr langsam. Ras beschleunigt die Abspaltung um fünf Grössenordnungen, ein zweites Protein, GAP genannt, um weitere fünf Grössenordnungen. Wie es zu dieser Beschleunigung kommt, hat das Bochumer Team nun herausgefunden.
Wie Ras die Phosphatkette spannt Ras bringt die Kette der drei Phosphatgruppen am GTP in eine bestimmte Form. Es dreht die dritte und zweite Phosphatgruppe so zueinander, dass sich die Kette 20
spannt. «Ähnlich wie man eine Feder in einem Spielzeugauto durch Drehen einer Schraube aufzieht», erklärt Gerwert. «Ras ist die Schraube, die Phosphatgruppen bilden die Feder.» Das Protein GAP spannt die Feder noch weiter, indem es auch die erste Phosphatgruppe gegen die zweite dreht. Damit gelangt das GTP in einen so energiereichen Zustand, dass sich die dritte Phosphatgruppe leicht von der Kette lösen kann – so wie das Spielzeugauto nach Aufziehen der Feder spontan losfährt. Die Ergebnisse erzielten die Bochumer Forscher mit der am Lehrstuhl Biophysik entwickelten zeitaufgelösten Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie. Mit dieser Technik verfolgen die Wissenschaftler Reaktionen und Interaktionen von Proteinen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung; sehr viel präziser als mit einem Mikroskop. «Allerdings liefert die Spektroskopie nicht
so schöne Bilder wie ein Mikroskop, sondern nur sehr komplexe Infrarotspektren», erklärt Carsten Kötting. «Wie eine Geheimschrift muss man sie dekodieren.»
Quantenchemische Simulationen Dazu simulierte Till Rudack die Proteinreaktionen auf modernsten Computerclustern und berechnete die dazugehörigen Infrarotspektren. Aufgrund des enormen Rechenaufwands lassen sich grosse Moleküle wie ein komplettes Protein mit dieser quantenchemischen Simulation zurzeit nicht zuverlässig beschreiben. Daher beschränkten die Wissenschaftler ihre Analyse auf GTP und den Teil des Ras- bzw. GAPProteins, der unmittelbar mit GTP interagiert. Den Rest der Proteine beschrieben sie mit einer weniger aufwendigen Molekulardynamik-Simulation. 10/2012
BIOWISSENSCHAFTEN
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Bild: Till Rudack
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Bild 1. Die Proteine Ras (blau) und GAP (grün) interagieren mit Guanosintriphosphat (GTP, gelb) und Magnesium (rosa). Sie spannen die Kette aus drei Phosphatgruppen Schritt für Schritt so stark (rechts), dass sich die dritte Phosphatgruppe leicht von dem Rest der Kette löst.
«Beim Zusammenbringen der verschiedenen Simulationen kann man leicht auf Irrwege geraten», sagt Rudack. «Deswegen muss man die Qualität der Ergebnisse prüfen, indem man die simulierten mit den gemessenen Infrarotspektren vergleicht.» Stimmen die mit beiden Techniken erhaltenen Spektren überein, kann die Struktur der Proteine bis auf einen millionstel Mikrometer genau bestimmt werden. Das war bei der Bochumer Studie der Fall.
Hoffnung auf, das mutierte Molekül mit Wirkstoffen wie Gleevec entschärfen zu können und den richtigen Rhythmus der Zelle wiederherzustellen». so Gerwert. Quelle: Ruhr-Universität Bochum
Möglicher Nutzen für die Krebstherapie
Originalpublikation Till Rudack, Fei Xia, Jürgen Schlitter, Carsten Kötting, and Klaus Gerwert, «Ras and GTPase-activating protein (GAP) drive GTP into a precatalytic state as revealed by combining FTIR and biomolecular simulations», PNAS 109 [38], 15295–15300 (2012).
Die molekulare Krebstherapie wird bereits erfolgreich bei Erkrankungen wie der chronisch myeloischen Leukämie (CLM) in Form des Medikaments Gleevec angewandt. Ähnlich wirksame Moleküle sind gegen das mutierte Ras-Protein bisher nicht gefunden worden. «Da wir die Reaktionen des RasProteins nun mit deutlich verbesserter Auflösung untersuchen können, keimt neue
Kontakt Prof. Dr. Klaus Gerwert Ruhr-Universität Fakultät für Biologie und Biotechnologie D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 24461 klaus.gerwert@bph.ruhr-uni-bochum.de www.ruhr-uni-bochum.de
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BIOWISSENSCHAFTEN
Enzymatisches Ätzen erzeugt nanoskalige Oberflächentopografien
Enzyme als Kanalbauer
Bild: Wiley-VCH
In lebenden Systemen beeinflussen komplexe nano- und mikroskopische Strukturen eine Vielzahl von physikalischen und biologischen Funktionen. Während zweidimensionale Muster beispielsweise mit mikrolithografischen Verfahren recht gut nachzuahmen sind, stellen dreidimensionale Strukturen eine grosse Herausforderung dar. Amerikanische Forscher haben jetzt eine neue Methode entwickelt, um komplexe Oberflächen mit bioabbaubaren Polymeren und Enzymen ohne Lithografie zu ätzen.
Bild 1. Lithografiefreies Ätzen komplexer Oberflächenmerkmale gelingt, indem man das Enzym Proteinase K (PK) unter Steuerung durch Rinderserumalbumin (BSA) ein bioabbaubares Polymer verdauen lässt. Dieser Prozess wurde dazu verwendet, eine Baueinheit zum membranlosen Filtrieren für die grössenbasierte Isolierung und Anreicherung von Zellen aus Vollblut zu konstruieren.
Das Team um Victor M. Ugaz an der Texas A&M University verwendet Proteinase K, ein proteinspaltendes Enzym, das auch den Biokunststoff Polymilchsäure abbauen kann. Auf einen kleinen Block aus Polymilchsäure tragen die Forscher zunächst eine Maske auf, die nur eine schmale Spur freilässt. In
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diesen Mikrokanal wird eine Flüssigkeit mit Proteinase K geleitet. Überall, wo das Enzym mit der Polymilchsäure in Berührung kommt, wird diese «weggeätzt». In Mikrokanälen können Flüssigkeiten nebeneinander strömen, ohne sich merklich zu mischen. Dies nutzen die Wissenschaftler zur Herstellung strukturierter Kanälchen. Sie führen rechts und links Proteinase KLösung durch den Mikrokanal, mittig hemmt eine Proteinlösung den Ätzprozess. Auf diese Weise werden zwei benachbarte Kanälchen in das Polymer geätzt, die durch ein feines «Wehr» getrennt sind. Im nächsten Schritt wird Proteinlösung sowohl durch einen der geätzten Kanäle als auch über das mittige Wehr geführt, während der zweite Kanal wiederum der Proteinase K ausgesetzt wird. Damit bleibt der eine Kanal flach, der zweite wird tiefer geätzt. Zum Schluss werden alle drei Spuren mit Proteinase K weiter vertieft. Das Wehr liegt damit niedriger als die «Ufer» des Doppelkanals. Ein solcher Doppelkanal wird in Form einer Haarnadelkurve geführt und oben verschlossen. Die Forscher liessen mit Tumorzellen versetztes Blut durch den inneren, flacheren Kanal, Pufferlösung durch den
äusseren, tieferen strömen. Fliehkräfte drücken in der Kurve Blutzellen in die äussere Rinne mit dem Puffer. Durch den engen Spalt zwischen Abdeckung und Wehr passen jedoch nur kleine Blutzellen. Die grösseren Tumorzellen passen nicht durch und werden im inneren Kanal angereichert, störende rote Blutkörperchen abgereichert. Die unterschiedliche Tiefe beider Kanälchen unterstützt diesen Prozess. Seltene Zellen wie frei zirkulierende Tumorzellen lassen sich auf diese Weise wesentlich rascher und einfacher in Blutproben nachweisen als mit herkömmlichen Methoden wie der Membranfiltration. Durch spezielle thermische Vorbehandlung können gezielt kristalline Bereiche in Polymilchsäure erzeugt werden, die von Proteinase K nur schlecht abgebaut werden. Auf diese Weise lassen sich Kanälchen mit definierten kleinen Hindernissen erzeugen, die beispielsweise für Filtrations- oder Chromatografiesysteme geeignet sind. Quelle: Angewandte Chemie Originalpublikation Jen-Huang Huang, Arul Jayaraman, Victor M. Ugaz, «Enzymatic Sculpting of Nanoscale and Microscale Surface Topographies», Angew. Chem. 51(38), 9619–9623 (2012) Kontakt Victor Ugaz, Texas A&M University Artie McFerrin Department of Chemical Engineering Jack E. Brown Engineering Bldg. 3122 TAMU, USA College Station, TX 77843-3122 Telefon +1 979 4581002 ugaz@tamu.edu, www.che.tamu.edu 10/2012
NEWS
Die BASF hat für ihre Forschungsarbeit an metallorganischen Gerüstmaterialien (Metal Organic Frameworks, MOFs) den französischen Pierre-PotierPreis in der Kategorie Prozessinnovation verliehen bekommen. Der vor sieben Jahren initiierte Preis der beiden französischen Chemieverbände «Fédération Française pour les sciences de la Chimie (FFC)» und «l’Union des Industries Chimiques (UIC)» würdigt Innova-
tionen im Bereich Chemie, die besonders nachhaltig sind. Die Forscher der BASF haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Aluminium-MOFs erstmals im Industriemassstab lösungsmittelfrei herstellen lassen. Da im Herstellungsprozess nur Wasser und keine organischen Lösungsmittel eingesetzt werden, ist das Verfahren besonders sicher und umweltfreundlich.
MOFs eignen sich für zahlreiche Anwendungen. Die BASF setzt sie unter anderem dafür ein, Erdgas in gasbetriebenen Fahrzeugen effizienter zu speichern. MOFs bestehen aus einem dreidimensionalen metallorganischen Gerüst mit Poren im Nanometer-Bereich. Durch die so vergrösserte innere Oberfläche und hohe Porosität lassen sich relativ grosse Erdgasmengen im Tank von Erdgasautos speichern, wodurch diese mit
Bild: BASF
Forschung an metallorganischen Gerüstmaterialien gewürdigt
Bild 1. Metallorganische Materialien sollen die Reichweite von Erdgasautos vergrössern.
einer Tankfüllung etwa doppelt so weit fahren können wie bisher. Quelle: BASF
Roche baut Produktionsanlage in Kaiseraugst aus Wie die Firma Roche bekannt gegeben hat, wurde das Baugesuch zur geplanten Erweiterung der Produktionsanlage für
Bild 1. Strukturformel von Ceftriaxon
das Antibiotikum Rocephin (Ceftriaxon) von der Gemeinde Kaiseraugst bewilligt. Aufgrund der weltweit anhaltenden Nachfrage nach Rocephin und des Alters der bestehenden Produktionsanlagen wird Roche in eine technologisch hochmoderne Abfülllinie investieren. Diese soll in Zukunft die zwei bestehenden Anlagen ersetzen. Im Verlauf des Ausbaus sind in Kaiseraugst Investitionen von rund 35 Millionen Schweizer Franken geplant.
«Diese Investition unterstreicht einmal mehr die strategische Bedeutung des Standortes in Kaiseraugst für Roche», führt Matthias M. Baltisberger, Leiter Standort Basel, aus. «Der geplante Ausbau der bestehenden Rocephin-Abfülllinien zeigt, dass wir wichtige Medikamente wie Rocephin auch über den Patentablauf hinaus herstellen und damit einen wesentlichen Beitrag zur Versorgung von Patienten mit Antibiotika leisten.» Die Umbauarbeiten werden
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Rocephin wird bereits seit 1986 in Kaiseraugst produziert, verpackt und von dort weltweit in heute 160 Länder ausgeliefert. Mit dem Antibiotikum wurden bereits über 100 Millionen Menschen erfolgreich behandelt. Quelle: Roche
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A curiosity of the natural world motivates researchers
Uncoiling the cucumber’s enigma
Figures: Joshua Puzey and Sharon Gerbode
Captivated by a strange coiling behavior in the grasping tendrils of the cucumber plant, researchers at Harvard University have characterized a new type of spring that is soft when pulled gently and stiff when pulled strongly. Instead of unwinding to a flat ribbon under stress, as an untwisted coil normally would, the cucumber’s tendrils actually coil further.
Figure 1. An intact cucumber tendril (top) and a fiber ribbon (bottom) that has been extracted from a tendril both coil in the same, predictable way. Studying the cellular structure of these tendrils has helped researchers to understand a new type of spring.
Understanding this counterintuitive behavior required a combination of head scratching, physical modeling, mathematical modeling, and cell biology – not to mention a large quantity of silicone. The result that has recently been published in the journal «Science», describes the mechanism by which coiling occurs in the cucumber plant and suggests a new type of bio-inspired twistless spring. Well known to botanists and gardeners, the coiling tendrils of climbing plants like cucumbers, sweet peas, and grape vines allow the plants to hoist themselves up towards sunlight and secure themselves tightly to existing structures like trees or trellises. Yet the biological and physical mechanism of this coiling, at the level of the plant’s cells and tissues, has remained a mystery. A cucumber tendril begins as a straight stem that elongates until it finds something to latch onto. Then, secured at both ends, it forms a left-handed helix and a right-hand24
ed helix, joined at the center by a «perversion» – Charles Darwin’s strikingly Victorian term for the point at which the coiling changes direction. «It’s easy to create one of these twistless springs with a telephone cord,» says lead author Sharon Gerbode , «and they’re annoying. But with the phone cord, you can pull on both ends and it will straighten out into a flat ribbon. What’s strange about the cucumber tendril is that if you pull on the ends, it actually overwinds, adding more turns to both helices.» To explore the mechanism for this behavior, Gerbode and her Harvard colleagues took a closer look at the cells and tissue types inside the tendril. A fibrous ribbon, made of thread-like cells called gelatinous fiber (g-fiber) cells, runs the length of each tendril. Two cell layers thick, this ribbon appears to provide the force required for the tendril to form a helix without the benefit of muscles. If the
cells on one side of such a ribbon were to contract, the researchers thought, it would force the ribbon to curve and coil. The scientists tried to reconstruct this fiber ribbon with a silicone model. They stretched a sheet of elastic silicone, secured the ends, and then spread a thin layer of silicone caulk across its surface. When the caulk cured, they cut a thin strip off the model, held both ends, and watched it coil into a pair of perfect helices. When they pulled on both ends, however, it simply unraveled and lay flat, adding no extra coils as they had hoped. The clue, as it turns out, was inside the gfiber cells. These cells have been studied extensively in trees; they have the ability to shrink or elongate, thanks to a special type of architecture in the cell wall. «What we think may be happening is that the inner cell layer of the tendril has more lignin in it, which is a sort of glue that gives cell walls stiffness and holds together the cellulose microfibrils, which are like rebar in the cells,» explains Joshua Puzey, one of the co-authors. «We thought this stiffness
Figure 2. The lignified cells in the tendril’s fiber ribbon glow bright blue under ultraviolet light. The thickened cell walls are clearly visible in the bottom two images.
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must be related to the coiling somehow.» To test this idea, Gerbode and Puzey glued a fabric ribbon to one side of their silicone model and a copper wire to the other side. At last, the silicone strip formed a pair of helices that overwound, just like the cucumber tendril. The structure they stumbled upon is a spring made of two joined, oppositeFigure 3. Cucumber tendrils produce a particu- handed helices whose lar type of strong, flexible spring that has not bending stiffness is higher been characterized before. Shown here is a than their twisting stiffness. fiber ribbon extracted from a tendril. In other words, to form this specific structure, the materials involved have to make it easier for the ribbon to twist axially than to change its curvature. Through mathematical models, the team was able to fully understand the parameters and synthesize a simple principle for the design of these springs. The final stage in the research was to address the biological implications. By extracting the fiber ribbon from a cucumber tendril, the group of Lakshminarayanan Mahadevan had already noticed that moisture was playing a role in the spring’s behavior. As the extracted ribbon dried out, its stiffness increased and it coiled more tightly. Lignin is also known to be hydrophobic, repelling water. What’s more, the scientists measured the mechanical response of young tendrils and older ones, finding that the older tendrils put up much more resistance to pulling, a fact that they explained using a combination of theory and computer simulations. Though the group has not yet explored these findings from an evolutionary perspective, they hypothesize that the mature coil structure allows the climbing plants just the right amount of structural flexibility. «You want the plant to make a nice strong, secure connection, but you also don’t want it to be too stiff or to snap,» explains Gerbode. «You want it to have a little bit of flexibility so that if the wind blows or an animal brushes past it, it doesn’t break. So one possibility is that this overwinding allows the plant to easily accommodate small motions, but then if something really serious happens it can get very stiff and protect itself.» Source: Harvard University Reference Sharon J. Gerbode, Joshua R. Puzey, Andrew G. McCormick, L. Mahadevan, «How the Cucumber Tendril Coils and Overwinds», Science 337 [6098], 1087–1091 (2012). Contact L. Mahadevan School of Engineering and Applied Sciences Harvard University Cambridge, MA 02138, USA Phone +1 617 496 9599 lm@seas.harvard.edu, www.seas.harvard.edu 10/2012
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Am Anfang stehen Kaliumsalze aus Pilzen und Pflanzen
Wie Salz im Regenwald zu Wolken wird Im Ökosystem Regenwald sind Pilze und Pflanzen wichtige Partner bei der Entstehung von Nebel und Wolken: Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie haben jetzt herausgefunden, dass sie Salzpartikel freisetzen, an denen sich organische Moleküle anlagern. So bilden sich Kondensationskerne, an denen die Luftfeuchte des Regenwalds zu Wassertropfen kondensiert. Die Entdeckung gelang mithilfe einer neuen Methode, in der einzelne Partikel mit Röntgenstrahlen durchleuchtet und mikroskopisch sowie spektroskopisch analysiert werden.
Bild: Christopher Pöhlker / MPI für Chemie
Nebel, Wolken und Niederschlag im Regenwald. Die Entdeckung gelang Pöhlker mithilfe einer neuen Aerosol-Analysemethode, der sogenannten Raster-Transmissionsröntgenmikroskopie mit Nahkanten-FeinstrukturRöntgenabsorptionsspektroskopie (STXMNEXAFS). In Zusammenarbeit mit Forschern aus Deutschland, Brasilien, Indien und USA nutzte er Röntgenmikroskope an den Synchrotron-Lichtquellen des Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien und des Helmholtz-Zentrums in Berlin (BESSY
Bild 1. Charakteristische Nebelbildung im Amazonasgebiet nach starkem Regenschauer während der Regenzeit. Vom Wald freigesetzte Salzpartikel starten die Bildung von Kondensationskeimen für Luftfeuchtigkeit und beeinflussen damit die Entstehung und Entwicklung von Nebel und Wolken im Regenwaldökosystem.
Nebel und Wolken entstehen, wenn die Luft feine Partikel enthält, an denen Feuchtigkeit kondensiert. Auch im natürlichen Regenwald bilden sich Nebel, Wolken und Niederschlag an solchen Aerosolpartikeln. Bisher nahm man an, dass die meisten Aerosolpartikel über dem Amazonas-Regenwald aus rein organischem Material bestehen und durch chemische Reaktionen von Gasmolekülen in der Atmosphäre gebildet werden. Dabei werden leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe wie Isopren von Pflanzen freigesetzt und anschliessend durch fotochemische Oxidantien in schwerflüchtige organische Moleküle umgewandelt, die sich aneinander anlagern und so Aerosolpartikel bilden. 26
An Kaliumsalze lagern sich organische Moleküle an Forscher um Meinrat O. Andreae und Ulrich Pöschl am Max-Planck-Institut für Chemie haben nun herausgefunden, dass an der Aerosolbildung nicht nur organische Moleküle, sondern auch feinste Kaliumsalzpartikel beteiligt sind. Sie werden hauptsächlich von Pilzen, aber auch von Pflanzen im Regenwald freigesetzt und dienen als Kondensationskerne, an die sich die organischen Moleküle anlagern können. Pilze und Pflanzen nehmen also direkten Einfluss auf die Anzahl und die Eigenschaften von Aerosolpartikeln in der Luft und somit auch auf die Bildung und Zusammensetzung von
Bild 2. Quellen und Alterung organischer Aerosolpartikel in der atmosphärischen Grenzschicht im Amazonas-Regenwald. Bildung von sekundären organischen Aerosolpartikeln (SOA, engl.: secondary organic aerosols) durch Fotooxidation flüchtiger organischer Verbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und Kondensation der gebildeten semi- und schwer-flüchtigen Oxidationsprodukte (SVOC / LVOC, engl.: semi- and lowvolatile organic compounds) auf primäre Bioaerosolpartikel (PBA, engl.: primary biological aerosols) und biogene Salze. Biogene Salze initiieren die Bildung organischer Aerosolpartikel im wolkenrelevanten Grössenbereich (0,1–1 µm). Bild 2 + 3: From [C Pöhlker et al. Biogenic Potassium Salt Particles as Seeds for Secondary Organic Aerosol in the Amazon, Science 337 [6098], 1075–1078 (2012)]. Reprinted with permission from AAAS.
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zu quantifizieren. Das wiederum ist wichtig, um ihre Wechselwirkungen mit Wolken und Niederschlag im natürlichen Klimasystem zu verstehen. Die Forscher hoffen, dadurch zukünftig auch den Einfluss menschlicher Aktivitäten auf den globalen Klimawandel besser abschätzen zu können. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft
Bild 3. (A) NEXAFS-Spektren von (i) organischem Standard-Sekundäraerosol (SOA, secondary organic aerosol) aus Terpen- und Isopren-Oxidation; (ii) Glukose als Kohlenhydratstandard; und (iii) Amazonas-Aerosol der Typen OAacid, OAmixed und OAhydroxy. (B) NEXAFS-Spektren von Amazonas-Aerosol mit unterschiedlichen Kalium-Massegehalten. Vertikale, gestrichelte Linien zeigen Resonanzabsorption von organischen, funktionellen Gruppen und Kalium. Schattierte Bereiche zeigen Standardabweichung der gemittelten Spektren. Anzahl analysierter Partikel in Klammern angegeben
II) und konnte damit kleinste Mengen von Kalium in organischen Aerosolpartikeln aufspüren, die im brasilianischen Regenwald nördlich von Manaus auf Luftfiltern und hauchdünnen Plättchen gesammelt worden waren.
Multiphasenprozesse spielen eine Rolle «Wir haben drei Arten organischer Aerosolpartikel gefunden, und in allen waren Kaliumsalze enthalten», berichtet Pöhlker. «Anfänglich hatten wir uns auf den Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffgehalt des organischen Materials konzentriert. Aber dann fanden wir zu unserer Überraschung auch sehr hohe Kaliumgehalte von bis zu 20 Prozent», fügt der Chemiker hinzu. Innere Strukturen in den nanometer- bis mikrometergrossen Partikeln weisen darauf hin, dass bei der Oxidation und Kondensation der organischen Gasmoleküle auch sogenannte Multiphasen-Prozesse eine wichtige Rolle spielen, bei denen unterschiedliche chemische Phasen wie Nebel- bzw. Wolkenwasser und gelartige organische Substanzen beteiligt sind. Die Ergebnisse helfen, die Quellen organischer Aerosolpartikel zu identifizieren und 10/2012
Originalpublikation Christopher Pöhlker, Kenia T. Wiedemann, Bärbel Sinha, Manabu Shiraiwa, Sachin S. Gunthe, Mackenzie Smith, Hang Su, Paulo Artaxo, Qi Chen, Yafang Cheng, Wolfgang Elbert, Mary K. Gilles, Arthur
L. D. Kilcoyne, Ryan C. Moffet, Markus Weigand, Scot T. Martin, Ulrich Pöschl, Meinrat O. Andreae, «Biogenic Potassium Salt Particles as Seeds for Secondary Organic Aerosol in the Amazon», Science 337 [6098], 1075–1078 (2012). Kontakt Christopher Pöhlker Max-Planck-Institut für Chemie Hahn-Meitner-Weg 1 D-55128 Mainz Telefon +49 6131 305 6303 c.pohlker@ mpic.de www.mpic.de
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Glycolaldehyd im All
Süsse Entdeckung: Zucker unter Sternen Astronomen haben mit dem Verbundteleskop Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) erstmals in der direkten Umgebung eines jungen, sonnenähnlichen Sterns Zuckermoleküle aufgespürt. Die Entdeckung der Moleküle im Gas, das den Stern umgibt, zeigt, dass diese Lebensbausteine zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind, um bei der Entstehung von Planeten um diesen Stern zur Stelle zu sein.
Die Astronomen fanden im Gas, das einen jungen Doppelstern umgibt, Glycolaldehydmoleküle: eine einfache Form von Zucker. Der Stern, der die Bezeichnung IRAS 162932422 trägt, hat eine ähnliche Masse wie unsere Sonne. Glycolaldehyd war zuvor bereits im interstellaren Raum nachgewiesen worden. Dies ist allerdings das erste Mal, dass solche Moleküle vergleichsweise nahe bei einem sonnenähnlichen Stern gefunden wurden – in einer Entfernung, die vergleichbar mit jener des Uranus von der Sonne ist. Die Entdeckung zeigt, dass einige der für Leben nötigen chemischen Verbindungen bereits zur Zeit der Planetenentstehung in dem betreffenden System vorhanden waren.
einen der Sterne des Systems zu», sagt Cécile Favre von der Universität Aarhus (Dänemark), die an den Forschungen beteiligt war. «Nicht nur sind die Zuckermoleküle am richtigen Ort, um auf einem Planeten zu landen – sie bewegen sich auch in die richtige Richtung!» Die Gas- und Staubwolken, aus deren Kollaps neue Sterne entstehen, sind extrem kalt, und viele der Gase setzen sich in Form von Eis auf den Staubteilchen ab. Dort können sie chemisch reagieren, sodass komplexere Moleküle entstehen können. Sobald sich im Inneren einer solchen rotierenden
Bild: Alma (ESO/NAOJ/NR AO)/L. Calçada (ESO) & Nasa/JPL-Caltech/Wise Team
Bild 1. Glycolaldehyd
hohe Empfindlichkeit, die Alma selbst bei den niedrigsten Wellenlängen seines Messbereichs erreicht – eine beachtliche technische Herausforderung. Die Messungen nutzten dabei sogar nur einen Teil des Verbundteleskops und wurden während der «Science Verification phase» getätigt, in der das Teleskop anhand wissenschaftlicher Fragestellungen auf Funktions- und Leistungsfähigkeit getestet wurde. «Besonders aufregend ist für uns an diesen Ergebnissen, was die Alma-Beobachtungen über die Bewegung der Zuckermoleküle zeigen: Die Moleküle fallen offenbar auf
Eine einfache Art von Zucker «In der Scheibe aus Gas und Staub, die diesen neu entstandenen Stern umgibt, haben wir Glycolaldehyd gefunden. Das ist eine einfache Art von Zucker, gar nicht so unterschiedlich von dem Zucker, den wir in unseren Kaffee tun», erklärt Jes Jørgensen vom Niels-Bohr-Institut, Kopenhagen. «Dieses Molekül ist eine der Zutaten bei der Entstehung von RNA, und die wiederum ist – genau wie die mit ihr verwandte DNA – einer der Grundbausteine von Leben.» Entscheidend für die neuen Ergebnisse ist die 28
Bild 2. Zuckermoleküle in Gaswolken aus der Umgebung eines jungen Sterns
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Gas- und Staubwolke ein Stern gebildet hat, heizt er die inneren Regionen der Wolke auf. Diese Bereiche erreichen dann in etwa irdische Zimmertemperatur; die komplexeren chemischen Verbindungen verdampfen und werden zu Gasen, deren charakteristische Strahlung im Radiobereich sich mit empfindlichen Teleskopen wie Alma nachweisen lässt. IRAS 16293-2422 ist der Erde vergleichsweise nahe: Mit einem Abstand von nur rund 400 Lichtjahren bietet er den Astronomen optimale Verhältnisse, um die Chemie und die Molekülhäufigkeiten in der Umgebung junger Sterne zu untersuchen. Mit einer neuen Generation von Telesko-
pen, wie Alma, finden die Wissenschaflter beste Voraussetzungen vor, um Details der Gas- und Staubwolken zu studieren, aus denen Planetensysteme entstehen. «Die grosse Frage ist: Wie komplex können diese Moleküle werden, bevor sie Bestandteil der neu entstandenen Planeten werden? Die Antwort verspricht Hinweise darauf, wie Leben auf anderen Planeten entstehen kann – und Alma-Beobachtungen werden eine wichtige Rolle dabei spielen, dieses Rätsel zu lösen», schliesst Jørgensen.
Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie
Originalpublikation Jes K. Jørgensen, Cécile Favre, Suzanne E. Bisschop, Tyler L. Bourke, Ewine F. van Dishoeck, and Markus Schmalzl, «Detection of the Simplest Sugar, Glycolaldehyde, in a Solar-type Protostar with Alma», 2012 ApJ 757 L4 doi:10.1088/2041-8205/757/1/L4 Kontakt Dr. Markus Pössel Haus der Astronomie, MPIA-Campus Königstuhl 17 D-69117 Heidelberg Telefon +49 (0)6221 528 261 eson-germany@eso.org www.eso.org
Das geheimnisvolle Ohr der Fruchtfliege Drosophila
Seh- und Riechproteine helfen beim Hören
Wissenschaftler der Universität Göttingen haben gemeinsam mit Forschern des MaxPlanck-Instituts für Zellbiologie und Genetik in Dresden entdeckt, dass diese verschiedenen Proteine im Ohr der Fruchtfliege Drosophila vorkommen und dass die Fliege Rhodopsine und olfaktorische Rezeptorproteine zur Schallverarbeitung benutzt. 500 Hörsinneszellen sind bei Drosophila für das Hören verantwortlich. Die Bildung dieser Zellen wird durch ein Gen gesteuert, das auch im menschlichen Ohr die Entwicklung von Hörsinneszellen kontrolliert. Die Göttinger Wissenschaftler haben mithilfe dieses Gens das genetische Repertoire von Hörsinneszellen untersucht und dabei 274 Genprodukte in den Hörsinneszellen der Fliege identifiziert. «Jedes Fünfte dieser 10/2012
Bild: David Piepenbrock
Normalerweise benutzen Sinneszellen für Sehen, Riechen und Hören unterschiedliche Proteine, um sensorische Signale zu entschlüsseln. Fotorezeptoren fangen Licht mit Rhodopsinen, Chemorezeptoren binden Duftstoffe mit Geruchsproteinen, und Hörsinneszellen verwenden Ionenkanäle, die Schwingungen im Ohr registrieren. Im Fliegenohr hingegen ist alles anders, da brauchen die Hörsinneszellen auch noch Unterstützung von Seh- und Riechproteinen.
Bild 1. Rhodopsin in der Fliegenantenne. Das Hörorgan der Fliege besteht aus mehreren Zelltypen – Rhodopsin (Sehpurpur) ist in den Neuronen lokalisiert, welche von Stiftzellen gestützt werden.
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Hörsinneszellen der Fliege allerdings nicht. Das weist darauf hin, dass die Funktion von Rhodopsin im Ohr lichtunabhängig ist und belegt, dass das Fliegenohr trotz des Sehproteins nicht sieht. Nach Ansicht von Göpfert scheinen Rhodopsine die Empfindlichkeit von mechanosensitiven Ionenkanälen zu erhöhen. Wie das genau funktioniert, wissen die Forscher aber noch nicht. Auch fehlende Riechproteine hatten bei den Mutanten einen Einfluss. Sie hörten weniger empfindlich, wenngleich dieser Effekt nicht ganz so stark ausgeprägt war wie bei den Fliegen mit fehlendem Rhodopsin.
Bild 2 + 3: Martin Göpfert
Einblicke in die Evolution sensorischer Signalkaskaden
Bild 2. Drosophila. Dem Hören dient die Antenne seitlich am Kopf.
Genprodukte hat ein Pendant in unserem Erbgut, das beim Hören eine Rolle spielt. Neben bekannten Genen für Hören haben wir auch viele Gene gefunden, die Seh- und Riechproteine kodieren», sagt Martin Göpfert, Leiter der Abteilung für Zelluläre Neurobiologie der Universität Göttingen. Ob die Riech- und Sehproteine beim Hören eine Rolle spielen, hat der Göttinger Forscher David Piepenbrock untersucht. Dazu hat er Hunderte von mutanten Fliegen mit
unterschiedlichen Geräuschen beschallt und dann untersucht, was diese hören. Bei den meisten Mutanten war das Hörvermögen deutlich beeinträchtigt. «Besonders die Hördefekte von Rhodopsinmutanten waren recht drastisch – wenn ein Rhodopsin zerstört wurde, reagierten die Hörsinneszellen im Fliegenohr nur noch auf sehr lauten Schall. Wurden zwei Rhodopsine zerstört, waren die Fliegen vollständig taub», sagt Piepenbrock. Auf Lichtblitze reagierten die
Bild 3. Längsschnitt durch die Fliegenantenne: Links: Wildtyp. Die Hörsinneszellen sitzen im zweiten Antennensegment (Pfeil). Rechts: atonal Mutante. Die Hörsinneszellen fehlen. Um Hörgene zu identifizieren, haben die Wissenschaftler das genetische Repertoire des zweiten Antennensegments von Wildtyp-Fliegen und atonal Mutanten verglichen.
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«Die Entdeckung, dass Rhodopsine und Chemorezeptor-Proteine Rollen beim Hören spielen, ist aus evolutionärer Sicht interessant», erklärt Göpfert. «Bei der Fliege stammen Hör-, Seh- und bestimmte Riechsinneszellen vermutlich von einer gemeinsamen Vorläuferzelle ab. Diese protosensorische Zelle war vermutlich den Hörsinneszellen am nächsten. Da diese Hörzellen Chemo- und Fotorezeptor-Proteine benutzen, scheint es jetzt möglich, dass es diese Proteine bereits vor den entsprechenden Riech- und Sehzellen gab.» Quelle: Universität Göttingen Originalpublikation Pingkalai R. Senthilan, David Piepenbrock, Guvanch Ovezmyradov, Björn Nadrowski, Susanne Bechstedt, Stephanie Pauls, Margret Winkler, Wiebke Möbius, Jonathon Howard, Martin C. Göpfert, «Drosophila auditory organ genes and genetic hearing defects», Cell 150 [5], 1042–1054 (2012).
Kontakt Prof. Dr. Martin Göpfert Georg-August-Universität Göttingen Biologische Fakultät Abteilung Zelluläre Neurobiologie Julia-Lermontowa-Weg 3 D-37077 Göttingen Telefon +49 (0)551 39 177955 mgoepfe@gwdg.de www.uni-goettingen.de 10/2012
Bild: Paul Scherrer Institut/M. Fischer
Bild 1. Die PSI-Forscher Bernd Pinzer (links)und Marco Stampanoni diskutieren die Ergebnisse der Untersuchung zur Alzheimer-Krankheit.
Eine neue Diagnosemethode
3D-Aufnahmen von Alzheimer-Plaques Schweizer Forscher haben detaillierte dreidimensionale Aufnahmen der räumlichen Verteilung von AmyloidPlaques in Gehirnen von an Alzheimer erkrankten Mäusen erzeugt. Diese Ansammlungen kleiner Proteinstücke im Gehirn sind ein typisches Merkmal der Erkrankung. Das neue Verfahren ist äusserst präzise und kann wesentlich zum Verständnis dieser Krankheit beitragen. Zusätzlich hoffen die Wissenschaftler, dass das Verfahren künftig die Grundlage einer neuen zuverlässigen Diagnosemethode bilden wird. Die Ergebnisse wurden von Forscherteams am Paul Scherrer Institut (PSI) und der ETH Zürich sowie einem an der ETH Lausanne (EPFL) erzielt.
Die Alzheimer-Krankheit ist für etwa 60 bis 80 Prozent aller Demenzfälle verantwortlich. Zwar kann sie sich auf unterschiedliche Weise äussern, doch macht sie sich meist zuerst dadurch bemerkbar, dass die Betroffenen Mühe haben, sich an neue Informationen zu erinnern, denn die Krankheit befällt zuerst Hirnregionen, die an der Bildung neuer Gedächtnisinhalte beteiligt sind. Die durch Alzheimer hervorgerufene Demenz zeichnet sich durch bestimmte typische Hirnschäden aus, die sich mit fortschreitender Krankheit in andere Regionen ausbreiten. Zu diesen Schäden gehören die Amyloid-Plaques – extrazelluläre Proteinansammlungen. Da diese Ansammlungen schon in frühen Stadien der Erkrankung auftreten, ist man interessiert, sie bei Patienten festzustellen, um so die Krankheit zu diagnostizieren oder ihren Fortschritt zu untersuchen. 10/2012
Erst kürzlich wurden medizinische bildgebende Verfahren entwickelt und geprüft, die dies möglich machen sollen. Mit diesen Verfahren lässt sich zwar die Gesamtmenge der Amyloid-Ablagerungen in bestimmten Hirnregionen messen, man kann aber keine einzelnen Plaques bestimmen.
Genaue Plaque-Verteilung in drei Dimensionen Die neuesten gemeinsamen Ergebnisse zweier Forscherteams am Paul Scherrer Institut (PSI) und der ETH Zürich sowie der ETH Lausanne (EPFL) zeigen hingegen, dass die bildliche Darstellung einzelner Plaques unter bestimmten Bedingungen möglich ist. «Diese Errungenschaft kann die Entwicklung und Untersuchung neuer diagnostischer Marker für bildgebende Verfahren voranbringen und damit zu einer ver-
besserten Diagnose der Alzheimer-Erkrankung beitragen», erläutert Matthias Cacquevel, einer der Autoren an der EPFL. Mit einem bildgebenden Verfahren, der Phasenkontrastmethode, gelang es den Forschern, in kurzer Zeit die exakte dreidimensionale Verteilung der Amyloid-Plaques in Gehirnen von an Alzheimer erkrankten Mäusen sichtbar zu machen. Bislang waren zeitraubende Studien die einzige Möglichkeit, die Verteilung einzelner AmyloidPlaques zu untersuchen. «Bisher hätte man für eine solche Untersuchung das Gehirn in Scheiben geschnitten und die Scheiben so eingefärbt, dass die Plaques sichtbar werden», erklärt Bernd Pinzer vom Paul Scherrer Institut, der die Untersuchungen durchführte. «Dieses Verfahren ist der Goldstandard bei solchen Untersuchungen. Es ist aber auch sehr aufwendig, weil alles von Hand gemacht werden muss. Gleichzeitig 31
F O R S C H U N G S W E LT
Gegenwärtig benötigt man für die Phasenkontrastmethode hohe Strahlungsdosen, um eine hinreichend hohe Bildauflösung zu erzielen, was bisher Messungen an lebenden Tieren ausschliesst. Aber schon heute ist dieses Verfahren ein hervorragendes Forschungshilfsmittel, das zu einem besseren Verständnis der Alzheimer-Krankheit beitragen wird. «Dieses Hilfsmittel ermöglicht uns wesentlich präzisere Studien über die Verteilung der Amyloid-Plaques», unterstreicht Matthias Cacquevel von der EPFL. «Bisher sind die Zusammenhänge zwischen den Plaques und den Krankheitssymptomen noch unklar und es fehlen auch Informationen darüber, wie sich die Plaques im Gehirn ausbreiten.»
Entwicklung hin zu verlässlichen Diagnoseverfahren
Viele Informationen aus Änderungen im Röntgenlicht
«Ein Ziel ist, mit der Phasenkontrastmethode weitere Verfahren zu testen, mit denen man zukünftig die Plaques im Gehirn lebender Patienten sichtbar machen und so die Alzheimer-Krankheit zuverlässig diagnostizieren könnte», erklärt Pinzer. «Diese Verfahren werden ständig weiterentwickelt und es ist wichtig, ihre Ergebnisse mit einer bekannten und zuverlässigen Methode zu vergleichen. So ist es nun möglich, direkt dreidimensionale Bilder der Mäusehirne zu vergleichen, die mit zwei verschiedenen Verfahren erzeugt worden sind: einer diagnostischen Methode und unserem Phasenkontrastverfahren. Eines der verfügbaren diagnostischen Verfahren ist die PositronenEmissions-Tomografie (PET), bei der spezielle Moleküle an die Plaques andocken und nach einiger Zeit Gammastrahlung aussenden, die sich von aussen nachweisen lässt.»
Die Untersuchungen wurden an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des Paul Scherrer Instituts durchgeführt. Die SLS erzeugt Synchrotronlicht, eine intensive und stark gebündelte Röntgenstrahlung. Im Prinzip ähnelt das Verfahren einer gewöhnlichen Röntgenuntersuchung: Die Wissenschafter senden Röntgenlicht durch das Untersuchungsobjekt und bestimmen, wie sich das Licht auf dem Weg durch die verändert. Jedoch zeigt ein normales Röntgenbild nur an, wie stark das Licht an jeder einzelnen Stelle abgeschwächt wurde – man sieht gewissermassen den Schatten des untersuchten Objekts. Nun liegt das Problem darin, dass unterschiedliche Arten von Weichgewebe die Röntgenstrahlung in etwa gleicher Weise abschwächen; folglich kann man diese Gewebearten im Röntgenbild nur schwer unterscheiden. «Mit dem Phasenkontrastverfahren, das wir hier verwenden, berücksichtigen wir zusätzlich die Tatsache, dass das Licht auch geringfügig abgelenkt wird und zwar unterschiedlich stark von verschiedenen Gewebeformen. In der Physik kennt man diesen Effekt als Phasenverschiebung», führt Marco Stampanoni, Professor für Röntgenmikroskopie am Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich und Projektleiter am PSI aus. Das von ihm geleitete Forschungsteam baute die Messeinrichtung auf und entwarf das Experiment. «Unser Instrument ist in der Lage, solche feinen Verschiebungen sehr präzise zu messen
Bild 2 und 3: Paul Scherrer Institut/B. Pinzer
liefert es sehr viel weniger Information als unsere neue Methode. Natürlich haben wir die Ergebnisse unseres Verfahrens aber mit dieser traditionellen Methode verglichen. Die Ergebnisse stimmen hervorragend überein.» Als erstes konkretes Ergebnis bestimmten die Forscher die Verteilung der Plaques in den Gehirnen mehrerer Mäuse mit unterschiedlich weit fortgeschrittener Krankheit. Aus jedem dieser Gehirne erhielten die Forscher ein dreidimensionales Bild der gesamten Plaque-Anordnung und konnten somit die Entwicklung der Krankheit detailliert verfolgen. Mit herkömmlichen Verfahren wäre es kaum möglich gewesen, derart umfangreiche Informationen zusammenzustellen.
Bild 2. Die Hirnrinde (blau) in einem Mäusehirn. Hirnrinde und Gehirn sind transparent dargestellt, sodass die Verteilung der AmyloidPlaques (rote Punkte) sichtbar wird.
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Bild 3. Virtueller Schnitt durch die aus den Ergebnissen der Phasenkon trastmessungen rekonstruierten Tomografiedaten. Die Methode er laubt es, ins Innere des Gehirns zu se hen und die Plaques sichtbar zu machen, ohne dass das Gehirn in Scheiben geschnitten werden müsste.
und diese Informationen in verständliche Bilder umzusetzen.»
Bilder für diverse medizinische Anwendungen «Zwar können wir mit dem Phasenkontrastverfahren noch keine Untersuchungen an Patienten durchführen, um die AlzheimerKrankheit festzustellen, aber wir sind nahe daran, Diagnosewerkzeuge für andere Krankheiten zu entwickeln», betont Stampanoni. «Wie nützlich zusätzliche Informationen sein können, haben wir bereits mit einer Pilotstudie zur Abbildung von Brustkrebs-Tumoren bewiesen. Ein erster Schritt in Richtung Anwendung im Spital ist die Entwicklung einer Mammografieanlage, deren erster Prototyp in Arztpraxen angewandt werden soll.» Quelle: PSI Originalpublikation B. R. Pinzer et al., «Imaging brain amyloid deposition using grating-based differential phase contrast tomography», NeuroImage 61 [4], 1336–1346 (2012). Kontakt Prof. Dr. Marco Stampanoni Labor für Makromoleküle und Bioimaging am Paul Scherrer Institut und Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 47 24 marco.stampanoni@psi.ch www.psi.ch 10/2012
FIRMEN BERICHTEN
Wasserstoffperoxid bewährt sich als Biozid
Ein neues Raumdekontaminationskonzept Die Begasung von Räumen mit Bioziden ist ein oft angewendetes Verfahren, um die Keimbelastung zu kontrollieren. Normalerweise handelt es sich um den letzten Dekontaminationsschritt nach der Nassreinigung und Desinfektion der Oberflächen. In einer umfangreichen Publikation werden die Erfahrungen beschrieben, die mit der Raumdekontamination durch Begasung mit 12-prozentiger Wasserstoffperoxidlösung bei GlaxoSmithKline Biologicals (GSK Bio) in Belgien gemacht wurden. Das Ergebnis: Der Prozess ist zuverlässig, hoch wirksam und validierbar.
Michael Altman, Skan AG In Produktionsräumen der pharmazeutischen und der Life-Science-Industrie muss eine kontrollierte tiefe mikrobiologische Belastung gewährleistet werden. Ähnliches gilt unter anderem auch für Laborräume mit einer potenziellen mikrobiologischen Belastung, für Personal- und Materialschleusen sowie für Operationsräume, Pharmaproduktions- und Pharmavorbereitungsräume in Spitälern.
Es muss nicht immer Wasserstoffperoxid sein Die wohl am meisten verbreitet Raumdekontamination ist die Begasung mit Formaldehyd, dessen antimikrobielle Wirksamkeit für Nassreinigungs-Dekontaminationsprozesse belegt ist. Über die Begasung mit Formaldehyd liegen allerdings wenig Untersuchungen vor. Sie zeigen sowohl den begrenzten Kill-Effekt von gasförmigem Formaldehyd als auch mögliche Probleme für die Anwender (toxische, kanzerogene Wirkung, aufwendiges Nachwischen). Glutaraldehyd wurde vor allem mittels «Wet Spraying» angewendet. Dies gilt auch für quaternäre Ammoniumsalze (Quats). Ihr Nachteil: Quats wirken nicht gegen Sporen und nur begrenzt gegen Gram-positive Bakterien; zudem besteht die Gefahr von Resistenzbildung. Quat-Rückstände sind unerwünscht. Sie müssen durch Wischen mit Reinstwasser entfernt werden. Novartis verwendet in einigen ReinraumProduktionsstandorten seit 1994 den DampfOzon-Luft-Prozess (DOL-Prozess). Sein Nachteil: Die Raumfeuchtigkeit muss in der Nähe von 100 Prozent gehalten werden. Gasförmiges Chlordioxid wird vor allem in 10/2012
kommunalen Kläranlagen und in geringerem Mass in Isolatoren und Räumen zur Dekontamination verwendet. Peressigsäure, eine Mischung von Essigsäure und Wasserstoffperoxid im Gleichgewicht, wirkt effizient gegen alle Arten von Mikroorganismen. Das starke Biozid wird entweder als Spray oder als «trockener Nebel» (sehr feine, unter 10 µm grosse Tröpfchen, die Oberflächen nicht befeuchten) appliziert. Nachteile sind: starker Geruch, potenziell entzündlich und kanzerogen, anhaltender Geruch nach der Applikation sowie korrosive Wirkung gegenüber vielen Materialien, Metalle und Kunststoffe eingeschlossen.
Was für Wasserstoffperoxid spricht Wasserstoffperoxiddampf wurde vor allem für die Dekontamination von Isolatoren, Materialschleusen und mikrobiologischen Sicherheitswerkbänke verwendet. Die verfügbaren Ausrüstungen erlaubten lange nur relativ kleine Einsatzbereiche. Seit einigen Jahren stehen Geräte zur Verfügung, mit denen auch grosse Räume mit 35-prozentiger Wasserstoffperoxidlösung dekontaminiert werden können (Tabelle 1). Pro Kubikmeter werden rund 10 ml oder 3,6 g reines Wasserstoffperoxid verwendet. Die Begasung mit Wasserstoffperoxid wird seit 20 Jahren in der Pharmaindustrie eingesetzt. Zu ihren Vorteilen im Vergleich zu anderen Dekontaminationsmitteln gehören: • alle Mikroorganismen – Bakterien, Sporen, Pilze und Viren – werden erfasst
• Wasser und Sauerstoff sind die einzigen Abbauprodukte • weder brennbar noch explosiv • kurze Dekontaminationszeit, ist nach bereits nach 3 bis 5 Stunden beendet.
Desinfektion und Dekontamination von Räumen Durch die klassische Reinigung entstehen «saubere» Oberflächen. Die anschliessende Desinfektion sorgt für tiefe, kontrollierbare Keimbelastungen. Häufig auftretende Probleme bei den aufwendigen Wischdesinfektionen sind schlechte Zugänglichkeit, ungleichmässige Verteilung der Desinfektionsmittel, von Anwendern abhängige Kontaktzeiten und Kontaktintensitäten. Die Folge: Eine Validierung ist praktisch unmöglich. Der Zweck der Raumdekontamination besteht darin, die Keimbelastung auf Oberflächen, Filtern, ein- und ausgebrachten Materialien und Geräten zu reduzieren, die Verbreitung von Keimen zu verhindern und Keimlasten bei Wechseln (Produkte, Patienten usw.) vorzubeugen. An die dabei verwendeten Prozesse und Ausrüstungen werden unter anderem die folgenden Anforderungen gestellt: • Flexibilität, das heisst, in kleinen und grossen Räumen bzw. Volumen einsetzbar • schnelle und sichere Handhabung, ungefährlich, geringe Toxizität, nicht kanzerogen • nicht korrosiv, nicht persistent • rückstandslos, nur harmlose Nebenprodukte • breites Wirkungsspektrum (Bakterien, Viren, Hefen, Pilze) 33
FIRMEN BERICHTEN
SolidFog II
SolidFog for MAL
SolidFog for RABS
(Material Air Lock)
(Restricted Access Barrier System)
DosyMist
Gerätebild
Allgemeines
Mobiles und polyvalentes Dekontaminationssystem für Grossräume
Integriertes Dekontaminationssystem für Materialschleusen
Integriertes Dekontaminationssystem für offene Isolatoren
Mobiles und kompaktes Stand-Alone-Dekontaminationssystem
Raumgrösse
10 bis 200 m3
5 bis 50 m3
2 bis 10 m3
2 bis 85 m3
(von der vom Kunden erzielten Log-Stufe abhängig)
Rostfreier Stahl 304 und 306/hygienische Konstruktion für sauberen und sicheren Betrieb
Konstruktion Zerstäubung
2 integrierten Zerstäuberköpfe schenkbar auf 360° mit Schmal- oder Breitwinkeldüse
Dokumentation Reproduzierbarkeit
1 fest installierter Zerstäuberkopf mit Schmal- oder Breitwinkeldüse
1 fest installierter Zerstäuberkopf mit Schmal- oder Breitwinkeldüse
1 integrierter oder versetzter Zerstäuberkopf mit Schmal- oder Breitwinkeldüse
Digitale Registrierung der Prozessvariablen während des Dekontaminationsverlaufs Überlagerung der Kennlinien bei jeder neuen Anwendung Ja
CE-Konformität
Tabelle 1. Skan verfügt über Dekontaminationssysteme, die einen grossen Raumbereich abdecken.
• hohe Kill-Rate und Effizienz • schneller und robuster Prozess, der benachbarte Räume nicht tangiert • validierbarer Prozess • gute Materialverträglichkeit • umweltfreundlicher Prozess, da keine toxischen Rückstände anfallen.
Ein neues Konzept zur Raumdekontamination GlaxoSmithKline Biologicals (GSK Bio) setzt bei der Impfstoffproduktion in grossen Räumen verschiedenen Mikroorganismen ein, von denen einige pathogen sind. Isolatoren, in denen Wasserstoffperoxid-Dekontaminationssysteme eingebaut sind, garantieren hohe aseptische Level. Die Isolatoren sind von komplexen technischen Installationen wie Lagertanks, Rohre, Pumpen, Zentrifugen umgeben; eine validierbare Wischdesinfektion ist nicht möglich. Deshalb kam die Idee auf, die Umgebung der Isolatoren ähnlich wie diese mit Wasserstoffperoxid auf sauber validierbare Art 34
zu dekontaminieren. Entstanden ist ein leicht und schnell validierbarer Prozess. Die Validierung erfolgt standardmässig mit Geobacillus stearothermophilus als Bioindikator (BI). Sowohl mit 104 als auch mit 106 Sporen/BI wurde ein Total-Kill erreicht. Die umfangreichen Untersuchungen des Prozesses wurden in «PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology» [1] veröffentlicht. Der vorliegende Artikel basiert grösstenteils auf dieser Publikation; für Details wird auf den Artikel verwiesen.
Begasungsausrüstung In den meisten Fällen müssen die Räume in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit nicht vorkonditioniert werden. Für die Applikation von Wasserstoffperoxid wurde die Zerstäubung über zwei Düsen mittels Druckluft gewählt. Zur Vernebelung kommt 12-prozentige Wasserstoffperoxidlösung, das mit praktisch allen Materialien im Einzugsbereich kompatibel ist. Der Nebelgenerator (Bild 1) verfügt über einen druckbeschlagenen Vorratstank, aus
dem das vordosierte Biocid zu den beiden Düsen gefördert wird. Dort wird es bei 4 bar mit 65 ml/min zerstäubt. Pro Kubikmeter Raum werden 12 ml 12-prozentige Wasserstoffperoxidlösung benötigt. Das überschüssige vernebelte Biocid wird nach einer Stunde durch Belüftung (eine Stunde bis drei Stunden, je nach Belüftungssituation) entfernt.
Prozessvalidierung Die Prozessvalidierung erfolgt mittels chemischen und biologischen Indikatoren. Chemischen Indikatoren (CI) zeigen durch eine Farbänderung von blaugrau auf beige rein qualitativ an, dass am Ort ihres Einsatzes substanzielle Mengen an Wasserstoffperoxid vorhanden waren. Bioindikatoren (BI) mit 106 Sproren (Geobacillus stearothermophilus) werden nach der Begasung in Nährmedien inkubiert und auf Wachstum geprüft. Das Resultat ist insofern quantitativ als die Aussagen «positiv» (kein Wachstum) oder «negativ» (Wachstum) möglich sind. 10/2012
FIRMEN BERICHTEN
Die Skan AG versteht sich seit über vier Jahrzehnten als «Know-how Company» und steht für mehr Sicherheit in den chemisch-pharmazeutischen Laboratorien. Dabei fokussieren sie ihre Arbeit auf den Schutz der Anwender, der Produkte und der Umgebung. Spezifische Lösungen, funktionsfähige Konzepte sowie deren Umsetzung in zuverlässige Reinluftanlagen und eine leistungsfähige Serviceorganisation haben Skan zum Marktleader und wichtigen Partner der Industrie und Forschungslaboratorien werden lassen. Dies hindert unsere Ingenieure nicht daran, laufend neue Markttrends in innovative Anlagen umzusetzen. ■ Der CMR-Isolator (cancerogen, mutagen, reproduktionstoxisch), ein lang vom Markt gefordertes kompaktes geschlossenes Containment, wurde für den Einsatz von hochtoxischen Substanzen, insbesondere Zytostatika, entwickelt. ■ Die Workstation, ein Sicherheitsabzug mit Filtersystemen, welche bereits seit fast 20 Jahren erfolgreich in allen Laboratorien eingesetzt wird, erhielt ein Redesign und wurde den stetig wachsenden Sicherheitsbedürfnissen angepasst. Genauso erging es dem HFX, einem Containment für den Produkteschutz, auch dieses wurde redesigned und den Marktbedürfnissen angepasst. ■ Im Kerngeschäft, der mikrobiologischen Sicherheitswerkbank, konnten weitere Verbesserungen erreicht werden. Im Vordergrund stehen hier die Lärmbelastung und der Energieverbrauch, die weiter reduziert werden konnten. ■ Viel Energie wurde auch ins Dekontaminationsprogramm investiert. Hier werden die modernsten Deko-Anlagen auf Basis von Wasserstoffperoxid für Sicherheitswerkbänke und Reinräume angeboten. Das toxische, cancerogene und schwer abbaubare Formaldehyd gehört jetzt endgültig der Vergangenheit an.
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Neben der Biobelastung, der Ausrüstung sowie den Materialien in einem Raum werden auch andere Faktoren wie Besucherfrequenz, Häufigkeit der Reinigung und der Dekontamination sowie Zugänglichkeit für den Dekontaminationsprozess berücksichtigt.
Ein Fazit An eine Raumdkontamination müssen drei wesentliche Anforderungen gestellt werden: • Eigenschaften des Biocids breites Inaktivierungsspektrum, geringe Toxizität, nicht korrosiv, nicht gesundheitsgefährdend, leicht abbaubar, harmlose Nebenprodukte und keine Rückstände • Anwendung einfacher Einsatz, gute Erreichbarkeit schlecht zugänglicher Flächen, rascher und robuster Prozess, einfache Belüftung, skalierbar • Sicherheit hohe Kill-Rate und Wirksamkeit, reproduzierbarer und beherrschter validierbarer Prozess. Der in [1] vorgestellte Prozess erfüllt diese Anforderungen besser als jede andere Methode. Dies wird durch die Versuche bei GSK Bio belegt, in denen Einflussfaktoren wie Temperatur, Feuchte, Druck, Wärme oder Wasserstoffperoxidkonzentration definiert für ein statistisches Modell ausgesucht wurden. So konnten mit der kleinstmöglichen Anzahl an Einzelversuchen statistisch gesicherte Aussagen erhalten werden, unter anderem Auskunft über den Einfluss einzelner Parameter.
Bild: Skan
Gemeinsam immer einen Schritt voraus
Mit den CI und BI kann durch ihren Positionierung die Wirksamkeit der Dekontamination umfassend kontrolliert werden. Dies gilt insbesondere auch für kritischen Stellen; Beispiele sind «Schattenstellen» (shadow spots) oder sonstwie schwer zugängliche Bereiche. Die Intensität der Begasung wird auf die Raumart abgestimmt. Bei Reinräumen mit einer sehr niedrigen Biokontamination genügt ein moderater Dekontaminationsprozess. Für den Test reichen BI mit 103 Sporen aus. Bereiche, in denen mit pathogenen Mikroorganismen gearbeitet wird, erfordern rigorosere Dekontaminationsbedingungen (Total-Kill bei 104 bis 106 Sporen/BI).
Bild 1. SolidFog-II-Nebelgeneratoren haben sich bei der Raumdekontamination mit 12-prozentiger Wasserstoffperoxidlösung bewährt.
Wasserstoffperoxid hat ein ausgezeichnetes Wirkungsspektrum, ist sicher in der Handhabung und zerfällt in Wasser und Sauerstoff. Die Verwendung von lediglich 12-prozentiger Wasserstoffperoxidlösung ist materialschonend und erlaubt eine rasche Belüftung. Vernebelung statt Verdampfung verbessert die Verteilung, wodurch der Prozess zuverlässiger validiert werden kann. Standard-BI mit 104 bzw. 106 Sporen/BI und der Total-Kill-Ansatz machen die Prozessvalidierung leicht und reproduzierbar. Quelle [1] Patrick Vanhecke, Volker Sigwarth, and Claude Moirandat, «A Potent and Safe H2O2 Fumigation Approach», PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology 66, 354–370 (2012).
Kontakt Michael Altmann Managing Director Skan AG Binningerstrasse 116 CH-4123 Allschwil Telefon +41 (0)61 485 44 44 michael.altmann@skan.ch www.skan.ch 35
A N A LY T I K
Antibody-free technique quantifies low-abundance proteins
Mass spectrometry makes the clinical grade Mass spectrometry protein assays that match sensitivity and accuracy of antibody-based clinical tests such as ELISA might speed drug discovery and basic biology research.
Figure 1. At the Environmental Molecular Sciences Laboratory in Richland/WA, scientists use this mass spectrometer and other tools to facilitate advanced global proteomics research and allow detailed visualization and analyses of cellular proteins.
Combining two well-established analytic techniques and adding a twist identifies proteins from blood with as much accuracy and sensitivity as the antibody-based tests used clinically, researchers from Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) reported in the journal «Proceedings of the National Academy of Sciences». The technique should be able to speed up development of diagnostic tests and treatments based on proteins specific to certain diseases. The team of scientists found that their technique, called PRISM (high-pressure, highresolution separations coupled with intelligent selection and multiplexing) performed as accurately as standard clinical tests known as ELISAs in a head-to-head comparison using blood samples from cancer patients. The tests measure biomarkers, proteins whose presence identifies a disease or condition. «Clinical tests have almost always used antibodies to measure biomarkers, because antibodies can provide good sensitivity,» said PNNL bioanalytical chemist Wei-Jun Qian, lead author on the study. «But it often 36
No antibodies needed anymore Researchers have long wanted to use mass spectrometry to identify proteins of interest within biological samples. Proteins are easy to detect with mass spec, but it lacks the sensitivity to detect rare proteins that exist in very low concentrations. Scientists use antibodies to detect those rare proteins, which work like a magnet pulling a nail out of a haystack. Antibodies are immune system molecules that recognize proteins from foreign invaders and grab onto them, which allows researchers to pull their proteins of interest out of a larger volume, concentrating the proteins in the process. Because antibodies recognize only one or a couple of proteins, researchers have made treatments and tools out of them. Drugs whose generic names end in «-mab» are antibodies, for example. For research purposes, the modern laboratory can produce antibodies for almost any protein. But that development process is expensive and time-consuming. If you have a new biomarker to explore, it can take longer than a year just to create an antibody tool to do so. To get around the need for an antibody, Qian and the team concentrated the proteins in their samples another way. They used a common technique called high performance liquid chromatography, usually shortened to HPLC, to make the proteins
Credit: Wei-Jun Qian
Credit: EMSL at PNNL
takes a year and a half to develop antibodies as tools. Antibody development is one of the bottlenecks for new biomarker studies in disease and systems biology research.» The scientists worked out the highly sensitive PRISM using resources at the Environmental Molecular Sciences Laboratory on PNNL’s campus.
Figure 2. PNNL scientists developed a mass spectrometry-based technique called PRISM, illustrated here, to identify protein biomarkers associated with cancer and other diseases. The technique should be able to speed up development of protein-specific diagnostic tests and treatment.
about 100 times as concentrated as their initial sample. While an excellent step, they also had to find their protein of interest in their concentrated samples. So they sent in a spy, a protein they could detect and whose presence would tell them if they found what they were looking for. With a potential biomarker in mind, the team made a version that was atomically «heavier.» They synthesized the protein using carbon and nitrogen atoms that contain extra neutrons. The unusual atoms added weight but didn’t change any other characteristics. The heavier versions are twins of the lighter proteins found within the blood, cells, or samples. Although the twins behave similarly in the analytical instruments, the heavier twin is easily found among the sample’s many proteins. After adding the heavy version to the samples, the team sent the sample through the instrument to concentrate the proteins. The instrument spit out the sample, one concentrated fraction at a time. The fraction that contained the heavy biomarker was also the fraction that contained its twin, the lighter, natural protein. From this fraction, the team could quantify the protein. 10/2012
A N A LY T I K
PRISM detects different forms that proteins can take To prove they could use PRISM this way to find very rare proteins, the team spiked blood samples from women with a biomarker called prostate specific antigen, or PSA, that only men make. The team found they could measure PSA at concentrations about 50 picograms per milliliter. While typical of the sensitivity of ELISA tests, it represents about 100 times the sensitivity of conventional mass spectrometry methods. «This is a breakthrough in sensitivity without using antibodies,» said Qian. Then they tested PSA in samples from male cancer patients and found PRISM performed as well as ELISA. Interestingly, PRISM measured three times the amount of PSA than the ELISA assay did. This result suggests that antibody-based ELISA tests fail to measure all of the forms of the biomarker. This is likely due to the fact that antibodies don’t recognize all the different forms that proteins can take, Qian said,
whereas PRISM measures the total amount of protein. In addition to its sensitivity, PRISM requires only a very small sample of blood or serum from the patient. The team used only 2 microliters of the cancer patients’ sample. One drawback to the technique, however, is how many biological samples can be tested at once. Researchers want to test thousands, and antibody-based methods allow such high-throughput testing. But PRISM can only test several hundred samples per study. However, with the time researchers save not developing antibodies, the technique might still put them ahead in biomarker development. For basic biology research, Qian said the method will be useful for studying biological pathways in cases where scientists need to accurately quantify multiple different proteins. Source: Pacific Northwest National Laboratory; Richland/WA, USA
Reference Tujin Shi, Thomas L. Fillmore, Xuefei Sun, Rui Zhao, Athena A. Schepmoes, Mahmud Hossain, Fang Xie, Si Wu, Jong-Seo Kim, Nathan Jones, Ronald J. Moora, Ljiljana Paša-Toli, Jacob Kagan, Karin D. Rodland, Tao Liu, Keqi Tang, David G. Camp II, Richard D. Smith, and Wei-Jun Qian, «An antibody-free, targeted mass spectrometry approach for quantification of proteins at low pg/mL levels in human plasma/serum», Proc Natl Acad Sci U S A, 109(38), 15395–15400 (2012)
Contact Wei-Jun Qian Biological Sciences Division Pacific Northwest National Laboratory Richland, WA 99352, USA weijun.qian@pnnl.gov www.pnnl.gov
Brechbühler-«Chromatography-Day»
Flüssig- und Gaschromatografie auf dem Schloss Der gut besuchte diesjährige «Chromatography Day» der Brechbühler AG, Schlieren, fand am 23. September auf dem Schloss Lenzburg statt. Referenten aus fünf Nationen berichteten über Applikationen, Methodenentwicklungen und Geräteinnovationen in der Flüssig- und Gaschromatografie. Im vorliegenden Artikel wird etwas näher auf Online-LC-GC-Systeme mit FID-Detektion sowie auf die superkritische Fluidchromatografie eingegangen.
Kurt Hermann, «ChemieXtra» Die Brechbühler AG führt seit den 90erJahren alle drei Jahre einen «Chromatography Day» durch, eine Veranstaltung, die nicht nur aus Referaten besteht: Den Besuchern wird auch ausgiebig Gelegenheit zum Gedankenaustausch geboten. In der Vorankündigung der Veranstaltung auf dem Schloss Lenzburg sagte Peter Pichler, CEO der Brechbühler AG: «Ich freue mich sehr auf die Präsentationen der Redner aus Ita10/2012
lien, Belgien, Deutschland, England und der Schweiz, welche wir für den diesjährigen ‹ Chromatography Day› gewinnen konnten. Die Teilnehmer erwartet ein reichhaltiges Programm.» Dem war auch so. Robert Stoop und Patrick Kugel von Brechbühler führten durch die vollständig in Englisch durchgeführte Veranstaltung. Schwerpunkte waren am Morgen die Flüssig- und am Nachmittag die Gaschromatografie. Einen Überblick über die Veranstaltung gibt die im Kasten aufgeführte Liste der Refe-
renten und Themen. Im Folgenden wird auf zwei Referate etwas ausführlicher eingegangen.
Online-LC-GC-Systeme mit FID-Detektion Maurus Biedermann vom Kantonalen Labor Zürich sprach über online-LC-GC-Systeme mit FID-Detektion und ihre Anwendung beim Nachweis von Mineralölrückständen in Lebensmitteln. 37
A N A LY T I K
Superkritische Fluide Ein superkritisches Fluid ist ein Fluid, dessen Druck und Temperatur oberhalb des kritischen Punkts liegen (Bild 2). Unter diesen Bedingungen kann nicht zwischen einer Gas- und einer Flüssigphase unterschieden werden; die Eigenschaften des superkritischen Fluids liegen zwischen denen von Gas und Flüssigkeit. Die Viskosität ist nied-
Bild: Maurus Biedermann
Referenten und Themen
Bild 1. Das LC-GC-System am Kantonalen Labor in Zürich
In einem ersten Schritt wird das Lebensmittel extrahiert. Es folgen die Abtrennung von Fetten und die Isolierung der Kohlenwasserstoffe durch HPLC auf Kieselgel, der Transfer der Kohlenwasserstofflösung zum GC mittels On-Column-Injektion, gefolgt von der GC-FID-Quantifizierung der einzelnen Komponenten. In Bild 1 ist die verwendete Apparatur, ein geschlossenes Analysensystem (keine Probenverunreinigung!), zu sehen. Biedermann diskutierte auch die verschiedenen Verfahren, mit denen grosse Injektionsvolumen (normalerweise 200 bis 500 µl) bei GC-Analysen gehandhabt werden können. Mit Mineralöl verunreinigte Lebensmittel Durch HPLC lassen sich die Mineralölkomponenten in zwei nicht überlappende Fraktionen trennen: • MOSH (mineral oil saturated hydrocarbons), also gesättigte Kohlenwasserstoffe • MOAH (mineral oil aromatic hydrocarbons), also aromatische Kohlenwasserstoffe. Bestandteile von Mineralöl in Lebensmitteln können verschiedene Quellen haben. Als Hauptquelle wurden mineralölhaltige Druckfarben in den Kartonverpackungen ausgemacht, die entweder aus rezykliertem Zeitungspapier oder aus der Bedruckung mit Offset-Druckfarben – mineralölhaltige Druckfarben sind seit diesem Jahr verboten – stammen. Biedermann und seine Mitarbeiter untersuchten unter anderem in 119 Proben die MOSH38
Konzentration im Reis nach einer dreimonatigen Lagerung. Das Resultat: Einzig im Reis in Verpackungen mit einem Schutzbeutel aus Kunststoff konnte kein MOSH nachgewiesen werden. Die höchste MOSH-Konzentration im Reis aus Recyklingkartonverpackungen betrug 80 mg/kg Reis. Doch auch Reis aus Verpackungen ohne Recyclingmaterial enthielt MOSH in zu grossen Mengen. Biedermann schliesst aus diesen (und weiteren, aufwendigeren Untersuchungen, die er ebenfalls präsentierte), dass nur durch die Verwendung von funktionellen Barrieren, beispielsweise Beuteln aus PET, verhindert werden kann, dass schädliche Verbindungen aus Kartonverpackungen verdampfen und anschliessend auf den Reiskörnern kondensieren.
Superkritische Fluidchromatografie Über überkritische oder auch superkritische Fluidchromatografie (SFC, engl. supercritical fluid chromatography) informierte Paolo Albertini von Jasco in seinem Referat «Supercritical Fluid Chromatography – a New Technology?». Er erinnerte daran, dass SFC bereits 1962 von Klesper et al. erstmals beschrieben wurde – sechs bis sieben Jahre vor der HPLC! Die schnelle Entwicklung der HPLC in den 70er-Jahren verhinderte eine weite Verbreitung der SFC, obwohl auch die SFC weiterentwickelt wurde. Seit einiger Zeit wird sie aber wieder vermehrt verwendet.
• Maurus Biedermann, Kantonales Labor Zürich «Instrumental characteristics of an LC-GC system and its application to the analysis of MOSH and MOAH» • Matthias Frübis, Phenomenex, Germany «Ultra-High Performance – from HPLC to UHPLC Systems: Kinetex & Aeris Core-Shell Technology» «Fast GC, higher temperatures and new interesting GC-phases, Zebron GC-columns» «Strata X for modern SPE» • Nick Buckowski, Almsco, United Kingdom «Application of high definition TOFMS for the determination of trace compounds in food, flavour and fragrances» • Catherine Brasseur, University of Liège, Belgium «GC×GC-HRTOFMS for bioanalytical applications» • Paolo Albertini, Jasco, Italy «Supercritical Fluid Chromatography – a New Technology?» • Massimo Santoro, Thermo Scientific, Italy «A new era in gas chromatography: Introducing the TRACE 1300 Series GC and the TSQ 8000» • Thomas Läubli, CTC Analytics, Switzerland «Successful Strategies for Automated Sample Prep Prior to LC & LC/MS Analysis»
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Bild: Paolo Albertini/Kurt Hermann
A N A LY T I K
Bild 2. Phasendiagramm
rig, und der Diffusionskoeffizent hoch. Bei CO2 ist der kritische Punkt bei 31 ºC(TC)/ 7,4 MPa (PC). Chromatografie mit SFC SFC ist eine Normalphasen-Trenntechnik mir flüssigem CO2 als Hauptkomponente in der mobilen Phase. In der Regel wird ein organisches Lösungsmittel – zum Beispiel Methanol oder Ethanol als zweite Kompo-
nente (Modifier) zugefügt. Der analytische Bereich von SFC ist viel breiter als derjenige der HPLC. Da in der SFC die Flussrate drei- bis fünfmal höher sind als bei der HPLC, werden die Substanzen auch drei- bis fünfmal schneller eluiert. Zu den besonderen Vorteilen der SCF mit CO2 zählt Albertini: • nicht toxisch, nicht brennbar, kostengünstig • tiefe kritische Temperatur Tc und tiefer kritischer Druck Pc • grosser Durchsatz (im Vergleich zu HPLC um 1/2 bis 1/11 kürzere Analysenzeit) • leichte Entfernung von CO2 durch Dekompression. Alles in allem handelt es sich um ein umweltfreundliches Verfahren ohne den Einsatz von gefährlichen organischen Lösungsmitteln. Apparatives Jasco-Geräte decken den analytischen, den semipräparativen und den präparativen Bereich der SFC ab. Die Detektion kann mit
Fotodioden-, UV/Vis-, Circulardichroismus(CD-) und Lichtstreudetektoren erfolgen. Anwendungen SFC mit CO2 wird in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Beispiele sind Lebensmittel, Pharmazeutika, Naturprodukte, Pestizide, um nur einige zu nennen. Albertini beschrieb die Isolierung von Carnosol, Carnosinsäure und Rosmarinsäure aus Rosmarin – alles kostbare pharmakologisch interessante Verbindungen. Die Reinigung und Trennung chiraler Verbindungen in ihre Enantiomere ist eine wichtige Anwendung. SFC kombiniert mit einer chiralen festen Phase und einem CDDetektor ermöglicht auch schwierige Racematspaltungen. Albertini berichtete über eine bereits 1986 durchgeführte Trennung von S-(–)-und R-(+)-2,3-Dihydroflavon auf einer Chiralpaksäule. Unter Verwendung von ausgeklügelten Verfahren konnten die beiden Enantiomeren je in (99,9±0,1) Prozent optischer Reinheit sowie einer Wiederfindungsrate von über 80 Prozent isoliert werden. ■
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MEDIZIN/PHARMA
Das Eiweiss ABCD4 transportiert Vitamin B12
Vitamin-B12-Mangel: den Ursachen auf der Spur Vitamin B12 ist lebenswichtig. Forschern vom Kinderspital Zürich und von der Universität Zürich mit einem Team aus Kanada, Deutschland und den Vereinigten Staaten ist es gelungen, die Ursache eines erblich bedingten Vitamin-B12-Mangels zu entschlüsseln. Sie haben ein wichtiges Gen entdeckt, das bestimmt, ob Vitamin B12 ins Zellinnere gelangt. Ihre Entdeckung ermöglicht die Diagnose und Therapie der Stoffwechselkrankheit.
Transporter handelt, hat sich jetzt gezeigt: «Wir konnten ABCD4 in den Lysosomen menschlicher Hautzellen nachweisen, und zwar direkt neben dem bereits entdeckten CblF-Eiweiss», erklärt Matthias Baumgartner, Professor für Stoffwechselkrankheiten am Kinderspital Zürich. Indem die Forscher den Zellen der Patienten intaktes ABCD4-Eiweiss zufügten, reanimierten sie den Vitamin-B12-Transport und glichen den Gendefekt aus. «Wir entdeckten zudem, dass eine gezielte Veränderung der ATP-Bindungsstelle im ABCD4 zu einem Funktionsverlust führt», so Baumgartner. Fazit: Das ABCD4-Eiweis ist zusammen mit dem CblF-Eiweiss für das Ausschleusen von Vitamin B12 aus den Lysosomen ins Zellinnere verantwortlich, wobei die Spaltung von ATP involviert ist. Und Baumgartner schlussfolgert: «Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen die Diagnose und Therapie dieses erblich bedingten Vitamin-B12-Mangels.» Quelle: Universität Zürich
Bild 1. Vitamin B12
Vitamin B12 ist lebenswichtig für die Zellteilung, die Herstellung von roten Blutkörperchen und die Funktion des Nervensystems. Der menschliche Körper kann das Vitamin selbst nicht produzieren, sondern muss es sich durch tierische Eiweisse zuführen. Bisher war bekannt, dass das Vitamin auf seinem Weg in die Zelle, zuerst von kleinen Membranbläschen, so genannten Lysosomen, aufgenommen wird. Von dort gelangt es mithilfe des vom gleichen Forschungsteam vor drei Jahren entdeckten TransportEiweisses CblF ins Zellinnere. Nun zeigen die Forscher, dass für diesen Schritt gar ein zweites Transporteiweiss notwendig ist. Sie belegen somit eine weitere Ursache des vererbbaren Vitamin-B12-Mangels. 40
Genmutation verhindert Transport von Vitamin B12 Die Wissenschaftler in der Schweiz und in Kanada untersuchten je einen Patienten mit Symptomen des CbIF-Gendefekts, jedoch ohne Defekt an diesem Gen. Mit verschiedenen Methoden, unter anderem mit der Sequenzierung aller codierenden Abschnitte der Erbinformation, konnten sie bei beiden Patienten je zwei Mutationen im gleichen Gen identifizieren. Das betroffene Gen kodiert das Eiweiss ABCD4, das bisher als ABC-Transporter in anderen Zellorganellen bekannt war; allerdings mit unzureichend geklärter Funktion. Dass es sich dabei um einen Vitamin-B12-
Originalpublikation David Coelho et al., «Mutations in ABCD4 cause a new inborn error of vitamin B12 metabolism», Nature Genetics, 44 [10], 1152–1155 (2012).
Kontakt Prof. Dr. med. Matthias Baumgartner Kinderspital Zürich Abteilung für Stoffwechselkrankheiten Steinwiesstrasse 75 CH-8032 Zürich Telefon +41 (0)44 266 77 22 matthias.baumgartner@kispi.uzh.ch www.kispi.uzh.ch 10/2012
MEDIZIN/PHARMA
Cholesterinsenker hemmen Lymphgefässwachstum
Cholesterinsenker in der Krebsmedizin?
Forscher des Instituts für Pharmazeutische Wissenschaften haben eine völlig unerwartete Entdeckung gemacht. Auf der Suche nach neuen Wirkstoffen, die bei Tumoren die Metastasenbildung hemmen, fanden sie Hinweise darauf, dass auch eine altbekannte Wirkstoffgruppe hierbei wirken könnte: die Statine. Es sind dies Substanzen, die wegen ihrer cholesterinsenkenden Wirkung häufig bei Patienten mit Herzkreislaufproblemen eingesetzt werden, um das Fortschreiten einer Arteriosklerose zu verhindern. Statine gehören zu den weltweit meistverwendeten Medikamenten überhaupt. Wissenschaftler aus der Gruppe unter der Leitung von Michael Detmar, Professor für Pharmakogenomik an der ETH Zürich, machten diese Entdeckung mit einem neuen Zellkultursystem, mit dem sie untersuchen konnten, ob Wirkstoffe das Wachstum von Lymphgefässen beeinflussen. Das Wachstum von Lymphgefässen ist daran beteiligt, dass sich bei Krebspatienten Metastasen bilden. Zudem spielt es eine Rolle bei Organtransplantationen, weil es beeinflusst, ob ein transplantiertes Organ vom Immunsystem des Empfängers abgestossen wird. Für ihr Testsystem beschichteten die Forscher winzige Kügelchen aus einem Naturkunststoff mit Lymphgefässwandzellen aus menschlicher Haut und gossen diese in ein Gel. Wurden die Lymphgefässwandzellen in diesem System mit wachstumsfördernden Botenstoffen stimuliert, begannen sie, Aussprossungen zu bilden, aus denen neue Lymphgefässe entstehen.
Automatisierte Zellkultur in 3D Zur Unterscheidung von herkömmlichen Zellkulturverfahren, die aus einem zweidimensionalen «Zellrasen» in einer Zellkulturschale bestehen, nennen die Forscher ihr 10/2012
Bild: Martin Schulz/PNAS 2012
Eines der weltweit meistverwendeten Medikamente wirkt möglicherweise auch gegen die Bildung neuer Lymphgefässe und könnte daher für den Einsatz in der Krebsmedizin interessant werden. Diesen überraschenden Befund machten Forscher aus der Gruppe unter der Leitung von Michael Detmar, Professor für Pharmakogenomik der ETH Zürich, mit einem von ihnen entwickelten dreidimensionalen Zellkultursystem.
Bild 1. Neues 3D-Zellkultursystem: Lymphgewebezellen bilden auf Mikrokügelchen Zellaussprossungen (Mikroskopiebild).
System mit den Kügelchen ein dreidimensionales System. Darin testeten sie über 1000 chemische Substanzen. «Es war uns möglich, eine so grosse Zahl von Substanzen zu testen, weil wir den ganzen Prozess automatisieren konnten», erklärt Postdoc Martin Schulz. Dazu nutzen die Wissenschaftler ein automatisiertes Screening-Mikroskop am Lichtmikroskopiezentrum der ETH Zürich. Entstanden sind dabei rund 100 000 hochauflösende Bilder der beschichteten Mikrokügelchen, auf denen sichtbar ist, ob die Zellen Aussprossungen gebildet haben. Die Anzahl dieser Aussprossungen werteten die Wissenschaftler mit einem eigens dafür entwickelten Algorithmus aus. «Würde man die Auswertung von Hand machen wollen, könnte man realistischerweise vielleicht zehn Wirkstoffe testen, aber niemals 1000», sagt Schulz.
System könnte Zahl von Tierversuchen reduzieren Mithilfe von Substanzen, die dafür bekannt sind, dass sie das Wachstum der Lymphgefässe hemmen, zeigten die Forscher: Die Ergebnisse ihres 3D-Systems stimmen besser mit solchen aus Tierversuchen überein als die Resultate von herkömmlichen Zellkultur-Testsystemen. «Unser System hat somit eine höhere Vorhersagekraft», sagt Detmar. «Und gegenüber einem Tierversuch hat unser System den Vorteil, dass wir damit direkt die Wirkung in menschlichen Zellen untersuchen können», ergänzt Schulz. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass mit solchen 3D-Systemen in Zukunft vermehrt Tierversuche ersetzt werden können, vor allem wenn es darum geht, grosse Men41
gen von chemischen Substanzen auf eine pharmakologische Wirkung hin zu testen. Das Screening der über 1000 Substanzen förderte rund 30 Stoffe zutage, die das Lymphgefässwachstum hemmen. Unter mehreren entdeckten Wirkstoffen, von denen diese Wirkung bisher nicht bekannt war, untersuchten die Forscher zwei genauer. Einer der zwei gehört — wie bereits vorweggenommen — der Substanzklasse der Statine an. Die hemmende Wirkung verschiedener Statine bestätigten die Forscher anschliessend in Versuchen an Mäusen in Zusammenarbeit mit Kollegen der University of California in Berkeley.
Bisher keine geeigneten Medikamente vorhanden
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Die Forscher sehen es als möglich an, dass Statine in Zukunft nicht nur bei Herzkreislaufpatienten, sondern auch bei Krebspatienten eingesetzt werden könnten. Wie schon seit einiger Zeit bekannt ist — unter anderem dank Forschung aus der Gruppe von Detmar —, verbreiten sich viele Krebsarten im Körper über die Lymphgefässe. Von einigen Tumoren weiss man, dass sie Stoffe ausschütten, um das Wachstum von Lymphgefässen zum Tumor hin zu fördern. Die Krebsmedizin hat also ein Interesse an Wirkstoffen, die dieses Wachstum hemmen. «Bisher gibt es in der Klinik keine Medikamente, die das zuverlässig bewirken», sagt Detmar. «Es wäre denkbar, in Zukunft beispielsweise Patienten mit einem stark erhöhten Risiko für Krebserkrankungen mit solchen Medikamenten zu behandeln, um einen sich entwickelnden Tumor an der Bildung von Metastasen zu hindern, bevor man ihn überhaupt entdeckt hat», sagt Detmar. Weil Statine bereits ausgiebig getestet und für eine andere Krankheit zugelassen sind, müssten die Medikamente für einen Einsatz als Hemmstoffe des Lymphgefässwachstums von den Zulassungsbehörden «umgewidmet» werden, was erheblich einfacher wäre als die Zulassung eines neuen Wirkstoffs. Um zu entscheiden, ob Statine ein taugliches Mittel sind, müsste man laut Detmar allerdings zuerst untersuchen, ob sie in den gewöhnlich verabreichten Dosen das Lymphgefässwachstum genügend hemmen. Quelle: ETH Zürich Originalpublikation Martin Michael, Peter Schulz et al., «Phenotype-based high-content chemical library screening identifies statins as inhibitors of in vivo lymphangiogenesis», PNAS, Published online before print September 4, 2012, doi:10.1073/pnas.1206036109 Kontakt Prof. Michael Detmar, ETH-Hönggerberg Institut für Pharmazeutische Wissenschaften Wolfgang-Pauli-Strasse 10, CH-8093 Zürich Telefon +41 (0)44 633 73 61 michael.detmar@pharma.ethz.ch, www.pharma.ethz.ch 10/2012
MEDIZIN/PHARMA
Antitumoraler Wirkstoff erfolgreich getestet
Neuer Wirkstoff im Kampf gegen Krebs
Bild: Bernhard Keppler
Ein Krebswirkstoff aus Österreich soll bösartige Tumoren in Schach halten: Der Wirkstoff NKP-1339 – ein kleines, an Transferrin bindendes Molekül – wurde von Bernhard Keppler, Dekan der Fakultät für Chemie der Universität Wien, im Rahmen eines gemeinsamen Projekts mit der Medizinischen Universität Wien entwickelt – ein vielversprechender neuer Weg in der Krebstherapie, der auch schon erfolgreich an PatientInnen getestet wurde.
Bild 1. Wirkmechanismus von NKP-1339: Das Antikrebsmittel wird über Transferrin in die Tumorzelle eingeschleust.
Bernhard Keppler, der Dekan der Fakultät für Chemie und Leiter der Forschungsplattform «Translational Cancer Therapy Research» an der Universität Wien beschäftigt sich schon seit Jahren mit der Entwicklung von Tumortherapeutika. Vor Kurzen wurden die ersten klinischen Studien (Phase I) an Patienten mit metastasierten festen Tumoren abgeschlossen. Mit Erfolg: Das neue Medikament wirkt krebshemmend und ist ausserdem gut verträglich. Bis jetzt gab es kaum «europäische» antitumorale Wirkstoffe, die derart vielversprechende Ergebnisse zeigen.
In die Zelle eingeschleust NKP-1339 ist das erste Krebsmittel auf Rutheniumbasis: Der Wirkstoff wird über das Protein Transferrin – und zum Teil auch über Albumin – in die Tumorzelle eingeschleust. Im Tumor wird es aktiviert und bringt über den sogenannten «mitochondrialen pathway» die Tumorzelle zum programmierten Zelltod (Apoptose). 10/2012
Parallel dazu wird das Protein GBR78 gehemmt, welches für die Korrektur missgestalteter Proteine und somit für die Resistenz zahlreicher Tumorarten verantwortlich ist. «Durch diesen Prozess reichern sich Abfallprodukte in der Tumorzelle an, die letztlich auch den Zelltod der Tumorzelle bewirken», erklärt Keppler, der den Wirkstoff in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Walter Berger am Institut für Krebsforschung der Medizinischen Universität Wien entwickelt hat. Die Anfänge der erfolgreichen Forschung liegen jedoch etwas weiter zurück: Bereits vor vielen Jahren hat Keppler an der Universität Heidelberg und anschliessend am Deutschen Krebsforschungszentrum mit der Entwicklung des
mittlerweile patentierten antitumoralen Wirkstoffs begonnen. In Wien hat er seine Arbeit bis zum «proof of principle» an Patienten vorangetrieben, und vor Kurzem wurden die ersten Studienergebnisse bekanntgegeben: Bei den teilnehmenden Patienten – die auf frühere Standardbehandlungen und neue experimentelle Therapien nicht mehr reagiert haben – wurde eine krebshemmende Wirkung festgestellt. «Die Ergebnisse der Studie stützen das, was bereits aus unseren vorklinischen Studien hervorgegangen ist: Das Medikament greift die Tumoren selektiv an und ist gegen verschiedene Tumoren wirksam», freut sich Keppler. Jetzt beginnt die Phase II der klinischen Studien zum Medikament. Quelle: Universität Wien Kontakt o. Univ.-Prof. DDr. Bernhard Keppler Universität Wien Fakultät für Chemie Währinger Strasse 42 A-1090 Wien Telefon +43 (0)1 4277 526 02 bernhard.keppler@univie.ac.at www.univie.ac.at
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WERKSTOFFE
Der Trick mit der Wellenlänge
Blau strahlende Füllungen helfen kranken Zähnen
Bild: Alexander Stepuk / ETH Zürich
Forscher der ETH Zürich haben ein neues Material für Zahnfüllungen entwickelt. Es enthält einen Zusatz, der blau luminesziert. Das neue Füllmaterial soll Zahnärzten das Arbeiten erleichtern und den Patienten ihren Aufenthalt auf dem Behandlungsstuhl verkürzen.
Bild 1. In diesem Zahn ist ein Loch mit dem neuen Komposit gefüllt. Das Komposit sendet blaues Licht aus.
Üblicherweise füllen Zahnärzte die Löcher ihrer Patienten Schicht für Schicht mit einem dickflüssigen Komposit und härten diese Schichten dann jeweils unter blauem Licht aus. Diese in der Zahnmedizin verwendeten Komposite bestehen unter anderem aus Verbindungen, die polymerisieren, wenn sie dazu angeregt werden. Durch das Polymerisieren wird die Füllung hart. Um diese Reaktion in Gang zu setzen, enthalten die Füllmaterialien als Zusatzstoff einen sogenannten Fotoinitiator, der mit (blauem) Licht
angeregt wird. Deshalb verwendet der Zahnarzt bei herkömmlichen Kompositen zum Härten eine Blaulichtlampe.
Kurzwelliges Infrarot ersetzt blaues Licht Anders ist es beim neuen Füllmaterial, das Wendelin Stark und seine Mitarbeiter am Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften der ETH Zürich entwickelt haben. Auch dieses Material enthält einen
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WERKSTOFFE
Fotoinitiator, der auf blaues Licht reagiert. Ein spezieller Leuchtstoff als weiterer Zusatzstoff ermÜglicht jedoch einen indirekten Aktivierungsprozess: Beim neuen Material verwendet der Zahnarzt nicht blaues Licht, sondern solches im kurzwelligen Infrarotbereich (NIR, fßr near infrared). Dieses NIR-Licht aktiviert den Leuchtstoff, der darauf beginnt, blau zu leuchten. Der blaue Schein des Fßllmaterials aktiviert schliesslich den Fotoinitiator, der das Polymerisieren des Materials einleitet. Der in das Komposit gemischte Leuchtstoff ist also in der Lage, Licht einer kßrzeren Wellenlänge (blaues Licht) auszusenden, wenn er mit Licht einer längeren Wellenlänge (NIR) angeregt wurde. Upconversion nennen die Wissenschaftler diesen Prozess. Es gibt eine ganze Reihe von chemischen Verbindungen, die dazu in der Lage sind. Meist sind es Fluoride oder Oxide von Seltenen Erden, erklärt der Wissenschaftler Alexander Stepuk von der ETH. Fßr das neue Fßllmaterial haben die Forscher ein Fluorid verwendet, das die beiden raren Metalle Ytterbium und Thulium enthält.
Loch in einem Schritt fßllen und härten Ein wichtiger Vorteil der neuen, indirekten Methode: NIR-Licht durchdringt sowohl den Zahn als auch das Fßllmaterial – blaues Licht hingegen wird von beiden nur absorbiert und gestreut. Somit kann der Zahnarzt mit dem neuen Material das ganze Loch in einem Schritt fßllen und härten. Hinzu kommt, dass kßnftig ein kleineres Loch fßr die Fßllung genßgt. Bisher mßssen Zahnärzte alle vorstehenden Unebenheiten im Loch mit einem Bohrer entfernen, um deren Schattenwurf zu verhindern. Darunterliegendes Fßllmaterial wird nämlich nicht gehärtet, wenn das Licht der blauen Zahnarztlampe nicht dorthin gelangt. So mussten die LÜcher manchmal verhältnismässig gross gemacht werden. Da NIR-Licht das Zahngewebe durchdringt, kÜnnen die Unebenheiten mit dem neuen Fßllmaterial bestehen bleiben und mßssen nicht mehr weggebohrt werden. Auch bei einem weiteren kritischen Punkt von Zahnfßllungen schneidet das neue Komposit gut ab. Es schrumpft beim Härten weniger stark als viele herkÜmmliche Komposite. Dadurch kÜnnen einerseits winzige 10/2012
Hohlräume vermieden werden, in denen sich später Bakterien ansiedeln kÜnnen, und andererseits hält die Fßllung besser im Zahn.
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Fßllung kann gleichmässiger polymerisieren Die Blaulichtlampe des Zahnarztes stellt verhältnismässig intensives Licht her, das auf die Oberfläche des Komposits trifft. Dadurch heizen sich die gebräuchlichen Komposite auf, und sie schrumpfen stark, sagt Stepuk. Unser Material schneidet wahrscheinlich daher so gut ab, weil das blaue Licht des ins Fßllmaterial gemischten Leuchtstoffs gleichmässiger verteilt ist. Die Fßllung kann daher auch gleichmässiger polymerisieren. Bis das neue Fßllmaterial in der Praxis angewandt werden kann, sind noch weitere Entwicklungsarbeit und Tests erforderlich. Zumindest konnten Zahnärzte der Universität Zßrich das neue Material bereits mit herkÜmmlichen Fßllmaterialien an gezogenen Zähnen von Menschen und Rindern vergleichen und zeigen, dass sich grÜssere LÜcher drei- bis viermal schneller fßllen lassen. Quelle: ETH Life Originalpublikation Alexander Stepuk, Dirk Mohn, Robert N. Grass, Matthias Zehnder, Karl W. Krämer, Fabienne PellÊ, Alban Ferrier, Wendelin J. Stark, Use of NIR light and upconversion phosphors in light-curael polymers, Dental Materials, 3 (28), 304–311, (2012)
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Bild 1. Die Forscher Mark Dean (Brookhaven National Laboratory) und Thorsten Schmitt (PSI) am Messplatz Adress an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz.
Eigenschaften einzelner Atomlagen eines Materials
Neue Einblicke in Supraleitermaterialien Ein amerikanisch-schweizerisches Forschungsteam hat eine neue Röntgenmethode an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts genutzt, um die magnetischen Eigenschaften einzelner Atomlagen eines Materials zu untersuchen, das die Grundlage einiger Hochtemperatursupraleiter bildet. Dabei zeigte sich, dass sich die atomar dünnen Materialschichten in den magnetischen Eigenschaften wenig von makroskopisch dicken Materialproben unterscheiden. In dem Experiment haben die Forscher das untersuchte Material mit Röntgenlicht aus der SLS beleuchtet und bestimmt, wie sich die Energie des Lichts auf dem Weg durch die Probe ändert.
Wenn Strom vom Kraftwerk zum einzelnen Haushalt fliesst, geht durch den elektrischen Widerstand der Leitungen ein Teil der Energie unterwegs verloren. Ausser man fertigt die Leitungen aus einem Supraleiter, einem Material, das Strom ganz ohne Widerstand leiten kann. Besonders vielversprechend sind die Hochtemperatursupraleiter. Dieser Begriff ist etwas irreführend, denn diese Supraleiter benötigen eine Abkühlung auf Temperaturen unter minus 135 Grad Celsius, die wir üblicherweise nicht als hoch bezeichnen, damit sie ihren Widerstand verlieren. Ihren Namen verdanken die Hochtemperatursupraleiter der Tatsache, dass die län46
ger bekannten, klassischen Supraleiter noch viel tiefere Temperaturen brauchen, um Strom ohne Widerstand leiten zu können. Die physikalischen Vorgänge, die Materialien zu Hochtemperatursupraleitern machen, sind bis heute unbekannt. Von ihrer Aufklärung erhoffen sich Forscher Einblicke in ein faszinierendes Phänomen der Festkörperphysik aber auch Hinweise, wie man Supraleiter für den täglichen technischen Einsatz entwickeln könnte – die vielleicht sogar bei Zimmertemperatur supraleitend wären. Forscher des Brookhaven National Laboratory (USA) und des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz haben gemeinsam mit Kol-
legen der ETH Lausanne (EPFL) La2CuO4 untersucht, das als Ausgangsmaterial für Hochtemperatursupraleiter genutzt wird. Das heisst, es wird zu einem Supraleiter, wenn man die passende kleine Menge von Atomen anderer Elemente – wie etwa Strontium – beimischt. «Die wichtigsten Bausteine eines Hochtemperatursupraleiters sind zweidimensionale Schichten aus Kupfer- und Sauerstoffatomen» erklärt der Physiker Mark Dean aus Brookhaven. «Viele Physiker glauben, dass es eine magnetische Wechselwirkung ist, die dafür sorgt, dass sich Elektronen zu Paaren verbinden, was die Entstehung der Supraleitung ermöglicht. Daher ist das Ver10/2012
WERKSTOFFE
Magnetismus in dünnen Supraleiterschichten Die Forscher haben einzelne Kupferoxid lagen untersucht, indem sie zwischen die Lagen Schichten eines anderen Materials eingefügt und so die Lagen voneinander isoliert haben. So konnten sie unter suchen, wie stark die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Atomlagen für das Verhalten des Materials verantwortlich ist. Konkret haben sich die Forscher sogenannte Spinwellen angesehen. Diese entstehen durch die Bewegung der Elektronenspins, die man sich als winzige Magnete vorstellen kann, die mit den einzelnen Elektronen verbunden sind. «Diese Spins könnten für die Entstehung der Hochtemperatursupraleitung von entscheidender Bedeutung sein», erklärt John Hill vom Brookhaven Laboratory. «Wenn wir ihre Rolle verstehen, könnte uns das helfen, die Hochtemperatursupraleitung zu verstehen und Supraleiter zu entwickeln, die bei Zimmertemperatur funktionieren.» Im Material sind diese Spins durch magnetische Kräfte miteinander verbunden. Wenn man dann einen davon von der ursprünglichen Position auslenkt, breitet sich diese Auslenkung wie eine Welle durch das ganze Material aus – eine Spinwelle entsteht. Nun konnten die Forscher in ihrem Experiment zeigen, dass sich das Verhalten dieser Spinwellen in einzelnen Lagen von denen in einem dickeren Stück des Materials nur wenig unterscheidet.
platz Adress, an dem die Untersuchungen durchgeführt wurden. «Da wir hier einzelne Lagen untersucht haben, hatten wir nur sehr wenig Material, an dem das Licht unter Energieverlust abgelenkt werden konnte. Nur unsere Anlage kommt mit diesem sehr schwachen Signal aus.» Diese Methode wird es nun erlauben, einzelne Lagen weiterer Materialien zu untersuchen – etwa von dotierten Supraleitermaterialien – und so helfen, dem Geheimnis der Hochtemperatursupraleitung auf die Spur zu kommen.
Viele einzigartige Kompetenzen Es ist nicht ein Verfahren allein, das solche Ergebnisse möglich macht. So ermöglichen theoretische Überlegungen von Wissenschaftlern um Henrik Rønnow von der ETH Lausanne ein Verständnis der Ergebnisse und zeigen Richtungen für weitere Forschungen auf. Vor den Experimenten an der SLS wurden die Proben mithilfe von Myonen aus der Myonenquelle SµS des PSI untersucht. Dabei wurde die weltweit einzigartige Anlage zur Erzeugung von niederenergetischen Myonen genutzt, an der man gezielt die magnetischen Eigenschaften dünner Schichten untersuchen kann. Damit konnte man feststellen, ob die einzelnen Lagen tatsächlich voneinander isoliert waren und sich nicht beeinflussten. Das eigentliche Untersuchungsobjekt – die einmalig dünnen Materialschichten – wurden von Ivan Božovic´ aus Brookhaven hergestellt. Derart dünne Schichten zu erzeugen, ist eine Kunst, die sonst niemand beherrscht. Quelle: Paul Scherrer Institut
Nur das PSI-Verfahren ist empfindlich genug «Wir haben für die Messung das untersuchte Material mit Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz bestrahlt und gemessen, wie sich die Energie des Lichts, das von der Probe abgelenkt wurde, von der des eingestrahlten Lichts unterscheidet. Aus dieser Differenz kann man die Eigenschaften der Spinwellen im Material bestimmen», erklärt Thorsten Schmitt. Er betreibt am Paul Scherrer Institut den Mess10/2012
Bild: Brookhaven National Laborator y
ständnis dieser magnetischen Schichten unerlässlich, wenn man die Hochtemperatursupraleitung verstehen will.»
Originalpublikation M. P. M. Dean et al., «Spin excitations in a single La2CuO4 layer», Nature Materials 11, 850–854 (2012)
Bild 2. Prinzip des RIXS-Experiments. Die Probe wird mit Röntgenlicht aus der SLS bestrahlt, das in der Probe eine Spinwelle anregt und dadurch Energie verliert. Indem man die Eigenschaften des abgelenkten Lichts untersucht, kann man Informationen über die Spinwellen gewinnen.
Kontakt Dr. Thorsten Schmitt Paul Scherrer Institut Labor für Kondensierte Materie CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 37 62 thorsten.schmitt@psi.ch www.psi.ch
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Invent Armaturen AG In der Steingrube 3 CH-4310 Rheinfelden Tel. 061 833 70 70 Fax 061 833 70 91 info@invent-armaturen.ch
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Treibhausgas wird auch von Pilzen freigesetzt
Methanquelle im Unterholz entdeckt
Bilder: Katharina Lenhar t
Methan ist ein Treibhausgas, das rund 25-mal wirkungsvoller ist als Kohlendioxid. Ein Grossteil des Methans entsteht durch Bakterien beispielsweise auf Reisfeldern, Mülldeponien oder bei der Rinderhaltung. Dass auch Pflanzen Methan produzieren, ist erst seit wenigen Jahren bekannt. Neueste Untersuchungen zeigen sogar, dass noch mehr natürliche Verursacher ihren Teil zum Klimawandel beitragen.
Bild 1. Methanproduzenten aus dem Unterholz: Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass auch Pilze das Treibhausgas freisetzen
Noch bis 2006 galt es als sicher, dass biogenes Methan ausschliesslich unter Sauerstoffausschluss bei der Zersetzung organischen Materials entsteht. Damals entdeckte eine Forschergruppe vom Max-Planck-Institut für Chemie, dass Pflanzen auch in sauerstoffreicher Umgebung Methan produzieren. Dieselben Wissenschaftler derselben Arbeitsgruppe haben jetzt herausgefunden, dass Pilze, die totes organisches Material zersetzen, ebenfalls Methan abgeben. Die Biologin Katharina Lenhart untersuchte in einer Studie acht verschiedene Ständer-
Bild 2. Saprophytische Pilze beziehen ihre Nährstoffe aus totem organischen Material
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pilzsorten (Basidiomycetes), deren Methanabgabe sie unter Laborbedingungen mithilfe von Isotopenanalysen nachweisen konnte. Während ihrer Versuchsreihe variierte sie die Nährböden, auf denen die Pilze wuchsen.
Methanmenge hängt vom Substrat ab Dabei zeigte sich, dass das zugrunde liegende Substrat scheinbar Einfluss auf die gebildete Methanmenge hat. Verschiedene molekularbiologische Analyseverfahren ergaben, dass keine methanbildenden Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, bei deren Energiestoffwechsel Methan entsteht, eingebunden waren. «Somit müssen Prozesse innerhalb der Pilze für die Methanbildung verantwortlich sein», erläutert Lenhart. Welche das sind, gilt es noch herauszufinden. «Die von den Pilzen freigesetzte Methanmenge, die wir bisher bei unseren Studien messen konnten, ist im Vergleich mit an-
deren Quellen eher gering. Ihr Beitrag zur globalen Erwärmung ist daher als vernachlässigbar einzustufen», so Frank Keppler, Leiter der Arbeitsgruppe. Interessant ist jedoch die ökologische Relevanz dieser Ergebnisse, da Pilze insbesondere in Böden und beim Abbau von organischem Material eng mit Bakterien zusammenleben. Viele Bakterien verwerten das energiereiche Methan in ihrem Stoffwechsel. Sie nehmen Methan auf und oxidieren es zu Wasser und Kohlendioxid. Inwieweit das durch Pilze freigesetzte Methan von diesen assoziierten Bakterien aufgenommen wird und ob sie direkt davon profitieren, sei derzeit noch unbekannt, so Lenhart. Auch die Frage, warum die Pilze Methan an ihre Umwelt abgeben, ist noch ungeklärt. Klar scheint jedoch, dass diese Studie Ausgangspunkt für zahlreiche weitere, interdisziplinäre Arbeiten sein wird. Quelle: Max-Planck-Institut für Chemie Originalpublikation Katharina Lenhart, Michael Bunge, Stefan Ratering, Thomas R. Neu, Ina Schüttmann, Markus Greule, Claudia Kammann, Sylvia Schnell, Christoph Müller, Holger Zorn and Frank Keppler, «Evidence for methane production by saprotrophic fungi», Nature Communications 3: 1046 (2012). Kontakt Dr. Frank Keppler Max-Planck-Institut für Chemie Hahn-Meitner-Weg 1 D - 55128 Mainz Telefon +49 (0)6131 305 4800 frank.keppler@mpic.de www.mpic.de 10/2012
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Erste Biomethan-Brennstoffzelle Europas in Betrieb Seit 20. August läuft die erste BiomethanBrennstoffzelle Europas im Vollbetrieb. Der burgenländische Anbieter für CO2-neutrale Energielösungen, Güssing Renewable Energy GmbH (Greg), hat die erste Phase seines Pionierversuchs in Güssing abgeschlossen. In Kooperation mit der amerikanischen Firma ClearEdge Power hat Greg eine Brennstoffzelle installiert, die aus Care Fuel, dem in Güssing lokal produzierten Biomethangas, Strom und Wärme erzeugt (MikroBlockheizkraftwerk). Die elektrische Leistung der Brennstoffzelle beträgt 5 kW. Das für den Betrieb eingesetzte Biomethangas ist chemisch mit fossilem Erdgas identisch. «Die erfolgreiche Inbetriebnahme der Brennstoffzelle ist ein bedeutender Meilenstein für Güssing Renewable Energy und unser Produkt Care Fuel, genauso wie für ClearEdge Power und den gesamten Markt der erneuerbaren Energien», sagt Michael Dichand, Gründer von Güssing Renewable
Energy. Er zeigt sich überzeugt, dass die Energie der Zukunft vor allem aus der dezentralen Energieerzeugung kommen wird. Die Güssinger Brennstoffzelle und ihr Betrieb mit dem aus lokalen Rohstoffen produzierten Biomethangas sei ein wichtiger Schritt in diese Richtung. Gekoppelt mit dem Vanadium-Redox-Akkumulator können Brennstoffzellen als «Hauskraftwerk» zukünftig in jedes Haus eingebaut werden. «Nachdem wir die Funktionstüchtigkeit der ClearEdge-Brennstoffzelle mit Care Fuel bewiesen haben, sind wir zuversichtlich, die nächsten Schritte gehen zu können», sagt Dichand. «Wir planen in den nächsten drei Jahren die Errichtung von Brennstoffzellen-Anlagen im Ausmass von 8,5 Megawatt in Österreich sowie von 50 Megawatt bis 2020. Damit garantieren wir kosteneffiziente Energiesicherheit für die Haushalte und Industrie der Region.» David B. Wright, CEO von ClearEdge Power, ergänzt: «Güs-
sing Renewable Energy steht in punkto ökologischer Nachhaltigkeit an vorderster Front. Der erfolgreiche Einsatz unseres Brennstoffzellensystems mit dem Biomethanangebot der Region beweist seine Tragfähigkeit im Bereich erneuerbare Energien. Im Betrieb mit fossilem Erdgas erreicht unser System schon eine 41-prozentige CO2Reduktion, mit Biomethan als Energieträger machen wir es nahezu CO2-neutral», erläutert Wright. Quelle: Güssing Renewable Energy GmbH Kontakt Michael Zahradnik Güssing Renewable Energy GmbH Europastrasse 1 A-7540 Güssing Telefon +43 (0)664 88739 688 michael.zahradnik@gussingrenewable.com www.gussingrenewable.com
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Seesanierung der letzten Jahrzehnte gefährdet
Klimaerwärmung schadet den Seen Die Klimaerwärmung wirkt sich auch auf die Seen aus. Forscher der Universität Zürich zeigen am Beispiel des Zürichsees, dass sich der See im Winter zu wenig durchmischt und die schädliche Burgunderblutalge immer besser wächst. Damit beeinträchtigen die wärmeren Temperaturen die erfolgreichen Seesanierungen der letzten Jahrzehnte.
Bild 1. Im Herbst wird der Wasserkörper zwischen 0 und 20 Meter Wassertiefe schon durchmischt und die Planktothrix kommt aus 15 Metern Wassertiefe an die Oberfläche. An der Oberfläche kann sie sichtbare Massenvorkommen (Blüten) ausbilden.
Viele grosse Seen in Mitteleuropa wurden im 20. Jahrhundert durch Abwässer stark überdüngt. In der Folge entstanden Algenblüten, insbesondere ein Massenauftreten von Cyanobakterien (fotosynthetische Bakterien). Einige dieser Organismen bilden
Giftstoffe, welche die Nutzung des Seewassers beeinträchtigen können. Absterbende Algenblüten verbrauchen viel Sauerstoff, reduzieren so den Sauerstoffgehalt im See mit negativen Folgen für die Fischbestände. Das Problem bei der Überdüngung war nicht nur die absolute Menge von Stickstoff und Phosphor, den beiden wichtigsten Nährstoffen für Algen. Der Mensch hat auch das Verhältnis der beiden Nährstoffe zueinander verändert. So wurden die Phosphorfrachten in Seen in den letzten Jahrzehnten massiv reduziert, die Belastung mit Stickstoffverbindungen wurde jedoch nicht im selben Ausmass verringert. Das derzeitige Verhältnis zwischen den Nährstoffen kann daher ein Massenauftreten gewisser Cyanobakterienarten auslösen, sogar in Seen, die bislang als saniert galten. «Das heutige Grundproblem liegt darin, dass der Mensch zwei sensible Eigenschaften von Seen gleichzeitig verändert, nämlich die Nährstoffverhältnisse und mit der Klimaerwärmung die Wassertemperatur», erklärt Thomas Posch, Limnologe an der Universität Zürich. Er hat in Zusammenarbeit
mit der Wasserversorgung Zürich in einer Studie Daten aus 40 Jahren analysierte. Die Auswertung dieser Langzeitdaten zum Zürichsee zeigt, dass das Cyanobakterium Planktothrix rubescens, besser bekannt als Burgunderblutalge, in den letzten 40 Jahren zunehmend dichtere «Blüten» ausbildet. Wie viele andere Cyanobakterien besitzt Planktothrix Giftstoffe, um sich vor dem Frass durch Kleinkrebse zu schützen.
Burgunderblutalge: seit 1899 bekannt Die Burgunderblutalge wurde im Zürichsee erstmals im Jahr 1899 beschrieben, und ist für die Wasserversorgung Zürich ein seit Langem bekanntes Phänomen. Daher wird das Seewasser für die Trinkwasserversorgung aufwendig aufbereitet, wobei der Organismus und die Giftstoffe vollständig aus dem Rohwasser entfernt werden. Doch warum wächst Planktothrix immer besser? Die wichtigste natürliche Kontrolle der Cyanobakterienblüten erfolgt im Frühjahr, nachdem sich der gesamte See im
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Hoffen auf kalte und windige Winter «Derzeit erleben wir leider eine paradoxe Situation. Obwohl wir die Nährstoffproblematik für teilweise gelöst hielten, arbeitet die Klimaerwärmung in einigen Seen gegen 10/2012
die Sanierungsmassnahmen. In Zukunft brauchen wir deshalb vor allem wieder kalte Winter mit kräftigen Winden», sagt Posch. Der Winter 2011/12 war aus der Sicht der Forscher ideal. Die tiefen Temperaturen und die kräftigen Stürme liessen den See komplett durchmischen und führten endlich wieder zu einer Reduktion der Planktothrix. Quelle: Universität Zürich Originalpublikation Thomas Posch, Oliver Köster, Michaela M. Salcher & Jakob Pernthaler, «Harmful filamentous cyanobacteria favoured by reduced water turnover with lake warming», Nature Climate Change (2012), Published online 08 July 2012, doi:10.1038/nclimate1581
Kontakt PD. Dr. Thomas Posch Institut für Pflanzenbiologie Limnologische Station Seestrasse 187 CH-8802 Kilchberg Telefon +41 (0)44 716 1224 posch@limnol.uzh.ch www.biol.uzh.ch
Kundendienst
Winter stark abgekühlt hat. Intensive Winde führen zu einer Durchmischung des Oberflächen- mit dem Tiefenwasser. Ist die Durchmischung vollständig, sterben viele Cyanobakterien in der Tiefe des Zürichsees ab, da sie dem hohen Druck, immerhin 13 bar in 130 Meter Wassertiefe, nicht standhalten. Ein zweiter positiver Effekt dieser Durchmischung ist der Transport von frischem Sauerstoff in die Tiefe. Doch auch hier hat sich die Situation im Zürichsee in den letzten vier Jahrzehnten drastisch verändert. Die Klimaerwärmung bewirkt eine zunehmende Erwärmung der Wasseroberfläche. Die derzeitigen Werte liegen bei 0,6 bis 1,2 °C über dem 40-Jahresmittel. Die Winter waren vermehrt zu warm und der See durchmischte nur noch unvollständig, da der Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Tiefe eine physikalische Barriere darstellte. Die Folgen sind grössere Sauerstoffdefizite über längere Zeit im Tiefenwasser des Sees und eine unzureichende Reduktion der Blüten der Burgunderblutalge.
Produkte
Bild 2. Das Cyanobakterium Planktothrix rubescens (Burgunderblutalge) im Zürichsee. Die Fäden sind nur 0,005 mal 2 Millimeter gross, bilden aber vor allem in einer Wassertiefe von 12 bis 15 Meter Massenvorkommen.
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LABOR
Farbveränderung erlaubt schnelle Diagnose
Rasche Hilfe bei Rauchgasvergiftungen
Bild: UZH
Rauchvergiftungen werden unter anderem durch Salze der Blausäure, so genannte Cyanide, verursacht. Ein rasch verabreichtes Gegengift ist oft lebensrettend. Bislang stand den Notfallärzten jedoch kein BlausäureSchnelltest zur Verfügung, sodass Fehldiagnosen in Kauf genommen werden mussten. Jetzt haben Chemiker der Universität Zürich ein einfaches Verfahren entwickelt, das Cyanide im Blut zuverlässig in zwei Minuten nachweist.
Bild 1. Zweistufiges Verfahren zur Bestimmung von Cyanid im Blut: 1) Der Chemosensor wird zur Blutprobe gegeben. Falls Cyanid im Blut vorhanden ist, bildet das Cyanid mit dem Chemosensor einen violetten Komplex. Die Lösung wird durch eine Spritze gepresst, die eine feste Phase enthält. 2) Die feste Phase wird mit Wasser gespült, um das Blut aus der festen Phase zu lösen. Zurück bleibt der violette Komplex, den das Cyanid mit dem Chemosensor gebildet hat.
Bild: Paul-Georg Meister / PIXELIO
Cyanidvergiftungen treten u.a. auf, wenn bei Bränden in geschlossenen Räumen Rauchgase eingeatmet werden. Cyanide sind Salze der Blausäure, die die zelluläre
Atmung blockieren. Vergiftungen mit Cyaniden verlaufen daher rasch und enden oft tödlich. Für eine erfolgreiche Behandlung ist Schnelligkeit entscheidend. Da der Nachweis von Cyaniden im Blut bisher nur mit entsprechender Ausrüstung im Labor möglich war und bis zu einer Stunde dauerte, musste in einigen Notfällen das Gegengift sogar verabreicht werden, ohne dass man sich der Cyanidvergiftung sicher war. Nun ist es Chemikern der Universität Zürich gelungen, Cyanide im Blut schon in ein bis zwei Minuten und ohne spezielle Laborausrüstung nachzuweisen. Die beiden Chemiker Christine Männel-Croisé und Felix Zelder von der Universität Zürich kombinieren dabei einen Cyanid-Farbtest mit einer Extraktionsmethode. Das neu entwickelte Verfahren arbeitet mit einem winzigen Tropfen Blut. Dieser wird in einer Nachweisampulle mit einem pHPuffer, Wasser, einem cobaltbasierten Che-
Bild 2. Besonders in geschlossenen Räumen entstehen schwere Rauchgasvergiftungen, die sofortige Hilfe erfordern.
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mosensor sowie einer Festphase zusammengebracht. Enthält das Blut Cyanidverbindungen, färbt sich die Festphase violett.
Schneller, einfacher, vielseitiger «Einzigartig an unserem Nachweis ist, dass er ohne zusätzliche Geräte auskommt, rund zwei Minuten dauert, nur einen Tropfen
Cyanidvergiftung Cyanid wird sehr rasch über den Atmungstrakt aufgenommen, verteilt sich schnell im Körper und kann in hohen Umgebungskonzentrationen binnen weniger Minuten zum Tod führen. Es blockiert einen Teil der Atmungskette in den Zellen des Körpers und verhindert so die Gewinnung von ATP als Energieträger aus dem Citratzyklus. Bei Rauchgasinhalation besteht zusätzliche Gefahr durch eine gleichzeitig vorliegende Kohlenmonoxidvergiftung. Die toxischen Wirkungen von Cyanid und Kohlenmonoxid ergänzen sich additiv. Wenn durch eine Kohlenmonoxidvergiftung grössere Mengen Hämoglobin bereits gebunden sind, kann kein Sauerstoff mehr transportiert werden. Zu den Symptomen einer Cyanidvergiftung gehören unter anderem: • Atemnot • Bittermandelgeruch der Ausatemluft • Kopfschmerzen • Schwindel • Erbrechen • Krämpfe • Ohnmacht • Rosige Hautfarbe Quelle: Wikipedia
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LABOR/PANORAMA
Bild 3. Blausäure wird in vielen chemischen Prozessen in der Industrie und im Bergbau eingesetzt. Sie ist so giftig, dass schon 1–2 mg pro Kilogramm Körpermasse tödlich wirken.
Blut braucht und durch das blosse Auge erfolgt», sagt Zelder. Mit dem neuen Verfahren lassen sich die Menge an Cyaniden
im Blut und damit der Schweregrad der Vergiftung bestimmen. Dadurch können Ärzte die richtige Dosis des zu verabreichenden Gegenmittels festlegen und dessen Wirksamkeit während der Behandlung laufend überprüfen. «Unsere Methode erfüllt alle Anforderungen, um bei Brandopfern in Notfallsituationen Cyanide nachweisen zu können», erklärt Männel-Croisé. Sie und Zelder verhandeln derzeit mit Notfallärzten, um ihr Verfahren in Akutsituationen zu testen. Quelle: Universität Zürich
Originalpublikation Christine Männel-Croisé and Felix Zelder, «Rapid visual detection of blood cyanide», Anal. Methods, 9 [4], 2632–2634 (2012) Kontakt Dr. Felix Zelder Anorganisch-chemisches Institut Universität Zürich Winterthurerstr.190 CH-8057 Zürich Telefon +41 (0)44 635 46 27 zelder@aci.uzh.ch www.aci.unizh.ch/e/index.php
Auszeichnung für die Entwicklung neuer Medikamente und für emissionsarmes Glas
Ehrentitel «Helden der Chemie» verliehen Die American Chemical Society (ACS) hat auf ihrem 244. Nationalen Treffen drei «Helden der Chemie» ernannt. Diese Ehre wurde den Forschern zuteil, weil sie mit ihrer Arbeit herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Chemie und der chemischen Verfahrenstechnik vollbracht haben.
Eine der drei Auszeichnungen wurde an Wissenschaftler der Pharmafirma Merck (MSD) für die Entwicklung von Victrelis (Boceprevir) verliehen, den ersten oralen Pro-
Bild 1. Strukturformel von Boceprevir
teasehemmer, der von der amerikanischen Food and Drug Administration FDA zur Kombinationsbehandlung der häufigsten Form der chronischen Hepatitis C mit Peginterferon alfa und Ribavirin zugelassen wurde. Die virale Leberinfektion Hepatitis C betrifft über 130–170 Millionen Menschen weltweit und kann zu einer schweren Schädigung der Leber führen. Die zweite Auszeichnung erhielten Wissenschaftler der 10/2012
Pharmafirma Novartis. Sie wurden für die Entwicklung von Tasigna (Nilotinib) geehrt. Mit diesem Medikament werden Erwachsene behandelt, bei denen eine spezielle Form von Blutkrebs, die chronisch-myeloische Leukämie, neu diagnostiziert wurde oder auf andere Medikamente nicht angesprochen hat. Den dritten Ehrentitel erhielten Wissenschaftler des französischen Chemiekonzerns Arkema für die Entwicklung der chemischen Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD). Mit dieser Technologie kann die Oberfläche von Glas mit verschiedenen Chemikalien beschichtet werden. Dieses Herstellungsverfahren wird für Low-Emissivity-Glas (Low-e glas) verwendet, ein Isolierglas, das Energieverluste über Fenster und Fassaden minimiert. Mit der Auszeichnung «Helden der Chemie» könne man die Innovation und die Vitalität, die Chemie der Gesellschaft bietet, sichtbar machen, findet der Vorsitzende der ACS, Bassam Shakhashiri. «Chemie ist die Grundlage für so viele Aspekte in unserem Leben.
Chemie heisst neue Produkte, neue Materialien und neue Hoffnung für die Zukunft.» Das erst 1996 gegründete «ACS Heroes of Chemistry program» ehrt Wissenschaftler,
Bild 2. Strukturformel von Nilotinib
deren Arbeit auf dem Gebiet der Chemie und der chemischen Ingenieurwissenschaften zu erfolgreichen Innovationen oder der Entwicklung von Marktprodukten geführt haben, von denen die Menschheit massgeblich profitiert. Jedes Jahr werden die Kandidaten von ihren Firmen vorgeschlagen Quelle: American Chemical Society 53
WEITERBILDUNG/PRODUKTE
Durch Weiterbildung erfolgreich in die Zukunft
In einem wirtschaftlich schwierigen Umfeld sind Fachleute mit guter Ausbildung immer wichtiger. Sie steigern dadurch ihren Marktwert und erhalten die Flexibilität, sich dem konstant wandelnden Umfeld besser anzupassen. Sekulab als unabhängige Organisation hilft ihnen dabei, diese Herausforderung anzunehmen und ihre Ziele zu erreichen. So bietet Sekulab auch 2013 ein reichhaltiges Kursprogramm für das Laborpersonal an. Das Spektrum reicht von praktischen Anwendungen in der Instrumentalanalytik bis zu theoretischen Anwendungen im Laborumfeld. Dabei haben Themen zur Gas- und Flüssigchromatografie sowie der Spektroskopie einen grossen Stellenwert. Spezifisch wird auch auf die Interpretation von Spektren eingegangen. Grosse Bereiche der täglichen Arbeit im analytischen Labor sind damit abgedeckt, sodass die Bedürfnisse von Einsteigern als auch von erfahrenen Praktikern erfüllt werden. Daneben sind allgemeine Kurse zur Strukturaufklärung, Statistik, Versuchsplanung oder Literaturrecherche eine ideale Ergänzung. Interessierte können ihr Wissen bei Vorträgen über Tipps und Tricks in der Filtration sowie zur statistischen Planung und Analyse von Experimenten erweitern.
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Auch die Qualitätssicherung gewinnt im modernen Laborumfeld zunehmend an Bedeutung. In spezifischen Kursen erhalten die Teilnehmer das notwendige Knowhow, um die entsprechenden Massnahmen in ihrem beruflichen Umfeld effizient umsetzen zu können. Biologen finden interessante Kurse zu therapeutischen Proteinen sowie zu Pharmakologie und Toxikologie. So wurden zwei Kurse über den Weg vom Gen zum Produkt und ein Kurs zur «Real Time PCR» neu ins Programm aufgenommen und das Kursangebot rund um die Zellbiologie stark erweitert. Da auch Fragen zur Persönlichkeitsentwicklung immer wichtiger werden, lernen die Teilnehmer in spezifischen Kursen, wie sie Führungsaufgaben wahrnehmen, mit Stress und Arbeitsbelastung optimal umgehen und sich im englischsprachigen Wissenschaftsumfeld am besten zurechtfinden können. Das Kursprogramm wird stetig erweitert und bietet dadurch die Möglichkeit, sich kontinuierlich weiterzuentwickeln. Eine vollständige Übersicht über die Kurse des kommenden Jahres wird ab November in gedruckter Form als auch auf der Internetseite von Sekulab erhältlich sein. Die Sekulab wurde 2009 von Weiterbildungsspezialisten mit langjähriger Erfahrung in der Organisation und Durchführung von fachspezifi schen Kursen für das Laborpersonal gegründet. Ziel des Unternehmens ist es, eine genau auf das Laborpersonal abgestimmte Weiterbildung zu vernünftigen Preisen anzubieten. Spezielle Konditionen gelten für Mitglieder der Angestellten Schweiz und Firmen bei Mehrfachbuchungen. Auf Anfrage bietet Sekulab auch Gruppenkurse oder massgeschneiderte Firmenkurse an.
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Neues Triple-Quadrupol-GCMS
Shimadzu hat auf dem 36. Internationalen Symposium der KapillarChromatografie (ISCC) in Riva del Garda, Italien, das neue GCMSTQ8030 Triple-Quadrupol-Massenspektrometer vorgestellt. Das System erfüllt die heutigen Anforderungen der Wissenschaftler an Geschwindigkeit, Genauigkeit und Bedienkomfort. Sie müssen eine stetig wachsende Zahl potenziell umweltschädlicher Substanzen schnell und genau messen und brauchen dazu eine effiziente Probenvorbereitung, die Wechselwirkungen mit komplexen Matrices reduziert. Dank der von Shimadzu entwickelten effizienten Ionenquelle erreicht das GCMS-TQ8030 die höchste Empfindlichkeit in seiner Klasse – für Multi-Reaction-Monitoring (MRM) mit einem GC/MS/MSSystem sowie für Scan und SIMMessungen mit einem GC/MSGerät. Die hohe Empfindlichkeit des Triple-Quadrupols ermöglicht zahlreiche Messverfahren einzusetzen, unter anderem MRM, Scan, kombinierter Scan/MRM und Neutral Loss Scan. Die UFsweeper-Technologie minimiert die Länge der Kollisionszelle und bietet gleichzeitig eine hohe CID-Effizienz und eine grosse Ionentransportgeschwindigkeit. UFsweeper beschleunigt Ionen ausserhalb der Kollisionszelle durch Anlegen eines Pseudo-Oberflächenpotenzials, das jeglichen Verlust an Signalintensität oder einen Cross-Talk verhindert, selbst bei höchsten Messgeschwindigkeiten. Das Gerät ist mit dem Advanced Scanning Speed Protocol (ASSP)
ausgestattet. Die patentierte Technologie von Shimadzu optimiert die Quadrupolspannung bei hohen Scan-Geschwindigkeiten. Die ultraschnelle MRM-Messung basiert auf Scan-Geschwindigkeiten bis zu 20 000 Massen/sec und der UFsweeper-Technologie. Der Eco-Modus des GCMS-TQ8030 vermindert den Stromverbrauch im Standby-Modus von GC, MS und PC um 36 Prozent; auch der Trägergasverbrauch ist reduziert. Innerhalb eines Jahres lassen sich Stromverbrauch um 26 Prozent und CO2-Emissionen um rund 1,1 Tonnen senken. Weitere Eigenschaften des GCMSTQ8030: • Twin Line MS-System macht Säulenwechsel überflüssig • Funktion zur automatischen Justierung der Retentionszeit (AART: Automatic Adjustment of Retention Time) und der MRM-Zeiten • Elektronenstoss-, positive und negative chemische Ionisierung erhältlich • Easy sTop ermöglicht Wartungsarbeiten am Injektor ohne MS-Entlüftung und reduziert den Zeitbedarf erheblich • GCMSsolution-Software (Analyse, Browser und PostRun Analyseprogramme).
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PRODUKTE
Kleiner Coriolis-Massendurchflussmesser mit U-förmigem Doppelrohr
Mit dem Rotamass LR bringt Yokogawa den kleinsten Coriolis-Massendurchflussmesser (CDM) der Welt in U-förmiger Doppelrohrausführung auf den Markt. Er zeichnet sich durch die U-förmige Zweirohrausführung und seine Selbstentleerungsfunktion aus. Der Rotamass LR ist für die Massendurchflussmessung von Flüssigkeiten und von Gasen ausgelegt. Der Turndown beträgt 2000:1 für
Flüssigkeiten und 5000:1 für Gase. Bei einer Messbereichsspanne von 10,5 g/h bis zu 40 kg/h beträgt die Messgenauigkeit bei Flüssigkeiten ± 0,15% und bei Gasen ± 0,5 %. Der Rotamass LR verfügt über ein U-förmiges Doppelrohr, das für eine optimale Entkopplung des Messwertaufnehmers von äusseren Einflüssen sorgt. Änderungen der Dichte bei Flüssigkeiten können bei Coriolis-Durchflussmessern in Einrohrausführung unter Umständen Instabilitäten verursachen. Der Rotamass LR hingegen ist aufgrund seines Doppelrohrsystems sehr stabil. Dank der speziellen Auslegung der in Balance befindlichen Messrohre ist das Messgerät unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Umgebungstemperatur und gewährleistet auch unter sich verändernden Prozessbedingungen eine ausgezeichnete Nullpunktstabilität.
Wirkstoffananlyse von bestimmten Arzneiformen
In der pharmazeutischen Technologie beschäftigt man sich mit der Herstellung von verschiedenen Arzneiformen wie zum Beispiel Tabletten, Pastillen oder Dragees. In diese werden die gewünschten Wirkstoffe appliziert. Um im Rahmen der Qualitätssicherung nachzuweisen, dass die gewünschte Menge Arzneimittel in
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der Tablette verarbeitet wurde, führt man eine Wirkstoffanalyse durch. Hierzu muss die Tablette wieder pulverisiert werden. Mit der Mörsermühle Fritsch Pulverisette 2 werden 10 bis 20 Tabletten vermahlen. Damit durch den Energieeintrag kein Wirkstoff verloren geht, ist die Mörsermühle die geeignete Wahl. Die Reibwirkung des Pistills bewirkt keine Temperaturerhöhung während des Mahlvorgangs. Der Wirkstoffgehalt bleibt konstant. Nach einer Mahldauer von 1 bis 5 min erhält man ein homogenes Pulver von etwa <100 µm Partikelgrösse. Empfohlen werden Mahlgarnituren aus Achat oder Hartporzellan. Auch Dragees oder Filmtabletten können gemahlen werden. Allerdings wird hier manchmal der Filmüberzug nicht optimal zerkleinert.
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Das Messrohrpaar besteht aus Hastelloy C-22, das über eine niedrigere Wärmeausdehnung verfügt als herkömmliche Messrohre aus Edelstahl. Die Erfassung der Messrohrtemperatur spielt bei der Massendurchfluss- und Dichtemessung eine wichtige Rolle. Normalerweise wird die Temperatur an den Messrohren erfasst, was bei Messrohren mit einem kleinen Durchmesser sehr schwierig ist. Deshalb wurde bei RotaMass eine Temperaturaufnahme entwickelt, die präzise und schnelle Messungen bei Prozesstemperaturen von –50 bis +150 °C ermöglicht. Dieser Temperatursensor ist für Coriolis-Durchflussmesser zur Messung geringer Durchflussraten bisher beispiellos. Bei der Messung niedriger Durchflussraten werden neue Massstäbe in punkto Sicherheit gesetzt: Der
gasdichte Sicherheitsbehälter (secondary containment) ist komplett aus Edelstahl gefertigt und hält Drücken bis zu 65 bar stand. Der Rotamass LR eignet sich für Hochdruckanwendungen bis zu 400 bar. Zudem steht eine grosse Auswahl an Prozessanschlüssen zur Verfügung. Der Durchflussmesser ist dichtungsfrei verschweisst, was die Gefahr von Undichtigkeiten auf ein Minimum reduziert. Um die Applikationsmöglichkeiten des Gerätes zu erweitern, kann es auch optional mit einer Gehäuseisolierung und einer Gehäuseheizung ausgerüstet werden.
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Begrenzersysteme für Wassermangel und Hochwasserstandsicherung Die Begrenzersysteme für Wassermangel NRG 1x-50/NRS 1-50 und für Hochwasserstandsicherung NRG 1x-51/NRS 1-51 erfüllen nicht nur die restriktiven Forderungen der EN-Normen 12952/12953, sondern setzen zudem auch Akzente in Bezug auf Sicherheit, Funktionalität und Service. Die beiden Systeme sind nach SIL 3 zertifiziert (Safety Integrity Level), einem Mass für lange Lebensdauer ohne gefährliche Ausfälle. Sie wurden konsequent nach den Anforderungen nach funktionaler Sicherheit sicherheitsbezogener elektronischer Systeme gefertigt. Besondere Merkmale sind die Selbstüberwachung, der Einsatz von zwangsgeführten Sicherheitsrelais, eine umfangreiche Fehlerdiagnose zur schnellen Erkennung bei auftretenden Störungen und eine getrennte Störungsmeldung für die beiden Sensoren.
Die Wasserstandbegrenzer ermöglichen ausserdem die Zusammenschaltung von zwei Niveauelektroden mit einem Niveauschalter und erfüllen somit die Forderung nach zwei voneinander unabhängigen Wasserstandbegrenzern. André Ramseyer AG Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt Telefon +41 (0)31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch
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PRODUKTE
Allround-Füllstandsschalter ersetzt Stimmgabel
Mit der neuen CleverLevel Serie LBFS/LFFS präsentiert Baumer einen Füllstandschalter, der als echter «Allrounder» zahlreiche Vorteile bietet und mehr als nur eine Alternative zur herkömmlichen Schwinggabel-Technologie darstellt. Der CleverLevel ist einerseits für nahezu alle Medien, beispielsweise Flüssigkeiten, Granulate, aber auch elektrostatische Medien, einsetzbar. Andererseits ist er gegen Anhaftungen oder Schäume unempfindlich, die bei anderen Technologien zu Fehlschaltungen führen können. Für den Anwender bedeutet dies verlässliche und auch vielfältige Möglichkeiten der Füllstandsmessung. Baumer setzt beim CleverLevel die Frequenzhubtechnologie ein. Diese Methode nutzt die Tatsache, dass jedes Material, unabhängig von seiner Konsistenz, eine mediumsspezifische Dielektrizität hat, also eine bestimmte Durchlässigkeit für elektrische Felder.
Innovation zeigt sich nicht nur in der Technologie, sondern auch in der kosten- und zeiteffizienten Handhabung. Das voreingestellte Produkt arbeitet mit 90 Prozent aller typischen Medien ohne jede weitere Parametrisierung. Die Visualisierung des Schaltzustands am Schalter selbst erfolgt durch helle blaue LED, die eine Sichtbarkeit von bis zu 360 Grad bieten. Das Einsatzpotenzial der CleverLevel-Serie ist angesichts dieser Eigenschaften sehr breit und für den Anwender entsprechend vorteilhaft, lassen sich mit dem Füllstandschalter doch zahleiche unterschiedliche Aufgaben im industriellen und hygienischen Umfeld lösen. Präzise und mit einer Reaktionszeit von weniger als 100 ms detektiert der CleverLevel zuverlässig Füllstände in Tanks oder Rohren und schützt etwa Pumpen vor Trockenlauf. Daneben ist er auch in der Lage, verschiedene Medien zu unterscheiden. Die Differenzierung von Wasser und Öl ist damit mit demselben Gerät möglich wie etwa die Detektion von verbliebenen Reinigungsmitteln in flüssigen Lebensmitteln.
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Ein cleveres Vakuumpumpsystem KNF Neuberger AG hat mit dem SC 950 ein Vakuumpumpsystem entwickelt, das sämtliche Ansprüche zu erfüllen vermag. Die Fernbedienung sorgt zusätzlich für Komfort und vereinfacht den Arbeitsprozess. Das SC 950 zeichnet sich durch eine hohe pneumatische Leistung aus; entsprechend kurz sind die Prozesszeiten. Es fördert bis zu 50 Liter pro Minute (3 m3/Stunde) und erreicht ein Endvakuum von < 2 mbar absolut. Die ausgezeichnete Regelgenauigkeit, der niedrige Schallpegel und geringe Vibrationen sind weitere Eigenschaften des Systems. Dank kompakter Bauweise und einer Funkfernbedienung lässt sich das SC 950 in Labormöbeln unterbringen oder in einem Laborabzug platzieren – und dies ohne lästige und optisch störende Kabelführung. Via Handterminal, das drahtlos mit dem Vakuumpumpsystem kommuniziert, werden die gewünschten Prozessparameter eingegeben und die ablaufenden Prozesse kontrolliert. Vier Betriebsmodi stehen zur Auswahl: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – sowie eine individuelle
Druckfunktion. Bei dieser regelt das SC 950 alles nach dem Druckprofil, das der Benutzer definiert hat. Selbstverständlich lässt sich der Prozess am Handterminal je nach Bedarf auch manuell steuern. Und damit nicht genug: Der Nutzer kann alle Funktionen über eine mitgelieferte Windows-Software via PC regeln. KNF Neuberger AG Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 971 14 85 knf@knf.ch www.knf.ch
Competence in Process and Laboratory Technology 24. bis 27. September 2013 | Messe Basel | www.ilmac.ch
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PRODUKTE
Um 360 ° drehbarer Pipettenständer vielen interessanten und praktischen Eigenschaften auf den Markt: • sanfte Achsendrehung um 360° • leicht erreichbare Instrumente • ideales Abstellkonzept • Konzept für sechs Pipetten der meisten Marken • einfache Demontage und Reinigung • austauschbare Drehscheiben • sieben lichtdurchlässige Farben, für originelle Farbzusammenstellungen.
Der Schweizer Hersteller Socorex Isba S. A. bringt einen neuen Pipettenständer, den Twister universal 336, mit einzigartigen Design und
Socorex Isba S. A. Champ-Colomb 7, P.O. Box CH-1024 Ecublens/Lausanne Telefon +41 (0)21 651 60 00 socorex@socorex.com www.socorex.com
Befehls- und Anzeigegeräte für den Ex-Bereich
Den Anforderungen des Maschinen- und Anlagenbaus nach flexibleren Lösungen für den Steuerungsbau entsprechend hat Bartec ihre seit vielen Jahren bewährte Befehls- und Anzeigegeräteserie für den Ex-Bereich weiterentwickelt. Das System ComEx flex besteht aus vier unterschiedlichen Bedien- und Anzeigeelementen zur Frontbefestigung mit Klemmen und einem separaten Anschlussgehäuse. Die Elemente sind in Verbindung mit den Vorsätzen in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 21 sowie 2 und 22 einsetzbar.
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Durch das separat erhältliche Anschlussgehäuse in erhöhter Sicherheit entsteht für den Anwender die Möglichkeit, unter Einhaltung der besonderen Bedingungen im explosionsgeschützten Bereich die Bedien- und Anzeigeelemente eigenständig zu installieren. Die Funktionsmodule müssen nicht mehr wie gewohnt in separat zugelassenen herkömmlichen Steuerungen erhöhter Sicherheit eingesetzt werden. Instandhaltungsarbeiten werden hierdurch stark vereinfacht. Bedingt durch das grosse Ex-eAnschlussgehäuse und das einhändig montierbare Bajonettsystem ist eine einfache Montage nahezu aller Kabel und Leitungen sichergestellt. Die Applikation aus Bedien- und Anzeigeelement und dem Anschlussgehäuse besitzt die geringste Einbautiefe im Markt. Die Befehls- und Anzeigegeräteserie ist in einem Temperaturbereich von –55 bis +60 °C einsetzbar und besitzt eine hohe mechanische Lebensdauer. Bartec Engineering + Services AG Hinterbergstrasse 28 CH-6330 Cham Telefon +41 (0)41 747 27 27 info@bartec.ch www.bartec.ch
Energieeffiziente Antriebslösung für Kältesysteme Der VLT Refrigeration Drive FC 103 senkt deutlich die Lebenszykluskosten von Verdichtern, Pumpen und Lüftern durch stufenlose Drehzahlregelung und intelligent an den Anlagenbedarf angepasste Kälteleistung. Das Gerät eignet sich für die komplette Ausrüstung von Kälteanlagen samt der Peripherieprozesse. Ein grosser Vorteil des Geräts für den Anwender liegt somit in der einheitlichen Projektierung und durchgängigen Programmierung all seiner Anwendungen. Es deckt alle Nennleistungen zwischen 1,1 und 250 kW ab. Das Gerät ist in den Schutzklassen IP20/ IP54/55 und IP66 erhältlich. Der COP-Wert (Coefficient of Performance) einer Kälteanlage wird durch den Einsatz des VLT Refrigeration Drive aufgrund der bedarfsgerechten Leistungsanpassung erheblich verbessert. Zudem ergeben sich deutlich reduzierte Wartungskosten durch geringere mechanische Belastung und dadurch eine verlängerte Lebensdauer. Ebenso werden die Einschaltstromspitzen deutlich verringert. Durch einen an die Erfordernisse von Kälteapplikationen angepassten Inbetriebnahmeassistenten ist die Parametrierung des Geräts einfach: Der Frequenzumrichter spricht die Kältesprache. Der Einrichtungs-
assistent ist für drei grundlegende Anwendungen strukturiert: Verdichter, Verflüssigerlüfter, Pumpen.
Danfoss AG Parkstrasse 6 CH-4402 Frenkendorf Telefon +41 (0)61 906 11 11 info@danfoss.ch www.danfoss.ch
Küvetten für die UV/VIS und Fluoreszenz-Spektroskopie Qualitativ hochwertige Küvetten zum günstigen Preis Standard-Küvetten, Halb-Mikround Mikro-Küvetten Mit matten oder schwarzen Wänden In den Materialien ES Quarz Glas, IR Quarz Glas und Optisches Glas erhältlich Gewerbestr.18, CH-4105 Biel-Benken Tel. 061 726 65 55, Fax 061 726 65 50 www.portmann-instruments.ch
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PRODUKTE
Lösungsanbieter an der Swisstech
Berstscheiben – eine zuverlässige und preisgünstige Sicherheitslösung Firma Bopp in zahlreichen Projekten neue Lösungen entwickelt oder bestehende Anwendungen durch Modifikationen substantiell verbessert. So haben ihre Spezialisten ein umfangreiches Wissen aufgebaut, dank dessen die Effizienz und Produktivität gesteigert, aber die Kosten gleichzeitig gesenkt werden können.
Traditionsgemäss präsentiert sich Bopp auch wieder an der diesjährigen Swisstech-Messe, die vom 20. – 23. November 2012 in Basel stattfindet. Bekannt als Hersteller von metallischen Premiumgeweben, legt Bopp seinen diesjährigen Messeakzent auf anwendungsorientierte Dienstleistungen. Vor allem in der Chemie- und Pharmabranche, aber auch in der Lebensmittelindustrie hat sich die Nachfrage nach spezifischen Lösungen verstärkt, dies vor dem Hintergrund, dass die Qualität der Prozesse durch das schwächste Glied in der Kette bestimmt wird. Dabei geht es zum Beispiel um die richtige Materialwahl, die Bauteilgestaltung und -dimensionierung sowie um produktionstechnische Faktoren. Gemeinsam mit ihren Kunden hat die
Gut ausgebildete Mitarbeiter und modernste Betriebsmittel sorgen dafür, dass die Firma ihren hohen Ansprüchen an den Umweltschutz und den sorgsamen Umgang mit Ressourcen gerecht wird. Swisstech 2012, Basel, 20. bis 23. November Halle 2.2 / Stand E15 Kontakt und Ticketbestellung: info@bopp.ch
G. Bopp + Co. AG Bachmannweg 21 CH-8046 Zürich Telefon +41 (0)44 377 66 66 info@bopp.ch www.bopp.com
Reaktoren und andere Behälter, in denen Über- oder Unterdruck erzeugt wird, müssen mit speziellen Sicherheitselementen vor unzulässig grossen Druckänderungen geschützt werden, um eine Explosion bzw. Implosion zu verhindern. Für derartige Sicherheitsanwendungen sind die Metall- und Graphitberstscheiben der Techema AG, BielBenken, besonders geeignet. Die Aufgabe einer Berstscheibe ist es, im Falle einer unzulässigen Druckänderung zu zerbrechen, bevor der Reaktor oder der Behälter, in dem ein Druckgefälle erzeugt wird, beschädigt wird. Je nach Anwendung und Medium, das im Behälter transportiert, gelagert oder im Reaktor hergestellt wird, kommen unterschiedliche Berstscheiben-Werkstoffe zum Einsatz, zum Beispiel Metallberstscheiben aus 316 SS, Nickel, Monel, Inconel oder Hastelloy. Graphitberstscheiben sind gegen die meisten handelsüblichen flüssigen oder gasförmigen Medien beständig; für die wenigen Ausnahmen gibt es Graphitscheiben mit Beschichtungen aus Teflon oder mit anderen beständigen Oberflächen. Einsatzgebiete finden sich in der chemischen und pharmazeutischen Industrie und beispielsweise auch in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
Für Anwendungen, bei denen es auf höchste Hygiene ankommt, werden sogenannte Sterilberstscheiben eingesetzt. Alle Graphitund Metallberstscheiben von Techema entsprechen den wichtigsten Industrienormen ISO, EN, TÜV, BSI, TRB/AD und ASME, die in Europa, den USA und in Asien gültig sind.
Techema AG Gewerbestrasse 6 CH-4105 Biel-Benken Telefon +41 (0)61 381 45 09 www.techema.ch office@techema.ch
Mobile Barcodeerfassung im Ex-Bereich
Im Ex-Bereich kabellos Barcodes lesen – dafür hat Pepperl+Fuchs ein funkbasiertes Barcodelesesystem entwickelt, das in explosions-
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gefährdeten Umgebungen entsprechend Zone 1 (ATEX) eingesetzt werden kann. Der Barcodeleser überträgt die eingelesenen Daten zur Basisstation. Beide Komponenten können im Ex-Bereich untergebracht werden. Versorgt wird der Barcodeleser durch eine Ladestation, die sich im sicheren Bereich befindet. Das System eignet sich für das Einlesen aller marktüblichen Barcodefamilien und ist für die Erfassung von Betriebsdaten im Ex-Bereich und unter rauen Bedingungen optimiert. Dank patentierter Technologie können auch schlecht lesbare oder beschädigte Codes sicher erkannt werden. Die Zieloption un-
terstützt den Anwender bei der Identifikation nahe beieinander angebrachter Codes. Erfolgreiches Einlesen wird akustisch und optisch bestätigt und kann im Display abgelesen werden. Drei LEDs garantieren, dass die Lesebestätigung aus jedem Blickwinkel einwandfrei lesbar ist. Den häufig anspruchsvollen Einsatzumgebungen wird das robuste Design gerecht: Selbst nach einem Fall aus zwei Metern Höhe ist die einwandfreie Funktion des Barcodelesers gewährleistet. Die grosse Leseentfernung von bis zu 1100 Millimetern sowie die Entfernung der Basisstation von bis zu 50 Metern zum auswertenden und ver-
sorgenden Gerät entsprechen den Kundenanforderungen bei der Erfassung von Betriebsdaten unter Industriebedingungen. Das kabellose Barcodelesesystem der Produktfamilie PowerScan ist besonders geeignet für den Einsatz zusammen mit den Bedienstationen der VisuNet-Familie, den TermexBedienterminals oder als Standalone-Lösung.
Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen BE Telefon +41 (0)32 374 76 80 triedweg@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch
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LIEFERANTENVERZEICHNIS ABZUGKAPPELLEN M I T A - K O H L E F I LT E R
A U F T R A G S A N A LY S E N In Grosswiesen 14 8044 Gockhausen/Zürich Tel. 044 881 20 10 www.emott.ch
SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch
Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch
EMOTT AG
GMP zert. / FDA approved
Labor für Festkörperanalytik & Elektronenmikroskopie
BERSTSCHEIBEN 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
STRIKO Verfahrenstechnik W. Strikfeldt & Koch GmbH Tel. +49 2261 98 55-25 Fax +49 2261 7 24-88 berstscheiben@striko.de www.striko.de
A N L A G E N - U N D A P PA R AT E B A U Industrie Neuhof 30 3422 Kirchberg Tel. +41 34 447 70 00 Fax +41 34 447 70 07
Anlagenbau AG
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ANLAGENBAU JAG Jakob AG Prozesstechnik
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Industriestrasse 20 2555 Brügg Tel. +41 32 374 30 30 www.jag.ch
AUS-/WEITERBILDUNG
ANLAGENKENNZEICHNUNG Postfach · 4448 Läufelfingen · Tel. 079 330 4966 dany.christen@bluewin.ch · www.sekulab.ch
CSF Wunderle GmbH Ebnatstrasse 127 · CH-8200 Schaffhausen Tel. +41 52 6434665 · Fax +41 52 6434687 info@csfwunderle.com · www.csfwunderle.com
BIOSICHERHEITSANLAGEN BAKTERIOLOGIE/ MIKROBIOLOGIE
ARBEITSSICHERHEIT A R M AT U R E N Armaturen, Arbeitssicherheit, Pumpen
Tel. +41 (0)61 833 70 70 Fax +41 (0)61 833 70 91 info@invent-armaturen.ch
Invent Armaturen AG PUMPEN VENTILE ARBEITSSICHERHEIT CH-4310 Rheinfelden www.invent-armaturen.ch
BEDIEN- UND VISUALISIERUNGSSYSTEME IM EX-BEREICH
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ARTA Armaturen- und Tankgerätebau GmbH & Co. KG
Industriestrasse 7 CH-5522 Tägerig Tel. 056 481 70 60 Fax 056 481 70 68 EGT CHEMIE AG www.egtchemie.ch
SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch
Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch
B R U T S C H R Ä N K E , C O 2- B R U TS C H R Ä N K E , I N K U B AT O R E N PMI-Labortechnik GmbH
Postfach 1248 D-65571 Diez/Lahn Tel. +49 6432 914 740 Fax +49 6432 914 712 info@arta-gmbh.de www.arta-gmbh.de
ASEPTISCHE VENTILE Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch 7–8/2012 www.ramseyer.ch
Rikonstrasse 7 CH-8310 Grafstal 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
B E R AT U N G T E C H N I S C H E
PMI-Labortechnik GmbH Pharma
Medizin
Industrie
www.pmilabortechnik.ch
CHEMIE- UND BIOSENSOREN Center for Chemical Information Technology C-Cit AG
CHEMGINEERING TECHNOLOGY AG Güterstrasse 107 CH-4133 Pratteln
Telefon +41 61 467 54 54 www.chemgineering.com
Einsiedlerstr. 29 · 8020 Wädenswil Telefon +41 43 477 85 55 Telefax +41 43 477 85 57 5 info@c-cit.ch · www.c-cit.ch
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LIEFERANTENVERZEICHNIS CHEMIEDISTRIBUTION
BTC Speciality Chemical Distribution
Klybeckstrasse 141 4057 Basel Tel. +41 44 781 94 14 Fax +41 44 781 94 12 accueil.contact@btc-europe.com www.btc-fr.com
Industriestrasse 7 CH-5522 Tägerig Tel. 056 481 70 60 Fax 056 481 70 68 EGT CHEMIE AG www.egtchemie.ch
C H R O M AT O G R A P H I E
C H R O M AT O G R A P H I E S YS T E M E
ANACONDA GmbH Gebrauchte Instrumente Denksteinweg 79 Tel. +49 (0)40 653 04 72 D-22043 Hamburg Fax +49 (0)40 653 25 66 info@chromatograph.de www.anaconda.de
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LabSolution GmbH
Brünenmattweg 24 4148 Pfeffingen Tel. 061 843 94 80 Fax 061 843 94 81 info@labsolution.ch www.labsolution.ch
C O 2 I N K U B AT O R E N
Labtec Services AG
WICOM International AG Industriestrasse 14 CH-7304 Maienfeld info@wicomint.ch
Telefon 081 302 77 41 Telefax 081 302 77 43 www.wicomint.ch
motan-colortronic ag Neulandweg 3 CH-5502 Hunzenschwil Telefon +41 62 889 29 29 Telefax +41 62 889 29 00 info@motan-colortronic.ch www.motan-colortronic.com
DOSIERANLAGEN
Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com
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
Brechbühler AG
WICOM International AG Telefon 081 302 77 41 Industriestrasse 14 Telefax 081 302 77 43 CH-7304 Maienfeld www.wicomint.ch info@wicomint.ch
Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren
Socorex Isba S. A.
DOSIER- UND MISCHSYSTEME
HPLC Säulen und Geräte
Brechbühler AG
DISPENSER / PIPETTEN
K-Tron (Schweiz) GmbH Lenzhardweg 43/45 CH-5702 Niederlenz Telefon 062 885 71 71 Telefax 062 885 71 80 www.ktron.com
DOSIERPUMPEN
Gewerbering 23 CH-5610 Wohlen Tel. 056 619 89 19 Fax 056 619 89 18 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch
Stockenstrasse 6 8362 Balterswil Tel. 071 971 14 85 Fax 071 973 99 31 E-Mail: knf@knf.ch www.knf.ch
C O N TA I N M E N T / G L O V E - B O X E N
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Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch
Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch
DA M P FA R M AT U R E N 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
Hauptsitz: Trockenloostrasse 85 8105 Regensdorf Tel. +41 44 870 61 11 Fax +41 44 841 09 73 info@prominent.ch www.prominent.ch
Standort Basel: Techema AG Gewerbestrasse 8 4105 Biel-Benken Tel. +41 61 381 45 09 Fax +41 61 382 07 55 office@techema.ch www.techema.ch
SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch
Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch
Spirax Sarco AG Regelgeräte & Armaturen
C H R O M AT O G R A P H I E S Ä U L E N
Gustav-Maurerstrasse 9 8702 Zollikon Tel. +41 44 396 80 00 www.SpiraxSarco.ch Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen BL info@sebio.ch
Tel. 061 971 83 44 Fax 061 971 83 45 www.sebio.ch
Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com
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D E K O N TA M I N AT I O N ( H 2O 2)
Frei Fördertechnik AG CH-3113 Rubigen T +41 31 720 56 56 · F +41 31 720 56 55 info@ffag.ch · www.ffag.ch
Dosiergeräte
SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch
DOSIERTECHNIK
Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch
Waagen Unter Sagi 6 · CH-6362 Stansstad 7 –Pneumatische 8/2012 www.keller-pt.ch · info@keller-pt.ch Fördertechnik
LIEFERANTENVERZEICHNIS DOWNSTREAM/ENDOTOXINENTFERNUNG/METHODENENTWICKLUNG
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Explosionsschutz Brüelstrasse 26 · 4312 Magden Tel. +41 61 855 40 60 Fax +41 61 855 40 80 info@stahl-schweiz.ch www.stahl-schweiz.ch
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