ChemieXtra 11/2012 by SIGWERB GmbH

11 / 2012

November 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

GC & GC/MS NMR

Consumables

HPLC & UHPLC

Spectroscopy

Spectroscopy? DAD

UV / VIS Fluorescence IR

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Gemeinsam immer einen Schritt voraus

EDITORIAL

Aufregende Signale Alles im Leben ist Veränderung, auch Flexibilität genannt. Sinneseindrücke prasseln auf

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uns ein, die wir in Bruchteilen von Sekunden verarbeiten müssen, um darauf zu reagieren. Wir passen uns veränderten Situationen an und machen uns kampfbereit (oder fliehen), wenn wir bedroht werden. Nicht alles geschieht, auf den ersten Blick, rein rational. Viele Abwehrreaktionen werden ausgelöst durch winzige Moleküle, die an sogenannte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren andocken. Diese Rezeptoren waren der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm immerhin den diesjährigen Nobelpreis in Chemie wert, den sie an gleich zwei Amerikaner verlieh, die die Wirkungsweise dieser Moleküle entdeckten. Das positive Echo der wissenschaftlichen Gemeinschaft rund um den Globus zeigt, dass die Schweden zumindest in Chemie dieses Jahr die richtige Entscheidung trafen. Auch wir bei CHEMIEXTRA wollen flexibel bleiben und sind offen für Neues. So werden Sie, liebe Leser, einige kleine Veränderungen

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entdecken und dürfen auch in Zukunft gespannt sein, welche Extras wir für Sie vorbereitet haben. Wir werden künftig auch etwas weiter über den Tellerrand schauen und in jeder Ausgabe einige englischsprachige Beiträge veröffentlichen. Namentlich in der chemischen, pharmazeutischen und Life Science-Industrie ist Englisch Alltagssprache, und viele unserer Kollegen können kein Deutsch oder müssen es zumindest für das Berufsleben nicht lernen – der Alltag sieht gänzlich anders aus. Dem wollen wir mit einigen englischen Beiträgen Rechnung tragen. Es soll aber kein schleichender Übergang zum Englisch werden, sondern ist unser Extra für Sie.

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10 /2012

I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

NEWS

Nobelpreis für Chemie an zwei Mediziner verliehen

Der diesjährige Nobelpreis für Chemie würdigt eine sehr angewandte Forschung und geht an die beiden US-Amerikaner Robert J. Lefkowitz vom Howard Hughes Medical Institute und dem Duke University Medical Center in Durham, North Carolina sowie an Brian K. Kobilka von der Stanford University School of Medicine in Kalifornien. Die beiden Wissenschaftler erhalten den mit 8 Millionen Schwedischen Kronen dotierten Preis für ihre Forschung im Bereich der G-Proteingekoppelten Rezeptoren.

BIOWISSENSCHAFTEN Resveratrol lengthens lifespan 20 in honey bees

The idea that drinking red wine may provide health benefits – or possibly even extend the life – is an appealing thought for many people. Now, there may be added attraction. Researchers have found that when given resveratrol, a compound found in red wine, bees consume less food.

NEWS

FORSCHUNGSWELT Ewiger Glanz liegt in der Zellwandstruktur 26

CHEMIE Der längste freiwillig gestreckte 12 Kohlenwasserstoff

Kettenförmige Kohlenwasserstoffmoleküle bleiben gestreckt oder knicken irgendwann aufgrund der Anziehung zwischen den Kettenenden ab. Forscher der Universität Göttingen haben jetzt herausgefunden, ab welcher Kettenlänge das Abknicken einer Kohlenwasserstoffmolekülkette am energetisch günstigsten ist.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

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

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 Goldhahn Science and News GmbH Dr. Sabine Goldhahn (sago) Bündtenweg 2 CH-4323 Wallbach Tel. +41 0 61 861 10 11 redaktion@sigwerb.com

Ist die echt? Wer die Pflanze Pollia condensata zum ersten Mal sieht, könnte sie glatt für Garten-Deko halten. Wie schillernde Metallperlen türmen sich die Früchte in dem Blütenstand der afrikanischen Pflanze. Der starke, metallene Glanz ist so einzigartig in der Natur, dass Physiker die Optik der Beeren genauer unter die Lupe nahmen.

MEDIZIN/PHARMA

BERICHTE ÜBER FIRMEN

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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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

LABOR

TNT-Nachweis bis in den Sub-Zeptomol-Bereich

Schwitzende Hausdächer

Hochempfindliche und hochselektive Testverfahren sind wichtig für die Früherkennung von Krankheiten, die Detektion von Umweltgiften oder von Sprengstoffspuren in Flughafen. Erhöhte Selektivität für den gesuchten Analyten hilft, falsch-positive Resultate zu vermeiden. Indische Wissenschaftler stellen jetzt ein spezifisches Nachweisverfahren für den Sprengstoff TNT vor, mit dem noch einzelne Moleküle detektiert werden können.

WERKSTOFFE 42

Forschende der ETH Zürich lassen Hausdächer schwitzen: Eine neuentwickelte Kunststoffmatte für Dächer könnte dereinst helfen, Gebäude zu kühlen, ohne dabei Strom zu verbrauchen. Bei Regen saugt sich die Matte wie ein Schwamm mit Wasser voll, bei Sonnenschein hingegen wird die Matte warm und gibt Wasser an ihre Oberfläche ab.

ERNÄHRUNG Cassia-Zimt nur massvoll verzehren

VERANSTALTUNGEN

UMWELT Das chemische Gedächtnis des Meerwassers

Zimt ist nicht nur ein fester Bestandteil von Weihnachtsgebäck. Auch in und auf Kuchen, Milchreis und anderen Süssspeisen wird Zimt als Gewürz eingesetzt. Im Wesentlichen ist zu unterscheiden zwischen dem milden Ceylon-Zimt, der in Sri Lanka heimisch ist, und den etwas herberen Cassia-Arten, die höhere Mengen an Cumarin enthalten. Forscher haben nun konkretisiert, in welchem Mass man Cassia-Zimt verzehren kann, ohne dass es schädliche Auswirkungen hat.

PANORAMA

AUS DEN VERBÄNDEN

Das beste Gedächtnis der Welt ist das Wasser, denn alles auf der Welt hinterlässt biomolekulare Spuren in ihm. Forschern am AlfredWegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der deutschen Helmholtz-Gemeinschaft ist es nun mithilfe einer Kombination neuer Techniken gelungen, einige von diesen ausfindig zu machen.

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11 / 2012

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11/ 2012

Robert J. Lefkowitz (links) in seinem Labor.

Moleküle für Sinneswahrnehmungen und Gefühle stehen im Mittelpunkt

Nobelpreis für Chemie an zwei Mediziner verliehen

Sabine Goldhahn Auch die Bekanntgabe eines Nobelpreises kann unterhaltsam sein. Zumindest, wenn Sven Lidin, Chemiker an der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm plötzlich aufsteht, die Arme in die Luft reisst und laut «buuuuh» ruft. Alle zucken zusammen und lachen, sowohl die Reporter im Saal als auch die Tausende von Zuschauern, 4

die die Bekanntgabe des diesjährigen Chemie-Nobelpreises live im Internet verfolgen. «Erinnern sie sich, als sie sich das letzte mal so richtig erschrocken haben, an die Trockenheit im Mund, das Herz, das einen Schlag aussetzte», führt Lidin aus, «das sind Zeichen, dass sich der Körper bereit macht zu kämpfen.» Nach dem ersten Schrecken überflutet das Hormon Adrenalin unseren Körper, löst weitere

Illustration: Johan Jarnestad, The Royal Swedish Academy of Sciences

Der diesjährige Nobelpreis für Chemie würdigt eine sehr angewandte Forschung und geht an die beiden USAmerikaner Robert J. Lefkowitz vom Howard Hughes Medical Institute und dem Duke University Medical Center in Durham, North Carolina sowie an Brian K. Kobilka von der Stanford University School of Medicine in Kalifornien. Die beiden Wissenschaftler erhalten den mit 8 Millionen Schwedischen Kronen dotierten Preis für ihre Forschung im Bereich der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren.

Darstellung von Kobilkas Kristallstruktur eines aktivierten Betaadrenergen Rezeptors (blau). Ein Hormon (orange) dockt an der Aussenseite an und ein G-Protein (rot) an der Innenseite.

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NEWS

Illustration: Johan Jarnestad, The Royal Swedish Academy of Sciences

Rezeptor und konnte damit seine Funktionsweise erstmals genau untersuchen.

Wenn sich ein Hormon, ein Geruchs- oder Geschmacksmolekül mit dem Rezeptor an der Zelloberfläche verbinden, wird eine ganze Kettenreaktion im inneren der Zelle ausgelöst.

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nalin von aussen auf die Zelle trifft, verändert der Rezeptor seine Form. Von innen dockt ein G-Protein an und wird aktiviert. Anschliessend folgt eine ganze Kettenreaktion, die den Zellstoffwechsel verändert – so lange, bis sich das Hormon löst. Auf diese Weise können sich

die Zellen immer wieder an veränderte Umgebungsbedingungen anpassen. Lefkowitz begann schon 1968, mit radioaktiv markierten Hormonen die Zellrezeptoren ausfindig zu machen. Sein Forscherteam isolierte beispielsweise den Beta-adrenergen

Foto: Linda A. Cicero/Stanford News Service

Reaktionen aus wie beispielsweise einen schnelleren Herzschlag, eine erhöhte Atemfrequenz, eine bessere Muskeldurchblutung und erweiterte Pupillen, die bis zum Tunnelblick führen. Milliarden von Zellen in unserem Körper reagieren auf den Schreck und damit auf das Adrenalin. Das wird durch sogenannte GProtein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) ermöglicht, die sich serpentinenartig durch die Zellmembran winden. Der Rezeptor für Adrenalin ist einer davon, weitere Vertreter sind die Rezeptoren für Dopamin und Serotonin. Neben diesen rein chemischen Schaltstellen gehören zur Familie der GPCR aber auch Rezeptoren, die dem Leben seinen «Reiz» geben, denn sie vermitteln Sinneseindrücke für Sehen, Schmecken und Riechen. Das funktioniert, indem Signale von ausserhalb der Zellen mithilfe sogenannter G-Proteine ins Zellinnere gelangen. Wenn ein Signal wie beispielsweise Adre-

Der nächste grosse Schritt auf diesem Gebiet erfolgte während der 1980-er Jahre, als Kobilka – ein neuer Mitarbeiter von Lefkowitz – sich der Herausforderung stellte, jenes Gen aus dem menschlichen Genom zu isolieren, das den Betaadrenergen Rezeptor kodiert. Mit einem kreativen Ansatz erreichte er sein hochgestecktes Ziel: Als er und sein Team die Gene analysierten, bemerkten die Forscher, dass der Rezeptor einem anderen im Auge ähnelt, der Licht einfängt. So entdeckten sie, dass es eine ganze Rezeptorfamilie gibt, die ähnlich aussieht und auf ähnliche Art und Weise funktioniert. Nach Ansicht der Experten liegt etwa der Hälfte aller Medikamente dieser Wirkmechanismus zugrunde, beispielsweise bei Psychopharmaka oder Betablockern. Somit haben die Studien von Lefkowitz und Kobilka einen grossen praktischen Nutzen für die Menschheit. ■

Brian K. Kobilka (links) in seinem Labor.

CHEMIE

Potential of a general diagnostic test

Chemists develop nose-like array to «smell» cancer In the fight against cancer, knowing the enemy’s identity is crucial for diagnosis and treatment, especially in metastatic cancers that spread between organs and tissues. Now chemists have developed a rapid, sensitive way to detect microscopic levels of many metastatic cell types in living tissue.

In a pre-clinical non-small-cell lung cancer metastasis model in mice, chemists led by Vincent Rotello at the University of Massachusetts Amherst use a sensor array system of gold nanoparticles and proteins to «smell» different cancer types in much the same way our noses identify and remember different odors. The new work builds on Rotello and colleagues’ earlier development of a «chemical nose» array of nanoparticles and polymers able to differentiate between normal cells and cancerous ones. Rotello explains, «With this tool, we can now actually detect and identify metastasized tumor cells in living animal tissue rapidly and effectively using the ‘nose’ strategy. We were the first group to use this approach

Gold nanoparticles (at left) with green fluorescent protein (GFP) «smell» different cancer types in much the same way our noses identify and remember different odors. At right, the distinct protein levels in a cancer interact with the particle to generate patterns used to identify cancer type.

in cells, which is relatively straightforward. Now we’ve done it in tissues and organs, which are very much more complex. With this advance, we’re much closer to the promise of a general diagnostic test.»

Figures: Vince Rotello/Umass.

A unique signature to each cancer assigned

Biopsies of healthy and cancerous tissues indicate that the protein composition is very different between healthy and tumor tissues, and that tumors can be readily identified.

Until now the standard method for precisely identifying cancer cells used a biological receptor approach, a protein binding to a cancer cell wall. Its major drawback is that one must know the appropriate receptor beforehand. Rotello and colleagues use an array of gold nanoparticle sensors plus green fluorescent protein (GFP) that activates in response to patterns in the proteins found in cancer cells within minutes, assigning a unique signature to each cancer. The chemist says, «Smell ‘A’ generates a pattern in the nose, a unique set of activated receptors, and these are different for every smell we encounter. Smell ‘B’ has a different pattern. Your brain will instantly recognize each, even if the only time you 11/ 2012

ever smelled it was 40 years ago. In the same way, we can tune or teach our nanoparticle array to recognize many healthy tissues, so it can immediately recognize something that’s even a little bit ‘off,’ that is, very subtly different from normal. It’s like a ‘check engine’ light, and assigns a different pattern to each ‘wrong’ tissue. The sensitivity is exquisite, and very powerful.»

Training for the sensor array For this work, the researchers took healthy tissue and mouse tumor samples and trained the nanoparticle-GFP sensor array to recognize them and the GFP to fluoresce in the presence of metastatic tissue. Metastases are differentiated from healthy tissue in a matter of minutes, providing a rapid and very general means of detecting and identifying cancer and potentially other diseases using minimally invasive microbiopsies. «It’s sensitive to really subtle differences,» says Rotello. «Even though two cheeses may look the same, our noses can tell a nicely ripe one from a cheese that’s a few days past tasting good. In the same way, once we train the sensor array we can identify whether a tissue sample is healthy or not and what kind of cancer it is with very high accuracy. The sensitivity is impressive from a sample of only about 2,000 cells, a microbiopsy that’s less invasive for patients.»

In addition to the high sensitivity, the authors point out, their sensor is able to differentiate between low (parental) and high (bone, adrenal, and ovary) metastases, as well as between site-specific cells such as breast, liver, lung and prostate cancers. Rotello: «Overall, this array-based sensing strategy presents the prospect of unbiased phenotype screening of tissue states arising from genetic variations and differentiation state.» The next step will be to test the new sensor array method in human tissue samples. Source: University of Massachusetts Amherst

THE CHEMICAL DIVISION

FILLING VISIONS

Reference S Rana, AK Singla, A Bajaj, S Gokhan Elci, OR Miranda, R Mout, B Yan, FR Jirik, V.M Rotello, «Array-Based Sensing of Metastatic Cells and Tissues Using Nanoparticle-Fluorescent Protein Conjugates», ACS Nano 6(9), 8233–8240 (2012) Contact Vincent Rotello Department of Chemistry University of Massachusetts Amherst 1301 LGRT, 710 Nt. Pleasant Street Amherst, MA 01003, USA Telephone +1 413 545 2058 rotello@chem.umass.edu www.chem.umass.edu/~rotello/

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2047

Zahl des Monats

wissenschaftliche Artikel aus dem Gebiet der Biomedizin sind in der allgemein zugänglichen Literaturdatenbank Pubmed seit 1973 als «zurückgezogen» gemeldet. Die Ursachen für solche Rückzüge können Fehler, Irrtümer, aber auch Plagiate, Doppelpublikationen oder Betrug sein. Erschreckenderweise konnte man von den 2047 Rückzügen nur etwas mehr als ein Fünftel auf einen wirklichen Fehler oder einen Irrtum zurückführen. Bei 67,4 Prozent war wissenschaftliches Fehlverhalten die Ursache. Allein 43,4 Prozent waren sicherer oder vermuteter Betrug, 14,2 Prozent entfielen auf Doppelpublikationen und 9,8 Prozent auf Plagiate. Die Zahl der wegen Betrugs zurückgezogenen Artikel hat sich seit 1975 verzehnfacht. Drei Viertel der Rückzüge wegen Betrugs entfielen auf Artikel aus den USA, Deutschland, Japan und China. (sago) Quelle: PNAS

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CHEMIE

Zeolithe stehen im Fokus der bildgebenden Technik

Die inneren Werte komplexer Katalysatoren Mit modernsten bildgebenden Verfahren haben Chemieingenieure der ETH Zürich das poröse Innenleben komplexer Katalysatoren erforscht. Ihre Arbeit soll den Entwicklungsschritt vom Forschungslabor zur industriellen Anwendung in Zukunft erleichtern.

Fabio Bergamin Zeolithe sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Das poröse Material dient beispielsweise in Waschpulvern als Wasserenthärter, wird bei der Wasseraufbereitung oder der Herstellung von reinem Sauerstoff verwendet und kommt sogar als Katzenstreu zum Einsatz. Besonders wichtig ist seine Verwendung als Katalysator in der chemischen Industrie, unter anderem beim Raffinieren von Rohöl und Erdgas. Letztere bestehen aus einem Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoff-Moleküle, die erst in einer chemischen Reaktion durch Zuga-

be eines Zeoliths in hochwertigere Produkte wie Benzin, Diesel und Heizöl umgewandelt werden. Je nach Anwendung haben Zeolith-Katalysatoren eine unterschiedliche Porengrösse und Struktur. Um industrielle chemische Prozesse zu verbessern, forschen Chemiker weltweit an neuen Zeolith-Katalysatoren mit veränderten Strukturen. Für diese Forschung ist es wichtig, auch das Innenleben der Katalysatoren im Detail zu kennen. Wissenschaftler der ETH Zürich haben nun erstmals einen ausgesprochen komplex aufgebauten Zeolith-Katalysator mit einer Vielzahl moderner bildgebender Verfahren untersucht. An einem Zeolithen der neusten Generation, der unter anderem bei der chemischen Synthese von Xylol – einem Ausgangsstoff für die Herstellung von PET-Flaschen – verwendet wird, gewannen sie äusserst detaillierte Bilder aus dessen Innern.

Bild: Nina-Luisa Michels/ETH Zürich

Komplexes poröses Material

Der Querschnitt eines Zeolith-Katalysators zeigt die Verteilung des Binders (grau), der Zeolithpartikel (grün) und der interstitiellen Makroporen (blau).

Zugutekommen wird der neue Ansatz in der Bildgebung vor allem dem Scale-up, also dem Entwicklungsschritt vom Labor zur industriellen Anwendung. «Derzeit schafft es nur ein geringer Anteil der Zeolith-Neuentwicklungen in die Praxis. Wenn wir unsere Methoden in einem frühen Stadium der Forschung einsetzen, können wir diesen Anteil erhöhen», sagt Javier Pérez-Ramírez, Professor am Institut für Chemie- und BioIngenieurwissenschaften, der das Projekt leitete. Ein Grund, warum dieses Scale-up so

schwierig ist, ist die geringe Menge an Zeolith-Pulver, mit dem die universitären Forschungslabors üblicherweise arbeiten. Die Gruppe von Pérez-Ramírez ist weltweit eine der wenigen, die sich mit dem Scale-up solcher Katalysatoren beschäftigt. In der Industrie kommen häufig Pellets zum Einsatz, die aus Zeolith-Pulver und diversen Bindemitteln hergestellt sind. «Diese Zeolith-Pellets gehören zu den am komplexesten aufgebauten porösen Materialen überhaupt», sagt Pérez-Ramírez. So enthalten Pellets moderner Zeolith-Katalysatoren Poren unterschiedlicher Grössenordnungen. Die kleinsten Poren sind im Nanometerbereich. Diese «Mikroporen» sind auf die äusserst feine Gitterstruktur des Materials zurückzuführen, das synthetisch aus Aluminium- und Siliziumverbindungen hergestellt wird. Moderne Zeolithe sind zudem chemisch verändert: Mit alkalischen Substanzen erzeugen Chemiker im Stoff zusätzliche, grössere Poren. Diese «Mesoporen» machen aus den ZeolithKörnern eine Art Schwamm und erleichtern den Reaktionsstoffen, zu den Mikroporen zu gelangen, wo die Katalysereaktion stattfindet. Schliesslich entstehen weitere, nochmals grössere Poren – sogenannte Makroporen –, wenn das Zeolith-Pulver mit Bindemitteln zu Pellets geformt wird.

Modernste Methoden aus Medizin und Biologie Pérez-Ramírez und seine Kollegen haben für ihre Untersuchung ein knappes Dutzend moderner bildgebender Verfahren angewandt, meist solche, die aus der Medizin und der biologischen Forschung bekannt sind. Dazu gehörten Techniken der Röntgen-, Licht- und Elektronenmikroskopie sowie der Tomografie. Möglich waren die Untersuchungen dank der engen Zusam11/ 2012

CHEMIE

menarbeit mit einem Partner aus der chemischen Industrie, dem Elektronenmikroskopiezentrum der ETH ZĂźrich sowie dem Paul-Scherrer-Institut. Bei vielen Verfahren sei die besondere Herausforderung das sorgfĂ¤ltige Vorbereiten der Proben gewesen, betont PĂŠrez-RamĂrez. Es galt, aus dem Granulat in tagelanger PrĂ¤zisionsarbeit kleinste, fĂźr die Untersuchung verwendbare StĂźcke zu schneiden, ohne dabei die innere Struktur des Materials zu zerstĂśren.

Neue Katalysatoren fĂźr die Petrochemie ÂŤUnsere Bilder erlauben nun erstmals, die Verteilung der Komponenten in den Pellets zu ĂźberprĂźfenÂť, sagt PĂŠrez-RamĂrez. Die Information, wie gleichmĂ¤ssig die Zeolith-

KĂśrner und das Bindemittel in den Pellets verteilt sind, sei wichtig, um die einwandfreie Leistung eines Katalysators zu bestimmen. Der Chemieingenieur plĂ¤diert dafĂźr, in der Katalysatorforschung dem Entwicklungsschritt des Scale-up generell mehr Beachtung zu schenken und dabei die Tatsache besser zu berĂźcksichtigen, dass Zeolith-Katalysatoren extrem komplexe Stoffe sind. ÂŤUnsere Visualisierungen sind dafĂźr ein GrundsteinÂť, sagt er. Zum Einsatz kommen kĂśnnten sie zum Beispiel bei der Entwicklung neuer Katalysatoren fĂźr die ErdĂślund Erdgas-Chemie. Ein Forschungsprojekt, an dem PĂŠrez-RamĂrez beteiligt ist, sind neue Katalysatoren fĂźr die Gewinnung von Alkenen â&#x20AC;&#x201C; einer Klasse sehr hĂ¤ufiger Grundchemikalien â&#x20AC;&#x201C; aus Methanol, das als BiogasBestandteil immer bedeutender wird. Quelle: ETH life

Originalpublikation S Mitchell, NL Michels, K Kunze and J PĂŠrez-RamĂrez, ÂŤVisualisation of hierarchically structured zeolite bodies from macro to nano length scalesÂť, Nature Chemistry 4 825â&#x20AC;&#x201C;831 (2012)

Kontakt Javier PĂŠrez-RamĂrez Institute for Chemical and Bioengineering Department of Chemistry and Applied Biosciences at ETH ZĂźrich Wolfgang-Pauli-Strasse 10 CH-8093 ZĂźrich Telefon +41 (0)44 633 71 20 jpr@chem.ethz.ch www.perez-ramirez.ethz.ch

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CHEMIE

Spuren auf der Oberfläche hängen von der Energie ab

Nano-Hillocks: Wenn statt Löchern Berge wachsen Elektrisch geladene Teilchen dienen als Werkzeug für die Nanotechnologie. Die TU Wien und das HelmholtzZentrum Dresden-Rossendorf konnten nun wichtige Fragen über die Wirkung von Ionen auf Oberflächen klären.

können zwar keine Nano-Hillocks, aber kleine Löcher in der Oberfläche entstehen. Um ein detailliertes Bild von den Vorgängen an der Materialoberfläche zu bekommen, waren neben den Experimenten auch Computersimulationen und theoretische Arbeit nötig, die in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf erfolgte.

Potentielle und kinetische Energie

Der Forscher Robert Ritter am Atomkraftmikroskop

Ionenstrahlen werden schon lange eingesetzt, um Oberflächen zu manipulieren. An der TU Wien werden Ionen mit so hoher Energie untersucht, dass bereits ein einziges Teilchen drastische Veränderungen auf der damit beschossenen Oberfläche hervorruft. Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, warum sich dabei manchmal Einschusskrater, in anderen Fällen hingegen Erhebungen bilden.

Ladung statt Wucht «Will man möglichst viel Energie auf einem kleinen Punkt der Oberfläche einbringen, bringt es wenig, die Oberfläche einfach mit besonders schnellen Atomen zu beschiessen», erklärt Friedrich Aumayr vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien. «Schnelle Teilchen dringen tief in das Material ein und verteilen ihre Energie daher über einen weiten Bereich.» 10

Wenn man den einzelnen Atomen allerdings zuerst viele Elektronen entreisst und die hochgeladenen Teilchen dann mit der Materialoberfläche kollidieren lässt, sind die Auswirkungen dramatisch: Die Energie, die man vorher aufwenden musste, um die Atome zu ionisieren, wird dann in einer Region von wenigen Nanometern Durchmesser freigesetzt. Das kann bewirken, dass ein winziger Bereich des Materials schmilzt, seine geordnete atomare Struktur verliert und sich ausdehnt. Das Resultat sind sogenannte NanoHillocks, kleine Hügel auf der Materialoberfläche. Die hohe elektrische Ladung, die in Form des Ions in das Material eingebracht wird, hat einen starken Einfluss auf die Elektronen des Materials. Das führt dazu, dass sich die Atome aus ihren Plätzen lösen. Wenn die Energie nicht ausreicht, um das Material lokal zum Schmelzen zu bringen,

«Wir haben zwei verschiedene Formen von Energie zur Verfügung», erklärt Aumayr: «Einerseits die potentielle Energie der Ionen, die sie aufgrund ihrer elektrischen Ladung besitzen, andererseits die Bewegungsenergie, die sie aufgrund ihrer Geschwindigkeit haben.» Abhängig von diesen beiden Energiegrössen hinterlassen die Ionen unterschiedliche Spuren auf der Oberfläche. Lange Zeit schien die Vorstellung, die man von diesen Prozessen hatte, nicht mit den Messungen übereinzustimmen. Verschiedene Materialien schienen sich unter Ionenbeschuss ganz unterschiedlich zu verhalten, so war manchmal überhaupt keine Veränderung der Oberfläche zu sehen, auch wenn man eigentlich deutliche Löcher erwartet hätte.

Säure macht OberflächenVerletzungen sichtbar «Das Rätsel konnte allerdings gelöst werden, indem wir die Oberflächen kurz mit Säure behandelten», sagt Aumayr. «Dabei zeigte sich, dass manche Oberflächen durch den Ionenbeschuss zwar verändert worden waren, die Atome hatten sich aber noch nicht völlig von der Oberfläche gelöst. Die mit einem Atomkraftmikroskop erstellten Bilder zeigten daher keine Veränderung.» Durch Säurebehandlung wurden genau diese ge11/ 2012

CHEMIE

troffenen Stellen allerdings viel stärker angegriffen als die feste, unverletzte Struktur – die Löcher wurden sichtbar.

Vermutung bestätigt

«Für uns war das der letzte grosse Puzzlestein für das Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Ionen und der Oberfläche», sagt Aumayr. «Durch die Untersuchung mithilfe der Säure können wir nun viel besser nachweisen, bei welchen Energien die Oberfläche wie stark verändert wird – damit ergibt sich für uns nun endlich ein geschlossenes Bild.» Das Entstehen der Hillocks hängt stark vom Ladungszustand, aber kaum von der Geschwindigkeit der Ionen-Geschosse ab. Das Auftreten von Löchern hingegen wird massgeblich durch die Bewegungsenergie der Ionen bestimmt. Quelle: Technische Universität Wien

Originalpublikation AS El-Said, RA Wilhelm, R Heller, S Facsko, C Lemell, G Wachter, J Burgdörfer, R Ritter, F Aumayr, «Phase diagram for nanostructuring CaF2 surfaces by slow highly charged ions», Physical Review Letters, 109(11), 117602 (2012)

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Niedrig geladene Ionen (links oben) führen nur zu kleinen Defekten in der Oberfläche, höher geladene Ionen stören das Material so stark, dass Teile weggeätzt werden können (Mitte), und hochgeladene Ionen tragen so viel Energie, dass das Material lokal aufgeschmolzen wird und Hügel ausbildet (unten rechts).

Kontakt Prof. Friedrich Aumayr Institut für Angewandte Physik Technische Universität Wien Wiedner Hauptstrasse 8

A-1040 Wien Telefon +43 (0)1 58801 13430 friedrich.aumayr@tuwien.ac.at www.iap.tuwien.ac.at/www/atomic/index

CHEMIE

Experimenteller Nachweis von Haarnadelstrukturen

Der längste freiwillig gestreckte Kohlenwasserstoff Kettenförmige Kohlenwasserstoffmoleküle bleiben gestreckt oder knicken irgendwann aufgrund der Anziehung zwischen den Kettenenden ab. Forscher der Universität Göttingen haben jetzt herausgefunden, ab welcher Kettenlänge das Abknicken einer Kohlenwasserstoffmolekülkette am energetisch günstigsten ist.

Bilder: Universität Göttingen

raturen minimale Farbänderungen im gestreuten Licht. Nun ist es dem Göttinger Forscher Nils Lüttschwager gelungen, die Haarnadelstrukturen durch eine hinreichende Abkühlung nachzuweisen. «Nach diesem erfolgreichen Auftaktexperiment können die Untersuchungen zukünftig auf kompliziertere Kettenmoleküle ausgedehnt werden, deren Faltungspräferenz auch von biologischem Interesse ist», sagt Suhm. «Dort ist es besonders wichtig, Theorie und Experiment perfekt in Einklang miteinander zu bringen.» Quelle: Universität Göttingen Ein lineares Kohlenwasserstoffmolekül aus 20 Kohlenstoff-Atomen bevorzugt, wie jetzt aus Theorie und Laser-Experiment bekannt ist, eine gefaltete Haarnadelstruktur, wenn es auf sich allein gestellt ist und bei tiefer Temperatur vorliegt.

Benzin, Diesel, Paraffin – all diese Erdölprodukte enthalten kettenförmige Kohlenwasserstoffmoleküle, die sich gegenseitig anziehen. Die durchschnittliche Kettenlänge beträgt bei Benzin etwa acht, bei Paraffin hingegen 20 Kohlenstoffatome und mehr. Ohne Nachbarmoleküle muss sich eine Kette entscheiden, ob sie gestreckt bleibt oder ob sie zu einer Haarnadel abknickt, weil sich die Kettenenden anziehen. Je länger die Kette wird, desto eher lohnt sich das Abknicken. Solche Faltungsentscheidungen sind auch in der Natur von grosser Bedeutung. So können Fehlfaltungen in komplexen Eiweisskettenmolekülen zu schwerwiegenden Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer führen. Forscher der Universität Göttingen haben an einfachen Kohlenwasserstoffketten nun erstmals herausgefunden, ab welcher Kettenlänge der Übergang in die gefaltete Struktur energetisch günstig ist. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift «Angewandte Chemie» erschienen. 12

Haarnadelstrukturen ab 18 Kettengliedern «Bis zu Kettenlängen von 17 Gliedern bevorzugen die Kohlenwasserstoffe bei tiefen Temperaturen die gestreckte Anordnung, darüber zahlt sich die Investition der Faltungsenergie für die Moleküle aus», sagt Ricardo Mata, Leiter der Free Floater Nachwuchsgruppe «Computerchemie und Biochemie», auf der Basis quantenchemischer Berechnungen. «Im Experiment», so Martin Suhm vom Göttinger Institut für Physikalische Chemie, «kann man in der Tat ab 18 bis 19 Kettengliedern die gefalteten Haarnadelstrukturen erstmals klar nachweisen». Zum Nachweis müssen die Kohlenwasserstoffketten in einem aufwändigen Experiment zunächst erhitzt und anschliessend mithilfe eines Trägergases extrem schnell auf minus 150 Grad abgekühlt werden. Mit einem starken Laser bestrahlen die Chemiker die kalten Moleküle und beobachten in einer der weltweit empfindlichsten Appa-

Links: Martin Suhm vom Göttinger Institut für Physikalische Chemie, Rechts: Ricardo Mata

Originalpublikation NOB Lüttschwager, TN Wassermann, RA Mata, MA Suhm, «Das letzte Alkan mit gestreckter Grundzustandskonformation», Angew Chem doi: 10.1002/ange.201202894 (2012) Kontakt Prof. Dr. Martin Suhm Georg-August-Universität Göttingen Institut für Physikalische Chemie – Physikalische Chemie II Tammannstrasse 6 D-37077 Göttingen Telefon +49 (0)551 39 3111 3112 msuhm@gwdg.de www.hbond.net 11/ 2012

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Konturendiagramm der zweiten Ableitung der Elektronendichte ∇2ρ(r) in der Molekülebene des Nitrens. Gestrichelte Linien zeigen Bereiche von Elektronenkonzentration ∇2ρ(r) < 0 während durchgezogene Linien Bereiche von Elektronenverringerung ∇2ρ(r) > 0 anzeigen. Die dicken durchgezogenen Linien, die von den Atomkernen ausgehen, zeigen die Bindungspfade P-N an. Die dicken durchgezogenen Linien, die die Bindungspfade kreuzen, sind die in der Ebene liegenden Trennungslinien der atomaren Bereiche, die von den Nullflussoberflächen getrennt sind.

Am Ende entsteht Phosphonitren

Synthese einer neuartigen Stickstoffverbindung bestätigt Jahrzehntelang versucht, endlich gelungen: Marburger Chemiker sind an der erstmaligen Herstellung einer stabilen Dreifachbindung zwischen Stickstoff und Phosphor beteiligt. Noch nie zuvor ist es gelungen, eine derartige Bindung zwischen Stickstoff und einem anderen Element aus einer Hauptgruppe des Periodensystems zu synthetisieren.

Überraschenderweise hat sich die neuartige Verbindung als besonders reaktiv erwiesen. Das macht sie für chemische Prozesse interessant, bei denen Stickstoff übertragen wird. Verbindungen, in denen Stickstoff dreifach an seinen Partner gebunden ist, spielen bei organischen Reaktionen, in denen sie als

Lewis-Struktur von PN 3 - (NHC-R 2) 2

Zwischenprodukte vorkommen, eine grosse Rolle. «Seit Jahrzehnten versuchen Chemiker, solche Verbindungen zu synthetisieren», erklärt Gernot Frenking von der PhilippsUniversität Marburg, Koautor der in der Fachzeitschrift «Science» erschienenen Studie. Bisher ist das jedoch nur in denjenigen Fällen gelungen, in denen als Reaktionspartner des Stickstoffs ein Übergangsmetall zur Verfügung stand. Die Entdecker der neuen Stoffklasse bedienten sich einer speziellen Ausgangsverbindung, in der zwei Stickstoffatome eine aussergewöhnliche Bindung eingehen und die bei niedriger Temperatur ausreichend lang bestehen bleibt, damit man sie charakterisieren und handhaben kann. Die For-

scher ersetzten eines der Stickstoffatome durch Phosphor. Das Reaktionsprodukt mit der gewünschten Dreifachbindung wird der chemischen Nomenklatur entsprechend als Phosphonitren bezeichnet. Es bleibt bei Raumtemperatur über mehrere Tage hinweg stabil – sowohl in Lösung wie auch als Feststoff – und hat sich dennoch als sehr reaktionsfreudig erwiesen. «Sie können die Substanz in Flaschen füllen, man kann Messungen daran vornehmen und normale Synthesechemie damit treiben», schwärmt Frenking. Seine Gruppe hat mit Modellrechnungen überprüft, welche Bindungsverhältnisse bei der neuartigen Verbindung tatsächlich vorliegen, die von US-amerikanischen Partnern um Guy 11/ 2012

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Bertrand von der University of California synthetisiert wurde. «Die von uns angenommene Struktur stimmt gut mit den experimentellen Daten überein», erklärt der Marburger Chemiker. Erstaunlicherweise erwies sich die neue Stoffklasse als besonders reaktionsfreudig, wie Frenking berichtet: «Der Stickstoff kann vom Phosphonitren auf andere Partner übertragen werden. Das ist überraschend, weil der Stickstoff dreifach an seinen Partner, den Phosphor gebunden ist.» Die starke Reaktivität macht die neue Verbindung Frenking zufolge interessant für eine Vielfalt chemischer Umsetzungen – «sie öffnet die Tür zu einem neuen Gebiet». Quelle: Philipps-Universität Marburg 11/ 2012

Originalpublikation F Dielmann, O Back, M Henry-Ellinger, P Jerabek, G Frenking, G Bertrand, «A Crystalline Singlet Phosphinonitrene: A Nitrogen Atom–Transfer Agent», Science 6101(337), 1526–1528 (2012) Kontakt Prof. Dr. Gernot Frenking Fachgebiet Theoretische Chemie Philipps-Universität Marburg Hans-Meerwein-Strasse 4 D-35032 Marburg Telefon +49 (0)6421 28 25563 oder +49 (0)6421 28 25561 frenking@chemie.uni-marburg.de www.uni-marburg.de

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CHEMIE

Templat-gesteuerte Reaktionen ohne Enzyme

DNA-Synthese in 3’- und 5’-Richtung

Bild: Wiley-VCH

Wenn sich eine Zelle teilt, gibt sie genetische Information weiter, indem sie Kopien ihrer DNA erstellt. Auch mit chemischen Methoden kann DNA kopiert werden. Ein deutsches Team stellt eine weitere Kopiermethode vor, die wie Zellen einen DNA-Einzelstrang als «Kopiervorlage» nutzt, aber ohne Enzyme auskommt. Anders als alle bisherigen Verfahren erlaubt sie eine schrittweise Kettenverlängerung sowohl in der von der Natur bevorzugten als auch in der entgegengesetzten, für gängige DNA-Syntheseautomaten typischen Richtung.

Forscher der Universität Stuttgart haben die Methode der Chemical Primer Extension weiterentwickelt. Die neue Schutzgruppe kann so schonend entfernt werden, dass DNA-Duplexe aus Primer und Templat dabei nicht auseinanderfallen.

Der DNA-Doppelstrang wird in der Zelle für den Kopiervorgang streckenweise getrennt. Einer der Einzelstränge dient dann als «Kopiervorlage» oder Templat. Polymeraseenzyme knüpfen die jeweiligen Nukleotide schrittweise zum neuen Gegenstrang zusammen, ausgehend von einem «Anfangsstückchen», einem Primer. Das Rückgrat eines DNA-Strangs ist eine alternierende Kette aus Zuckerfünfringen und Phosphatgruppen. Die Kettenverknüpfung erfolgt an den Sauerstoffatomen Nr. 3’ und Nr. 5’ der Zucker, das natürliche Kettenwachstum läuft in 3’-Richtung. Eine Frage im Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens lautet: Wie konnte die Natur DNA- oder RNA-Stränge kopieren, bevor es Polymerasen gab? Mit DNA-Syntheseapparaten können Chemiker seit den 80er-Jahren zwar DNA-Stränge herstellen, aber ohne Templat, ohne Primer und nur mit der durch die Reihenfolge der Reagenzienzugabe vorgegebenen Sequenz. Allein Schutzgruppen, die eine unkontrollierte Reaktion verhindern, und die programmier16

te Zuführung der Reagenzien sorgen für die korrekte Abfolge der Basen. So konnte die Natur sicherlich nicht vorgehen. Aber wie könnte eine templatgesteuerte Primerverlängerung rein chemisch, also ohne Enzyme, funktionieren? Inzwischen wurden Ansätze für eine Methode entwickelt, die Chemical Primer Extension genannt wird und die Reaktion aktivierter Nukleotide mit dem Ende eines leicht modifizierten DNA-Primers beinhalten. Diese haben Clemens Richert, Andreas Kaiser und Sebastan Spies an der Universität Stuttgart weiterentwickelt. Sie fanden eine Schutzgruppe, die so schonend entfernt werden kann, dass DNA-Duplexe aus Primer und Templat dabei nicht auseinanderfallen. Mit ihr kann die Reaktivität von Nukleotiden und Primer-Terminus gezielt an- und abgeschaltet werden und die Sequenzinformation des Templatstrangs Nukleotid für Nukleotid ausgelesen werden. Damit das klappt, sind sowohl Templat als auch Primer an kleinen Kügelchen fi xiert. Wie im Syntheseautomat können gezielt

Reagenzien und Bausteine an den Kügelchen vorbei gespült werden. Der Primer bindet an das Templat durch Basenpaarung. An die nächste freie Bindungsstelle des Templats dockt dann ein passendes Nukleotid aus der umgebenden Lösung an. Über aktivierte Phosphateinheiten verbinden sich Nukleotid und reaktives Ende des Primers. Die Stellen, die reagieren sollen, wurden insgesamt chemisch so verändert, dass sie reaktiver als bei natürlicher DNA sind. Das Besondere: Die Kettenverlängerung kann nun wahlweise in die 3’- oder die 5’-Richtung laufen. Für letzteres gibt es in der Natur kein Vorbild. Bisher ist das Verfahren noch recht langsam und auf kurze Abschnitte beschränkt. Es sollte sich durch weitere Optimierung der Reaktionsbedingungen und stärkere Automatisierung weiter verbessern lassen. Quelle: Angewandte Chemie

Originalpublikation A Kaiser, S Spies,T Lommel and C Richert, «Template-Directed Synthesis in 3»- and 5’-Direction with Reversible Termination», Angew Chem 124 (33), 8424–8428 (2012)

Kontakt Prof. Dr. Dr. Clemens Richert Universität Stuttgart Institut für Organische Chemie Pfaffenwaldring 55 D-70569 Stuttgart Telefon +49 (0)711 685 64311 lehrstuhl-2@oc.uni-stuttgart.de www.uni-stuttgart.de 11/ 2012

Philipps-Universität / AG Essen

BIOWISSENSCHAFTEN

Röntgenkristallstruktur von EPA1-Adhesin (links) und die Bindungstasche für Oberflächenmerkmale des Wirtes (rechts). Bezeichnet sind die Schleifen L1, L2, L3, CBL1 und CBL2 (orangerot, hellblau), die an der Anheftung an die Zuckerstrukturen des Wirtes (gelbe und blaue Ringe) beteiligt sind.

Schnelle Anpassungsfähigkeit von Pilzen hilft neue Wirtsgewebe zu besiedeln

Die Schleife macht den Unterschied Wissenschaftler aus Marburg und Stuttgart haben herausgefunden, wie sich krankmachende Pilze in den Schleimhäuten ihrer Wirte einnisten – und wie sie die Oberflächen medizinischer Geräte verpesten. Ihre Ergebnisse sollen jetzt bei der Entwicklung von Medikamenten helfen, mit denen sich die Einnistung der Pilze verhindern lässt.

Die Forscher veränderten die Struktur von Proteinen, die dafür verantwortlich sind, dass sich Pilzzellen am Wirtsgewebe anheften; schon minimale Veränderungen reichen aus, um die Bindungspartner zu wechseln. «Unsere Untersuchungen decken auf, welche Strukturen darüber entscheiden, wo sich die Oberflächenproteine der Pilze anheften und wo nicht», erklärt der Biochemiker Lars-Oliver Essen vom Biomedizinischen Forschungszentrum der Universität Marburg. Pilzinfektionen sind eine häufige Krankheitsursache und beruhen auf dem Vermögen der Einzeller, sich an Schleimhäute und Epithelien ihrer Wirte anzuheften. Der Hefepilz Candida glabrata befällt den Urogenitaltrakt und die Blutbahn von Patienten, deren Immunsystem geschwächt ist; für die Betroffenen kann eine Infektion zum Tode führen. «Herkömmliche Medikamente gegen Pilze haben sich als wirkungslos erwiesen, so dass die WirkstoffForschung fieberhaft nach Alternativen sucht», erläutert Hans-Ulrich Mösch vom Institut für Genetik der Marburger Universität. Der Mikroorganismus kann vermutlich des11/ 2012

halb so schnell neue Wirtsgewebe besiedeln, weil sich seine Anheftungsproteine besonders effektiv an neue Umweltanforderungen anpassen – so bildet Candida Biofilme auf Harnkathetern. Anheftungsproteine gelten daher als Ziele für neue Therapieansätze, um den Pilz zu bekämpfen. Die meisten dieser EPA-Proteine (Epitheliale Adhäsine) sind jedoch chemisch und biologisch nur unzureichend charakterisiert. Damit sich Candida in die Schleimhaut einnisten kann, interagieren die Anheftungsproteine des Pilzes mit Zuckermolekülen wie Laktose oder Galaktose, die auf der Oberfläche von Wirtsepithelien oder Schleimhäuten verankert sind. Wie die Proteinstruktur im Detail aussieht, analysierten die Forscher am Beispiel des Adhäsins EPA1. Für die Wahl des richtigen Bindungspartners sind drei schleifenförmige Abschnitte des Proteins verantwortlich, die eine Tasche bilden, in die das Zuckermolekül genau passt – kleinste Abweichungen in der Schleifenstruktur bewirken, dass andere Zuckermoleküle gebunden werden. Die Forscher präsentieren Varianten von EPA1, die

an ähnlichen Stellen binden wie die nah verwandten Proteine EPA2, EPA3 und EPA6. «Aufgrund unserer Befunde könnten einmal Wirkstoffe entwickelt werden, die gegen Pilzbefall helfen, indem sie eine Anheftung an die Schleimhaut verhindern», hoffen die Wissenschaftler. Quelle: Philipps-Universität Marburg Originalpublikation M Maestre-Reyna et al., «Structural basis for promiscuity and specificity during Candida glabrata invasion of host epithelia», PNAS 109(42), 16864–16869 (2012) Kontakt Prof. Dr. Hans-Ulrich Mösch Philipps-Universität Marburg Karl-von-Frisch-Strasse 8 D-37043 Marburg Telefon +490 6421 28 23013 moesch@staff.uni-marburg.de http://www.uni-marburg.de/fb17/ fachgebiete/genetik/molgen/ 17

Christian Wissler Bild: Christian Wissler

Stephan Clemens (Mitte), Inhaber des Lehrstuhls für Pflanzenphysiologie an der Universität Bayreuth, mit Ulrich Deinlein (li.) und Shimpei Uraguchi, einem führenden Experten auf dem Gebiet der Reisforschung.

Transportprozesse in Nutzpflanzen steuern, Gesundheitsrisiken senken

Vielseitige Pflanze schützt vor Schwermetallen Schwermetalle, die über Düngemittel oder Industrieemissionen von Pflanzen aufgenommen werden, können dem Menschen schaden. Eine Gruppe von Forschern untersuchte nun die molekularen Prozesse, die ausschlaggebend sind für die von der Pflanze aufgenommene Menge an Cadmium und Zink.

Spuren von Schwermetallen in pflanzlichen Grundnahrungsmitteln haben unterschiedliche gesundheitliche Auswirkungen. Cadmium kann den Organismus erheblich schädigen, Zink hingegen ist für den Stoffwechsel unerlässlich. Die molekulare Pflanzenforschung befasst sich daher intensiv mit dem pflanzlichen Metallhaushalt.

Risiko durch cadmiumhaltige Grundnahrungsmittel In vielen Regionen der Erde enthalten pflanzliche Grundnahrungsmittel – beispielsweise Reis, Kartoffeln oder Hartweizen – Spuren von Cadmium. Das giftige Schwermetall gelangt über Düngemittel und Industrieemissionen in den Erdboden, wo es von den Pflanzenwurzeln aufgenommen wird. Häufig wird es bis in die oberen, für die Nahrungsmittelproduktion verwen18

deten Pflanzenteile weitertransportiert. Die daraus resultierenden Risiken sind, so das Ergebnis zahlreicher Studien der letzten Jahre, beträchtlich. Denn wenn der Organismus jahrzehntelang einer ständigen Cadmium-Zufuhr ausgesetzt ist, steigt die Anfälligkeit für Funktionsstörungen der Nieren, Osteoporose, Krebs und Erkrankungen der Herzgefässe. Internationale Gesundheitsorganisationen, darunter auch die European Food Safety Authority (EFSA), setzen sich deshalb verstärkt mit dieser Problematik auseinander. Einer 2009 veröffentlichten EFSA-Studie zufolge sind Grundnahrungsmittel auch in Europa flächendeckend mit Cadmium belastet. Die durchschnittliche tägliche Cadmiumaufnahme liegt nahe an der – von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) neu definierten – Schwelle für gesundheitliche Risiken.

Molekulare Pflanzenforschung ist der Schlüssel An der Universität Bayreuth erforschen der Pflanzenphysiologe Stephan Clemens und sein Team die molekularen Prozesse, die den Transport des Cadmiums aus den Böden in die Pflanzen steuern und damit auch die Cadmiummengen bestimmen, die sich in Wurzeln, Stielen und Blättern anlagern. «Es hat sich herausgestellt, dass innerhalb zahlreicher Pflanzenarten erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Cadmiumaufnahme bestehen. Deshalb ist es eine zentrale Forschungsaufgabe, diejenigen Getreide- und Reissorten zu identifizieren, bei denen relativ wenig Cadmium in die für die Nahrungsmittelproduktion verwendeten Pflanzenteile gelangt», erklärt Clemens. «Zudem ist die Forschung heute nicht mehr weit davon entfernt, neue Pflanzensorten zu 11/ 2012

BIOWISSENSCHAFTEN

entwickeln, die vergleichsweise geringe Mengen an Cadmium aufnehmen. Je besser wir die molekularen Grundlagen pflanzlicher Transportprozesse verstehen, desto zielgenauer können solche Pflanzensorten gezüchtet und für die Nahrungsmittelproduktion eingesetzt werden.» Derartige Massnahmen sollten ergänzt werden durch die Züchtung und den gezielten Anbau von Pflanzensorten, die dem Boden grosse Cadmiummengen entziehen und dadurch einen hohen Cadmiumgehalt in nachfolgend angebauten Nutzpflanzen verhindern.

Auf dem Weg zu neuen cadmiumarmen Reissorten

Bild: Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Universität Bayreuth

Von besonderem Interesse ist dabei die Hallersche Schaumkresse (Arabidopsis halleri), eine Pflanze, die auf schwermetallbelasteten Böden wächst und Cadmium in grossen Mengen in den Blättern akkumulieren kann. Bereits im letzten Jahr ist es dem Wissenschaftler Shimpei Uraguchi von der Universität Tokio gelungen, das Gen OsLCT1 zu identifizieren, das den Weg des Cadmiums in die Reiskörner reguliert. Derartige Forschungsergebnisse bilden die

Grundlage für die Züchtung neuer Reissorten, die deutlich weniger Schwermetalle absorbieren. «Das Bewusstsein für die Gesundheitsrisiken, die von Cadmium in der täglichen Nahrung ausgehen, ist in Ostasien heute viel stärker ausgeprägt als noch vor zehn Jahren», berichtet Uraguchi und verweist auf eine Untersuchung in Japan aus dem Jahr 2004. Danach stammen durchschnittlich 44 Prozent des Cadmiums, das in den menschlichen Körper gelangt, aus Reis. Seiner Auffassung nach werden sich die am Reis gewonnenen Erkenntnisse zumindest teilweise auf andere pflanzliche Grundnahrungsmittel übertragen lassen.

Zinkmangel ist wichtiges Krankheitsrisiko Bereits seit mehreren Jahren richtet sich ein Fokus der Bayreuther Forscher auf das Element Zink, ein Schwermetall, das für den Stoffwechsel im menschlichen Organismus unentbehrlich ist. Gerade weil Reis und zahlreiche Getreidesorten nur geringe Zinkmengen enthalten, ist Zinkmangel eines der wichtigsten Krankheitsrisiken in vielen Entwicklungsländern; auch kann die geistige und körperliche Entwicklung von Kleinkindern durch Zinkmangel erheblich behindert werden. Umso grösser ist das Interesse an Nutzpflanzen, die imstande sind, grössere Mengen von Zink aus dem Boden aufzunehmen und zu speichern.

Ein Bayreuther Team um Ulrich Deinlein hat nun vor wenigen Monaten in der Hallerschen Schaumkresse ein Gen identifiziert, das die Produktion von Nicotianamin steuert. Dieses Molekül ist in der Lage, grosse Mengen von Zink aus den Wurzeln bis in die Blätter der Schaumkresse zu transportieren. Es ist auch in der Gerste und im Reis enthalten, wird aber in diesen Von besonderem Interesse für die Erforschung des pflanzlichen Nutzpfl anzen weniger stark Metallhaushalts: die Hallersche Schaumkresse (Arabidopsis halleri). gebildet. Ein attraktives For11/ 2012

schungsziel ist deshalb die Entwicklung von Getreide- und Reissorten, in denen Nicotianamin ein funktionstüchtiges Vehikel für die Zinkmoleküle aus dem Boden darstellt. Nahrungsmittel, die auf solchen Nutzpflanzen basieren, wären ein wesentlicher Beitrag, um den täglichen Zinkbedarf zu decken. Quelle: Universität Bayreuth

Originalpublikationen S Clemens, MGM Aarts, S Thomine and N Verbruggen, «Plant science: the key to preventing slow cadmium poisoning», Trends Plant Sci, DOI: 10.1016/j.tplants.2012.08.003 (2012) S Uraguchi and T Fujiwara, «Cadmium transport and tolerance in rice: perspectives for reducing grain cadmium accumulation», Rice, 5:5 DOI: 10.1186/1939-8433-5-5 (2012) U Deinlein, et al. «Elevated nicotianamine levels in Arabidopsis halleri roots play a key role in Zinc hyperaccumulation», Plant Cell 24(2), 708–723 (2012) S Uraguchi, T Kamiya, T Sakamoto, K Kasai, Y Sato, Y Nagamura, A Yoshida, J Kyozuka, S Ishikawa and T Fujiwara, «Low-affinity cation transporter (OsLCT1) regulates cadmium transport into rice grains» PNAS 108(52), 20959–20964 (2011)

Kontakt Prof. Dr. Stephan Clemens Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie Universität Bayreuth Universitätsstr. 30 D-95440 Bayreuth Telefon +49 (0)921 55 2630 stephan.clemens@uni-bayreuth.de www.uni-bayreuth.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Bees decrease food intake when given compound found in red wine

Resveratrol lengthens lifespan in honey bees

Photo: Brenda Rascón

Researchers have confirmed that not only does resveratrol, a compound found in red wine, extend the lifespan of honey bees by 33 to 38 percent, it also changes the decisions that bees make about food by triggering a «moderation effect» when they eat.

Previous scientific studies on resveratrol show that it lengthens the lifespan of diverse organisms ranging from unicellular yeast to fruit flies and mice. Since bees are social animals like humans, a team of scientists from Arizona State University, the Norwegian University of Life Sciences, and

Harvard Medical School, decided to test the effects of the chemical on the honey bee. In a series of experiments, the scientists tested the effects of resveratrol on the lifespan, learning ability, and food perception in honey bees.

Their research has confirmed that not only does this compound extend the lifespan of honey bees by 33 to 38 percent, it also changes the decisions that bees make about food by triggering a «moderation effect» when they eat. «For the first time, we conducted several tests on the effects of resveratrol by using the honey bee as a model,» said Brenda Rascón from Arizona State University. «We were able to confirm that under normal living conditions, resveratrol lengthened lifespan in honey bees.» Since resveratrol is an antioxidant, researchers also questioned whether it would be capable of diminishing the damaging effects of «free radicals» – often released during stressful conditions. Free radicals are believed to cause damage to cells, and have an effect on how we age. Resveratrol did not, however, prove to extend lives of bees living under stressful conditions. Yet, since the bees tested with the compound were living longer, researchers asked the next question: What’s happening that is causing them to live longer? «Because what we eat is such an important contributor to our physical health, we

?J9H@AL% MF< E=L9DD% :=JKLK;@=A:=F Kg^gjla_] <jm[c]fldYklmf_ g`f] Z]o]_l] L]ad]& Cgeh]l]fl] :]jYlmf_ Ç k]al Z]j -( BY`j]f& Group

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11/ 2012

BIOWISSENSCHAFTEN

Photo: Christofer Bang

RascĂłn. ÂŤThe bees were allowed to eat as much as they pleased and were certainly not starving â&#x20AC;&#x201C; they simply would not gorge on the food that we know they like. Itâ&#x20AC;&#x2122;s possible resveratrol may be working by some mechanism that is related to caloric restriction â&#x20AC;&#x201C; a dietary regimen long known to extend lifespan in diverse organisms.Âť

Source: Arizona State University College of Liberal Arts and Sciences

looked at the beesâ&#x20AC;&#x2122; sensitivity to sugar and their willingness to consume it,Âť said Amdam. ÂŤBees typically gorge on sugar and while itâ&#x20AC;&#x2122;s the best thing for them, we know that eating too much is not necessarily a good thing.Âť Interestingly, the researchers discovered that bees given the compound were less sensitive to sugar. By using different sugar solutions â&#x20AC;&#x201C; some very diluted and some with stronger concentrations â&#x20AC;&#x201C; they found that bees receiving resveratrol were not as interested in eating the sugar solutions unless the sugar was highly concentrated. The bees basically changed their perception about food. In a final experiment, they measured how much food the bees would consume if given the opportunity to eat as much sugar water as they possibly could. ÂŤSurprisingly, the bees that received the drug decreased their food intake,Âť said

Contact Brenda RascĂłn School of Life Science Arizona State University, Tempe, AZ 85287-4501, USA brenda.rascon@asu.edu

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Bees receiving resveratrol are not as interested in eating sugar unless the sugar is highly concentrated.

Reference B RascĂłn, et al., ÂŤThe lifespan extension effects of resveratrol are conserved in the honey bee and may be driven by a mechanism related to caloric restrictionÂť, Aging 4(7), 499â&#x20AC;&#x201C;508 (2012)

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11/ 2012

NEWS

Am 1. Oktober 2012 feierte der Laborgeräte-Hersteller Knauer aus Berlin-Zehlendorf sein 50-jähriges Bestehen. Das Jubiläumsjahr 2012 steht unter dem Leitgedanken: 50 Jahre KNAUER - Pure Neugier. Woher kommt das? «Neugier ist der Grund, warum wir alles genau wissen wollen, neue Wege beschreiten», berichtet Alexandra Knauer, die gemeinsam mit Alexander Bünz die Firma leitet. Der Berlinzer Labormessgerätehersteller und Spezialist für Flüssigkeitschromatografie lebt von seinen Innovationen. Getreu dem Manufakturgedanken werden die Produkte im firmeneigenen Gebäude in Berlin entwickelt und produziert. Die Knauer-Produkte werden in Laboratorien in mehr als 60 Ländern der Welt eingesetzt. «Mit unseren Analysengeräten werden nicht nur Stoffe identifiziert, sondern auch Substan-

zen und Wirkstoffe getrennt und rein dargestellt, zum Beispiel in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie», erklärt Bünz. Innovative Spezialgeräte haben bei Knauer seit der Geburtsstunde des Unternehmens eine grosse Tradition. Vor 50 Jahren entwickelte der Chemiker Herbert Knauer ein Universal-Messgerät, das weltweit erstmalig eine Temperaturänderung von einem Tausendstel Grad messen konnte. Kurz darauf baute er ein elektronisches Gefrierpunkts-Osmometer, mit dem zum ersten Mal ein Molekulargewicht von bis zu 3000 Gramm pro Mol bestimmt werden konnte. Mit diesen beiden Erfindungen gründete er gemeinsam mit seiner Ehefrau 1962 die Wissenschaftliche Gerätebau Dr. Herbert Knauer GmbH. In den letzten Jahren wurden die Bereiche Biochromatografie

Foto: Knauer

Laborgeräte-Hersteller feierte sein 50-jähriges Jubiläum

Der Berliner Bezirksbürgermeister Norbert Kopp (m) überreicht dem Gründerehepaar eine Ehrenurkunde zum Jubiläum

(Proteinaufreinigung) und gesellschaftliches Engagement ausgebaut. Knauer setzt sich mit zahlreichen Aktivitäten für sein soziales Umfeld ein. So wurde zum Beispiel im firmeneigenen Gebäude ein Experimentierraum für Schulklassen (Laborversuche) eingerichtet. Für sein beispielhaftes Engage-

ment ist das Unternehmen im August 2012 mit dem Sonderpreis der IHK Berlin und Handwerkskammer Berlin, der Franzvon-Mendelssohn-Medaille, ausgezeichnet worden.

vergeben wird, in dem viele der weltbesten Peptid-Forscher vereinigt sind», so Robinson. Die im Bereich der biologischen Chemie angesiedelte Forschung von Robinson beschäftigt sich mit der Synthese von chemischen Verbindungen, die von medizinischem Nutzen sind. Exemplarisch dafür steht seine Forschung zum Bakterium Pseudomonas aeruginosa, einem gefährlichen Krankenhauskeim. Für gesunde Menschen ist das Bakterium normalerweise ungefährlich, für Patienten mit einem geschwächten Immunsystem aber kann eine Infektion tödlich sein, weil das Bakterium in Spitälern Antibiotikaresistenzen entwickelt. Als die Gruppe von Robinson ein natürlich vorkommendes

Peptid als Peptid-Antibiotikum zu optimieren versuchte, entstand eine Gruppe von Peptiden. Untersuchungen zeigten, dass P. aeruginosa, die mit dem von Robinson entwickelten Peptid in Kontakt kamen, auffällige Änderungen an ihrer Zellmembran aufwiesen. Im Gegensatz zu den klassischen Penicillinen, die den Aufbau der bakteriellen Zellwand beeinträchtigen, greift dieses neu entwickelte Peptid an einer ganz anderen Stelle der Biosynthese ein. Es könnte so helfen, resistente P. aeruginosa anzugreifen. Robinson und seine Mitarbeiter haben damit womöglich eine völlig neue Antibiotikagruppe entdeckt.

Quelle: Wissenschaftliche Gerätebau Dr. Ing. Herbert Knauer GmbH

Foto: Universität Zürich

Max-Bergmann-Medaille verliehen

Der Preisträger John A.Robinson von der Universität Zürich

Diesjähriger Preisträger der Max-Bergmann-Medaille ist John A. Robinson, Professor für Organische Chemie an der Universität Zürich. Der Max-Bergmann-Kreis zur Förderung peptidchemischer Arbeiten besteht seit 1980 und stellt im deutschsprachigen Raum in der Wissenschaftsszene eine Besonderheit 22

dar: Bei bewusst niedrig gehaltener Mitgliederzahl fokussiert sich der Kreis auf die Förderung der Forschung von Peptiden und verwandten Gebieten, insbesondere biologisch bedeutenden Proteinen und kleinen, biologisch aktiven Molekülen. «Der Preis freut mich speziell, weil er von einem Gremium

Quelle: Universität Zürich 11/ 2012

DICHTUNGEN

InPulse 2012 vielversprechend gestartet Die erste Durchführung der InPulse 2012 ist nach zwei Tagen am 27. September zu Ende gegangen. 267 Besucherinnen und Besucher nahmen an den Weiterbildungskursen der drei Themenpartner Swissi Process Safety, SCC Swiss Cleanroom Concept und SGVC Schweizerische Gesellschaft für Verfahrens- und ChemieingenieurInnen teil. Themenschwerpunkte waren die Arbeitssicherheit, Sicherheit im Labor, Trends der Reinraumtechnik sowie Micround Millimassstab im Down Stream Processing. Den zweiten Tag widmete Swissi ihrem jährlichen Kundenbindungs- und Informationsanlass. Die InPulse fand erstmals am 26. und 27. September 2012 im Congress Center Basel statt. Das neue und innovative Durchführungskonzept bewährte sich bestens und fand sowohl bei den Themenpartnern als auch den Kursteilnehmern Anklang. Der Mix zwischen Wissensvermittlung und Networking resultierte in angeregter Beziehungspflege zwischen den Teilnehmern und den Referenten der Themenpartner. Vier Aussteller konnten an ihren «StandPunkten» von diesem Besucheraufkommen profitieren, vielversprechende Kontakte knüpfen und dabei Leads generieren. Dabei standen für sie nicht die Produktepräsentation, sondern die sichtbare Präsenz im Vordergrund sowie die direkte und vereinfachte Kundenansprache. Besucher profitierten von der InPulse Lounge, wo sich eine gute Gelegenheit zu professionellen Fachgesprächen bot. Die drei Themenpartner zeigten sich vom Durchführungskonzept der InPulse angetan, welches ihnen nicht nur freie Hand bei der Themen- und Referentenwahl liess, sondern ihnen überdies einen grossen Teil der Organisation abnahm.

WIR HALTEN DICHT Wenn es um Dichtungen geht, macht uns keiner so schnell etwas vor. In all ihren Ausprägungen, Formen und Anwendungsmöglichkeiten liefern wir unseren Kunden die passenden Dichtungen. Egal, ob Sie eine Duschbrause herstellen oder ein Kraftwerk unterhalten.

Das Datum der nächsten InPulse wird noch bekannt gegeben. Quelle: MCH Messe Schweiz (Basel) AG

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Wir machen es möglich.

FORSCHUNG

Forscher beobachten, wann Wasser eine kristalline Ordnung bildet

Die kleinsten Eiskristalle der Welt Auch Eiskristalle fangen mal klein an, und sogar kleiner als bisher gedacht. Wie klein genau, haben vor kurzem Göttinger und Prager Wissenschaftler herausgefunden. Schon 475 Wassermoleküle bilden eine echte kristalline Ordnung, erste Ansätze davon sind bereits ab 275 Molekülen zu erkennen. Vor dieser neuen Untergrenze galten etwa 1000 Moleküle als Minimum für einen vollständigen Kristall.

Fotos: Kenneth G. Libbrecht, Caltech, Pasadena/CA (USA)

külen. Die Eigenschaften dieser Nanogebilde liegen zwischen denjenigen einzelner Moleküle und der Welt grosser Festkörper zum Anfassen, die aus vielen Milliarden Molekülen bestehen.

Hilfe für Klimaforscher

Sechseckige Schönheit

Nichts ist für uns so selbstverständlich wie das Verhalten von Wasser. «Wasser ist witzigerweise einer der wenigen uns bekannten Stoffe, der im festen Zustand ein grösseres Volumen als im flüssigen Zustand einnimmt.» kann sich Udo Buck vom Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation begeistern. Mit dem kleinsten Wassereiskristall hat der Forscher ein wegweisendes Ergebnis erzielt. Nun hat sein Team ein bislang ungelöstes wissenschaftliches Rätsel geknackt, nämlich die Frage, wie viele Wassermoleküle mindestens zusammenkommen müssen, damit sie einen echten Eiskristall formen können. «Bei 275 Wassermolekülen geht es los», lautet die verblüffend präzise Antwort von Buck, «und bei 475 Molekülen ist der Kristall vollständig fertig.» Das sei durchaus unerwartet, schiebt Buck nach, denn bislang habe die Wissenschaft eine minimale Clustergrösse von etwa 1000 Wassermolekülen vorausgesetzt. Unter Clustern verstehen Physiker und Physikochemiker Konglomerate aus wenigen, noch abzählbaren Mole24

Allerdings untersuchte die Göttinger Kooperation nicht das Entstehen von Eis aus flüssigem Wasser. Ihre Entdeckung gibt Einblicke in die Vorgänge, bei denen Wasserdampf bei tiefen Temperaturen direkt zu winzigen Eiskristallen kondensiert. «Solche Prozesse spielen in den oberen Atmosphärenschichten eine wichtige Rolle», betont Buck, «aber auch in unserem Planetensystem.» Das neue Ergebnis könnte also der Klimaforschung helfen, ihre Modelle der Atmosphäre zu verbessern. Aber was fanden die Forscher nun genau heraus? In Eiskristallen sortieren sich die Wassermoleküle zu einem sechseckigen – hexagonalen – Raumgitter. Dabei baut jedes Wassermolekül chemische Bindungen, sogenannte Wasserstoffbrücken, zu jeweils vier Nachbarmolekülen auf. Dieses wabenförmige Kristallgitter von Wassereis benötigt mehr Raum als das flüssige Wasser, was aussergewöhnlich ist. Solange die Wassercluster noch nicht die Mindestgrösse für einen Kristall erreicht haben, bringt das Göttinger Experiment sie in ein Dilemma. Die Versuche finden bei ungefähr minus 180 bis minus 150 Grad Celsius statt. Für eine Flüssigkeit sind die Moleküle also viel zu kalt. Für einen Kristall sind sie aber noch zu wenige. Aus der Zwickmühle kommen die kleinen Cluster, indem sie eine

Art in der Kälte gestockte Flüssigkeit bilden, ein eher unordentliches, amorphes Raumgitter. Wächst der Cluster nun, können die Wassermoleküle in seinem Kern irgendwann vom ungeordneten chemischen Spiel in die kristalline Ordnung wechseln, in der sie alle jeweils vier Nachbarn an die chemische Hand nehmen. So entstehen bei 275 Wassermolekülen im Inneren des Clusters erste Ansätze eines echten Eiskristalls mit sechseckiger Struktur. Anfangs ist diese Struktur noch etwas deformiert. Doch mit wachsender Clustergrösse wächst dieses Innenleben zu einem schön geordneten Eiskristall, während die Aussenschichten noch amorph bleiben. «Bei 475 Molekülen ist es ganz innen schon perfekt», sagt Buck. Dieser Einblick in das Entstehen von Eiskristallen war nur mit einem ausgefeilten Experiment möglich. Normalerweise durchleuchten Wissenschaftler Kristalle mit Röntgenstrahlen: Diese werden von den Gittern gebeugt. Dabei entstehen charakteristische Muster der Strahlung, die Informationen über den Aufbau der Gitter liefern.

Molekülschwingungen sind der Schlüssel Doch diese Signale seien zu schwach für die genaue Untersuchung der kleinen Wassercluster, erklärt Zeuch. Dagegen liefere die Schwingung zwischen dem Sauerstoffatom und dem Wasserstoffatom eines Moleküls ein viel kräftigeres Signal. Die Frequenz dieser Molekülschwingung liegt im Infraroten, also bei langwelligem Licht, und die Wirkung dieser Strahlung misst die Apparatur. Entscheidend ist dabei, dass sich 11/ 2012

FORSCHUNG

Bild: Udo Buck

des winzigen Wasserclusters. Dieser entscheidende Trick war der Durchbruch. Das Grundprinzip des Experiments hatte Buck am Max-Planck-Institut fĂźr Dynamik und Selbstorganisation entwickelt. Heute steht die Apparatur bei Zeuch an der Uni GĂśttingen. Die Wissenschaftler dieser Gruppe haben sie zusammen mit theoretischer UnterstĂźtzung aus Prag so weiterentwickelt, dass die Erforschung von Clustern aus einigen hundert WassermolekĂźlen erst mĂśglich wurde. Die Forscher wollen mit Experimenten nun auch die Kristallisation anderer Stoffe und deren OberflĂ¤cheneigenschaften bis aufs MolekĂźl genau untersuchen. Zeuch ist von dem neuen Verfahren aber auch deshalb so begeistert, weil es sich nicht nur auf Wassercluster anwenden lĂ¤sst. Es erĂśffnet ein vĂśllig neues Experimentierfeld.

Mit wachsender GrĂśsse finden sehr kalte Cluster aus WassermolekĂźlen zur Ordnung eines echten Eiskristalls. Bei 123 WassermolekĂźlen (links) sind Cluster noch vĂśllig ungeordnet â&#x20AC;&#x201C; wie eine erstarrte FlĂźssigkeit. Bei knapp 300 MolekĂźlen (Mitte) ist im Kern des Clusters schon die sechseckige Ordnung des Eiskristalls erkennbar. Bei 600 MolekĂźlen (rechts) ist der Eiskristall im Inneren perfekt ausgebildet, nur die Ă¤ussere Schicht ist noch ungeordnet (amorph).

das Infrarotsignal durch die WasserstoffbrĂźckenbindung zwischen dem Wasserstoffatom des einen und dem Sauerstoffatom eines anderen MolekĂźls deutlich verschiebt, sobald sich das sechseckige Kristallgitter bildet. Das ist der Fingerabdruck des echten Wassereises, den die GĂśttinger Wissenschaftler nun erstmals an Clustern aus einigen hundert WassermolekĂźlen nachweisen konnten. Diese Infrarotspektroskopie solcher kleiner Cluster funktioniert allerdings nur mit einigen Tricks. Zuerst erzeugt das Experiment einzelne, kalte Cluster. Diese Cluster fliegen dann mit mehr als Schallgeschwindigkeit durch eine Kammer, in der sie jeweils ein einzelnes Natriumatom aufsammeln. Anschliessend fliegen sie etwa 240 Mikrosekunden (Millionstel Sekunden) lang weiter bis zur eigentlichen Messung. Das angedockte Natriumatom sei dabei ganz ent-

scheidend, erlĂ¤utert Zeuch. Es erlaubt nĂ¤mlich, die Cluster in der gewĂźnschten GrĂśsse, zum Beispiel eben aus 275 WassermolekĂźlen, sanft zu ionisieren, mit einem elektrischen Feld zu sortieren und gezielt zu messen.

Quelle: UniversitĂ¤t GĂśttingen

Originalpublikation CC Pradzynski, MR Forck, T Zeuch, P SlavĂcË&#x2021;ek, U Buck, ÂŤA fully size-resolved perspective on the crystallization of water clustersÂť Science 337(6101), 1529â&#x20AC;&#x201C;1532 (2012)

Wassercluster im Fotolabor Das Natriumatom am Wassercluster hat zudem eine zweite, ziemlich komplexe Funktion. ÂŤEs ist eine Art FotopapierÂť, sagt Zeuch, um seine Rolle zu veranschaulichen. ÂŤWir bestrahlen die Cluster mit dem Natriumatom zuerst mit dem InfrarotlichtÂť, sagt der Physikochemiker: ÂŤDann ,entwickelnâ&#x20AC;&#x2DC; wir es mit einem Laserpuls aus ultraviolettem Licht.Âť Allerdings gibt das Natriumatom bei dieser Kombination von Laserlicht verschiedener Frequenz kein rĂ¤umliches Foto: Stattdessen liefert es ein Infrarotspektrum

Kontakt Prof. Dr. Udo Buck Max-Planck-Institut fĂźr Dynamik und Selbstorganisation, GĂśttingen Am Fassberg 17 D-37073 GĂśttingen Telefon +49 (0)551 5176-572 ubuck@gwdg.de, www.mpg.de

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Silvia Vignolini

Einzelne getrocknete Frucht der Pollia condensata im Herbarium des Royal Botanic Gardens in Kew, England, sie wurde in Ghana gesammelt

Die falschen Früchte von Pollia condensata locken Vögel durch ihr Äusseres

Ewiger Glanz liegt in der Zellwandstruktur Ist die echt? Wer die Pflanze Pollia condensata zum ersten Mal sieht, könnte sie glatt für Garten-Deko halten. Wie schillernde Metallperlen türmen sich die Früchte in dem Blütenstand der afrikanischen Pflanze. Der starke, metallene Glanz ist so einzigartig in der Natur, dass Physiker die Optik der Beeren genauer unter die Lupe nahmen. Der metallene Glanz von Pollia condensata-Beeren scheint einzigartig in der Natur und ist garantiert farbecht. Aber nicht Farbpigmente, sondern unterschiedliche Mikrostrukturen in den Zellwänden erzeugen das schillernde Blau der Früchte. Die leuchtend blaue Farbe kommt demnach nicht durch Farbpigmente, sondern winzige Strukturen in der äusseren Fruchtwand zustande. Deren Zellwände bestehen aus einer mehrlagigen Schicht schraubenförmig geschichteter Zellulosefasern. Je nach Anordnung und Drehung der Mikrofasern wird auch das Licht in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen und Wellenlängen reflektiert. 26

Durch Variationen in der Zellwandstruktur kann der Lichteffekt von Zelle zu Zelle unterschiedlich ausfallen und erzeugt so das blaue Schillern der Früchte – ganz ohne Pigmente. Der Überzug mit einer transparenten, glatten Kutikula sorgt schliesslich für den lackartigen Glanz der Früchte.

Sieht nur gut aus Hinter der strukturbasierten Farbgebung, so vermuten die Wissenschaftler, steckt eine besondere Strategie der Pflanze, mit geringem Energieaufwand ihre Samen zu verbreiten. Denn die Früchte von Pollia condensata sind eine Mogelpackung. Ihr Inneres enthält kein

Fruchtfleisch – sie sind einfach nur hübsch anzusehen. Vögel sammeln die Beeren trotzdem, um damit ihre Nester in der Balzzeit zu schmücken. Möglicherweise lassen sie sich auch täuschen, weil die Beeren denen der Pflanze Psychotria peduncularis ähnlich sehen. Die buschartige Pflanze hat ein ähnliches Verbreitungsgebiet, und ihre Beeren sind bei Vögeln eine beliebte Nahrung. Schmackhafte Früchte der Nachbarn nachzuahmen könnte demnach ein weiterer Grund sein, warum die Pollia condensata-Beeren so auffallend gefärbt sind. Die Pflanze spart sich auf diese Weise die Kosten, schmackhafte, nährstoffhaltige Früchte zu erzeugen und sichert trotzdem die Verbreitung ihrer Samen. 11/ 2012

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Bild: Silvia Vignolini

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Auf Alkoholbasis konservierte FrĂźchte der Pollia condensata, die 1974 in Ă&#x201E;thiopien gesammelt wurden, befinden sich im Herbarium des Royal Botanic Gardens in Kew, England.

Ohne Fruchtfleisch und Farbpigmente verrotten die Beeren ausserdem viel langsamer und bleiben â&#x20AC;&#x201C; auch wenn die Pflanze schon lange vertrocknet ist â&#x20AC;&#x201C; fĂźr VĂśgel attraktiv. Farbgebung durch Mikrostrukturen ist besonders bei Tieren kein neues PhĂ¤nomen. Die schillernden Farben vieler KĂ¤ferarten beruhen ebenfalls auf einer Reflexion des Lichtes durch schraubenfĂśrmig angeordnete Mikrofibrillen im Chitinpanzer. Dass jede Zelle dabei andere Lichteffekte erzeugt, ist jedoch ein Novum in der Natur, das bisher nur bei Pollia condensata entdeckt wurde. Die Reflexion der FrĂźchte ist so stark, dass der helle Glanz sogar den des Morpho-Schmetterlings Ăźbertrifft, der fĂźr sein strahlendes Blau berĂźhmt ist.

Wissenschaftler hoffen, dass sie langfristig die Zellulosestrukturen nachbauen kĂśnnen, um beispielsweise ungiftige Lebensmittelfarbstoffe herzustellen. Wie genau die unterschiedlichen Zelluloseraster in Pflanzen entstehen, ist jedoch noch unklar. Eine der Hypothesen ist, dass Vielfachzucker wie Hemizellulose beim Zusammenbau der Zellulosefasern helfen, diese nach einem vererbten Muster links- oder rechtsdrehend auszurichten. Farben ohne Pigmente kĂśnnten mĂśglicherweise auch die Herstellung von Banknoten vereinfachen. Ein Wasserzeichen, das aus Zellulosestrukturen besteht, sei schliesslich so gut wie fĂ¤lschungssicher. Quelle: Pflanzenforschung.de

Bild: Paula Rudall

Originalpublikation S Vignolini et al., ÂŤPointillist structural color in Pollia fruitÂť, PNAS 109(39), 15712â&#x20AC;&#x201C;15715 (2012)

Mikroskopische Aufnahme der Pollia condensataâ&#x20AC;&#x201C;Frucht.

11/ 2012

Kontakt Dr. Silvia Vignolini University of Cambridge Cavendish Laboratory, Department of Physics J. J. Thomson Avenue, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom Telefon +44 (0)122 333 70 73 sv319@cam.ac.uk www.bio.phy.cam.ac.uk â&#x2013;

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FORSCHUNG

Nicht nur die Oberfläche bestimmt, wie fest der Gecko an der Decke hängt

Gecko-Zehen im Mittelpunkt

Bild: Kellar Autumn

Wie stark zwei Materialoberflächen aneinander haften, kann von der Materialzusammensetzung tief unter den Oberflächen abhängen. Das haben Physiker um Karin Jacobs und Peter Loskill von der Universität des Saarlandes gemeinsam mit der Forschergruppe von Kellar Autumn vom Lewis & Clark College durch systematische Messung von Adhäsionskräften herausgefunden. Daraus entwickelten sie den neuen Begriff «subsurface energy». Gegenstand der Forschung waren die Härchen von Gecko-Zehen. Der Gecko ist das grösste Tier, das an der Zimmerdecke laufen kann. Dazu hat das Reptil unter seinen Zehen Millionen feiner Härchen, die an ihren Enden jeweils etwa hundert winzige, spatelförmige Verbreiterungen besitzen. Diese Spatel stehen in intensivem Kontakt mit der Oberfläche, die der Gecko berührt. Dabei werden sie von der Oberfläche durch molekulare Kräfte angezogen. Das Forscherteam, das bisher die Haftkraft von Bakterien und Proteinen an Oberflächen untersucht hat, konnte nun nachweisen, dass sogar ein Gecko spüren kann, wie das Material tief unter der Oberfläche zusammengesetzt ist. Für ihre Experimente zur Tiefenempfindlichkeit entfernten die Wissenschaftler behutsam die Härchen von den Zehen eines Tokay-Geckos; diese werden bei der folgenden Häutung des Tieres durch neue

Winzige Härchen an den Zehen ermöglichen es dem Gecko, an der Decke zu laufen.

ersetzt. Sie bündelten die Härchen und klebten sie an die Spitze eines hochempfindlichen Kraftmessers. Anschliessend wurde dieser über die Oberfläche von Siliziumscheiben gezogen, die unterschiedlich dick mit Siliziumdioxid beschichtet waren. Die dabei auftretenden Reibungs- und Anziehungskräfte konnten die Forscher mit hoher Genauigkeit messen. Dabei zeigte es sich, dass die Härchenbündel umso stärker von der Siliziumoberfläche angezogen werden, je dünner die auflagernde Siliziumdioxid-Schicht ist. «Die molekularen Anziehungskräfte des Siliziums, die stärker sind als die des Siliziumdioxids, konnten die dünne Siliziumdioxidschicht problemlos durchdringen, obwohl diese mit zwei Nanometern immerhin etwa 20 Atomlagen dick war. Dagegen schwächte eine 150 Nanometer dicke Siliziumdioxidschicht die Anziehungskräfte des darunter liegenden Siliziums deutlich ab», erklärt Jacobs. Das gelte auch dann, wenn die ursprünglich hydrophilen Scheiben durch eine zusätzliche dünne Beschichtung hydrophob, also wasserabweisend gemacht worden waren oder wenn die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit verändert wurden. Auf diesen Beobachtungen aufbauend haben die Forscher Adhäsionskräfte von Oberflächen neu beschrieben und dabei erstmals auch den Materialaufbau unter der Oberfläche berücksichtigt. «Bisher hat man die Adhäsionskräfte von der Oberflächenenergie hergeleitet. Sie ist eine Eigenschaft der äussersten, oberflächennahen Atomlagen bis zu einer Tiefe von etwa einem Nanometer», sagt Jacobs. «Unsere neue Beschreibung bezieht aber zusätzlich die molekulare van der Waals-Kraft ein, die aus tieferen Schichten resultiert.» Durch sie macht sich der atomare Aufbau im Innern eines Materials auch an dessen Oberfläche bemerkbar – durch makrosko-

pisch nachweisbare Unterschiede der Adhäsionskräfte. Die Forscher glauben, dass diese neue Herangehensweise sowohl für die Naturwissenschaften als auch für die Ingenieurwissenschaften von Bedeutung sein wird. Quelle: Universität des Saarlandes

Originalpublikation P Loskill, J Puthoff, M Wilkinson, K Mecke, K Jacobs and K Autumn, «Macroscale adhesion of gecko setae reflects nanoscale differences in subsurface composition», J R Soc Interface, doi: 10.1098/rsif.2012.0587 (2012)

Kontakt Prof. Dr. Karin Jacobs Universität des Saarlandes Fachrichtung Experimentalphysik Postfach 151 150, D-66041 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 302 71788 k.jacobs@ physik.uni-saarland.de www.uni-saarland.de 11/ 2012

Bild: Kellar Autumn

Mithilfe von Tokay-Geckos machen Forscher interessante Entdeckungen zur Tiefenempfindlichkeit. Durch ihre Beobachtungen konnten sie eine neue Beschreibung der Adhäsionskräfte von Oberflächen entwickeln, die erstmals auch den Materialaufbau unter der Oberfläche berücksichtigt.

MEDIZIN/PHARMA

Freiburger Forscher entschlüsseln Schutzfunktion des Immunsystems

Kontaktallergene sind für manche gefährlich Die meisten Kontaktallergien entstehen am Arbeitsplatz, wo die Betroffenen regelmässig mit entsprechenden Substanzen in Berührung kommen, das Krankheitsbild gehört zu den häufigsten Ursachen für Berufsunfähigkeiten. Warum dennoch der Grossteil der Normalbevölkerung nicht auf Kontaktallergene reagiert, haben jetzt Freiburger Wissenschaftler herausgefunden. Das allergische Kontaktekzem ist eine akute oder chronische entzündliche Hauterkrankung, die durch eine Überempfindlichkeitsreaktion auf bestimmte Chemikalien oder Metallionen, sogenannte Kontaktallergene, ausgelöst wird. Aktuell sind mehr als 4000 Kontaktallergene bekannt. Die Häufigkeit des allergischen Kontaktekzems in der Bevölkerung wird auf 2 bis 6 Prozent geschätzt und die sogenannte Lebenszeitprävalenz, die angibt, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass jemand im Laufe seines Lebens eine Kontaktallergie entwickelt, liegt bei 15 Prozent. Daher arbeiten Forscherinnen und Forscher intensiv daran, die Mechanismen der Entstehung des allergischen Kontaktekzems besser zu verstehen und Strategien zu entwickeln, wie die allergische Überempfindlichkeitsreaktion zu verhindern ist. Schon seit längerem versuchen Hautärzte zu klären, warum nicht alle Menschen an Kontaktekzemen erkranken. Womöglich kommt das «Vertragen» der Kontaktallergene daher, dass der Körper diese Substanzen einfach ignoriert, oder es handelt sich um einen aktiv gesteuerten Prozess, bei dem das Immunsystem lernt, derartige Substan-

zen zu tolerieren. Inzwischen weiss man, dass es bei Kontakt mit geringsten Konzentrationen von Kontaktallergenen zu dem Phänomen der Kontakttoleranz kommt, das heisst der wiederholte Kontakt mit extrem niedrigen Konzentrationen von Kontaktallergenen führt tatsächlich zu einem Schutz vor Allergien. Wie das genau funktioniert, wurde nun in einer aktuellen Arbeit der Forschergruppe Allergologie unter der Leitung von Thilo Jakob am Universitätsklinikum Freiburg entschlüsselt. In Zusammenarbeit mit Forschern des Universitätsklinikums Mainz konnte das Freiburger Team zeigen, dass geringste Konzentrationen des Kontaktallergens zu einer Aktivierung von sogenannten regulatorischen T-Zellen führen. Die wiederum beeinflussen dendritische Zellen so, dass sie sich tolerant zeigen und dafür sorgen, dass die für die allergischen Entzündungen der Haut verantwortlichen allergenspezifischen T-Zellen gezielt ausgeschaltet werden. Der Freiburger Arzt hofft nun, dass die hieran beteiligten Mechanismen künftig gezielt beeinflusst werden können, was eine Toleranzentstehung ermöglichen würde. Denkbar sind dafür zwei Ansätze.

«Wir könnten die zur Toleranz führenden Mechanismen präventiv unterstützen und damit die Entstehung einer Kontaktallergie verhindern. Interessant wäre aber auch ein therapeutischer Ansatz, mit dem bei bereits bestehender Kontaktallergie das Immunsystem so umprogrammiert wird, dass der Kontakt mit der entsprechenden Substanz wieder toleriert wird». Quelle: Universitätsklinikum Freiburg

Originalpublikation U Luckey, et al. «Crosstalk of regulatory T cells and tolerogenic dendritic cells prevents contact allergy in subjects with low zone tolerance» J Allergy Clin Immunol 130(3), 781–797.e11 (2012) Kontakt Prof. Dr. med. Thilo Jakob Universitätsklinikum Freiburg Hugstetter Strasse 49, D-79106 Freiburg Telefon +49 (0)761 270 67140 thilo.jakob@uniklinik-freiburg.de www.uniklinik-freiburg.de

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11/ 2012

MEDIZIN/PHARMA

Funktionierender Chloridkanal ist entscheidend

Neuer Therapieansatz bei schwerem Asthma entdeckt Bei schweren Formen der chronischen Lungenerkrankung Asthma bronchiale fehlt ein bestimmtes Transportprotein, das zur Verdünnung des Lungensekrets beiträgt. Der Schleim bleibt trocken, löst sich nicht und kann die Atmung lebensgefährlich behindern. Diesen Zusammenhang haben Wissenschaftler jetzt im Tiermodell herausgefunden. Ausserdem haben Kinder mit Veränderungen im genetischen Bauplan für das Protein ein höheres Asthmarisiko. Nun können erstmals Wirkstoffe entwickelt werden, die an dieser Stelle gezielt ansetzen.

Asthma zählt zu den häufigsten chronischen Erkrankungen. Als Reaktion auf allergieauslösende Stoffe in der Atemluft verengen sich die Bronchien, die Schleimhäute der Atemwege schwellen an und sondern verstärkt Sekret ab, es entsteht eine chronische Entzündung. Gängige Therapien lösen die verkrampfte Muskulatur der Bronchien und unterdrücken die Entzündung. Bei Patienten mit sehr schwerem Asthma sind aber häufig zusätzlich die Atemwege mit trockenem Schleim ausgekleidet und verstopft – ihnen helfen die verfügbaren Medikamente daher nur wenig. «Es gibt bisher noch keine Wirkstoffe, mit denen wir den Abfluss des zähen Sekrets bei schweren Asthmaanfällen fördern könnten», erklärt Marcus Mall vom Zentrum für Translationale Lungenforschung Heidel-

Ein Guter Tipp

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berg. «Dieses Problem wurde bisher auch wenig erforscht.» Ein Forscherteam des Universitätsklinikums Heidelberg und der Medizinischen Hochschule Hannover identifizierte nun erstmals eine Ursache für den zu trockenen Schleim und damit den ersten Ansatzpunkt zur Behandlung dieser lebensgefährlichen Komplikation.

Genmutationen erhöhten bei Kindern Risiko für Asthma Die Wissenschaftler untersuchten an Mäusen den Einfluss des Proteins SLC26A9, einem sogenannten Chloridkanal in den Zellen der Atemwegsschleimhäute, auf den Schweregrad des Asthmas. Das Eiweissmolekül spielt eine wichtige Rolle beim Flüssigkeitstransport aus dem Zelleninneren auf die Oberfläche der Atemwege. Sie zeigten, dass der Chloridkanal bei der allergischen Entzündung aktiviert wird und Chlorid aus der Schleimhaut in das Lungensekret transportiert. Wasser strömt nach und befeuchtet den vermehrt gebildeten Schleim. So kann dieser sich lösen und gemeinsam mit den Allergenen und anderen Reizstoffen aus der Lunge befördert werden. Anders bei Mäusen mit Asthma, die den Kanal nicht bilden können: Bei ihnen steigt der Chlorid- Transport nicht an. In ihren Lungen entstehen unlösliche Schleimpfropfen, wie sie auch bei Menschen mit schwerem therapieresistentem Asthma oder nach tödlichen Asthmaanfällen zu finden sind. Zusätzlich suchte das Team bei 661 Kindern mit Asthma und 658 gesunden Kindern nach Fehlern im genetischen Bauplan des Chloridkanals. «Bestimmte Veränderungen, die die Funktion des Proteins beeinträchtigen, waren bei Kindern mit Asthma zu 50 Prozent häufiger

zu finden als bei gesunden Kindern», erklärt Mall. «Wir gehen daher davon aus, dass Fehler im Aufbau oder in der Regulation des Kanals das Risiko, an schwerem Asthma zu erkranken, deutlich erhöhen.» Als Nächstes gilt es zu klären, welche Veränderungen des Kanals beim Menschen vorkommen und wie diese sich auf die Schwere der Erkrankung auswirken. In Zukunft könnte ein Wirkstoff, der SLC26A9 aktiviert, den Patienten helfen, bei denen bisherige Therapien nicht anschlagen. Eventuell liesse sich ein solches Medikament auch in der Behandlung der Mukoviszidose einsetzen: Auch bei dieser bislang nicht heilbaren Erbkrankheit bildet sich zäher Schleim in der Lunge, der chronische Lungenentzündungen hervorruft und die Atmung behindert. Quelle: Chemie.de Information Service GmbH

Originalpublikation P Anagnostopoulou et al., «SLC26A9-mediated chloride secretion prevents mucus obstruction in airwayinflammation», J Clin Invest 122(10), 3629-3634 (2012)

Kontakt Prof. Marcus A. Mall Universitätsklinikum Heidelberg Im Neuenheimer Feld 430 D-69120 Heidelberg Telefon +49 (0)6221 56 8840 Marcus.Mall@med.uni-heidelberg.de www.klinikum.uni-heidelberg.de 11/ 2012

Bilder: GEMÜ

Viel Platz bietet die neue Produktionshalle im GEMÜ Reinraumwerk in Emmen

Modernste Reinraumtechnik im Herzen der Schweiz

Für die Zukunft gebaut Am 21. September 2012 hat die Gemü GmbH das neue Reinraumwerk im Kanton Luzern eröffnet. In einer Bauzeit von nur 18 Monaten entstand hier ein Gebäude, das jeweils über 3000 m2 hochmoderne Produktions- und Lagerflächen sowie einen Verwaltungsbereich umfasst. Damit ist die Firma vorbereitet auf den zu erwartenden Boom im Bereich der Single Use-Technologie, der Halbleiterindustrie und der Medizintechnik.

Der Geschäftsführer der GEMÜ Schweiz, André Schüpfer

ternehmens für Ventil-, Mess- und Regelsysteme hat Grosses vor in Emmen bei Luzern. Neben der Fertigung von Ventilen und Zubehör für die Halbleiterindustrie und der Single Use Disposable Valve Fertigung steht im neuen Werk vor allem die Fertigung von Medizinprodukten im Vordergrund. «Implantate werden bei uns nicht hergestellt», betont Beat Wasser vom Vertrieb Medizintechnik der Gemü Schweiz, «aber wir haben massgeschneiderte Lösungen für chirurgische Präzisionsinstrumente, für Laborzubehör und andere Hilfsmittel.» Der ganze Bereich Medizintechnik soll im neuen Werk auch in Zukunft noch stärker ausgebaut werden.

Sabine Goldhahn Riesige lichtdurchflutete Hallen, helle Farben, spiegelnde Flächen, grosszügige Nebenräume und Platz, wohin man blickt. Die Schweizer Tochterfirma des deutschen Un11/ 2012

Halbleitermarkt weiterhin interessant Daneben konzentriert sich die Gemü-Gruppe auf den Halbleitermarkt. «Wir rechnen

hier mit einem starken Zuwachs ab 2014», erklärt der Leiter Vertrieb und Marketing, Patrick Zurbuchen: «Dann werden die Wafer mit einem Durchmesser von 18 Zoll herauskommen, was die ganze Branche ankurbeln wird. Es sind eine höhere Reinheit und eine bessere Technologie erforderlich, und wir wollen mit dem neuen Werk möglichst viel Zeit gewinnen.» Derzeit setzen die meisten Chiphersteller in der High End-Produktion noch auf 12-Zoll-Technologien. Die künftige Nutzung grösserer Wafer wird jedoch die Produktionskosten für Chips reduzieren, da mehr Schaltkreise aus einem Wafer geschnitten werden können. Auch auf den gestiegenen Bedarf an Single-Use-Produkten vonseiten der PharmaIndustrie ist die Gemü-Gruppe jetzt vorbereitet. «Bisher konnten wir einige grosse Aufträge nicht annehmen, da Platz und Kapazität zu klein waren», sagt André 31

BERICHTE ÜBER FIRMEN

Bilder: GEMÜ

gelegt: Das Spektrum reicht hier unter anderem von einer Wärmerückgewinnung im Schichtenspeicher für Druckluftanlage und Lüftungsanlage, einer Kühlung der Spritzgussmaschinen und der Kühlkassetten über Grundwasser, einer luftsparenden Rhomboidklappe für die Lüftung bis hin zur Retention des Regenwassers unterhalb des Gebäudes und der Parkplätze. Für Fritz Müller hat der neue Gemü-Bau neben den vielen Innovationen noch einen ganz besonderen Reiz: «Das ist ein Baukastensystem, wo wir noch auf drei Seiten anbauen können, ohne das Design zu verändern.» Die Gemü wächst. Und das gilt auch für die Zahl der Mitarbeiter: Verglichen mit 70 Angestellten im Jahr 2005 sind heute bereits 150 Leute bei der Gemü Schweiz beschäftigt.

Produktion Reinraum

Schüpfer, Geschäftsführer der Gemü Schweiz, «in unserem neuen Werk haben wir jedoch so geplant, dass wir noch 30 Prozent Reserven haben.» Dabei sind die Dimensionen des Werks in Emmen jetzt schon gross: Allein für die Spritzgiesstechnik beträgt die Reinraumkapazität für die ISO-Klasse 8 (in operation) und GMP-Klasse C 1800 m2, weitere etwa 1000 m2 Reinraumkapazität gleicher ISO- und GMP-Klasse stehen für die Montagetechnik zur Verfügung; lokal kann dieser Bereich sogar auf ISO 6 erhöht werden. Gegenwärtig sind bereits acht Spritzgussmaschinen in Emmen in Betrieb. Wenn das neue Werk seinen vollständigen Betrieb aufgenommen haben wird, können 23 Spritzgiessmaschinen mit einer Schliesskraft von 35 bis 300 Tonnen zum Einsatz kommen. Das wird jedoch frühestens im Februar 2013 sein, denn vorher stehen noch umfassende Va-

Kinder belohnen statt bestrafen

lidierungen der einzelnen Prozesse an. Auch das Werk in Rotkreuz bleibt bestehen. Bis dahin wird sowohl in dem seit fast 30 Jahren bestehenden Gemü-Werk in Rotkreuz als auch in Emmen produziert werden. Obwohl Rotkreuz nur etwa 15 Autominuten entfernt ist, denkt nach Aussage Zurbuchens niemand daran, den Standort Rotkreuz zu schliessen. «Mit der Errichtung des neuen Reinraumwerks in Emmen haben wir ein klares Bekenntnis zur Schweiz gemacht», sagt der Inhaber und Geschäftsführer der Gemü-Unternehmensgruppe, Fritz Müller, und erzählt schmunzelnd weiter: «Und in puncto Reinheit und Reinraum befinden wir uns hier in guter Gesellschaft, immerhin ist die Lebensmittelfirma Emmi gleich nebenan.» Um den hohen Qualitätsansprüchen an die Reinraumproduktion zu genügen, hat die Gemü besonderen Wert auf Redundanzen

Aussenfassade des neuen Reinraumwerkes in Emmen/Kanton Luzern

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11/ 2012

LABOR

Leuchtende Blume für TNT-Ultraspurenanalyse

TNT-Nachweis bis in den Sub-Zeptomol-Bereich

Bild: Wiley-VCH

Hochempfindliche und hochselektive Testverfahren sind wichtig für die Früherkennung von Krankheiten, die Detektion von Umweltgiften oder von Sprengstoffspuren in Flughäfen. Erhöhte Selektivität für den gesuchten Analyten hilft, falsch-positive Resultate zu vermeiden. Indische Wissenschaftler stellen jetzt ein spezifisches Nachweisverfahren für den Sprengstoff TNT vor, mit dem noch einzelne Moleküle detektiert werden können.

Eins zu eins: Der visuelle Nachweis von 2,4,6-Trinitrotoluol und Hg 2+ im Zeptomol-Bereich und darunter gelingt mithilfe eines Hybridmaterials. Die hierfür genutzte Ein-Partikel-ein-MolekülTechnik könnte die ultimative Lösung für die selektive Detektion kleinster Substanzspuren sein.

Bild: Wikipedia

Drei Wissenschaftler um Thalappil Pradeep vom Indian Institute of Technology Madras verwenden eine ausgeklügelte Kombination aus Mikro- und Nanostrukturen als Sensoren: So genannte Gold-Mesoflowers, zirka 4 µm grosse blumenförmige Goldpartikel, beschichtet mit Siliziumdioxid, dienen als Träger für Silber-Cluster, winzige «Häufchen» aus exakt 15 Silber-Atomen, die in das Protein Rinderserum-Albumin

Trinitrotoluol (TNT) ist einer der bekanntesten Sprengstoffe

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eingebettet sind. Mit Licht der passenden Wellenlänge bestrahlt, lumineszieren die Silber-Cluster rot. Das Gold der blumigen Träger verstärkt die Fluoreszenz. Der besondere Vorteil ist ihre ganz einzigartige Form, die, anders als rundliche Partikel, unter einem optischen Mikroskop leicht eindeutig identifiziert werden kann. Wird ein Tröpfchen einer TNT-haltigen Lösung aufgegeben, reagiert dieses mit den Aminogruppen des Rinderserum-Albumins zu einem so genannten MeisenheimerKomplex – eine Reaktion, die für TNT spezifisch ist. Dadurch wird das rote Leuchten der Silber-Cluster ausgelöscht. Um diese Reaktion noch eindeutiger zu machen, betten die Forscher zusätzlich einen grün fluoreszierenden Farbstoff in die Siliziumdioxid-Schicht ein, die sie auf die Gold-Blumen aufkristallisieren lassen. Solange die Silber-Cluster rot leuchten, ist deren Fluoreszenz unterdrückt. Knipsen TNT-Moleküle das rote Leuchten aber aus, beginnt der Farbstoff grün zu leuchten. Unter dem Fluoreszenzmikroskop kann ein Farbumschlag von rot nach grün beobachtet werden.

Bereits eine TNT-Konzentration von 1 ppb (parts per billion, 1 Teil pro einer Milliarde) löscht das Leuchten aus, 1 ppt (parts per trillion, 1 Teil pro einer Billion) reduziert es noch merklich. Die Forscher sicherten ihr Lumineszenz-Verfahren mit einer weiteren analytischen Methode ab, dem SERS (Surface-enhanced Raman Scattering), die ebenfalls ausgezeichnet mit einer Variante der blumigen Sensoren funktioniert. «So liessen sich Nachweisgrenzen bis in den sub-Zeptomol-Bereich (10–21 mol) erreichen», erläutert Pradeep. Im Grunde reicht eine einzige «Blume» als Sensor aus. Sie reagiert bereits, wenn sie mit zirka neun Molekülen TNT in Berührung kommt. An einem auf diesem Prinzip basierenden Gerät wird derzeit gearbeitet. Den Forschern gelang ausserdem ein ähnlich empfindlicher Nachweis von Quecksilber nach der gleichen Sensor-Strategie. Pradeep: «Unser Konzept liesse sich zur Ultraspurenanalyse weiterer Stoffe nutzen, indem spezifische Liganden auf den Sensoren fi xiert werden.» Quelle: Angewandte Chemie

Originalpublikation A Mathew, PR Sajanlal, T Pradeep, «Selective Visual Detection of TNT at the Sub-Zeptomole Level», Angew Chem 51(38), 9596–9600 (2012) Kontakt Prof. Thalappil Pradeep Indian Institute of Technology Madras IN-600 036 Chennai Telefon +91 (0)44 2257 4208 pradeep@iitm.ac.in www. iitm.ac.in 33

ERNÄHRUNG

Phytochelatine helfen Forschern bei der Arsenbestimmung

Besserer Nachweis von Arsen in Reis

Bild: André Künzelmann/UFZ

Millionen Menschen in vielen Ländern Südostasiens verwenden arsenhaltiges Wasser zum Trinken oder für die Bewässerung der Felder. Das Arsen stammt aus geologischen Formationen und löst sich im Grundwasser. Da es chronisch toxisch wirkt, werden die Folgen oft erst nach einem Jahrzehnt erkannt, wenn die verschiedenen Symptome zu Tage treten. Arsenikose zeigt sich an Flecken auf der Haut bis hin zu schweren Hautschädigungen. Es werden Blutgefässe und später Organe angegriffen. Die Krebsgeschwüre im Körper können schliesslich zum Tod führen. Um das giftige Arsen, das in verschiedenen chemischen Formen auftreten kann, zu erkennen, haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Universität Leipzig und der Universidad Autónoma de Puebla in Mexiko neue Analyseverfahren entwickelt. Dabei bedienten sie sich eines Tricks: Pflanzen haben im Laufe der Zeit Enzyme entwickelt, die ihnen

Um das giftige Arsen, das in verschiedenen chemischen Formen auftreten kann, zu erkennen, bedienten sich die Wissenschaftler eines Tricks: Pflanzen haben im Laufe der Zeit Enzyme entwickelt, die ihnen helfen, mit Schwermetallen zurecht zu kommen, die sie über ihre Wurzeln aufnehmen. Damit soll es künftig möglich werden, auch die Arsenkonzentrationen in belasteten Reispflanzen zu bestimmen.

Bild: Sonja Knapp/UFZ

Arsen ist chronisch toxisch und hat aufgrund seines Vorkommens in verschiedenen Lebensmitteln die Vergiftung von Millionen Menschen zur Folge. Kontaminierter Reis ist vor allem in Regionen von Indien, Bangladesh und Thailand, in denen auch das Grundwasser mit Arsen belastet ist, ein Problem. Um dem entgegenzuwirken, haben Forscher aus Deutschland und Mexico neue Methoden zur Arsenanalyse in Lebensmitteln entwickelt.

Millionen Menschen in Südostasien verwenden arsenhaltiges Wasser zum Trinken oder für die Bewässerung der Felder. Das Arsen stammt aus geologischen Formationen und löst sich im Grundwasser. Über den Reis kann es dann in den Körper gelangen und dramatische Langzeitfolgen verursachen.

helfen, mit Schwermetallen zurechtzukommen, die sie über ihre Wurzeln aufnehmen. Diese Phytochelatine binden Schwermetallionen wie As(III) – also das berüchtigte Arsenik, das erst seit dem 19. Jahrhundert nachgewiesen werden kann und als «Schwiegermuttergift» berüchtigt wurde. Zur besseren Erkennung dieser cysteinreichen Peptide und der Komplexe mit Arsen optimierten die Wissenschaftler nun eine Analysemethode mit dem Namen UHPLCICP-MS/ESI-Q-TOF-MS, mit der es künftig möglich sein soll, auch die Arsenkonzentrationen in belasteten Reispflanzen zu bestimmen. Arsen kann jedoch nicht nur im Reis ein Problem sein, sondern auch in Fischen, die aus belasteten Gewässern stammen. So stehen bei der Bevölkerung rund um den Chapala-See, dem grössten See Mexikos, Karpfen (Cyprinus Carpio) und Buntbarsche (Tilapia) auf dem Speisezettel. In der Leber der Karpfen fanden die Wissenschaftler die

höchsten Konzentrationen an Arsen. Arsen kommt jedoch in verschiedenen Formen (Arsenspezies) vor, die unterschiedlich giftig sind. Die Chemiker aus Puebla und Leipzig kombinierten daher mehrere Analysemethoden, um auch die Arsenspezies (Arsenolipide) sicher bestimmen und Aussagen treffen zu können, wie riskant die Arsenbelastung im Fischgewebe tatsächlich ist. Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)

Kontakt Dr. habil. Jürgen Mattusch Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Permoserstrasse 15 D-04318 Leipzig Telefon +49 (0)341 235 1432 juergen.mattusch@ufz.de www.ufz.de 11/ 2012

ERNÄHRUNG

Bioverfügbarkeitsstudie bestätigt Risikobewertung

Cassia-Zimt nur massvoll verzehren

Zimt ist nicht nur ein fester Bestandteil von Weihnachtsgebäck. Auch in und auf Kuchen, Milchreis und anderen Süssspeisen wird Zimt als Gewürz eingesetzt. Im Wesentlichen ist zu unterscheiden zwischen dem milden Ceylon-Zimt, der in Sri Lanka heimisch ist, und den etwas herberen Cassia-Arten, die höhere Mengen an Cumarin enthalten. Forscher haben nun konkretisiert, in welchem Mass man Cassia- Zimt verzehren kann, ohne dass es schädliche Auswirkungen hat.

Besonders in der Vorweihnachtszeit sind Zimtplätzchen ein Genuss

Cumarin ist ein Aromastoff, der in höheren Konzentrationen in Zimtsorten vorkommt, die unter dem Begriff Cassia-Zimt zusammengefasst werden. Aus der arzneilichen Anwendung von Cumarin ist bekannt, dass bereits relativ niedrige Dosierungen bei empfindlichen Personen Leberschäden verursachen können. Das deutsche Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) hat durch Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit von Cumarin beim Menschen nachgewiesen, dass in die Pflanzenmatrix Zimt eingebundenes Cumarin ähnlich gut vom Körper aufgenommen wird wie isoliertes Cumarin. Der Wert für die tolerierbare tägliche Aufnahmedosis gilt daher auch für Cumarin in Zimt. «Verbraucher, die oft grosse Mengen Zimt als Gewürz verwenden, sollten cumarinarmen Ceylon-Zimt verwenden.» sagt BfR-Präsident Andreas Hensel. Weiterhin gelten seit 2011 neue europäische Höchstgehalte für Cumarin in bestimmten verzehrfertigen Lebensmitteln. Die tolerierbare Dosis (TDI-Wert) von 0,1 mg Cumarin pro Kilogramm Körpergewicht, die ohne gesundheitliche Beeinträchtigung ein Leben lang täglich aufgenommen werden 11/ 2012

kann, ist weiterhin gültig. Die Bioverfügbarkeit beschreibt, wie viel von einer Substanz nach dem Verzehr im Körper zur Verfügung steht. Das BfR hat die relative Bioverfügbarkeit von Cumarin durch eine «CrossOver-Studie» untersucht. Dabei erhielten die jeweils 12 teilnehmenden Männer und Frauen zu verschiedenen Zeiten sowohl Cumarin als isolierte Substanz als auch Cumarin in unterschiedlichen Zimt-Applikationen. Die Messungen im Urin und Blut erfolgten mit einer neu entwickelten Analyse-Methode; die Quantifizierung wurde über einen Deuterium-markierten internen Standard vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass Cumarin aus Cassia-Zimt (als Pulver in Kapseln oder im Milchreis) fast genauso gut aufgenommen wird wie das isolierte Cumarin. Auch wenn die neuen EU-Höchstgehalte ausgeschöpft werden, sind Überschreitungen des TDI-Werts nur möglich, wenn täglich sehr grosse Mengen an zimthaltigen Lebensmitteln verzehrt werden. Bei Kleinkindern mit einem Körpergewicht von 15 kg wäre der TDI-Wert bei 30 g Zimtsternen (ca. 6 kleine Zimtsterne) oder 100 g Leb-

kuchen täglich ausgeschöpft. Für Zimtstangen und Zimtpulver als Gewürz zur Verwendung im Haushalt sind seitens der Europäischen Kommission keine Höchstgehalte festgelegt worden. Da eine geringe Überschreitung des TDI-Werts für ein bis zwei Wochen als unbedenklich anzusehen ist, wäre ein gesundheitliches Risiko nur für solche Verbraucher möglich, die sehr viel Cassia-Zimt mit hohen Cumaringehalten über einen längeren Zeitraum verzehren. Bei einem Erwachsenen mit einem Körpergewicht von 60 kg ist der TDI-Wert bei 2 g Cassia-Zimt täglich mit durchschnittlichen Cumaringehalten ausgeschöpft. Bei einem

Cumarin

Kleinkind mit einem Körpergewicht von 15 kg ist dies bei einer täglichen Aufnahme von 0,5 g Cassia-Zimt mit durchschnittlichen Cumaringehalten der Fall. Das BfR rät nach wie vor zum massvollen Verzehr von Cassia-Zimt mit hohen Cumaringehalten. Verbraucher, die oft grosse Mengen Zimt als Gewürz verwenden, können auf cumarinarmen Ceylon-Zimt ausweichen. Quelle: Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) Originalpublikation Stellungnahme Nr. 036/2012 des BfR vom 27. September 2012 www.bfr.bund.de/cm/343/ neue-erkenntnisse-zu-cumarin-in-zimt.pdf 35

ERNÄHRUNG

Erste Gewächshausversuche waren erfolgreich

Neue Manioksorte trotzt verheerender Viren Pflanzenwissenschaftler der ETH Zürich haben eine von afrikanischen Konsumenten und Landwirten bevorzugte Manioksorte entwickelt, die gegen zwei seiner ernsthaften Virenkrankheiten resistent ist. Nun möchten sie diese Sorte in Afrika testen.

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Maniok gehört in tropischen Ländern zu den wichtigsten Nutzpflanzen, besonders in Afrika südlich der Sahara. Verschiedene Pflanzenviren bedrohen jedoch dessen Anbau und damit die Nahrungsgrundlage von hunderten Millionen Menschen. ETH-Forschende unter der Leitung von Wilhelm Gruissem, Professor für Pflanzen-Biotechnologie, und von seinem Oberassistenten Hervé Vanderschuren haben deshalb mithilfe der Gentechnologie eine neue Sorte Maniok entwickelt, die gegen das gefürchtete «Cassava Brown Streak Virus» resistent ist. Dieses Virus infiziert die essbaren stärkereichen Wurzeln, wo sich braune streifenartige Flecken bilden. Das macht die Wurzeln ungeniessbar. Seinen Ursprung hat das Virus in Ostafrika und droht, sich nach Zentral- und Westafrika auszubreiten.

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Um Maniok gegen das Braunstreifen-Virus resistent zu machen, haben die Forscher das Erbgut einer Manioksorte soweit verändert, dass sie so genannte «small interfering RNA»-Moleküle (siRNA) bildet. Diese dockt an einen Abschnitt des Virusgenoms, das ebenfalls eine Ribonukleinsäure (RNS) ist, an.

Impfen mit RNA Damit legt die siRNA das Virus-Erbgut lahm, sodass sich der Erreger in der Pflanze weder vermehren noch verbreiten kann. Die Pflanze stellt die siRNA auch natürlicherweise nach einer Infektion mit dem Virus her. Die Forscher haben aber eine Möglichkeit gefunden, Maniok dazu zu bringen, diese siRNA vor einer Infektion in allen Pflanzenteilen herzustellen. Damit ist diese Manioksorte auf den Virenbefall vorbereitet. Die siRNA dockt an einem Abschnitt der Viren-RNS an, die im Laufe der Entwicklungsgeschichte erhalten blieb und sich kaum verändert hat. Damit dürfte es dem Virus schwerer fallen, sich rasch an die durch die siRNA vermittelte Immunität anzupassen. Gewächshaus-Versuche zeigten den ETHForschern, dass das neue Gen für die siRNA Maniok wirksam vor dem Virus schützt. So konnten die Wissenschaftler auch mehrere Monate nach der Infizierung von transgenen Testpflanzen mit dem Braunstreifen-Virus keine Anzeichen erkennen, dass es sich vermehren kann. Auf den Maniok selbst hat die siRNA-Produktion keinen negativen Effekt. Sie wächst normal und bildet gesunde Wurzeln aus. Eingepflanzt wurde das Genkonstrukt der nigerianischen Sorte TME 7, auch bekannt als «Oko-iyawo», die aus Dutzenden von möglichen Sorten ausgewählt wurde, weil sie bei Konsumenten und Landwirten beliebt ist und die besten Vorausset-

Bild: ETH Zürich

Peter Rüegg

Infizierte Maniokwurzeln verfaulen

zungen für eine erfolgreiche Zucht hat. TME 7 ist natürlicherweise immun gegen das Maniok-Mosaikvirus, ein weiteres Virus, das den Maniokanbau in ganz Afrika ernsthaft bedroht.

Alte Resistenz bleibt erhalten «Diese Resistenz wird durch die zusätzlich eingebrachte Immunisierung gegen das Braunstreifen-Virus nicht verändert», sagt Gruissem. Übertragen werden beide Viren am wahrscheinlichsten durch die Weisse Fliege Bemisia tabaci, die Pflanzensäfte saugt und dabei die Krankheitserreger in die Maniokpflanze einschleust. «Die Weisse Fliege ist in den letzten Jahrzehnten viel häufiger geworden», betont Gruissem, «und gefährdet den Maniokanbau stärker denn je.» Die 11/ 2012

Fliege zu bekämpfen sei allerdings schwierig, selbst wenn sich die afrikanischen Bauern Pestizide leisten könnten. Deshalb sei Schutz des Manioks vor Viren über genetische Veränderungen viel effizienter und umweltfreundlicher.

Kostenloser Technologietransfer nach Afrika In der nächsten Zeit wollen Gruissem und Vanderschuren gemeinsam mit afrikanischen Kollegen die genveränderte Sorte in Feldversuchen testen, um herauszufinden, ob die Resistenz gegen beide Viren unter natürlichen Bedingungen bestehen bleibt. Für die Feldexperimente hat die deutsche Fiat Panis-Stiftung, die schon in der Vergangenheit die ManiokForschung an der ETH Zürich unterstützte, bereits eine Finanzierung in Aussicht gestellt. Die Zürcher Forscher sind auch aktiv daran beteiligt, die Technologie interessierten Forschungsinstitutionen in Afrika kostenlos zur Verfügung zu stellen, damit Wissenschaftler in den jeweiligen Ländern lokale von den Konsumenten bevorzugte Manioksorten gegen die Viren resistent machen können. Vanderschuren hat interessierten Forschungsinstitutionen in Kenia und Südafrika bereits geholfen, die Technologie einzuführen. In Tansania sind Bestrebungen im Gang, sie ebenfalls zu etablieren. «Die ETH unterstützt diese Länder dabei, indem sie ihnen die Technologien kostenlos zur Verfügung stellt. Die Produkteentwicklung sollte aber letztlich verstärkt von den einzelnen Ländern durchgeführt werden», sagt Gruissem. Für ihre Initiative hatte die Maniok-Forschungsgruppe der ETH 2011 den Forschungspreis des Schweizerischen Forums für Internationale Agrarforschung (SFIAR) erhalten. Quelle: ETH Zürich

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Originalpublikation H Vanderschuren, I Moreno, RB Anjanappa, IM Zainuddin, W Gruissem, «Exploiting the combination of natural and genetically engineered resistance to Cassava mosaic and cassava brown streak viruses impacting cassava production in Africa», PLoS ONE 7(9), e45277 (2012)

Kontakt Dr. Hervé Vanderschuren ETH Zürich Department of Biology, Plant Biotechnology Universitätsstrasse 2 CH-8092 Zürich Telefon +41 (0)44 632 87 25 hvanderschuren@ethz.ch www.ethz.ch

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WERKSTOFFE

Gedruckte elektronische Schaltkreise

Druckbare Magnetoelektronik entwickelt

Cornelia Lange, IFW Dresden Elektronische Bauteile, die mit einfachen Druckverfahren direkt auf verschiedene Unterlagen aufgebracht werden können, haben in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Druckbare Schaltungen mit Widerständen, Transistoren und Dioden gibt es bereits. Sie können kostengünstig hergestellt werden und funktionieren auch auf flexiblen Unterlagen wie Papier oder Folie. Forscher aus Dresden und Chemnitz haben ein weiteres wichtiges Bauteil druckfähig gemacht: magnetische Sensoren, die auf dem Riesenmagnetowiderstand beruhen. Dieser sogenannte GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) bewirkt, dass geringe Änderungen eines äusseren Magnetfeldes starke Änderungen beim elektrischen Widerstand zur Folge haben. Praktisch wird das genutzt beim kontaktlosen Schalten oder beim Lesen magnetisch gespeicherter Informationen, wie sie für Festplatten in Computern vorliegen.

Magnetische Tinte Herkömmliche GMR-Sensoren bestehen aus Schichtstapeln ferromagnetischer und nicht-magnetischer Metalle (zum Beispiel

Ein druckbarer Magnetsensor fungiert als kontaktloser Schalter in einem integrierten Schaltkreis.

Cobalt und Kupfer), die auf feste Siliciumsubstrate aufgebracht werden. Oliver Schmidt, Direktor des Instituts für Integrative Nanowissenschaften am IFW Dresden und Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz, und sein Team haben diese Schichten vom Substrat abgelöst und daraus eine magnetische Tinte entwickelt, die bei Raumtemperatur einen Riesenmagnetowiderstand aufweist, der ausreicht, um funktionierende Sensoren auf flexiblen Substraten wie Papier oder Polymeren herzustellen. Eine erste Funktionsprobe für einen gedruckten GMR-Sensor liefert ein Magnetschalter, der in den elektronischen Schaltkreis einer Postkarte aufgedruckt und integriert ist. Die darin enthaltene Leuchtdiode wird von einem Magneten angesteuert, der den Widerstand des gedruckten Magnetsensors ändert und damit auch den Stromfluss beeinflusst. Damit haben die Forscher gezeigt, dass die gedruckten Magnetfeldsensoren in andere, bereits bestehende druckbare elektronische Bauelemente integriert werden können, um magnetische Felder zu detektieren und auf sie zu reagieren. Dadurch werden neue Anwendungen für gedruckte elektronische Schaltkreise möglich: aktive intelligente Verpackungen, Postkarten, Bücher und Werbematerialien, die mit der Umgebung kommunizieren können. Die druckbaren Magnetsensoren können in komplexen Schaltkreisen als kontaktlose Schalter agieren. Kombiniert mit einem RFID-Transponder und einer druckbaren Antenne könnten integrierte Funktionalitäten wie zum Beispiel der Datenaustausch durch externe Magnetfelder gesteuert werden. «Unser erster Demonstrator eines auf eine Postkarte gedruckten Magnetschalters bringt die Vision einer integrierten durchgängig druckbaren Elektronik der Wirklichkeit ein grosses Stück näher», sagt Denys

Bilder: IF W Dresden

Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der TU Chemnitz haben die ersten druckbaren Sensoren entwickelt, die auf dem Riesenmagnetowiderstand (Giant Magneto Resistance) beruhen.

Der erste Demonstrator eines auf eine Postkarte gedruckten Magnetsensors, integriert in einen Schaltkreis mit einer Leuchtdiode, die durch ein äusseres Magnetfeld angesteuert wird.

Makarov, der die Gruppe Magnetic Nanomembranes im IFW Dresden leitet. Quelle: TU Chemnitz Originalpublikation D Karnaushenko, D Makarov, C Yan, R Streubel and OG Schmidt, «Printable Giant Magnetoresistive Devices», Advanced Materials 24 (33), 4518–4522 (2012) Kontakt Prof. Dr. Oliver G. Schmidt Professur für Materialsysteme der Nanoelektronik TU Chemnitz Reichenhainer Strasse 31–33 D-09107 Chemnitz Telefon +49 (0)371 531 33432 oschmidt@etit.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de 11/ 2012

WERKSTOFFE

Intelligente Textilien helfen gegen Einbrecher

Ein Stoff schlägt Alarm Forscher vom Berliner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration haben einen neuen Diebstahlschutz entwickelt: Ein Stoff, der Alarm schlägt, wenn er von Eindringlingen durchtrennt wird. Das Textil kann die Einbruchstelle genau lokalisieren und ist zudem deutlich günstiger als andere Warnsysteme. Da es grosse Flächen sichern kann, eignet es sich besonders als unsichtbarer Gebäudeschutz.

auf, um die Ladung zu stehlen. Wäre nun das Alarmtextil verbaut, würde es den Fahrer in seiner Schlafkabine sofort warnen. Forscher am Berliner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM haben den schlauen Stoff zusammen mit der Technischen Universität Berlin sowie der Ettlin Spinnerei und Weberei Produktions GmbH entwickelt. Die Ettlinger Firma fertigt unter anderem technische Textilen und hat die Innovation nun zum Patent angemeldet. R-KB

Diesen Stoff werden Diebe nicht mögen: Er sieht unscheinbar aus, doch er hat es in sich. Feine Leiterbahnen durchziehen ihn. Sie führen zu einem Mikrocontroller, an den sie melden, wenn ein Eindringling das Textil durchtrennt. Der Controller löst dann den Alarm aus. So lassen sich Gebäude, Tresore oder Lastkraftwagen vor dreisten Dieben schützen. Diese haben es besonders häufig auf LKWs abgesehen, die nachts auf Raststätten stehen. Wenn die Fahrer schlafen, schlitzen sie die Planen der Anhänger

Projektleiter Erik Simon vom IZM sieht viele Anwendungsmöglichkeiten für den neuen Stoff, der auch für grosse Flächen geeignet ist. «Damit liesse sich eine neue Art des unsichtbaren Gebäudeschutzes verwirklichen», sagt Simon. Möglich wäre zum Beispiel, das Textil als zweite Lage zusätzlich zu der Unterspannbahn eines ziegelgedeckten Hauses einzuziehen. Das wäre gerade für Museen mit wertvollen Sammlungen, für Juweliere oder auch für Banken eine interessante Lösung. Alternativ könne man

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den Stoff auch in Beton- und Leichtbauwände integrieren, etwa um Banktresore abzusichern. Sogar für Bodenbeläge sei er zu gebrauchen. Dann könnten nämlich Drucksensoren melden, ob heimlich Diebe einen Raum betreten.

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Das Besondere an der textilen Alarmanlage ist nicht nur, dass sie überhaupt einen Eindringling meldet, sondern dass sie auch genau lokalisiert, an welcher Stelle das passiert ist. Das wird durch ein leitfähiges Garn ermöglicht, das den ganzen Stoff gitterartig durchzieht. Man kann bis auf den Zentimeter genau bestimmen, wo jemand das Gitter durchtrennt hat. Um dasselbe mit handelsüblichen Lösungen zu erreichen, wäre ein aufwändiges und teures System von Lichtwellenleitern nötig. Für ihre textile Einbruchsicherung verwenden Simon und seine Kollegen durchweg Standardmaterialien und -komponenten wie silberbeschichtete leitfähige Garne und ein einfaches, aber robustes Auswertesystem. Das ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Zudem lässt sich das leitfähige Garn im normalen Textilherstellungsprozess in das Trägermaterial aus Polyester einarbeiten, wodurch frei konfektionierbare Bahnen entstehen, die ab einem Quadratmeter Grösse beliebig angepasst werden können. Auch im Stresstest hat sich die neue textile Alarmanlage bewährt. So haben die Forscher den Stoff in der Waschmaschine bei 40 Grad Celsius durchgewalkt und für 1000 Stunden einer Luftfeuchtigkeit von 85 Prozent und einer Temperatur von 85 Grad

Bild: Fraunhofer IZM

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Celsius ausgesetzt. Danach musste er im Ofen tausend Temperaturwechsel zwischen minus 40 und plus 85 Grad Celsius aushalten. Trotz dieser extremen Bedingungen sind bei dem textilen Alarmsystem keine Ausfälle aufgetreten. Quelle: IZM Fraunhofer Kontakt Erik Simon Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM Gustav-Meyer-Allee 25 D-13355 Berlin Telefon +49 (0)30 46403-652 erik.simon@izm.fraunhofer.de www.izm.fraunhofer.de

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Modelleisenbahnhäuser dienten als Testobjekte

Schwitzende Hausdächer Forschende der ETH Zürich lassen Hausdächer schwitzen: Eine neuentwickelte Kunststoffmatte für Dächer könnte dereinst helfen, Gebäude zu kühlen, ohne dabei Strom zu verbrauchen. Fabio Bergamin

Für ihre Experimente verwenden die Forscher handelsübliche Modellhäuschen.

Bilder: Rotzetter ACC et al. / Advanced Materials

Schwitzen ist ein denkbar einfacher und effizienter Prozess, um einen Körper abzukühlen. Menschen und Tiere nutzen ihn, um bei hochsommerlichen Temperaturen oder nach körperlicher Anstrengung nicht zu überhitzen. Dieser Prozess soll nun auch für die Kühlung von Gebäuden zur Verfügung stehen. Forschende aus der Gruppe von Wendelin Stark, Professor am Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften, haben eine Matte entwickelt, mit der sie Dächer decken möchten. Regnet es, saugt sich die Matte wie ein Schwamm mit Wasser voll. Wird die Matte bei Sonnenschein warm, gibt sie Wasser an ihre Oberfläche ab – sie «schwitzt». Dadurch wird dem Gebäude Wärme entzogen. Dies funktioniert gleich wie bei uns Menschen: Wenn wir schwitzen, sondern Drüsen in unserer Haut Schweiss ab, der mit der Zeit verdampft. Damit eine Schweissperle zu Dampf werden kann, benötigt sie Energie, die sie dem Körper in Form von Wärme entzieht. Für die «schwitzenden» Matten verwendeten die Forscher ein spezielles Polymer mit der Abkürzung PNIPAM, das von einer wasserdurchlässigen Membran geschützt wird. So kann sich die Matte bei Regen mit Wasser füllen. Die Speicherkapazität von PNIPAM ist temperaturabhängig. Wird das Material unter direkter Sonneneinstrahlung wärmer als 32 Grad, zieht es sich zusammen und nimmt wasserabstossende Eigenschaften an. Dadurch wird das Wasser durch die Membran an die Oberfläche der Matte gepresst, wo es wie Schweiss auf unserer Haut verdunstet. Getestet haben die Forscher das Prinzip im kleinen Massstab: Sie deckten Dächer von Modelleisenbahnhäuschen mit fünf Milimeter dicken Matten und liessen diese von einer speziellen Lampe bestrahlen, die das Sonnenlicht in unseren Breitengraden imitiert. Dabei massen die

Eine schwitzende Spezialpolymer-Matte (rechts) kühlt ein Modellhaus stärker als eine Matte aus einem herkömmlichen Polymer (links), Infrarot-Aufnahme.

Wissenschaftler die Temperatur im Innern der Minitaturhäuschen. Im Vergleich mit einer Matte, die mit einem konventionellen Polymer gefüllt ist, das sich bei Hitze nicht zusammenzieht, war die Kühlleistung der PNIPAM-Matte deutlich

grösser. «Das mit der PNIPAM-Matte isolierte Haus wärmte sich viel weniger schnell auf», sagt Aline Rotzetter, Erstautorin der Originalpublikation in der Fachzeitschrift «Advanced Materials». Denn eine Matte mit einem konventionellen Polymer sei 11/ 2012

vergleichbar mit einem gewĂśhnlichen Schwamm, wĂ¤hrend PNIPAM-Matten gezielt Wasser abgĂ¤ben, wenn sie sich erwĂ¤rmten.

Weniger Strom fĂźr Klimaanlage Mit solchen Matten bedeckte GebĂ¤ude mĂźssten bei hohen Temperaturen weniger stark mit Klimaanlagen gekĂźhlt werden. Nach Berechnungen der ETH-Wissenschaftler wĂźrde man beispielsweise bei einem Einfamilienhaus bei starker Sonneneinstrahlung im Juli bereits mit einer wenigen Millimeter dicken Matte bis zu 60 Prozent der fĂźr die Klimatisierung aufgewendeten Energie einsparen kĂśnnen. Den Schritt vom Modellhaus zum richtigen GebĂ¤ude steht allerdings nicht unmittelbar an. ZunĂ¤chst mĂźssten eine Reihe offener Fragen geklĂ¤rt werden, wie zum Beispiel jene, ob die Verdampfungsmatten auch frostresistent seien, sagt Rotzetter. Da die KĂźhlmethode nun in einer Fachzeitschrift verĂśffentlicht und nicht patentiert sei, stĂźnde es jedermann frei, sie aufzugreifen und zur Marktreife weiterzuentwickeln. ÂŤEignen wĂźrde sich unsere schwitzenden Matten auch fĂźr Entwicklungs- und SchwellenlĂ¤nder in warmen Weltregionen, denn das System ist sehr kostengĂźnstig.Âť Quelle: ETH life

Kompakt, wirtschaftlich, multifunktional

Originalpublikation ACC Rotzetter et al., ÂŤThermoresponsive Polymer Induced Sweating Surfaces as an Efficient Way to Passively Cool BuildingsÂť, Adv Mater 39(24), 5352â&#x20AC;&#x201C;5356 (2012) Kontakt Aline Rotzetter Institute for Chemical and Bio-Engineering Wolfgang-Pauli-Str. 10 ETH ZĂźrich, HCI E 106 CH-8093 ZĂźrich Telefon +41 (0)44 633 91 96 aline.rotzetter@chem.ethz.ch

TOC on-line (LAR) Q UV- und thermische Oxidation

GEMĂ&#x153; MehrwegeventilblocklĂśsungen ÂźĹ&#x17D;Ă&#x2C6; Ĺ˛ Ĺ&#x17D;Ă&#x2030;Ă&#x2030;ÂżÂ˝Âť ÂťÂşÂżÂťĂ&#x201E;Ć&#x201C; Ćˇ ÂťĂ&#x2020;Ă&#x2C6;Ĺ&#x17D;ÂźĂ&#x160;ÂťĆ&#x2018; Ă?ÂťĂ&#x2C6;Ă&#x160;ÂżĹ° Ă?ÂżÂťĂ&#x2C6;Ă&#x160;Âť ÂżĂ&#x201E;ÂžÂťÂżĂ&#x160; Ćˇ Ă&#x201E;Ă&#x160;ÂťÂ˝Ă&#x2C6;ÂˇĂ&#x160;ÂżĂ&#x2026;Ă&#x201E; Ă&#x152;ÂťĂ&#x2C6;Ă&#x2030;ÂšÂžÂżÂťÂşÂťĂ&#x201E;ÂťĂ&#x2C6; Ă&#x2039;Ă&#x201E;Ă Ă&#x160;ÂżĂ&#x2026;Ă&#x201E;ÂťĂ&#x201E;Ć&#x2018; Ă?Ă&#x2039;Ă&#x192; ÂťÂżĂ&#x2030;Ă&#x2020;ÂżÂťĂ&#x201A; ÂżĂ&#x201A;Ă&#x160;ÂťĂ&#x2C6;Ć&#x2018; Ă&#x2C6;Ă&#x2039;ÂšĂ Ă&#x2030;ÂťĂ&#x201E;Ă&#x2030;Ă&#x2026;Ă&#x2C6;ÂťĂ&#x201E;Ć&#x2018; ÂťĂ&#x192;Ă&#x2020;ÂťĂ&#x2C6;ÂˇĂ&#x160;Ă&#x2039;Ă&#x2C6;Ć&#x2013; Ă&#x192;ÂťĂ&#x2030;Ă&#x2030;Ă&#x2039;Ă&#x201E;Â˝ÂťĂ&#x201E; Ćˇ Ă&#x2C6;ÂžÄŹÂžĂ&#x160;Âť Ă&#x201E;Ă&#x201A;ÂˇÂ˝ÂťĂ&#x201E;Ă&#x2030;ÂżÂšÂžÂťĂ&#x2C6;ÂžÂťÂżĂ&#x160;Ć&#x2018; Ă&#x2039;Ă&#x201E;Ă&#x160;ÂťĂ&#x2C6; ÂˇĂ&#x201E;ÂşÂťĆ&#x2013; Ă&#x2C6;ÂťĂ&#x192; Ă?ÂťĂ&#x201E;ÂżÂ˝ÂťĂ&#x2C6; ÂżĂ&#x160;Ă&#x160;ÂżĂ&#x201E;Â˝Ă&#x2030;Ć&#x2018; ÂšÂžĂ?ÂťÂżĹ&#x2026;Ă&#x201E;Ă&#x161;ÂžĂ&#x160;Âť Ă&#x2039;Ă&#x201E;Âş Ă&#x201A;ÂťÂ¸ÂťĂ&#x2030;Ă&#x160;ÂťĂ&#x201A;Ă&#x201A;ÂťĂ&#x201E; Ćˇ Ă&#x201A;ÂˇĂ&#x160;Ă?Ć&#x2013; Ă&#x2039;Ă&#x201E;Âş Ă&#x2C6;ÂťĂ&#x2030;Ă&#x2030;Ă&#x2026;Ă&#x2039;Ă&#x2C6;ÂšÂťĂ&#x201E;Ă&#x2030;ÂšÂžĂ&#x2026;Ă&#x201E;ÂťĂ&#x201E;ÂşÂťĂ&#x2C6; ÂˇĂ&#x201A;Ă&#x2030; Ă Ă&#x2026;Ă&#x201E;Ă&#x152;ÂťĂ&#x201E;Ă&#x160;ÂżĂ&#x2026;Ă&#x201E;ÂťĂ&#x201A;Ă&#x201A;Âť ÄŹĂ&#x2030;Ă&#x2039;Ă&#x201E;Â˝ÂťĂ&#x201E; Ćˇ Ă&#x2026;Ă&#x192;Ă&#x2020;ÂťĂ&#x160;ÂťĂ&#x201E;Ă&#x160;Âť Ă&#x201E;Â˝ÂťĂ&#x201E;ÂżÂťĂ&#x2039;Ă&#x2C6;Ć&#x2013; Ă&#x2039;Ă&#x201E;Âş ÂťĂ&#x2C6;ÂˇĂ&#x160;Ă&#x2039;Ă&#x201E;Â˝Ă&#x2030;Ă&#x201A;ÂťÂżĂ&#x2030;Ă&#x160;Ă&#x2039;Ă&#x201E;Â˝

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11/ 2012

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

Veranstaltungen DEZEMBER 2012

JANUAR/FEBRUAR 2013

03./04.12.

Organische Chemie für Analytiker Ort: Ulm Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 43843 info@novia.de, www.novia.de

29.01.

03./04.12.

Seminar: Führungsqualifikation und Mitarbeitermotivation Ort: Heidelberg Veranstalter: PromoCell GmbH Sickingenstr. 63/65, D-69126 Heidelberg Telefon +49 (0)6221 64934 46 info@promocell-academy.com www.promocell-academy.com

29.01.-30.01. Planung und Auslegung von Chemie- und Umweltanlagen Ort: Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestr. 1, D-45127 Essen, Telefon +49 0 201 1803 344 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

04.-05.12.

18. GMP-Konferenz: GMP Compliance und Patientensicherheit? Ort: Mainz Veranstalter: PTS Training Service P.O.Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49(0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu

06.12.

Seminar: Chemikalien-Ansprechperson Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

11.-12.12.

Rapid Microbiological Methods Conference Ort: München Veranstalter: European Compliance Academy CONCEPT HEIDELBERG, P.O. Box 10 17 64 D-69007 Heidelberg Telefon +49 (0)62 21/84 44 0 info@concept-heidelberg.de www.rmm-conference.org

16.01.

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

17.01.

Reinraum in der Medizintechnik Ort: Olten Veranstalter: Swiss Association for Quality Stauffacherstrasse 65/42, CH-3014 Bern Telefon +41 (0)31 330 99 00 info@saq.ch www.saq.ch

23.01.

Ingredients in der Lebensmitteltechnologie Ort: Bremerhaven Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestr. 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 344 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

29.01.-31.01. Führungstraining: Vom Mitarbeiter zum Laborleiter Ort: Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestr. 1, D-45127 Essen, Telefon +49 0 201 1803 344 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de 04.-06.02.

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

11.-12.02.

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

13.02.

Richtiges analytischen Wägen Ort: Olten Veranstalter: Sekulab Daniel Christen, Postfach 28 CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch , www.sekulab.ch

14.02.

HPLC-MS in der Spurenanalytik Ort: Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestr. 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 344 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

JANUAR 2013

EnviroChemie Abwasser- und Kreislaufanlagen effizient und sicher betreiben Ort: Rossdorf bei Darmstadt Veranstalter: EnviroChemie In den Leppsteinswiesen 9, D-64380 Rossdorf Telefon +49 (0)6154 6998 0 info@envirochemie.com, www.envirochemie.com

11/ 2012

Bild: Thomas Steuer, Alfred-Wegener-Institut

Die CTD-Sonde wird in die Tiefe herabgelassen.

Wissenschaftler untersuchen im Ozean gelösten Biomoleküle

Das chemische Gedächtnis des Meerwassers Das beste Gedächtnis der Welt ist das Wasser, denn alles auf der Welt hinterlässt biomolekulare Spuren in ihm. Forschern am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der deutschen Helmholtz-Gemeinschaft ist es nun mithilfe einer Kombination neuer Techniken gelungen, einige von diesen ausfindig zu machen.

Wasser vergisst nicht, sagt Boris Koch, Chemiker am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Egal, was im Meer passiert: Ob die Sonne scheint, Algen blühen oder eine Schule Delfine durch ein Seegebiet schwimmt – alles und jeder hinterlässt biomolekulare Spuren. Einige von ihnen können Koch und Kollegen jetzt mithilfe einer Kombination neuer Techniken ausfindig machen und zurückverfolgen. Tümpel, Torflöcher und Strassengräben voll abgestandenem Regenwasser haben den Chemiker Koch früher nie interessiert. «Ich dachte damals: Ein jeder kennt diese braune Brühe; was soll an ihr schon interessant sein. Heute arbeiten wir mit genau jenen Substanzen, die das Wasser im Strassengraben so braun färben – genauer gesagt 11/ 2012

mit gelöstem organischen Material, das nicht nur in Tümpeln, sondern natürlich auch in den Weltmeeren vorkommt», sagt Koch, der das Forschungsprojekt initiiert hat und Mitherausgeber des Sonderbandes ist. In den Ozeanen ist die Konzentration dieser sogenannten Biomoleküle pro Liter Wasser zwar geringer als im Strassengraben. Würde man jedoch alles Meerwasser dieser Welt durch ein für Biomoleküle durchlässiges Sieb kippen und alle darin enthaltenen Bestandteile in Kohlenstoff-Einheiten umrechnen, sähe das Verhältnis anders aus: Im Sieb lägen schätzungsweise 25 Milliarden Tonnen gebundener Kohlenstoff. Er stammt hauptsächlich aus den Überresten von abgestorbenen Meeresorganismen, aber auch aus der Biomasse lebender Wale, Fische, Algen, Bakterien, Seegras und anderen

Meeresbewohnern. Unterhalb des Siebes würden sich dagegen etwa 662 Milliarden Tonnen gelöster organischer Kohlenstoff türmen, bestehend aus Zehntausenden verschiedenen Substanzen. Diese vielen Substanzen haben Kochs Neugierde geweckt: «Unsere Arbeit mit gelöstem organischen Material bringt zwei grundlegende Schwierigkeiten mit sich: Zum einen wissen wir bis heute nicht, wie viel organisches Material in das Meer gelangt oder dort produziert wird und warum nicht alles biologisch abgebaut wird. Zum anderen sind die einzelnen gelösten Biomoleküle so gering konzentriert, dass wir unsere Wasserproben stets anreichern müssen, um das darin enthaltene gelöste organische Material in einem ultrahochauflösenden Massenspektrometer am Helmholtz Zent45

Bild: Yves Nowak, Alfred-Wegener-Institut

U M W E LT

Mit dem Forschungsschiff Polarstern konnten Wasserproben, die gelöstes organisches Material (engl. dissolved organic matter, DOM) enthalten, aus dem Meer entnommen werden. Die anschliessende Analyse im Massenspektrometer bringt einen chemischen Fingerabdruck hervor. Er lässt auf die Herkunft der organischen Substanzen schliessen: Stammen sie von Landpflanzen oder Meeresorganismen oder gelangten sie über Staub aus der Luft oder über Quellen am Meeresgrund in den Ozean? Zusätzlich erlaubt die Analyse auch Rückschlüsse über das Alter der Stoffe im Wasser – sie können mehrere tausend Jahre im Ozean getrieben sein.

rum München untersuchen zu können», sagt Koch. Mithilfe dieses Massenspektrometers ist es Koch und seinem Team erstmals gelungen, im Zuge einer einzigen Messung Tausende Einzelkomponenten des gelösten organischen Materials, kurz DOM (dissolved organic matter), auf einmal zu identifizieren. «Das Gerät nennt uns die chemische Summenformel eines jeden Moleküls und gibt an, wie viel Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff es enthält. Diese Angaben benötigen wir, um herauszufinden, woher das einzelne Molekül stammen könnte», erklärt Koch. Am Ende der Analyse im Massenspektrometer ergibt sich so ein chemischer Fingerabdruck, der im Zuge statistischer Berechnungen konkrete Rückschlüsse auf jenes Wasser zulässt, in dem das gelöste organi46

sche Material einst geschwommen ist. Koch: «Wir stehen erst am Anfang unserer Untersuchungen. Es scheint jedoch, als hätten wir mit dieser neuen Methode eine Möglichkeit gefunden, den chemischen Gedächtnisspeicher des Wassers zu nutzen». So können die Wissenschaftler zum Beispiel sagen, wie alt das gelöste Material ist, ob es bei seinem Weg durch die Weltmeere starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt war oder welche Bakterien und Planktonarten vermutlich einst im selben Wasserkörper geschwommen sind. «Wir können sogar verfolgen, welcher Anteil des DOM seine Spuren in der Atmosphäre hinterlässt. Gischt und Wellen können DOM nämlich in die Luft transportieren, wo es einen wesentlichen Einfluss auf das Klima hat», ergänzt Philippe Schmitt-Kopplin vom Institut für Ökologische Chemie am Helm-

holtz Zentrum München. Denn die wichtigsten Fragen zum DOM kommen aus der Klimaforschung. Koch: «Das gelöste organische Material im Ozean ist eines der grössten aktiven Kohlenstoffreservoirs der Erde. Doch bisher wird seine Speicherkapazität in der Klimaforschung nur wenig berücksichtigt, dabei bindet es Kohlendioxid über Zeiträume von 3000 Jahren und mehr – so alt war unser Probenmaterial im Durchschnitt.» Für den Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut geht es nun darum, diese Wissenslücken zu schliessen und mehr über die Rolle des DOM im globalen Kohlenstoffkreislauf herauszufinden. Anwendung dürfte das chemische Analyseverfahren zudem in anderen Teildisziplinen der Meeresforschung finden: «Ozeanografen könnten den chemischen Fingerabdruck des DOM immer 11/ 2012

U M W E LT

Hintergrundwissen: Was ist DOM? Gelöstes organisches Material (dissolved organic matter, DOM) im Ozean ist eines der grössten aktiven, organischen Kohlenstoffreservoirs der Erde. Die globale Menge des im DOM gespeicherten Kohlenstoffs (662 Milliarden Tonnen) ist vergleichbar mit der Gesamtmenge an Kohlenstoff im atmosphärischen Kohlendioxid (aktuell 835 Milliarden Tonnen) und in Landpflanzen (610 Milliarden Tonnen). Sie übertrifft zudem die Menge des Kohlenstoffes, der in lebenden marinen Tieren, Pflanzen und Bakterien gespeichert ist (rund 3 Milliarden Tonnen) um das 200-Fache. Das organische Material wird durch Primärproduzenten wie Pflanzen und Plankton bei der Fotosynthese aus atmosphärischem Kohlendioxid aufgebaut. Dies geschieht sowohl an Land (Pflanzen) als auch im Meer (Algen). Das gebildete DOM wird entweder über die Flüsse in die Ozeane transportiert oder es wird direkt im Meerwasser oder im Meereis zum Beispiel durch Algen freigesetzt und durch mikrobiellen Abbau verändert. In den flachen Küstengewässern und im offenen Ozean nehmen Bakterien einen Teil des DOM als wichtigste organische Energiequelle auf. Sie zersetzen das Material und zerlegen es in seine Grundbaustoffe. Das dabei entstehende Kohlendioxid löst sich im Wasser und kann somit auch wieder in die Atmosphäre entweichen.

Er persönlich sieht heute in Anbetracht der neuen Erkenntnisse auch jeden Wassergraben mit anderen Augen: «Jetzt wissen wir, dass echte chemische Informationen in jedem Wassertropfen stecken und dank der neuen Technik können wir diese jetzt auch greifbar machen.» Quelle: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Originalpublikation B Koch, G Kattner, G Herndl (Editors), «Molecular biogeochemical provinces in the eastern Atlantic Ocean», Biogeoscienes Special Issue (2011), www.biogeosciences.net/special_issue95.html Kontakt Prof. Dr. Boris Koch Alfred-Wegener-Institut Am Handelshafen 12 D-27570 Bremerhaven Telefon +49 (0)471 4831 13 46 Boris.Koch@awi.de www.awi.de

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Der andere Teil des frisch eingetragenen DOM wird erst einmal nicht von Bakterien abgebaut, sondern chemisch verändert und widersteht den Abbauprozessen über einen Zeitraum von bis zu 5000 Jahren – ein Vorgang, der aus chemischer Sicht sehr ungewöhnlich ist. Denn im Grunde sollte die sauerstoffreiche Wassersäule einen raschen mikrobiellen Abbau des organischen Materials begünstigen. Die zwei grossen Fragen lauten nun: Warum werden die Abbauprozesse unterbrochen und warum bleibt ein erheblicher Teil des atmosphärischen Kohlenstoffs im DOM der Ozeane gespeichert und zirkuliert für lange Zeit durch die Weltmeere? Marines DOM wirkt nämlich auf diese Weise als Puffer im organischen Kohlenstoffkreislauf.

dann zu Rate ziehen, wenn sich Wassermassen anhand von Temperatur- und Salzgehaltwerten allein nicht unterscheiden lassen. Zudem wollen wir auf einer der nächsten Expeditionen des Forschungsschiffes Polarstern gemeinsam mit Biologen untersuchen, ob das DOM der Wassermassen entlang der Wanderrouten Südlicher Seeelefanten bestimmte chemische Gemeinsamkeiten aufweist. Vielleicht finden wir ja einen Beweis dafür, dass sich diese Meeressäuger mithilfe des ‚Wasserduftes’ orientieren», sagt Chemiker Koch. 11/ 2012

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Bild: Bart van Stratum

Über dem Gras wachsen künftig womöglich weniger Wolken: Der Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre bewirkt, dass die Verdunstung aus Pflanzen abnimmt, so dass weniger Cumulus-Wolken entstehen. So gelangt mehr Sonnenlicht auf den Boden – der Klimawandel verstärkt sich.

Klimagefährliches Zusammenspiel zwischen Pflanzen und Wolkenbildung

Weniger Wolken durch mehr Kohlendioxid Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasser kann verdunsten. Dennoch gibt es Ausnahmen. Forscher aus Deutschland und den Niederlanden haben jetzt herausgefunden, dass die Erhöhung des Treibhausgases CO2 zwar ein wärmeres Klima erzeugt, aber weniger Wasser verdunsten lässt. Ursache für diesen scheinbaren Widerspruch sind Pflanzen, die mit ihren Milliarden winziger Blattporen den Gas- und Feuchtigkeitsgehalt ihrer Umgebungsluft beeinflussen. Dies wiederum stösst eine Kaskade von Folgeprozessen an, so dass sich das globale Klima immer weiter erwärmt.

«Wir wollten wissen, wie der absehbare CO2-Anstieg auf die Wolkenbildung in gemässigten Klimazonen wirkt und welche Rolle die Vegetation dabei spielt», sagte Jordi Vilà-Guerau de Arellano von der Universität Wageningen in den Niederlanden. Zusammen mit seinen Kollegen von den Max-Planck-Instituten für Chemie und für Meteorologie nutzte der Geophysiker erstmals ein Computermodell, das sowohl den Boden, den Wasserkreislauf, die Atmosphäre als auch die Wachstumsprozesse der Pflanzen berücksichtigt. Die Modellergebnisse unterstreichen, dass lokale und täglich variable Prozesse die Atmosphäre 48

durch Turbulenzen stark beeinflussen können. Für ihre Analyse simulierten die Wissenschaftler drei Szenarien: die Verdopplung des atmosphärischen CO2-Gehalts von heute 0,038 Prozent auf 0,075 Prozent, die Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um zwei Grad Celsius und die Kombination aus beidem. Alle drei Szenarien basieren auf den Prognosen des Weltklimarats IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change); sie wurden für Bedingungen ermittelt, wie sie im Jahr 2100 zu erwarten sind und mit den Werten von 2003 verglichen.

Dabei stellte die Forschergruppe fest, dass einige Austauschprozesse zwischen Vegetation, Boden und Atmosphäre stärker mit dem CO2-Anstieg und dem Klimawandel wechselwirken als erwartet. Die Verdopplung des atmosphärischen CO2-Gehalts startet eine Kaskade von Prozessen, an deren Anfang eine Reaktion des pflanzlichen Stoffwechsels auf die höhere CO2Konzentration steht. Die Ursache der Kettenreaktion liegt darin, dass Pflanzen durch das Öffnen und Schliessen der Spaltöffnungen regeln, wie viel Wasserdampf und Kohlendioxid sie mit der Atmosphäre austauschen. 11/ 2012

Mehr CO2-führt zu weniger Wasserdampf Die Kaskade beginnt harmlos: Im Szenario eines verdoppelten CO2-Gehalts schliessen sich früher die winzigen Poren, die sich milliardenfach an der Unterseite der Pflanzenblätter befinden, da die Pflanzen schneller ausreichend Kohlendioxid für die Fotosynthese aufgenommen haben. Das hat jedoch zur Folge, dass die Pflanzen auch weniger Feuchtigkeit nach aussen abgeben und insgesamt weniger Wasserdampf in die Atmosphäre gelangt. Dadurch wiederum entstehen weniger Cumulus-Wolken. Die Erdoberfläche erwärmt sich stärker, weil mehr Sonnenlicht direkt auf die Oberfläche trifft und nicht durch Wolken gestreut wird. Die wärmere Luft erzeugt nun mehr Turbulenzen in der bodennahen Atmosphäre, wodurch mehr Wärme aber weniger Feuchtigkeit transportiert wird. Erde und Atmosphäre erwärmen sich durch die Reaktion der Pflanzen auf den erhöhten CO2-Gehalt zusätzlich. Damit haben die Forscher eine weitere Rückkopplung im Klimasystem, einen sich selbst verstärkenden Prozess, ausfindig gemacht. Beim zweiten Szenario, in dem sich die Atmosphäre um zwei Grad Celsius erwärmt, ohne dass sich die CO2-Konzentration erhöht, entsteht diese Rückkopplung nicht.

Die Verdunstung wird um 15 Prozent abnehmen Als Nächstes simulierten die Forscher ein drittes Szenario, in dem sie sowohl den CO2-Gehalt als auch die Temperatur erhöhten. «Die Effekte, die sich dabei positiv auf die Wolkenbildung auswirken, etwa die Fähigkeit der wärmeren Atmosphäre, mehr Wasser aufzunehmen oder der Zuwachs an Biomasse, können die Abnahme der Wolkenbildung nur teilweise kompensieren», sagte Vilà-Guerau de Arellano. «Die Verdunstung wird um 15 Prozent abnehmen. Die atmosphärische Grenzschicht trocknet aus, dadurch können sich weniger Wolken bilden», ergänzt Jos Lelieveld, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz. Die Studie zeigt, dass die verminderte Verdunstung von Pflanzen direkte Auswirkungen auf die turbulenten Austauschprozesse 11/ 2012

zwischen der bodennahen atmosphärischen Grenzschicht und der höhergelegenen Schicht der freien Atmosphäre hat, und damit die Wolkenbildung verändert. «Die Berechnungen belegen eine wichtige Rückkopplung der Vegetation mit physikalischen Klimaprozessen», betont Chiel van Heerwaarden vom Max-Planck-Institut für Meteorologie. Zukünftig wollen die Forscher ihre Analyse auf das Amazonasgebiet ausdehnen. Dort wollen sie prüfen, wie sich steigende CO2-Werte in tropischen Regionen auswirken. Quelle: Max-Planck Institut

Originalpublikation J Vilà-Guerau de Arellano, CC van Heerwaarden, J Lelieveld, «Modelled suppression of boundary-layer clouds by plants in a CO2-rich atmosphere», Nature Geoscience 5, 701-704(2012)

Kontakt Dr. Jordi Vilà-Guerau de Arellano Universität Wageningen PO Box 47 NL-6700 AA Wageningen, Telefon +31 (0)317 485065 Jordi.Vila@wur.nl www.wur.nl Dr. Chiel C. van Heerwaarden Max-Planck-Institut für Meteorologie Bundesstr. 53 D-20146 Hamburg Telefon +49 (0)40 41173-489 chiel.vanheerwaarden@zmaw.de www.zmaw.de Prof. Dr. Jos Lelieveld Max-Planck-Institut für Chemie Hahn-Meitner-Weg 1 D-55128 Mainz Telefon +49 (0)6131 3054040 jos.lelieveld@mpic.de www.mpic.de

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Auch Wasserstoffperoxid und Peroxidase-Enzyme sind an Reaktion beteiligt

Wenn Fluoreszenz-Farbstoffe versagen

Stickstoffmonoxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Im Körper des Menschen wirkt es zum Beispiel an so grundlegenden Vorgängen wie der Regulierung des Blutdrucks und der Weiterleitung von Nervenimpulsen im Gehirn mit. In den Zellen selbst fungiert es als Botenstoff, der für die Bildung und Entwicklung der Wasserleitungsgefässe, für die Regulierung der Öffnungsweite von Spaltöffnungen und für andere Prozesse wichtig ist.

Bild: Stefan Rümer

Wenn Forscher den Funktionen des Stickstoffmonoxids nachspüren, machen sie das Gas in der Regel mit speziellen FluoreszenzFarbstoffen sichtbar, mit so genannten Diaminofluoreszeinen (DAF). Mit diesen Farbstoffen ist auch eine mikroskopische Analyse von Pflanzengeweben möglich. Bislang vertraute man darauf, dass die Farbstoffe

Grüne Fluoreszenz, hier in der Spaltöffnung eines Erbsenblattes nach einer Behandlung mit dem Stresshormon ABA, dient auch dem Nachweis des Gases Stickstoffmonoxid. Würzburger Forscher stellen die Zuverlässigkeit dieser Nachweismethode in Frage.

ausschliesslich Stickstoffmonoxid nachweisen. Doch das ist nicht immer der Fall, wie die Arbeitsgruppe um Werner Kaiser von der Universität Würzburg nachgewiesen hat. Die Würzburger Botaniker haben im Labor eine Situation nachgeahmt, bei der nach gängiger Lehrmeinung unter anderem Stickstoffmonoxid entsteht: Eine Pflanze wird von einem Schadpilz befallen und produziert daraufhin unter anderem das stickstoffhaltige Gas, um den Angreifer zu schädigen. Die Forscher provozierten diese Reaktion, indem sie einer Suspension von Tabakzellen das Pilz-Protein Cryptogein hinzufügten, das die Verteidigungsreaktion auslöst.

Farbstoffe reagieren mit Wasserstoffperoxid Aus früheren Untersuchungen wussten die Wissenschaftler, dass zwar die FluoreszenzFarbstoffe bei diesem Experiment ansprechen, doch eine andere, für Stickstoffmonoxid ebenfalls spezifische Nachweismethode eben nicht. Jetzt fanden sie heraus, warum das so ist: Die Farbstoffe reagieren in diesem Fall gar nicht mit Stickstoffmonoxid, sondern mit ebenfalls entstehendem Wasserstoffperoxid und Peroxidase-Enzymen zu fluoreszierenden Produkten – und sorgen damit für eine falsche Interpretation der Fluoreszenzdaten. «Möglicherweise müssen nun viele frühere Veröffentlichungen, die auf Messungen mit DAF-Fluoreszenzfarbstoffen basieren, unter einem neuen Licht gesehen werden», sagt der Biologe Stefan Rümer. Denn möglicherweise wurde auch bei anderen Experimenten in Biologie und Medizin nicht Stickstoffmonoxid nachgewiesen, sondern Wasserstoffperoxid. Quelle: Universität Würzburg

Bild: Stefan Rümer

Die Rolle von Stickstoffmonoxid in Pflanzen wird seit Anfang der 1980er-Jahre erforscht. Dabei zeigt sich immer mehr, dass dieses Gas in die Riege der klassischen Pflanzenhormone einzureihen ist. So spielt das Gas bei vielen chemischen Prozessen in Menschen, Tieren und Pflanzen eine wichtige Rolle. Doch die gängigste Methode, mit der Forschungslabore das Gas nachweisen, ist offenbar nicht immer zuverlässig.

Epidermis von Erbsenblättern, die mit DAF-2 DA aufgeladen wurden und mit 100 µM ABA Stressbedingungen ausgesetzt wurden. Fluoreszenz, Durchlicht sowie die Überlagerung sind hier in einem Bild dargestellt.

Originalpublikation S Rümer, M Krischke, A Fekete, MJ Mueller, WM Kaiser, «DAF-fluorescence without NO: Elicitor treated tobacco cells produce fluorescing DAF-derivatives not related to DAF-2 triazol», Nitric Oxide; 27(2), 123–135 (2012)

Kontakt Stefan Rümer Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften Universität Würzburg Julius-von-Sachs-Platz 2 D-97082 Würzburg Telefon +49 (0)931 3183713 sruemer@biozentrum.uni-wuerzburg.de www.biozentrum.uni-wuerzburg.de ■ 11/ 2012

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Neue Daten zur Ökobilanz von Biotreibstoffen

Die wenigsten Biotreibstoffe sind «grün» Erst top, dann Flop. So liesse sich die bisherige Geschichte der Biotreibstoffe zusammenfassen. Eine neue Studie unter Leitung der Empa hat die Grundlagen für die Ökobilanz verschiedener Biotreibstoffe und deren Produktionsverfahren aktualisiert. Das Fazit: Nur wenige sind in der Gesamtbilanz umweltfreundlicher als Benzin.

Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART) und dem Paul Scherrer Institut (PSI) die Grundlagen für die Umweltbilanz zahlreicher Biotreibstoffe inklusive ihrer Produktionsketten aktualisiert. Im Vergleich zur weltweit ersten derartigen Ökobilanzstudie aus dem Jahr 2007, ebenfalls von der Empa, hat das Team unter der Leitung von Empa-Forscher Rainer Zah sowohl neuartige Energiepflanzen und Verarbeitungsprozesse einbezogen als auch die Bewertungsmethodik auf den neuesten Stand gebracht.

Bild: Empa

Weniger Treibhausgase – dafür andere Umweltbelastungen

Vielfalt der Umweltauswirkungen im Überblick (ILCD-Umweltindikatoren)

In den letzten Jahren stieg die Nachfrage nach vermeintlich umweltfreundlichen Biotreibstoffen weltweit deutlich an; dies hatte einerseits einen vermehrten Anbau sogenannter Energiepflanzen zur Folge, andererseits wurden innovative Herstellungsmethoden für die 2. Generation der Biotreibstoffe entwickelt. Parallel dazu haben Ökobilanzexperten die Methoden zur Umweltbeurteilung von Biotreibstoffen verfeinert und weiterentwickelt. Da Biotreibstoffe grösstenteils aus Agrarerzeugnissen 11/ 2012

stammen, geht es bei der teils kontroversen Diskussion über deren Umweltverträglichkeit im Kern um die Frage, ob die Produktion von Biotreibstoffen aus ökologischer Sicht vertretbar ist, oder ob negative Auswirkungen überwiegen, etwa auf die Nahrungsmittelversorgung in Dürrezeiten oder die Eutrophierung der nutzbaren Böden. Um darauf eine fundierte Antwort geben zu können, hat die Empa im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE) und in Zusammenarbeit mit der Forschungsanstalt

Trotz grösserer Datengrundlage und aktueller Methodik kommt die Empa indes zum gleichen Schluss wie schon in der Studie von 2007: Etliche Biotreibstoffe aus Agrarerzeugnissen helfen zwar, den Ausstoss an Treibhausgasen zu verringern, führen aber zu anderen Umweltschäden wie übersäuerten Böden und überdüngten Gewässern. «Die meisten Biotreibstoffe verlagern also lediglich die Umweltbelastungen: weniger Treibhausgase, dafür mehr anbaubedingte Schäden an landwirtschaftlich genutzten Böden», so Zah. Das führe dazu, dass nur wenige Biotreibstoffe eine insgesamt bessere Ökobilanz als Benzin aufweisen, allen voran Biogas aus Rest- oder Abfallstoffen, das – je nach Ausgangsmaterial – die Umwelt bis zur Hälfte weniger belastet als Benzin. Und innerhalb der Biotreibstoffe haben Ethanol-basierte Treibstoffe tendenziell eine bessere Ökobilanz als diejenigen auf Öl-Basis; die Ergebnisse hängen allerdings erheblich von der individuellen Herstellungsart und -technologie ab. Die neue Methodik erlaubte es Zah und seinen Kollegen aber auch, «Schwächen» der früheren Studie zu beheben. So unterschätzten die Forscher 2007 die Auswir51

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kungen der Umwandlung natürlicher Flächen, etwa die Rodung von Regenwald, auf die Treibhausgasbilanz. Die aktuelle Studie zeigt nun, dass Biotreibstoffe aus Rodungsflächen in der Regel mehr Treibhausgase ausstossen als fossile Treibstoffe. Dies gilt auch für eine indirekte Landumwandlung, wenn also bestehende Agrarflächen erstmals für die Biotreibstoffproduktion verwendet werden und deshalb Waldflächen gerodet werden müssen, um die bisherige Nahrungsmittel- oder Futterproduktion aufrechtzuerhalten. Positive Effekte können dagegen erzielt werden, wenn der Energiepflanzenanbau den Kohlenstoffgehalt des Bodens erhöht, beispielsweise durch den Anbau von Ölpalmen auf ungenutztem Weideland in Kolumbien oder durch Jatrophaplantagen in Indien und Ostafrika, wodurch verödetes Land wieder urbar gemacht wurde. «Trotzdem kann man nicht generell von Jatropha als 'Wunderpflanze' sprechen, da deren Ökobilanz erheblich von der landwirtschaftlichen Praxis

vor Ort und der vorherigen Nutzung des Landes abhängig ist», sagt Zah. Jeder (neue) Biotreibstoff müsse daher genau und separat unter die Lupe genommen werden.

Was gilt es bei der Biotreibstoffproduktion zu beachten? Obwohl die Tücke also im Detail liegt, können einige wenige generelle Empfehlungen abgeleitet werden: Wald und Buschland zu roden, um darauf Energiepflanzen anzubauen, ist zu vermeiden; dies verschlechtert die Treibhausgasbilanz erheblich, was die Umwelt insgesamt deutlich stärker belastet. Werden Agrarflächen für die Biotreibstoffproduktion genutzt, sollte eine indirekte Landumwandlung möglichst verhindert werden, zum Beispiel durch einen obligaten Nachweis, dass die verdrängte Produktion dank zusätzlicher Intensivierung keine indirekten Effekte bewirkt.

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Günstig erweist sich die energetische Nutzung land- und forstwirtschaftlicher Reststoffe wie Stroh, Grüngut und Restholz – aber nur, wenn diese nicht schon anderweitig genutzt werden, oder wenn deren Entzug aus dem natürlichen Kreislauf nicht die Fruchtbarkeit der Böden und die Biodiversität verringert. Quelle: Empa Originalveröffentlichung M Faist et al., «Harmonisation and extension of the bioenergy inventories and assessment», Onlineveröffentlichung (2012): www.empa.ch/plugin/ template/empa/*/125527 Kontakt Dr. Mireille Faist Empa, Technologie und Gesellschaft Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 48 66 mireille.faist@empa.ch www.empa.ch

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11/ 2012

PANORAMA

Basler Biochemiker Michael N. Hall erhält «Schweizer Nobelpreis»

Marcel-Benoist-Preis 2012 verliehen Für seine bahnbrechenden zellbiologischen Studien zum Zellwachstum und zur Krebsentstehung wurde Professor Michael N. Hall mit dem diesjährigen Marcel-Benoist-Preis 2012 ausgezeichnet. Dank seiner Forschungen wird Rapamycin, eine wachstumshemmende Substanz, heute in der Krebstherapie eingesetzt.

Ausgehend von biochemischen Arbeiten an einfachsten Organismen, insbesondere der Hefe, hat Hall in den frühen 1990-er Jahren als junger Assistenzprofessor am Biozentrum Basel ein Eiweiss entdeckt, das in den Zellen das Wachstum und die Zellgrösse steuert. Rasch wurde ihm klar, dass dieser Mechanismus auch in komplexen Organismen, so auch in Säugetieren und im Menschen, vorhanden ist und für das Leben der Zellen und Organe unabdingbar ist. Dieser Wachstumsregulator wurde von Hall «Target of Rapamycin» (TOR) genannt. TOR bremst Zellwachstum Rapamycin ist eine wachstumshemmende Substanz, die heute aufgrund der Forschungen von Hall in der Krebstherapie eingesetzt wird. 2002 entdeckte er, dass TOR in zwei verschiedenen Eiweiss-Komplexen funktioniert. Die beiden TOR-Komplexe stehen

im Zentrum einer Reihe von zellulären Signalkaskaden, die das Überleben der Zelle, ihre Grösse und teilweise auch die Zellteilung steuern. Eine pharmakologische Blockade von TOR kann deshalb zur Bremsung der unkontrollierten Zellteilung, wie sie typisch ist in Krebsgeweben, eingesetzt werden. Von grosser Bedeutung, insbesondere für die Medizin, sind auch neueste Befunde von Hall und anderen Arbeitsgruppen, die zeigen, dass der TOR das Nahrungsangebot für Zellen und Gewebe «messen» und in den zellulären Aufbau integrieren kann. TOR gewinnt dadurch auch für den Alterungsprozess sowie für die Fehlsteuerungen, die bei Übergewicht auftreten, an Bedeutung. Hall hat mit seinen Entdeckungen einen der ganz zentralen Steuerungsmechanismen der Lebensvorgänge von Zellen und

Rapamycin

Geweben sichtbar gemacht. Seine Entdeckungen gehören heute zum Grundwissen in der Biologie. Viele Forschungsgruppen in Molekular- und Zellbiologie, Pharmakologie und Medizin arbeiten heute mit seinen Erkenntnissen und Konzepten. Er hat damit einen der grossen Durchbrüche im Verständnis zellulärer Lebensprozesse erzielt. Feier an der Universität Basel Die feierliche Zeremonie zur Übergabe des Marcel-Benoist-Preises findet im November 2012 an der Universität Basel statt. Der als «schweizerischer Nobelpreis» bezeichnete Marcel-Benoist-Preis zeichnet seit 1920 jedes Jahr in der Schweiz etablierte Wissenschaftler für ihre bedeutenden Arbeiten und deren Auswirkung auf das menschliche Leben aus.

Foto: Universität Basel

Quelle: Universität Basel

Michael N. Hall (links) wird von Bundesrat Alain Berset empfangen.

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Kontakt Prof. Dr. Michael N. Hall Universität Basel Biozentrum Klingelbergstrasse 50/70 CH-4056 Basel Telefon +41 (0)61 267 21 50 m.hall@unibas.ch www.unibas.ch 53

AUS DEN VERBÄNDEN

Lehrstellensituation in der Schweiz Viele Länder sehen sich aktuell mit dem Problem der Jugendarbeitslosigkeit konfrontiert, welche in einzelnen Ländern fast schon unvorstellbare 50 Prozent erreicht hat. Dass die Schweiz von solchen Horrorszenarien noch weit entfernt ist, hat offensichtlich damit zu tun, dass die Schweizer Wirtschaft trotz ungünstiger Wechselkursverhältnisse weiterhin genügend Ausbildungsplätze zur Verfügung stellt – und sich somit ihre eigene Zukunft sichert.

Was die Studie sagt…

der SCV wie auch der überwiegende Teil der ausbildenden Betriebe einig. Berufe wie CP-Technologe EFZ und Laborant EFZ sind mit extrem vielschichtigen Materien konfrontiert. Allein der Umgang mit Gefahrstoffen und hochkomplexen Betriebsmitteln erfordert es, dass nicht einfach gewisse Ausbildungsthemen gestutzt oder ganz weggelassen werden dürfen. Hinzu kommt, dass viele Produkte der Chemie-, Life Science- und Pharmabranche höchsten Sicherheitsanforderungen entsprechen müssen, da sie schlussendlich Mensch und Tier verabreicht werden. Wenn Produkte aufgrund eines mangelnden Verständnisses für die Prozesse fehlerhaft hergestellt werden, kann das zu Risiken für Mensch und Tier führen, die kaum absehbar sind. Genau aus diesem Grund fordert der SCV, dass Stellen in der chemisch-pharmazeutischen Industrie mit Personen besetzt werden, die eine entsprechende berufliche Grundbildung und ggf. entsprechende Weiterbildungen vorweisen können.

Gemäss Umfragen des Bundesamtes für Berufsbildung und Technologie (BBT) bei den Kantonen ist das System der dualen Lehre eine Erfolgsgeschichte, auch für die Betriebe. Dies bestätigte unter anderem die dritte Studie zu «Kosten und Nutzen der Lehrlingsausbildung aus Sicht der Betriebe», welche die Forschungsstelle für Bildungsökonomie an der Universität Bern durchgeführt hat. Zwei wesentliche Erkenntnisse der Studie sind folgende: Zum einen ist die Rekrutierung von geeigneten Bewerberinnen und Bewerbern für Anbieter von Ausbildungsplätzen in beruflichen Grundbildungen Weitere Erkenntnisse der Studie mit hohen Anforderungsprofilen zunehmend schwieriger, zum Ausbilden lohnt sich! Aus den Bruttokosten in der Höhe von 5,4 anderen haben Jugendliche mit sozialen oder schulischen Bildungs- Milliarden Franken und den produktiven Leistungen der Lernenden defiziten nach wie vor Mühe, einen Ausbildungsplatz zu finden, da von 5,8 Milliarden Franken ergibt sich für die Betriebe ein Nettodie Nachfrage nach Lehrstellen im nienutzen von rund einer halben Milliarde derschwelligen Bereich (2-jährige beFranken. Rund zwei Drittel der Ausbil«Attest-Lehren sind gerade für rufliche Grundbildungen mit eidgenösdungsverhältnisse in der Schweiz schliessischem Berufsattest EBA) nach wie vor sen aus der Sicht der ausbildenden Beberufliche Grundbildungen mit gross ist. triebe mit einem Nettonutzen ab. Bei dem Drittel der beruflichen Grundbildungen, Um letztgenannten Tendenzen entgehöheren Anforderungsprofilen gen zu wirken, stützen die Kantone das die nach Beendigung des Lehrverhältniskein Thema.» Angebot an Ausbildungsplätzen permases Nettokosten aufweisen, decken meisnent mit Massnahmen zur Lehrstellentens kurz- und mittelfristige Erträge wie förderung. So sind seit mehreren Jahren Einsparung von Rekrutierungs- und EinLehrstellenförderer im Einsatz, die Lehrstellen bei den zweijährigen arbeitungskosten die Ausbildungsauslagen. Dieser Nutzenaspekt beruflichen Grundbildungen (Attest-Lehrstellen) schaffen. Diese der eigenen Lehrlingsausbildung dürfte bei dem sich abzeichnenermöglichen vorwiegend praktisch begabten Jugendlichen einen den Fachkräftemangel noch an Bedeutung gewinnen. anerkannten eidgenössischen Abschluss mit einem eigenständigen Damit die Schweizer Wirtschaft auch morgen noch gut positioniert Ausbildungsprofil. im internationalen Wettbewerb steht und Ausbildungs- und Arbeitsplätze anbieten kann, setzt sich der SCV unter anderem vehement dafür ein, dass eine hohe Qualität bei der Aus- und Wei…was der SCV meint terbildung erhalten bleibt und dass er die künftigen Anforderungen Attestlehren mögen in gewissen Bereichen sicher eine Möglichkeit an Fachkräfte gemeinsam mit den ausbildenden Betrieben definiert. darstellen, junge Berufsleute auf eine geeignete Art und Weise so Quelle der Studiendaten: BBT auszubilden, dass diese auch für die Firmen einen Gewinn darstellen. Entsprechend der Studie des BBT erscheint es dem Schwei- Kontakt zerischen Chemie- und Pharmaberufe Verband (SCV) wichtig, dass Patrick Merkofer auch junge Leute mit gewissen schulischen Leistungsdefiziten Präsident SCV – Schweizerischer ihren Fähigkeiten entsprechend eingesetzt werden, damit sie den Chemie- und Pharmaberufe Verband Weg ins Berufsleben nicht verpassen und deshalb womöglich ein Postfach 509 Leben lang darunter leiden. CH-4005 Basel Telefon +41 (0)61 705 21 10 Dass aber Attest-Lehren gerade für berufliche Grundbildungen mit praesident@cp-technologe.ch höheren Anforderungsprofilen kein Thema sind, darüber sind sich www.cp-technologe.ch 54

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PRODUKTE

NMR-Spektrometer von JEOL für den Schweizer Markt

MICCS – MIcro Channeled Cell for Synthesis monitoring

Seit 1956 stellt die japanische Firma JEOL hochleistungsfähige und kompakte NMR-Spektrometer mit Tradition her. Mit dem Ziel, weltweit eine bedeutende Rolle im Bereich Life Science zu übernehmen, wurde im Jahre 2011 die Gruppe JEOL Resonance gegründet. In der Schweiz werden deren Produkte durch die Brechbühler AG vertreten. JEOL Resonance stellt modernste Magnetresonanzspektrometer für verschiedene Anforderungen bereit: Ob in Forschungslaboren mit Strukturaufklärung von Biomolekülen oder in automatisch arbeitenden Industrielaboren, die auf hohen Probendurchsatz angewiesen sind – die Geräte vermögen allen Ansprüchen zu genügen. Mehrfach abgeschirmte supraleitende Magnete JEOL setzt supraleitende Magnete der japanischen Firma JASTEC ein. Diese reichen von 7,05 bis 21,6 T. 2004 baute JASTEC den ersten 920 MHz Magneten und richtete den Fokus auf die Entwicklung kleiner magnetischer Streufelder mit doppelter und dreifacher Abschirmung. Zudem wurde stets grosser Wert auf den geringen Kryogen-Verbrauch (Wiederverwertung des flüssigen Stickstoffs) gelegt. JEOL garantiert eine Drift von 4 Hz pro Stunde oder kleiner, was die beste

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Voraussetzung für hochauflösende Spektren ist. Hochempfindliche Probenköpfe JEOL bietet NMR Probenköpfe für jeden erdenklichen Einsatzzweck an. Der Standard-Probenkopf besitzt eine breitbandige Beobachtungs- und eine Entkopplerspule. Er kann auch für Inversmessungen verwendet werden. Besonders zu erwähnen ist die Royal-Probe, ein automatisch abstimmbarer 5mm Z-Achse-Gradient-Messkopf mit fast doppelter Empfindlichkeit im Vergleich zu einem Standard-Messkopf. Die Royal Probe verfügt über einen TuneBereich von 15N bis 31P und 39K sowie 109Ag. Des Weiteren runden verschiedene Spezial-Probenköpfe die Produktpalette der JEOL NMRSonden ab. Anwenderfreundliche Software Die Spektrometer verfügen über einen eigenen Akquisitionscomputer, der über das Ethernet mit der steuernden Workstation verbunden wird. Dabei kann die Bedienung von jedem PC aus erfolgen, der mit dem Internet verbunden ist. Als Steuer- und Auswertesoftware kommt auf den Workstations das neue Delta 5.0 System zum Einsatz. Dieses bietet eine Vielzahl an Features, wie beispielsweise COSY, TOCSY, NOESY, ROESY, HMQC, HSQC, HMBC in nur einem einzigen, kostenfreien Softwarepaket.

MICCS und MAS Mit der innovativen MICCS, dem «MIcro Channeled Cell for Synthesis monitoring», ergeben sich vollkommen neuartige Möglichkeiten der Echtzeit-Reaktionsanalyse. Das MICCS-NMR-System enthält eine Mikroflusszelle mit den Abmessungen eines Standard-NMR-Röhrchens. In dieser Zelle können bis zu drei verschiedene Substanzen innerhalb des Messkopfs perfekt gemischt und anschliessend sofort detektiert werden. Somit sind erstmals in situ Beobachtungen chemischer Reaktionen im hochauflösenden NMR möglich. Strukturaufklärung von kurzlebigen Zwischenprodukten wie z.B. bei Grignard-Reaktionen und die Untersuchung der Reaktionskinetik sind nur zwei Beispiele für die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Mikroflusszelle. 2012 brach JEOL Resonance mit 110kHz einen neuen Rekord mit

dem weltweit schnellstdrehenden Probenröhrchen für Festkörper NMR. Durch Drehen der Probenröhrchen (MAS) kann die Probe mit einer hohen Auflösung analysiert werden. Seit 2011 werden die JEOL-Produkte der Magnetresonanzlinie für den Schweizer Markt von der Firma Brechbühler AG in Schlieren vertreten. Robert Stoop, Verkaufsleiter bei der Brechbühler AG, zeigt sich überzeugt, dass JEOL im Schweizer Markt bestehen wird: «Die NMRProdukte von JEOL beeindrucken durch Ihre Robustheit und ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Genau dadurch können die hohen Ansprüche des Schweizer Markts befriedigt werden.» Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

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PRODUKTE

Ex-geschützte Industriesauger von Krahnen Die VIA AG ist im Bereich hochwertiger ex-geschützter Industriesauger eine neue Partnerschaft mit der deutschen Firma Krahnen aus Köln eingegangen. Die Firma Krahnen fabriziert hochwertige elektrisch und pneumatisch betriebene Industriesauger für Feinstäube, gesundheitsgefährdende Feinstäube, für brennbare und explosive Stäube sowie für brennbare oder ätzende Flüssigkeiten. Die Geräte sind je nach Ausführung geeignet für Einsatz in den StaubEx-Zonen 21 und 22, Gas-Ex-Zonen 1 und 2. Alle Geräte haben ein ATEX-Zertifikat von der DEKRA, sie werden angeboten mit Feinfilter der Filterklasse M und H, in Ausführungen für staubarme oder staubfreie Entleerung sowie als sogenannte. «Safety Change» Ausführung, bei der weder die Umwelt, noch das Personal mit Schadstoffen kontaminiert wird. Die Firma Krahnen bietet im Bereich der Reinigungstechnik ihren Kunden seit Jahren ein breites Spektrum an Industriesaugern an, welche über alle Sicherheitstools zur Lösung der Problematik von hybriden Gemischen verfügen. Die Staubsauger für den Gas-Ex-Bereich werden serienmässig mit einem Drei-Filter-System geliefert, welches Feststoffe und Gase von der Umgebungsluft trennt. Dazu liefert der Hersteller seinen Kunden

eine lückenlose Dokumentation über die Eigenschaften der integrierten Staubfilter (Vorfilter SKl. M, Hauptfilter SKl. H14 / U15) und des Aktivkohlefilters. Kurz erläutert, funktionieren Krahnen-Sauger wie folgt: Über einen Tangential-Eingang werden die Stäube durch den Zykloneffekt in die optimierte Strömungsbahn gebracht. Durch das gleichmässige Strömen werden schwere Partikel nach unten in den Behälter geleitet, was dazu führt, dass die nachfolgenden Filterelemente nicht so stark belastet werden. Die erste Filterstufe besteht aus elektrisch leitfähigen, konischen Filterelementen der Staubklasse M. Diese Filter haben einen Abscheidegrad von 99,9 Prozent. Über eine Differenzdrucküberwachung wird der Unterdruck im Sauger gemessen. Ein Vakuummeter am Sauger zeigt dem Mitarbeiter die Filterbelastung an. Beim Erreichen des kritischen Punktes, können durch die neuentwickelte wechselseitige Filterabreinigung die Filter gesäubert werden. Dies senkt die Wartungskosten und spart unnötige Filterwechsel. Die zweite Filterstufe beinhaltet die Adsorption von brennbaren Gasen und Dämpfen durch einen Aktivkohlefilter. Die Aktivkohle wird in unterschiedlichen Schichten in ein elektrisch leitfähiges Polyethylengehäuse gefüllt und fest verschlos-

sen. Diese Filterpatrone kann mühe- und werkzeuglos entnommen und entsorgt werden. Als letzte Filterstufe ist ein HEPA Filter mit der geprüften und zugelassenen Klassifizierung H14 (Abscheidegrad: 99,999 Prozent) integriert. Die 20-jährige Erfahrung im Umgang mit explosiven Stoffen sowie die fairen Preise machen die Firma Krahnen zu einem kompetenten Partner auch für komplexe industrielle Herausforderungen. Auf

Grund von Lagervorhaltung sowie Inspektionen vor Ort kann schnell auf neue Bedürfnisse reagiert werden.

Schaums in Relation zu anderen Proben geschlossen werden. Das erspart das Warten auf den tatsächlichen, oft sehr langsamen Zerfall. Das Modul PA4550 für den Dynamic Foam Analyzer DFA100 von Krüss misst den Flüssigkeitsgehalt des Schaums über dessen Leitfähigkeit auf sieben Ebenen der Schaumsäule, so dass die Drainage zeit- und höhenabhängig verfolgt wird. Aufgeschäumt wird reproduzierbar durch geregelten Gasfluss über eine Fritte. Die Software nimmt Messkurven für alle Elektroden unabhängig voneinander auf und gibt die maximale Feuchtigkeit in Prozent sowie die Halbwertzeit für jede Messhöhe an.

Neuartig ist auch die sehr bequeme Handhabung der Elektroden. Diese sind auf zwei Leisten angeordnet, die in Sekundenschnelle in die Standardmesssäule des DFA100 eingesetzt und angeschlossen werden können. Bei der Feuchtebestimmung wird die standardgemässe optische Schaumhöhenmessung simultan durchgeführt.

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Schaum unter Strom

Dem Zerfall eines Schaums geht das Ablaufen der Flüssigkeit aus den Schaumlamellen – die Draina-

ge – voraus. Aus Geschwindigkeit und Ausmass der Drainage kann in der Regel auf die Stabilität des

Leicht wie Schaum: das Einsetzen der Elektroden

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PRODUKTE

Neues Triple-Quadrupol LCMS-8040

Shimadzu, weltweit eines der führenden Unternehmen in der instrumentellen Analytik, hat kürzlich das neue LCMS-8040 Triple-Quadrupol-Massenspektrometer vorgestellt. Das System kombiniert verbesserte Ionenoptiken und Kollisionszellentechnik mit Technologien für eine ultraschnelle Messung. Das erweitert die Anwendungsfelder für hoch empfindliche Analysen mit hohem Durchsatz und gesenkten Nachweisgrenzen. Die Ionenoptik (UF-LensTM) des LCMS-8040 integriert zwei Multipole RF Ion Guides mit der UFsweeperTM II Kollisionszellentechnik und erhöht damit die Empfindlichkeit bei den verschiedenen Messmodi wie beispielsweise dem Multiple Reaction Monitoring (MRM). Eine gegenüber dem LCMS-8030 fünffach erhöhte Empfindlichkeit (Reserpin, S/N) wurde durch verbesserte Ionenfokussierung und Minimierung des Ionenverlusts zwischen den Multi-pole-Linsen erreicht. Die schnelle Scan-Geschwindigkeit von 15 000 u/s und der schnellste Polaritätswechsel von 15 msec – beide bereits vom LCMS-8030 bekannt – ermöglichen es, die LC/ MS/MS-Anwendungsgebiete zu erweitern. Für Nutzer des LCMS8030 ist ein Upgrade-Kit erhältlich, wodurch die Sensitivität das Niveau des LCMS-8040 erreicht. Das weltweit schnellste LCMS/MSTandem-Massenspektrometer Mit der UFsweeper II Kollisionszelltechnik erreicht das LCMS-8040 Übergangsgeschwindigkeiten von bis zu 555 MRMs pro Sekunde. UFSweeper II zeichnet sich durch

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einen schnellen und effizienten Ionentransport aus, der die Empfindlichkeit erhält und Crosstalk unterdrückt, sogar für Ultrafast- oder zeitgleiche Multikomponentenanalysen. Das LCMS-8040 hat mit 15 msec den weltweit schnellsten Polaritätswechsel und eine ultraschnelle Scanrate von 15 000 u/ sec für einen maximalen analytischen Durchsatz. Die LabSolutions-Software bietet eine Vielzahl von Funktionen zur Datenbearbeitung – etwa den Quantitation Browser, der vielfältige Analyte verarbeitet, oder den Data Browser, der es ermöglicht, in einem einzigen Fenster multiple Datensets zu analysieren und zu vergleichen. Mit der LabSolutionsSoftware optimieren die Anwender sehr einfach die MRM-Parameter, indem sie die Automated Flow Injection Analyse wählen. Verschiedene Methodenmodule verfügbar Um die Effizienz zu erhöhen, bietet Shimadzu zahlreiche Module an, die die MRM-Bestimmung und Methodenentwicklung überflüssig machen. Zusätzlich hat das LCMS8040 eine robuste, anwenderfreundliche Schnittstelle, ist kompatibel mit LCMS-8030 MRMParametern für einen einfachen Methodentransfer und ist einfach zu warten.

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Spitzentechnologie in der dritten Dimension Die neuen Eppendorf Combitips advanced unterstützen sicheres und genaues Dosieren von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Direktverdrängung. Besondere Produktmerkmale sind z.B. die Farbkodierungen für das problemlose Erkennen der Grösse, verlängerte Spitzen, welche alle gängigen Laborgefässe komplett entleeren und eine Spenderbox mit integrierter Schütte. Eine weitere Neuheit ist der Reinheitsgrad – «Eppendorf PCR clean». Erhältlich in neun Grössen und mit jeder Eppendorf Multipette verwendbar, wurden Combitips advanced speziell für Anwendungen entwickelt, welche präzises Pipettieren identischer Flüssigkeitsmengen in Serie erfordern. Der hermetisch versiegelte Kolben verhindert die Kontamination der Pipette. Das Prinzip der Direktverdrängung unterstützt hochpräzises Dispensieren problematischer Flüssigkeiten wie z.B. Flüssigkeiten von hoher Dichte bzw. hohem Salzgehalt, hohem Dampfdruck oder hoher Viskosität. Die verlängerten Spitzen (Grössen 2,5 mL, 5,0 mL, 10 mL) ermögli-

chen die komplette Entleerung aller gängigen Laborgefässe, während die Trichtergeometrie die Haptik optimiert und gleichzeitig eine Beschädigung der Handschuhe verhindert. Da bei der Herstellung der Combitips advanced keinerlei Gleitmittel verwendet werden, können die besten Ergebnisse in Bioassays und anderen sensiblen analytischen Methoden erzielt werden. Das neue Verpackungskonzept und die Farbkodierung der verschiedenen Grössen sorgen für zusätzliche Vereinfachung der Handhabung. Vaudaux-Eppendorf AG Im Kirschgarten 30 CH-4124 Schönenbuch/Basel Telefon +41 (0)61 482 14 14 vaudaux@vaudaux.ch www.vaudaux-eppendorf.ch

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PRODUKTE

Polaris Touch Panel PCs mit LED-Technologie

Die Polaris Touch Panel PCs mit LED-Technologie sind eine innovative Weiterentwicklung der Polaris Panel PCs. Erhältlich in den Grössen 5,7", 10,4" und 12,1" wurden diese Geräte zur komfortablen Bedienung einfacher Maschinen wie Mischer, Trockner oder Betankungsstationen sowie zur Steuerung und

Überwachung komplexer Maschinen wie Reaktoren, Zentrifugen oder Kugelmühlen konzipiert. Alle Polaris Geräte wurden entwickelt für den Einsatz in der Zone 1 und 2 sowie 21 und 22. Der gewohnte PC-Komfort wird somit auch im ExBereich ermöglicht. Die Panel-PCs sind insbesondere geeignet für den

Einsatz in der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie. Die hochauflösenden Displays mit LED-Hintergrundbeleuchtung und Touchscreen ermöglichen eine intuitive und komfortable Bedienung. Auch bei grossen Betrachtungswinkeln oder ungünstigen Lichtverhältnissen gewährleistet die neueste LED-Display-Technologie den optimalen Kontrast. Der bewährte LX800 Prozessor bietet ausreichend Rechnerleistung zur Darstellung von HTML-Seiten oder als Remote-Client. Leistungsstarkes Visualisieren und Bedienen der Prozesse direkt vor Ort werden dadurch ermöglicht. Für eine höhere Rechnerleistung steht optional ein leistungsstarker Intel Atom mit 1,6 GHz zusammen mit Windows 7 Embedded zur Verfügung. Die dazugehörige neueste Visualisierungssoftware für die PolarisSerien BMS Graf pro Runtime 7

bietet dem Anwender die Möglichkeit, unter Windows XP Embedded zu arbeiten, beispielsweise für die Übertragung von Projekten über das Ethernet, die Nutzung von Grafiklisten oder eine integrierte Benutzerverwaltung. Eine eigensichere USB-Schnittstelle für einen USB Ex i-Memory-Stick ist ebenfalls vorhanden. Zusätzlich können eine eigensichere Maus, ein Trackball und ein Touchpad angeschlossen werden. Die Polaris-Geräte sind als Standardausführung oder kundenspezifische Lösung erhältlich. Eine Lieferung im Edelstahlgehäuse ist ebenfalls möglich.

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Anschlag- und Förderketten für sauberkeitskritische Bereiche

Absolute Vermeidung von Fremdkörpereintrag, Säuberung bis hin zur Sterilisation unter hohen Temperaturen und teils alkalischen Bedingungen – die Anforderungen an Anlagen in sensiblen Produktionsumgebungen wie der Lebensmittel- oder Chemieindustrie sind sehr hoch. Wasch-, Förder-, Lager- und Automatisierungstechnik für Mehrweggebinde in der Lebensmittelindustrie sind das Spezialgebiet der WVG Kainz GmbH in Irschenberg. Die Waschsysteme spielen dabei eine besonders wichtige Rolle, denn eine umfassende Reinigung der wiederverwendbaren Kisten ist in

diesem Anwendungsbereich unerlässlich. Die extremen Bedingungen dabei stellen für die Ketten, mit denen die Behälter transportiert werden, eine enorme Beanspruchung dar. Die Feuchtigkeit kann in Verbindung mit Hitze zu Spalt- und Lochkorrosion führen. Die Folge wären Zuglastverminderung, Defekte oder auch Rostpartikel, die die Gebinde verunreinigen könnten. WVG Kainz verbaut daher in den Kistenwaschanlagen bereits seit längerem Cromox-Ketten aus 1.4404-Stahl (V4A). Gefertigt werden diese von der Ketten Wälder GmbH aus dem baye-

rischen Bad Endorf. «Wir verwenden dafür nur 1.4404- oder 1.4462-Stahl, da sich diese Sorten durch eine hohe chemische Beständigkeit und günstige mechanische Eigenschaften auszeichnen», erklärt Franz Wälder, Geschäftsführer des Spezialunternehmens. Der hohe Chromanteil in den Legierungen sorgt in Kombination mit Nickel und Molybdän für eine sehr hohe Resistenz gegen Rost oder Säuren. Insgesamt entsprechen die Cromox-Ketten der Güteklasse 5 beziehungsweise dem Sicherheitsfaktor 1:2 und genügen damit den höchsten Anforderungen. Die Kettenglieder werden im eigenen Betrieb von Ketten Wälder hochpräzise verschweisst, sodass gleichmässige Oberflächen ohne Höhlungen entstehen, die Angriffspunkte für Schmutz oder Lochfrass

sein könnten. Um sicherzustellen, dass die fertige Kette keine Schwachpunkte aufweist, wird sie im Anschluss daran kalibriert und dabei jedes einzelne Glied auf seine Tragfähigkeit und die Qualität der Ausführung kontrolliert.

Ketten Wälder GmbH Gewerbegebiet 5 D-83093 Bad Endorf Telefon +49 0 8053 202 90 info@ketten-waelder.de www.ketten-waelder.de WVG Kainz GmbH Gewerbegebiet Salzhub 11 D-83737 Irschenberg Telefon +49 (0)8062 707 50 info@wvgkainz.de www.wvgkainz.de

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

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Taastrasse 40 CH-9113 Degersheim Tel. +41 71 372 08 08 Fax +41 71 372 08 09 www.sawa.ch info@sawa.ch

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Pumpen | Systeme | Service | Diagnostik

SCHLAUCHQUETSCHPUMPE

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

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

Bayer (Schweiz) AG, MaterialScience Grubenstrasse 6 8045 Zürich bms@bayer.ch

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

RÜHRWERKE Pumpen Rührwerke

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

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

Kern-Etiketten AG

CAS® Clean-AirService AG Reinluftweg 1 · CH-9630 Wattwil Tel. +41 0 71 987 01 01 · Fax +41 0 71 987 01 11 info@cas.ch · www.cas.ch

info@kernetiketten.ch www.kernetiketten.ch

SELBSTSAUGENDE ZENTRIFUGALPUMPEN

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

Alldos International AG

QUALIFIZIER UNG/VALIDIER UNG

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Schönmattstrasse 4 CH-4153 Reinach Tel. +41 61 717 55 55 Fax +41 61 717 55 10 alldos.ch@alldos.com www.grundfosalldos.com

SAUGFÖRDERGERÄTE/ VAKUUMFÖRDERGERÄTE

VIA AG Engineering

Mühlenmattstrasse 32 4112 Bättwil-Flüh Tel. +41 61 313 26 25 Fax +41 61 313 26 52 info@viaag.ch www.viaag.ch

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

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

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