ChemieXtra 3/2013 by SIGWERB GmbH

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März 2013

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

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EDITORIAL

Überraschungen Unter einem Dogma versteht man eine fest stehende Definition oder eine grundlegende

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normative (Lehr-)Meinung, deren Wahrheitsanspruch als unumstösslich festgestellt wird – so Wikipedia. Allgemein gelten Dogmen so lange, bis sie durch neue ersetzt werden. Bis dahin wird jeder verteufelt, der daran rüttelt. Diese Erfahrung machten schon berühmte Forscher wie Charles Darwin mit seiner Evolutionstheorie oder Alfred Wegener mit seiner Theorie zur Kontinentaldrift. Es gehört immer Mut dazu, mit Forschung zu beginnen, die an Dogmata rüttelt. Heute stehen Wissenschaftler – weit mehr als früher – im internationalen Rampenlicht und müssen mit allgemeiner Kritik rechnen. Doch Kontroversen sind das, was die Forschung – und die Menschen – voranbringt. Im vorliegenden Heft werden Sie gleich mehrere Themen entdecken, die gesetzte Lehrmeinungen in Frage stellen. Oder hätten Sie etwa geglaubt, dass es eine Temperatur jenseits des absoluten Nullpunkts gibt, also mit negativen Kelvinwerten? Das Geheimnis hierbei

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liegt einerseits in einer Umkehr der Energieverteilung und andererseits – ganz einfach – in der historischen Definition der absoluten Temperatur. Auch die Tatsache, dass sich der berühmte Penicillinpilz Penicillium

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chrysogenum geschlechtlich vermehren kann, war eine Überraschung. Das eröffnet neue Möglichkeiten der Penicillin-Herstellung für pharmazeutische Zwecke. Nicht weniger interessant ist ein anderer Mikroorganismus: Der als gefährlich bekannte Magenkeim Helicobacter pylori manipuliert unser Immunsystem im frühesten Kindesalter – und richtet damit viel Gutes an. Zwei Faktoren, die das Bakterium freisetzt, sorgen dafür, dass wir später vor allergischem Asthma geschützt sind. Es gibt also einige Überraschungen in dieser neuen Ausgabe. So wünsche ich Ihnen viel Freude beim Lesen – und Staunen.

Sabine Goldhahn

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

CHEMIE

Die Bitterkeit des Bieres

Temperatur jenseits des absoluten Nullpunkts

Während des Brauens erhält Bier seinen bitteren Geschmack durch Bitterstoffe des Hopfens. Diese bakteriostatischen Humulone wirken als natürliche Konservierungsstoffe. Wissenschaftler berichten jetzt über die Bestimmung der absoluten Konfigurationen dieser Humulone und Isohumulone sowie einiger ihrer Derivate mithilfe von Röntgenstrukturanalysen.

FORSCHUNGSWELT 20

Was für die meisten Menschen im Winter normal ist, war in der Physik bislang unmöglich: eine negative Temperatur. Auf der absoluten Temperatur-Skala, die von Physikern verwendet wird und auch Kelvin-Skala heisst, kann der Nullpunkt nicht unterschritten werden – zumindest nicht in dem Sinne, dass etwas kälter als null Kelvin wird. Nun hat ein Team von Physikern im Labor ein atomares Gas geschaffen, das trotzdem negative Kelvin-Werte annehmen kann. Diese negativen absoluten Temperaturen haben einige scheinbar absurde Konsequenzen.

BIOWISSENSCHAFTEN Penicillin mit neuen Eigenschaften

ANALYTIK Das Gold der Steppe

Schimmelpilze werden in der pharmazeutischen Industrie genutzt, um Produkte wie Antibiotika oder Statine, die zur Bekämpfung von Fettstoffwechselstörungen eingesetzt werden, zu produzieren. Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass sich der Penicillin-produzierende Schimmelpilz Penicillium chrysogenum nur ungeschlechtlich über Sporen vermehrt. Ein Forscherteam konnte nun zeigen, dass sowohl WildtypStämme als auch Industriestämme des Pilzes gekreuzt werden können und in der Lage sind, Fruchtkörper mit sexuellen Sporen zu bilden.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Vor mehr als 2000 Jahren errichtete das Volk der Xiongu in der mittelasiatischen Steppe die Nekropole Gol Mod. Deren Grabfelder legen französisch-mongolische Archäologen seit 1996 frei und fanden dabei kunstvoll verzierte Särge. Mit einem neuen Verfahren der Röntgen-Fluoreszenz-Spektroskopie haben Forscher jetzt herausgefunden, woher das Gold für die Verzierung der Särge kam.

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 3. Jahrgang (2013) 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 Telefon +41 (0)61 861 10 11 redaktion@sigwerb.com

Produktion Sprüngli Druck AG Dorfmattenstrasse 28 CH-5612 Villmergen Telefon +41 (0)56 619 53 53 Telefax +41 (0)56 619 53 00 info@spruenglidruck.ch www.spruenglidruck.ch Abonnemente Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.chemiextra.com Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto) Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Copyright 2013 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

MEDIZIN/PHARMA

Weggefährte mit verschiedenen Facetten

WERKSTOFFE Durchbruch in der organischen Spinelektronik

Dem Magenbakterium Helicobacter pylori können die sauren pH Werte um 1 nichts anhaben, denn er hat sich perfekt an dieses Milieu angepasst. Doch Mediziner bekämpfen ihn, denn er verursacht Magenentzündungen und im schlimmsten Fall sogar Magenkrebs. Das hat man erst vor 30 Jahren herausgefunden – und schon 2005 gab es dafür den Nobelpreis. Erst jetzt entdecken Forscher, dass der Keim auch mehrere gute Seiten hat – und dass seine ganze Wirkungsweise im Menschen viel komplexer ist als gedacht.

Forscher können Datenmengen von bis zu einem Petabyte pro Quadratzoll speichern, indem sie Informationen aus dem Spin eines Elektrons bei Raumtemperatur in einem organischen Molekül speichern und auslesen.

NEWS

UMWELT The secret of the humble sea urchin

ERNÄHRUNG Scientists have discovered that in the presence of a nickel catalyst CO2 can be converted into the harmless solid mineral calcium carbonate. This can revolutionize the way we capture and store carbon enabling us to significantly reduce CO2.

Vom feinen und vom gesunden Weggli

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

März 2013

ZUM TITELBILD Wir, Messer Schweiz AG, sind ein unabhängiges, eigentümergeführtes Unternehmen, mit dem Anspruch, unsere Kunden mit Technologien und Produkten höchster Qualität im Gasebereich zu versorgen. Um diesem Anspruch umfänglich gerecht zu werden, bedienen wir uns auch der internationalen Kompetenz der Messer Gruppe. Die Messer Gruppe gehört zu den grössten, international tätigen Industriegaseunternehmen, mit Schwerpunktmärkten in Europa und China. Gase von höchster Qualität zu erzeugen und für die unterschiedlichsten Anwendungen termingerecht zu liefern, ist die traditionelle Stärke der Messer Schweiz AG. In Lenzburg betreiben wir ein Kompetenzzentrum der Messer Gruppe für Reinst- und Spezialgase.

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Vollkorn ist gesund. Da epidemiologische Studien dies mit reduzierten Risiken bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und sogar Krebs bestätigen, haben wir generell ein gutes Gefühl beim Kauf eines Vollkornbrotes. Nur leider schmeckt Weissbrot einfach besser. Dass dieser Geschmacksunterschied vor allem auf die Hemmung der Maillard Reaktion durch die Ferulasäure zurückzuführen ist, haben Wissenschaftler jetzt nachgewiesen.

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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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CHEMIE

Effizienter Katalysator für Sauerstoffreduktion in Brennstoffzellen und Batterien

Schneller mit vier Füssen Ob Batterie oder Brennstoffzelle – leistungsfähige Elektroden sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit jeder elektrochemischen Zelle. Ein koreanisch-amerikanisches Team stellt jetzt ein neuartiges Elektrodenmaterial vor, das auf preiswertem Melaminschaum und Russ basiert. Die hohe Porosität des Materials begünstigt den Massentransport erheblich. Ausserdem wird die Zahl der Sauerstoff-Reduktions-Reaktionen durch eine hohe Zahl an katalytisch aktiven Zentren drastisch erhöht.

Science and Technology (Südkorea) und Meilin Liu vom Georgia Institute of Technology (USA) war es daher, eine kostengünstigere Alternative zu entwickeln.

Bild: J Cho/UNIST

Von Wellenbrechern inspiriert

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des neuen Katalysators «Ar-800»

Die an den Kathoden von Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien stattfindende Sauerstoff-Reduktions-Reaktion ist aufgrund ihrer schleppenden Reaktionsgeschwindigkeit deutlich gehemmt. Ohne diese hohe kinetische Barriere könnte die Leistungsfähigkeit elektrochemischer Zellen deutlich grösser sein. An der Kathode wird in alkalischer Lösung Sauerstoff mit Wasser unter Aufnahme von Elektronen zu Hydroxid-Ionen (OH -) umgesetzt. Das Problem besteht darin, dass bei einem komplexen System, an dem sowohl flüssige als auch feste und gasförmige Phasen beteiligt sind, Transportprozesse oftmals nicht schnell genug ablaufen und so den Prozess hemmen. Dies ist insbesondere bei der Entladung mit höheren Stromdichten der Fall. Kathoden aus einem porösen Kohlenstoffträger, wie zum Beispiel Russ, auf dem ein katalytisch aktives Edelmetall wie Platin fein dispergiert ist, können diese kinetische Hemmung zwar sehr effektiv verringern, sind aber teuer und nicht sehr stabil. Für einen Einsatz im Alltag ist diese Methode daher unpraktikabel. Ziel des Teams um Jaephil Cho vom Ulsan National Institute of 4

Die Tetrapodenstruktur, wie sie bei Wellenbrechern zum Einsatz kommt, diente den Wissenschaftlern als Inspiration für die Synthese eines neuen hocheffizienten ElektroKatalysators. Tetrapoden, deren vier «Füsse» in die Ecken eines imaginären Tetraeders weisen, werden an der Küste, bei Dämmen oder Molen aufgeschichtet, um die Kraft der gegen das Ufer schlagenden Wasserwellen zu mindern. Gleichzeitig bieten diese Schichten dank ihrer zahlreichen grossen Hohlräume Lebensraum für aquatische Lebewesen.

Durch Pyrolyse und anschliessendes Mörsern von Melaminharz entstehen mikroskopisch kleine Bruchstücke, die an Tetrapoden erinnern. Die Wissenschaftler versetzten das so behandelte Melaminharz mit Eisenchlorid und mit stickstoffdotiertem Ketjenblack – elektrisch leitfähigen Russpellets –, verkohlten es und laugten es mit Schwefelsäure aus. Die entstehenden, mit Russ-Nanopartikeln besetzten Tetrapoden bieten eine sehr hohe spezifische Oberfläche, eine hohe Zahl an katalytisch aktiven Zentren (Fe/Fe3C und CN-Gruppen) sowie viele Poren, die einen raschen Massentransport ermöglichen. Kathoden aus dem neuen Elektrodenmaterial – von den Wissenschaftlern als «Ar-800» bezeichnet – zeigten eine hohe Beständigkeit und elektrochemische Leistungsdaten,

Zahl des Monats

0,0002

Gramm – so wenig wiegt ein Kubikzentimeter des leichtesten Materials der Welt: Aerografit. Das nanoskalige Kohlenstoffröhrchen-Netzwerk ist 75-mal leichter als Styropor. Ein Turm mit dem Gewicht eines Kilogramms und einer Grundfläche von einem Quadratmeter würde 5 m hoch in die Luft ragen. Und er liesse sich, ohne Schaden zu nehmen, auf 25 cm Höhe zusammenpressen und wieder auseinander ziehen. Denn während leichtgewichtige Materialien üblicherweise zwar Druck, aber nicht Zug aushalten können, kann Aerografit beides. Bei seiner Herstellung wird ein Zinkoxid-Template mit Grafit ummantelt – das sieht aus wie ein Efeu-Geflecht, welches einen Baum umrankt. Gleichzeitig wird Wasserstoff zugeführt, der mit dem Sauerstoff des Zinkoxids reagiert. Es entweichen Wasserdampf und Zink – die Kohlenstoffstruktur bleibt. Dieses Verfahren hat als Zufallsfund zum Weltrekord geführt. Dabei war schon der vormalige Rekordhalter mit 0,9 µg/cm3 Dichte leicht genug, um auf dem Schopf eines Löwenzahns zu thronen. (AB) Quellen: HRL Laboratories; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

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Die Tetrapodenstruktur eines Wellenbrechers diente als Inspiration für die Synthese eines hocheffizienten Elektrokatalysators der Sauerstoff-Reduktionsreaktion (ORR) aus preiswertem Melaminschaum und dem Russ «Ketjenblack». Seine Porosität erleichtert den Stofftransport, und der N-dotierte Ketjenblack sowie die Fe/Fe 3C- funktionalisierte Gerüstoberfläche verstärken die ORR-Aktivität drastisch. Quelle: J Lee, G S Park, S T Kim, M Liu, J Cho, «A Highly Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction: N-Doped Ketjenblack Incorporated into Fe/Fe3C-Functionalized Melamine Foam», Angew Chem, DOI: 10.1002/ange. 201207193 (2012); Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

die mit denen der edelmetallbasierten Kathoden konkurrieren können – bei einem wesentlich geringeren Preis. Sie sind ein vielversprechender Ausgangspunkt für eine neue Generation preiswerter und hochleistungsfähiger Metall-Luft-Batterien und Brennstoffzellen. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Original-Publikation J Lee, GS Park, ST Kim, M Liu, J Cho, «A Highly Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction: N-Doped Ketjenblack Incorporated into Fe/Fe3C-Functionalized Melamine Foam», Angew Chem, 125(3), 1060–1064 (2013)

Kontakt Prof. Jaephil Cho Interdisciplinary School of Green Energy Ulsan National Institute of Science and Technology Südkorea jpcho@unist.ac.kr, jpcho.com Prof. Meilin Liu School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology Atlanta, USA meilin.liu@mse.gatech.edu fcbt.mse.gatech.edu/liu.htm

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Förderleistung Endvakuum Absaugﬂasche Sicherheitsﬂasche Steuerung

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CHEMIE

Aufklärung der absoluten Konfigurationen von Hopfenbitterstoffen

Die Bitterkeit des Bieres

Bild: Werner Kaminsky

ORTEP-Darstellung der alpha-Säure Humulon

Beim Erhitzen der Stammwürze zusammen mit Hopfen entstehen aus den Humulonen Umlagerungsprodukte, weitere Bitterstoffe, die dem Bier seinen charakteristischen Geschmack geben: iso-alpha-Säuren, auch Isohumulone genannt. Inzwischen wurden ausserdem Hopfenextrakte entwickelt, wie die stabileren Tetrahydro-iso-alpha-Säuren, die von manchen Brauern statt Hopfen zugegeben werden.

Verschiedene Konfigurationen der Bitterstoffe Bei der Umlagerung der Humulone wandelt sich ein sechszähliger Ring aus Kohlenstoffatomen in einen fünfzähligen um. Dabei können zwei Seitengruppen auf verschiedene Weise angeordnet sein: Sie können auf dieselbe oder auf die gegenüberliegende Seite der Ringebene weisen und werden als cis- bzw. als trans-Form bezeichnet. Es stellt sich nun die Frage, ob die beiden Gruppen des cis-Humulons nach oben oder nach unten ausgerichtet sind respektive welche Gruppe in der trans-Konfiguration nach oben und welche nach unten zeigt. 6

Ausserdem ist im Humulon am sechszähligen Ring ein Kohlenstoff mit zwei verschiedenen Seitengruppen vorhanden. Auch hier galt es, dessen absolute Konfiguration («Händigkeit») festzustellen. Einem Team um Werner Kaminsky ist die Beantwortung dieser Fragen nun mithilfe der Röntgenstrukturanalyse gelungen. Die Herausforderung für die Wissenschaftler von KinDex Therapeutics (Seattle) und der University of Washington war der Isomerisierungsprozess der Humulone. Durch diesen entstehen sehr viele ähnliche Verbindungen, die getrennt, gereinigt und die Säuren in geeignete Salze überführt werden mussten.

Neue Ergebnisse – neue Fragen Die in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» publizierten Ergebnisse widersprechen anderen Daten aus der Literatur – das wirft die Frage auf, inwieweit die dort verwendeten indirekten Methoden (Horeau-Verfahren, Cotton-Effekt) für solche Fragestellungen überhaupt geeignet sind. Dank der neuen Erkenntnisse konnten die Forscher nun auch aufklären, wie der Umlagerungsmechanismus im Einzelnen abläuft. Von Interesse sind die Konfigurationen der Hopfenbitterstoffe auch, weil es Hinweise darauf gibt, dass Hopfen-Bitterstoffe unterstützend bei Diabetes oder bestimmten Krebsarten wirken. Sie sollen auch entzündungshemmend sein und die Gewichtsabnahme begünstigen. Es gibt Vermutungen, nach denen die Wirkungen je nach absoluter Konfiguration sehr unterschiedlich auszufallen. Ausserdem scheinen verschiedene Grade der Bitterkeit bei Bier in Verbindung mit verschiedenen Formen der Tetrahydro-iso-alpha-Säuren zu stehen. Diese Überlagungen basieren auf

Strukturformel der Humulone, R = Iso-butyl/ Iso-Propyl/sec-Propyl Quelle: J Urban, C J Dahlberg, B J Carroll, W Kaminsky, «Absolute Configuration of Beer’s Bitter Compounds», Angew Chem, DOI: 10.1002/ange.201208450(2012). Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

dem biochemisch weit verbreiteten Schlüssel-Schloss-Prinzip, wonach die Anlagerung der iso-alpha-Säuren an ein Protein eine passende «Händigkeit» voraussetzt. Nun, da die Stereochemie der Humulone und ihrer Derivate definitiv bekannt ist, können diese Fragen untersucht werden. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation J Urban, CJ Dahlberg, BJ Carroll, W Kaminsky, «Absolute Configuration of Beer’s Bitter Compounds», Angew Chem 125(5), 1593–1595 (2013) Kontakt Prof. Werner Kaminsky Department of Chemistry University of Washington Seattle, USA kaminsky@chem.washington.edu depts.washington.edu/chem/people/ faculty/kaminsky.html

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Bild: Sebastian Wagner

Scientists have created chemical modules that copy the behavior of predators like tigers (above) and their prey.

Chemical modules that mimic predator-prey and other behaviors

Cat and Mouse on a nano-scale Scientists are reporting development of chemical modules that can reproduce changes and interactions on an unprecedented molecular level that occur in natural populations of plants and animals, including those of hunting and being hunted for food, conducting mutually beneficial relationships and competing for resources.

Bild: Yannick Rondelez

Yannick Rondelez and Teruo Fujii from the University of Tokyo explain that just as plants and animals interact in complex ways in vast «ecosystems» in nature, molecules, such as

Illustration of predator-prey behavior of DNAdegrading enzymes and DNA.

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small synthetic DNA fragments, can be made to interact in complex ways within test tubes. Therefore, animal behaviors, like hunting as a predator and being hunted as prey, could also be applied to molecules, they say. Currently, researchers can build simple circuits with these so-called «predator-prey biochemical oscillators». But to make complex molecular machines and computers, they need to understand and control how groups of molecules interact with each other, as animals do in nature. However, this could provide information-processing ability to wet systems. In the journal «ACS Nano» the scientists describe reproducing predator-prey interactions, mutually beneficial relationships and competitive conditions using DNA and enzymes that build up or break down DNA. «Therefore, beside opening the way to the study of fundamental issues of chemical

dynamic systems, we also expect that this approach will provide a useful building block in the scaling-up of molecular computers and machines», the researchers say. Source: innovations report Reference T Fujii, Y Rondelez, «Predator-Prey Molecular Ecosystems», ACS Nano, 7(1), 27–34, (2013) Contact Yannick Rondelez, Ph.D. Institute of Industrial Science The University of Tokyo, Japan rondelez@iis.u-tokyo.ac.jp

CHEMIE

«Biologische» Halogenbindungen in künstlichem Molekülsystem nachgewiesen

Biomimetik bei Halogenbindung

Bilder: Jacobs University

Wissenschaftler haben erstmals schwache chemische Wechselwirkungen in einem künstlichen Molekülsystem identifiziert. Bislang waren solche Wirkmechanismen nur aus biologischen Systemen, wie beispielsweise Proteinen, bekannt. Die Nutzung solcher biomimetischer Interaktionen in der Chemie eröffnet neue Entwicklungsmöglichkeiten für halogenhaltige Medikamente, Antiseptika und Materialien für Batterien und Solarzellen.

Halogenmoleküle aus zwei Iod- oder Bromatomen (links, orange-braun) werden durch perpendikulare Halogenbrückenbindungen zu den Harnstoffgruppen im Hohlraum des synthetischen Container-Moleküls Cucurbit[6]uril (rechts) gebunden.

Werner Nau hat mit seinem Team nun ein biomimetisches System entwickelt, in dem Halogenmoleküle aus zwei Iod- beziehungsweise Bromatomen sogenannte perpendikulare – also senkrechte – Halogenbrückenbindungen zu den Harnstoffgruppen eines hohlen Makromoleküls aus der Klasse der Cucurbiturile ausbilden. Dabei werden diese in dem Hohlraum des synthetischen, fassförmigen Containermoleküls gebunden. Diese Art von schwacher chemischer Interaktion ist eine spezielle Form der Halogenbrückenbindung, die bislang nur aus halogenhaltigen Proteinkomplexen bekannt war. Die experimentellen Ergebnisse wurden durch Kristallstruktur-Analysen und mittels quantenchemischer Berechnungen verifiziert und damit erstmals als «biologische» Variante der Halogenbindungen für ein artifizielles Molekülsystem nachgewiesen.

Neuland biomimetische Chemie

jedoch oft stabiler als ihre natürlichen Vorbilder, da sie sich in ihrer Zusammensetzung deutlich von diesen unterscheiden. Bewährt haben sie sich daher vor allem zur Entwicklung künstlicher Modellsysteme, mit denen enzymatische, hormonelle und andere natürliche molekularbiologische Prozesse simuliert werden können, die nur schwer an lebenden Organismen oder mit natürlichen Systemen in vitro zu untersuchen sind.

Die Übertragung biologischer Funktionsprinzipien auf künstliche Systeme wird als Biomimetik bezeichnet und basiert auf der These, dass sich durch die Evolution optimierte Strukturen und Prozesse in der Natur entwickelt haben und bestens als Vorbild für Lösungen in Technologie und Design eignen. Während Biomimetik in der Technik weit verbreitet ist und eine zum Teil jahrhundertelange Tradition hat, ist die biomimetische Chemie ein vergleichsweise junges Forschungsfeld, das erst mit Beginn der 1990er zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Biomimetische chemische Verbindungen gleichen biologischen Substanzen in deren funktionellen Eigenschaften, sind

Elektropotentialflächen-Darstellung von Cucurbit[6]uril mit eingeschlossenem Dihalogen

Das Forscherteam der Jacobs University in Bremen konnte zeigen, dass Iod- beziehungsweise Brommoleküle, die in das hohle synthetische Containermolekül Cucurbit[6]uril eingebracht werden, über so genannte perpendikulare Halogenbrücken in dem Molekülhohlraum gebunden werden.

Genaues Verständnis und diverse Anwendungen «Durch die Übertragung der Halogenbrücken von Proteinen auf synthetische Mole-

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CHEMIE

küle ist es uns gelungen, die Triebkraft zur Ausbildung dieser ungewöhnlichen Bindungen nun wirklich im Detail zu verstehen und auch zu verallgemeinern. So ist es beispielsweise entscheidend, dass sowohl Proteine als auch Cucurbiturile Amidgruppen enthalten und dass die Wechselwirkung in der Gegenwart von Wasser erfolgt», sagt Nau. Seine Gruppe forscht schwerpunktmässig im Bereich der supramolekularen Chemie, die sich mit der Assoziation von Molekülen zu übergeordneten Strukturen und den für diese Prozesse wichtigen schwachen Wechselwirkungen befasst. Unterstützt wurde er von Ulrich Kortz, ebenfalls Chemieprofessor an der Jacobs-University, der mit seinem Team die Strukturaufklärung der komplexen molekularen Strukturen vornahm. «Die beobachteten biomimetischen Wechselwirkungen erlauben aber nicht nur ein

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besseres Verständnis der Bindungen in biologischen Systemen, zum Beispiel für die Erkennung des Schilddrüsenhormons Thyroxin, sondern auch deren Nutzung für die Entwicklung neuer Materialien oder Pharmaka», so Nau weiter. Die Forschungsergebnisse würden neue Design-Kriterien liefern, da schwache Bindungskräfte bisher bei der computergestützten Wirkstoffoptimierung vernachlässigt wurden. «Das an das Cucurbituril komplexierte Iod erfährt zudem durch die biomimetischen Halogenbrücken eine besondere Stabilisierung», erklärt der Chemiker. Dies könnte Entwicklungspotenzial für verschiedene Anwendungen bieten. So werden auf Basis der höheren Stabilität von Iod in Wasser derzeit Ansätze wie länger wirksame iodhaltige Antiseptika überprüft. Zudem werde untersucht, ob durch Zugabe von Cucurbituril iodhaltige Herzschrittmacher-Batterien und

organische Solarzellen in ihrer Leistung verbessert werden können. Quelle: innovations report Originalpublikation HS El-Sheshtawy , BS Bassil , KI Assaf, U Kortz, WM Nau, «Halogen Bonding inside a Molecular Container», JACS 134(48), 19935–19941 (2012)

Kontakt Prof. Werner Nau Professur für Chemie Jacobs University Bremen Deutschland w.nau@jacobs-university.de www.jacobs-university.de/ses/wnau

CHEMIE

Zeitaufgelöste Rastertunnelmikroskopie durch Rauscherfassung

Wenn Moleküle morsen Forscher haben eine Technologie entwickelt, mit der Bewegungen einzelner Atome und Moleküle in Echtzeit nachverfolgt werden können. Die Basis dafür ist die Bestimmung der Parameter des Hintergrundrauschens einer Rastertunnelmikroskopie-Aufnahme. Dieses Rauschen machen die Wissenschaftler auch hörbar.

Das Geräusch, das aus dem Kopfhörer von Johannes Schaffert kommt, klingt wie früher das Rauschen eines Fernsehers nach Sendeschluss. Tatsächlich aber können Schaffert und seine Kollegen aus der Arbeitsgruppe von Rolf Möller und Christian Bobisch hieraus konkrete Informationen über das Verhalten einzelner Moleküle ableiten. Dafür nutzte das Team des Center for Nanointegration der Universität Duisburg-Essen (CENIDE) ein Rastertunnelmikroskop (RTM). Dieses funktioniert, indem eine nur aus wenigen Atomen bestehende Nadelspitze Zeile für Zeile die Oberfläche einer Probe abtastet und dabei – je nach deren Beschaffenheit – verschieden grosse Tunnelströme misst. Diese Werte nutzen Forscher, um den Abstand zwischen Nadel und Probe zu bestimmen und daraus ein Relief der Oberfläche zu erstellen. Auf diese Weise haben die Forscher einzelne Moleküle des blauen Farbpigments Kupferphthalocyanin auf einer Kupferoberfläche analysiert. Dabei haben sie festgestellt, dass der Messwert an manchen Stellen des Moleküls nicht konstant geblieben ist. Wie die Wissenschaftler in der Zeit-

Das Forscherteam von links nach rechs: Johannes Schaffert, Maren Cottin, Rolf Möller, Christian Bobisch

schrift «Nature Materials» berichten, springen die Werte stattdessen hin und her. Diese Sprünge hat das Team um Schaffert als Rauschen im Messsignal hörbar gemacht. Entgegen ihrer Erwartung, dass die Moleküle fest an der Oberfläche gebunden sind, gehen die Froscher davon aus, dass Bewegung stattfinden muss. «In der Wissenschaft wird oft behauptet, im Rauschen läge keine Information», erläutert Möller. «Das ist so nicht richtig, sie ist hier nur subtiler enthalten.»

Bild: Wikipedia

Teilchenbewegung in Echtzeit

Kupferphthalocyanin

Bisher haben am Rauschen interessierte Forscher dieses noch manuell auswerten müssen. Die Wissenschaftler haben nun eine Elektronik entwickelt, die parallel zur normalen Oberflächenmessung ebenfalls

sämtliche Parameter des Rauschens – Schaltrate, Schaltamplitude und Taktverhältnis – aufzeichnet. «Das erfasst für uns in einem einzigen Messschritt neben der klassischen Oberflächentopographie, wie schnell der Strom springt, wie gross die Sprünge sind und wie lange der Strom auf dem jeweiligen Niveau bleibt», erklärt Schaffert. «Die Moleküle morsen uns die Informationen zu.» Auf molekularer Ebene bedeutet dies, dass die Forscher in Echtzeit verfolgen können, wie sich Moleküle bewegen. Gemeinsam mit Kollegen des Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia in Barcelona und des Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay in Paris haben sie berechnet, dass sich das Molekül bei jedem Sprung im Strom um sieben Grad um seine eigene Achse dreht. Es können so mehrere tausend 3/2013

CHEMIE

Das Rauschen eines einzelnen Moleküls verrät etwas über seine Dynamik: mittels Rastertunnelmikroskopie entstandene Aufnahme eines Kupferphthalocyanin-Moleküls. Das Bild ist 2,3 x 2,3 Nanometer gross.

Bild: CENIDE

Bewegungen pro Sekunde analysiert werden. Die Forschungsarbeit könnte Anwendung in der noch in den Anfängen steckenden Molekularelektronik finden, die einzelne bewegliche Atome oder Moleküle als Schalter nutzt, um zum Beispiel einen elektrischen Kontakt herzustellen oder zu trennen. Auch auf andere Moleküle und Atome ist das entwickelte Verfahren übertragbar.

Originalpublikation R Möller et al., «Imaging the dynamics of individually adsorbed molecules», Nat Mat 12, 223–227 (2012)

Kontakt Prof. Rolf Möller Center for Nanointegration Universität Duisburg-Essen Deutschland rolf.moeller@uni-due.de www.exp.physik.uni-due.de/moeller

Quelle: Universität Duisburg-Essen

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BIOWISSENSCHAFTEN

Abstände geben Auskunft über Struktur von Makromolekülen

Molekulare Strukturen in lebenden Zellen

Bild: Marco Wassmer

Über Abstandsinformationen im Nanometerbereich gewinnen Forscher direkte Informationen über die dreidimensionale Struktur von biologischen Makromolekülen wie Proteinen oder DNA in der komplexen Umgebung innerhalb von Zellen. Die neue Methode zeichnet sich durch ihre hohe Sensitivität aus, eignet sich insbesondere für die Untersuchung der Struktur polymorpher Makromoleküle und könnte eine Rolle bei der Erforschung der Parkinson’schen Krankheit spielen.

Über Abstandsinformationen im Nanometerbereich gewinnen Konstanzer Forscher direkte Informationen über die dreidimensionale Struktur von Makromolekülen innerhalb von Zellen. Zellen des Glatten Krallenfroschs boten eine ideale Grundlage für die Entwicklung der hochsensitiven Analysemethode.

Hoch aufgelöste Strukturbilder von Makromolekülen, die unsere Vorstellung von der Gestalt dieser Moleküle prägen, werden durch Röntgenstrukturanalyse und Kernspinresonanz-Spektroskopie erzeugt, entweder in kristalliner Form oder hoch konzentriert im Reagenzglas. Um die Struktur der Makromoleküle unter dem Einfluss der biologisch relevanten zellulären Umgebung zu untersuchen, entwickelten die Forschergruppen von Daniel Dietrich, Jörg Hartig und Malte Drescher eine innovative Methode auf Grundlage der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (ESR-Spektroskopie). Mittels ortsspezifischer Spinmarkierung werden Spin-Sonden am zu untersuchenden Makromolekül angebracht. Für die in12

trazelluläre ESR-Spektroskopie werden die spinmarkierten Moleküle durch eine Mikroinjektion in das Cytoplasma eingebracht. «Ideal für diesen Zweck sind Zellen des Glatten Krallenfroschs, da aufgrund ihrer Grösse nur wenige Zellen für ein ESR-Experiment benötigt werden», erläutert Daniel Dietrich. Spektroskopisch wird nun der Abstand zwischen den Spin-Sonden gemessen. «Die Grundlage der Abstandsmessungen im Nanometerbereich ist die DipolDipol-Wechselwirkung zwischen den SpinSonden, die von ihrem Abstand abhängt. Über diese Abstandsinformation gewinnen wir eine direkte Strukturinformation», verrät Malte Drescher das Schlüsselprinzip. Die zwei wesentlichen Vorteile der neuen Methode sind ihre hohe Empfindlichkeit, die es erlaubt, niedrige Konzentrationen zu verwenden, sowie die Tatsache, dass allein das Signal der Spin-Sonden gemessen wird. Dadurch funktioniert die Methode selbst innerhalb von Zellen praktisch ohne Hintergrundrauschen.

Mögliche Anwendung im Molekül-Design Insbesondere für die Untersuchung der Struktur polymorpher Makromoleküle ist die intrazelluläre ESR-Spektroskopie von Bedeutung. Als erstes Anwendungsbeispiel wählten die Konstanzer Forscher Quadruplexe menschlicher Desoxyribonukleinsäure (DNA) – viersträngige Nukleinsäurestrukturen, die im Gegensatz zur berühmten DNA-Doppelhelix eine Vielzahl von Konformationen aufweisen. «Gleichzeitig spielt die Bildung von Quadruplexen innerhalb der Telomere am Ende des Chromosoms eine wichtige Rolle für dessen Schutz und für die Regelung des Zellzyklus», so Jörg Hartig.

Für ein intrazelluläres ESR-Experiment wurde eine menschliche Telomer-Sequenz ortsspezifisch spinmarkiert. Die ungefaltete Sequenz wurde in lebende Zellen injiziert. Nach einer Inkubationszeit von 15 Minuten konnten zwei koexistierende Konformationen nachgewiesen werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, spezifische Molekülkomplexe zu entwickeln, die unter anderem vielversprechende Ansätze für die Krebsbekämpfung bieten. «Diese neuartige Methode stellt ein wichtiges Bindeglied zwischen der ’klassischen’ molekularen biophysikalischen Chemie und der Systembiologie dar», freut sich Malte Drescher. Die Wissenschaftler wollen ihre Methode nun in weiteren Schritten für die Erforschung von molekularen Strukturen in Zellen einsetzen, beispielsweise für die Untersuchung von Proteinen, die bei der Parkinson’schen Krankheit eine Rolle spielen. Quelle: Universität Konstanz Originalpublikation M Azarkh et al., «Site-directed spin-labeling of nucleotides and the use of in-cell EPR to determine long-range distances in a biologically relevant environment», Nature Protocols, 8, 131–147 (2013)

Kontakt Dr. Malte Drescher Universität Konstanz Physikalische und Biophysikalische Chemie Konstanz, Deutschland Malte.Drescher@uni-konstanz.de www.uni-konstanz.de/drescher

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BIOWISSENSCHAFTEN

Sexuelle Revolution: Schimmelpilz kann sich geschlechtlich vermehren

Penicillin mit neuen Eigenschaften

Bild: Lehrstuhl Allgemeine und Molekulare Botanik, Universität Bochum

Schimmelpilze werden in der pharmazeutischen Industrie genutzt, um Produkte wie Antibiotika oder Statine, die zur Bekämpfung von Fettstoffwechselstörungen eingesetzt werden, zu produzieren. Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass sich der Penicillin-produzierende Schimmelpilz Penicillium chrysogenum nur ungeschlechtlich über Sporen vermehrt. Ein Forscherteam konnte nun zeigen, dass sowohl Wildtyp-Stämme als auch Industriestämme des Pilzes gekreuzt werden können und in der Lage sind, Fruchtkörper mit sexuellen Sporen zu bilden.

– konkret als Penicillium chrysogenum im Dunkeln unter Sauerstoffmangel auf einem Biotin angereicherten Nährmedium aufgezogen wurde. Sowohl auf der molekularen Ebene als auch in ihren äusseren Merkmalen zeigten die Nachkommen neue Eigenschaften. Die Biologen untersuchten ausserdem die Aktivität aller etwa 12 000 Gene des Schimmelpilzes. Das Ergebnis: Die Geschlechtsgene regulieren unter anderem die Aktivität von biotechnologisch relevanten Genen, zum Beispiel jenen für die Penicillin-Produktion. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der asexuellen Konidiosporen des Penicillin-Produzenten Penicillium chrysogenum. «Klassische Kreuzungsexperimente können in Zukunft Spezielle Umweltbedingungen veranlassen helfen, die Produktivität von Penicillium den Schimmelpilz dazu, von der unge- chrysogenum und anderen ökonomisch schlechtlichen auf die sexuelle Vermehrung wichtigen Pilzen zu steigern, von denen zu wechseln: Eine Kombination von Verän- bislang angenommen wurde, dass sie nur derungen in Beleuchtung, Sauerstoffgehalt zur asexuellen Fortpflanzung befähigt sind», und dem Nährmedium löste die geschlecht- sagt Stefanie Pöggeler vom Institut für Miliche Vermehrung des Schimmelpilzes aus krobiologie und Genetik der Universität Göttingen. Bis heute ist Penicillium chrysogenum der einzige bekannte effiziente Produzent des Antibiotikums Penicillin.

Bild: Wikipedia

Quelle: Uni Göttingen

Die gemeinsame Grundstruktur der sieben verschiedenen Penicillin-Klassen, wobei «R» die variable Gruppe darstellt.

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Originalpublikation J Böhm et al., «Sexual reproduction and mating-type – mediated strain development in the penicillin-producing fungus Penicillium chrysogenum» PNAS 110(4):1476–81(2013)

Penicillin Penicillin chrysogenum erlangte erstmals 1928 Aufmerksamkeit, als Sir Alexander Fleming die Entdeckung machte, dass ein Schimmelpilz in einer Bakterienkultur das Wachstum von umliegenden Bakterien unterdrücken kann, indem er einen neuen Stoff, Penicillin, freisetzt. Mehr als zehn Jahre später züchteten die Forscher Ernst Chain und Howard Florey erstmals genügend grosse Pilzkolonien, um mit den gewonnenen Mengen an Penicillin Patienten behandeln zu können. Diese Ereignisse läuteten die Ära der Antibiotika ein – die eine der wichtigsten Errungenschaften der Medizingeschichte bedeutet. Als Konsequenz durften sich Fleming, Chain und Florey später den Nobelpreis in Physiologie/Medizin teilen. Über Jahrzehnte hinweg glaubte man, dieser Schimmelpilz sei asexuell und arbeitete deshalb mit konventioneller Mutagenese, einer ungezielten Veränderung des Erbguts, um Stämme von P. chrysogenum mit erhöhter Penicillin-Produktion zu züchten. Quelle: Uni Nottingham

Kontakt Prof. Stefanie Pöggeler Institut für Mikrobiologie und Genetik Georg-August-Universität Göttingen, Deutschland spoegge@gwdg.de www.gzmb.uni-goettingen.de/ faculty/f_poeggeler.html

BIOWISSENSCHAFTEN

Detaillierte Strukturinformation liefert Grundlage für neue Medikamente

Wie feine Fasern Krebszellen am Teilen hindern Die unter dem Stichwort «Chemotherapie» verwendeten Krebsmedikamente hindern Zellen daran, sich zu teilen. Da sich Zellen in einem wachsenden Tumor häufiger teilen als andere, werden die Tumorzellen durch Chemotherapeutika besonders stark geschädigt. Forscher des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich haben nun für eine bestimmte Klasse solcher Medikamente den genauen Wirkmechanismus aufgeklärt. Diese Medikamente «frieren» die Beweglichkeit von zarten Fasern, den Mikrotubuli, ein und verhindern dadurch, dass die neu gebildeten Chromosomen auf die neuen Tochterzellen verteilt werden. So vereiteln sie die Zellteilung.

Taxol und ähnlich wirkende Substanzen den Abbau von Mikrotubuli verhindern und deren Beweglichkeit einschränken oder ganz unterdrücken können.

Bilder: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

Wirkstoffe verstärken Bindung

Laborantin Katja Bargsten züchtet Proteinkristalle, wie sie für die Aufklärung von Proteinstrukturen benötigt werden.

Damit Krebsgeschwüre schnell wachsen können, müssen sich ihre Zellen besonders häufig teilen. Als Chemotherapeutika eingesetzte Medikamente hemmen die Zellteilung, indem sie in die dafür relevanten Zellprozesse eingreifen. Ein solcher Prozess ist die Trennung der Chromosomen, der Träger des genetischen Materials. Die Chromosomen, die für die beiden neuen Zellen bestimmt sind, müssen während der Zellteilung voneinander getrennt und auf die sich neu bildenden Tochterzellen verteilt werden. Für diese Aufgabe sind die Mikrotubuli zuständig – feine Fasern, die in den Zellen zahlreiche Aufgaben erfüllen und an die die Chromosomen zu Beginn des Teilungsprozesses angeheftet werden. Die nötige Beweglichkeit der Mikrotubuli beruht darauf, dass deren Einzelbausteine – Mo14

leküle des Proteins Tubulin – nur locker miteinander verbunden sind. So können an den Enden der Mikrotubuli leicht neue Tubulineinheiten anlagern oder auch wegfallen, wodurch sich das Ende der Faser durch die Zelle hindurch bewegen kann. Bestimmte Krebsmedikamente erschweren den Abbau der Mikrotubuli und schränken dadurch ihre Beweglichkeit so weit ein, dass sie die Chromosomen nicht mehr voneinander trennen können. So verhindern sie schliesslich die Zellteilung. Ein Beispiel für ein solches Medikament ist das seit den frühen Neunzigerjahren klinisch genutzte Taxol, das in der Rinde der pazifischen Eibe vorkommt, aus der es in den Siebzigerjahren erstmals isoliert wurde. Was bis heute unbeantwortet blieb, war die wichtige Frage nach dem molekularen «Wie»: wie also das

Jetzt haben Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der ETH Zürich den genauen Wirkmechanismus zweier Wirkstoffe aufgeklärt, welche wie das Taxol die Mikrotubuli stabilisieren: Zampanolide, ein aus einem Tiefseeschwamm stammender mariner Naturstoff, und Epothilon A, das aus Bakterien gewonnen werden kann. Beide Substanzen lagern sich in eine Einbuchtung in der Tubulinoberfläche, eine sogenannte «Bindungstasche», ein. Dabei stabilisieren sie eine bestimmte räumliche Anordnung des Proteins in einem Bereich, der als Bindeglied zwischen benachbarten Tubulinen dient. So wird der Zusammenhalt zwischen einzelnen Tubulineinheiten deutlich verstärkt. Bemerkenswert ist, dass die beiden Wirkstoffe aus völlig unterschiedlichen biologischen Quellen stammen und ebenso chemisch verschieden aufgebaut sind – dennoch passen beide in die «Molekülbindungstasche» des Tubulins und entfalten eine ähnliche Wirkung. Die Forscher haben nun im Detail gezeigt, wie die Wirkstoffe in die Vertiefung eingebaut werden und wie sie dabei den Zusammenhalt zwischen diesen Bausteinen verstärken.

Bessere Medikamente durch genaue Strukturkenntnis Die Resultate dieser Analysen sind wichtig für die Entwicklung verbesserter Medika3/2013

BIOWISSENSCHAFTEN

mente. Denn die untersuchten Moleküle wirken zwar, aber sie passen beide nicht optimal in die Bindungstasche des Tubulins. «Wir haben jetzt erstmals so genaue Daten über den Aufbau der Bindungsstelle, dass man gezielt Medikamente mit einer Struktur entwickeln kann, die optimal an die Verhältnisse in dieser Bindungsstelle angepasst sind – so wie eine Hand an einen dazu passenden Handschuh», erklärt Andrea Prota vom Labor für Biomolekulare Forschung des PSI.

Herausforderung: Tubulin kristallisieren Einer der Wirkstoffe wurde in der Gruppe von Karl-Heinz Altmann an der ETH synthetisiert. «Die Synthese des ZampanolideMoleküls stellte eine grosse Herausforderung dar und nahm den grössten Teil einer ganzen Doktorarbeit in Anspruch. Naturstoffe aus marinen Organismen sind in der Regel nur in winzigen Mengen verfügbar, und eine detaillierte Untersuchung solcher Substanzen wird oft erst durch deren synthetischen Nachbau im Labor ermöglicht. So auch im Falle des Zampanolides», erklärt Altmann. Die genaue Struktur der Wirkstoffe sowie der umgebenden «Bindungstasche» im Tubulin-Molekül haben die Forschenden sodann mit dem Verfahren der

Wissenschaftler Andrea Prota montiert eine Proteinkristallprobe für ein Experiment an der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz am Paul Scherrer Institut. In solchen Experimenten wird mithilfe von Röntgenstrahlung der exakte Aufbau von Proteinmolekülen bestimmt.

Proteinkristallografie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des PSI bestimmt. Dabei wird das Protein, das untersucht werden soll, zunächst in grosser Menge hergestellt und anschliessend in einer regelmässigen Kristallstruktur angeordnet (mit leerer oder gefüllter «Bindungstasche»). Dieser Proteinkristall wird dann mit Synchrotronlicht aus der SLS durchleuchtet. Aus der Art, wie das Licht auf dem Weg durch den Kristall abgelenkt wird, lässt sich der Aufbau des Proteins anschliessend bis ins letzte Detail ableiten. «Tubulin-Moleküle neigen stark dazu, sich miteinander zu Fasern zu verbinden – das sollen sie im Kristall aber gerade nicht», erklärt Michel Steinmetz, Leiter der Arbeitsgruppe Proteinwechselwirkungen am PSI. «So Die aufgeklärten molekularen Strukturen im Detail: Das Tubulin- war es für das ExperiMolekül (rechts) besteht aus zwei Untereinheiten (hell- bzw. dunkel- ment ein schwieriges blau). Das Molekül des Wirkstoffs Zampanolide (grün) steckt tief in Problem, das Tubulin der Bindungstasche (siehe molekulare Details links) und bewirkt, dass gezielt so zu manipufür einen Teil des Tubulin-Moleküls eine bestimmte räumliche Anordnung stabilisiert wird (gelb). Diese Stabilisierung verstärkt den Zusam- lieren, dass sich dessen Moleküle regelmenhalt der Tubulin-Einheiten in den Mikrotubuli.

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mässig und höchst präzise in einen Kristall aneinanderreihen – ein Unterfangen, das uns mehr als zehn Jahre Arbeit gekostet hat!» Quelle: Paul Scherrer Institut Originalpublikationen AE Prota et al., «Molecular Mechanism of Action of Microtubule-Stabilizing Anticancer Agents», Science 339(6119), 587–590 (2013)

Kontakt Prof. Karl-Heinz Altmann Institut für Pharmazeutische Wissenschaften ETH Zürich, Schweiz karl-heinz.altmann@pharma.ethz.ch www.pharma.ethz.ch/institute_ groups/pharmaceutical_biology Prof. Michel Steinmetz Forschungsgruppe Proteinwechselwirkungen Paul Scherrer Institut, Schweiz michel.steinmetz@psi.ch www.psi.ch/lbr/steinmetz_michel

BIOWISSENSCHAFTEN

pH-sensible Nanotransporter lotsen Pharmaka zuverlässig in den Darm

Verstopfte Poren für erhöhte Wirksamkeit Um Pharmaka sicher durch das saure Milieu des Magens in den Darm zu schleusen, hat ein kanadisch-australisches Team einen neuartigen «Nanotransporter» entwickelt, der aus porösen Partikeln aus Siliciumdioxid besteht, die mit einem Molke-Protein stabilisiert wurden. Im sauren Milieu bildet das Protein ein Gel, das die Poren verschliesst. Bei höheren pH-Werten öffnen sich diese wieder.

Der neuartige Nanotransporter umgibt sich in saurem Milieu (pH < 5, wie im Magen) mit einem Gel, das die Poren verschliesst. Erst in basischerer Umgebung (pH > 5, wie im Darm) öffnen sich diese wieder – der durch den Magen geschleuste Wirkstoff tritt aus und kann nun wie gewünscht in die Blutbahn übergehen. Bild: R Guillet-Nicolas, A Popat, JL Bridot,G Monteith, SZ Qiao, F Kleitz, «pH-Responsive Nutraceutical– Mesoporous Silica Nanoconjugates with Enhanced Colloidal Stability», Angew Chem, doi: 10.1002/ ange.201208840 (2013).Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Nicht nur der Wirkstoff, auch die Darreichungsform ist bei Pharmaka wichtig, denn sie entscheidet, wann und wo im Körper eine Arznei ihre Wirkung entfaltet. Zum Beispiel sollen Retard-Formulierungen einen Wirkstoffpegel über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, während Tumormittel möglichst selektiv in den erkrankten Zellen aktiv werden sollen, um Nebenwirkungen gering zu halten. Dafür muss der Wirkstoff richtig «verpackt» sein. Eine «Verpackung» ist bei oraler Gabe oft schon deshalb nötig, weil viele Wirkstoffe durch die Magensäure zerstört werden, noch bevor sie den Darm erreichen, wo ihre Aufnahme in die Blutbahn erfolgen sollte. Ein Säureschutz tut not, der unter den Bedingungen des Darms den Wirkstoff schliesslich freigeben muss. Eine vielversprechende «Wirkstoff-Verpackung» sind mesoporöse SiliciumdioxidNanopartikel. Sie sind biokompatibel, leicht mit der benötigten Poren- und Partikelgrösse herzustellen, und die Chemie ihrer inneren und äusseren Oberfläche kann breit variiert werden. Die Beladung mit WirkstoffMolekülen verschiedenster Grösse funkti16

oniert genauso problemlos wie deren kontrollierte Freisetzung. Allerdings neigen die Teilchen dazu, im physiologischen Milieu zu aggregieren, was ihre Eigenschaften völlig verändern kann. Ausserdem müssen Methoden entwickelt werden, die eine selektive Freisetzung am gewünschten Ziel auslösen. Der Wechsel des pH-Werts bei der Magen-Darm-Passage kann ein solcher Auslöser sein.

Erfolgsgeheimnis ist das β-Laktoglobulin Das Team um Shi Zhang Qiao von der University of Queensland (Brisbane, Australien) und Freddy Kleitz von der Université Laval (Québec, Kanada) hat solche Siliciumdioxid-Nanotransporter nun weiterentwickelt und berichtet darüber in der Zeitschrift «Angewandte Chemie». Erfolgsgeheimnis ist das β-Laktoglobulin, ein als Nahrungsergänzungsmittel verwendetes Molke-Protein, das die Forscher an die äussere Oberfläche der porösen Nanopartikel anknüpfen. Dies stabilisiert die Nanopartikel gegenüber Aggregation und

erhöht deren Biokompatibilität. Bei pHWerten unterhalb von 5 – wie im Magen – geliert β-Laktoglobulin, es quillt auf und bildet eine «Gelhülle» um die Nanopartikel, die die Poren verstopft und verhindert, dass Wirkstoff austritt. Bei höheren pHWerten – wie im Darm – dagegen liegt das Protein in Form diskreter Moleküle vor, die Poren werden frei, der Wirkstoff kann austreten. Nicht nur Magen und Darm, auch andere Organe unterscheiden sich in ihrem pHWert – es finden sich sogar pH-Unterschiede zwischen bestimmten Tumoren und dem umgebenden gesunden Gewebe. Weiterentwicklungen des beschriebenen Ansatzes liessen sich vielleicht zur Konstruktion von Nanotransportern nutzen, die auch auf solche feineren pH-Unterschiede reagieren können. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH Originalpublikation R Guillet-Nicolas, A Popat, JL Bridot, G Monteith, SZ Qiao, F Kleitz, «pH-Responsive Nutraceutical– Mesoporous Silica Nanoconjugates with Enhanced Colloidal Stability», Angew Chem 125(8), 2374–2378 (2013)

Kontakt Dr. Freddy Kleitz Associate Professor Department of Chemistry – Département de Chimie Université Laval Québec, Kanada freddy.kleitz@chm.ulaval.ca www.chm.ulaval.ca/kleitz/prof.f.kleitz.html

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BIOWISSENSCHAFTEN

Neue Einblicke in die Zellteilung

Zelle soll über ein Baukastenprinzpip entstehen Alle Lebewesen bestehen aus Zellen, die aus der Teilung anderer Zellen hervorgegangen sind. Wie dieser wichtige Prozess im Detail funktioniert, ist noch immer nicht umfassend verstanden. Wissenschaftlern ist es jetzt gelungen, ein minimales biologisches System zu konstruieren, das wichtige Bestandteile des Zellteilungsapparates zusammenbringt.

Bild: MPI für Biochemie / Sven Vogel

So konnten die Forscher die biophysikalischen Mechanismen genauer unter die Lupe nehmen. «Unser Modell könnte helfen, neue Therapien gegen Krankheiten zu entwickeln und zu testen, die auf Fehlern in der Zellteilung beruhen», hofft der Wissenschaftler Sven Vogel. Die dahinter stehende Idee ist, die Strukturen einer Zelle mithilfe des Baukastenprinzips zu rekonstruieren. So möchten sie die grundlegenden Mechanismen lebender Systeme Schritt für Schritt nachvollziehen. «Unsere Vision ist, immer mehr Bausteine aus natürlichen und synthetischen Biomolekülen zusammenzufügen, bis wir schliesslich die Minimalversion einer Zelle vor uns haben», sagt Petra Schwille vom Max-Planck-Institut für Biochemie. Mit diesem Ansatz ist es den Wissenschaftlern jetzt gelungen, den Prozess der Zellteilung genauer zu untersuchen. Während der Zellteilung müssen die Erbinformation und das Zellplasma korrekt auf

Motorproteine (rot) binden an Aktinfilamente (grün) – ein erster Schritt zur physischen Teilung einer Zelle.

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zwei Tochterzellen verteilt werden, die danach physikalisch voneinander getrennt werden sollen. Ein wichtiger Bestandteil dieser Zellteilungsmaschinerie ist der Zellkortex. Diese Schicht sitzt direkt unter der Zellhülle und besteht aus einer dünnen Lage fädiger Proteinketten, den sogenannten Aktinfilamenten. Während des eigentlichen Teilungsvorgangs üben Motorproteine aus dem Zellinneren Kräfte auf diese Aktinfilamente aus, wodurch sich der Zellkortex zusammenzieht, die Zelle in der Mitte einschnürt und letztendlich teilt. Die Forscher haben jetzt einen künstlichen Zellkortex konstruiert, an dem sie die physikalischen Phänomene genauer untersuchen können. Hierfür haben die Wissenschaftler nur die notwendigsten Bestandteile der Zellteilungsmaschinerie kombiniert und so ein künstliches Minimalsystem geschaffen. Ein solches System kann komplexe Prozesse stark vereinfacht darstellen. In der Natur dagegen haben sich Zellen über mehrere Millionen Jahre entwickelt und wurden nicht präzise geplant und konstruiert. Dadurch seien einige Prozesse möglicherweise komplexer als sie sein müssten, vermutet Vogel. «Diese Komplexität macht es oftmals nahezu unmöglich, die Grundmechanismen im Detail zu erforschen». Mit ihrem Minimalsystem konnten die Wissenschaftler beispielsweise zeigen, dass die Zugabe von Motorproteinen zu dem künstlichen Zellkortex eine Musterbildung auslöst. Ausserdem brechen die Motorproteine einzelne Aktinfilamente auseinander und verdichten sie. Die Forscher sehen Potential in den Minimalsystemen und erwarten, dass diese auch in Zukunft helfen werden, die Mechanismen der Zellteilung im Detail zu verstehen. Quelle: Max-Planck-Institut für Biochemie

Originalpublikation S Vogel, Z Petrasek, F Heinemann, P Schwille, «Myosin Motors Fragment and Compact Membrane-Bound Actin Filaments», eLife, 2013;2:e00116 doi: 10.7554/eLife.00116. Epub (2013)

Kontakt Prof. Petra Schwille Max-Planck-Institut für Biochemie Martinsried Deutschland schwille@ biochem.mpg.de www.biochem.mpg.de

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Flüssigmetall-Kern ermöglicht Elastizität und Selbstheilung

Selbstheilung in der Elektronik

Bild: NC State University

Forscher haben selbstheilende Kabel entwickelt, die ein spezielles Polymer als Aussenhaut und eine flüssige Metalllegierung als Leiter nutzen. Sie lassen sich nach einer Durchtrennung wieder zusammenstecken und werden wieder leitfähig. Zudem sind die Kabel extrem dehnbar.

Kabel im Querschnitt: So funktioniert die Erfindung.

Mikrofluidische Kanäle mit Indium und Gallium Die Basis für die Entwicklung bildet ein im Handel erhältliches selbstheilendes Polymer, das die Isolierschicht des Kabels bildet. In

Unter diesem QR-Code finden Sie ein Video, das die selbstheilenden Kabel zeigt.

dieses Polymer haben die Wissenschaftler um Michael Dickey, Chemietechniker an der North Carolina State University, zunächst mit festen Drähten winzige Tunnel, sogenannte mikrofluidische Kanäle, eingearbeitet. Diese haben sie dann mit einer flüssigen IndiumGallium-Legierung gefüllt, die ein ausgezeichneter elektrischer Leiter ist. Dadurch entstehen sehr elastische Kabel. «Sie haben grosses Potenzial für die Anwendung bei Technologien, die in sehr belastender Umgebung zum Einsatz kommen könnten», ist Dickey überzeugt. Der zweite grosse Vorteil des neuen Kabels ist seine Fähigkeit, sich selbst zu heilen. Bei einer Durchtrennung oxidiert die Legierung an der Schnittstelle und bildet dadurch eine Schicht, die ein Auslaufen der flüssigen Komponente verhindert. So kann selbst ein komplett abgeschnittenes Kabel wieder zusammengesteckt werden. Wenn die beiden Enden in Kontakt kommen, verbindet sich das Flüssigmetall wieder, während in der Isolierschicht die Molekülbindungen neu gebildet werden. Nach etwa zehn Minuten sind die Kabelenden wieder verwachsen und der Leiter wieder vollständig belastbar. «Wir sind davon auch begeistert, weil es uns ermöglicht, komplexere Schaltkreise zu schaffen und bestehende Schaltungen nur

mit einer Schere neu zu verdrahten», sagt Dickey. Sein Team sieht auch Möglichkeiten für den Aufbau komplexer, dreidimensionaler Strukturen. Das Kabel müsste so in Stücke geschnitten werden, dass diese beim Zusammenstecken in verschiedenen Winkeln zusammentreffen, wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift «Advanced Materials» beschreiben. Quelle: pressetext Originalpublikation E Palleau, S Reece, SC Desai, ME Smith, MD Dickey, «Self-Healing Stretchable Wires for Reconfigurable Circuit Wiring and 3D Microfluidics», Adv Mat, doi: 10.1002/ adma.201203921 (2013)

Kontakt Dr. Michael D. Dickey Department of Chemical and Biomolecular Engineering North Carolina State University, Raleigh, USA mddickey@ncsu.edu, www.che.ncsu.edu

www.chemiextra.com 18

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Zahnverschleiss gibt nur bedingt Aufschlüsse über vergangene Ernährungsweisen

Quarz-Staub schleift die Zähne ab

Bild: J Cho/UNIST

Der Zahnverschleiss mit Mustern winzigster Spuren auf abgenutzten Zahnoberflächen hilft Wissenschaftlern, die Ernährungsweise fossiler Säugetiere, einschliesslich unserer menschlichen Vorfahren, besser zu verstehen. Mithilfe der Nanoforschung konnte ein internationales Forscherteam jetzt einige der Gründe für den Zahnverschleiss aufdecken. Die Forscher fanden heraus, dass Quarz-Staub hauptverantwortlich für die Abnutzung von Zahnschmelz ist. In pflanzlichen Nahrungsstoffen enthaltene Silica-Phytolithe hingegen verursachen zwar einen Abrieb am Zahnschmelz, verschleissen dessen Oberfläche jedoch nur gering.

Durch Quarz-Partikel verursachte Abschürfungen (dunkelblaue Linien) auf dem Zahnschmelz

Die Forschungsergebnisse der Leipziger Forscher zeigen: Hauptursache für den physischen Verschleiss der Zähne von Säugetieren sind extrem harte Partikel aus kristallinem Quarz, die in vielen Teilen der Welt im Boden vorkommen. Um dies nachzuweisen, trugen die Forscher einzelne Partikel auf abgeflachte Titaniumstäbe auf und strichen damit über flache ZahnschmelzOberflächen, wobei sie die Krafteinwirkung dokumentierten. Quarzpartikel schürften schon bei extrem geringer Krafteinwirkung Teile des Zahnschmelzes ab, wenn sie in hoher Zahl vorkamen. Bei blossem einmaligem Zubeissen können diese Partikel bereits einen Grossteil der Zahnoberfläche abschleifen. Im Gegensatz dazu verursachen versteinerte Überreste von Pflanzen, sogenannte Phytolithe, unter denselben Bedingungen zwar winzige Einkerbungen, Gewebe jedoch wurde keines abgetragen. Der Effekt der 3/2013

wesentlich weicheren Phytolithe ähnelt dem eines Fingernagels, der Druck auf eine Tischplatte aus Weichholz ausübt. Diese Art Markierung bzw. Abrieb ist sichtbar, ist aber rein kosmetischer Natur. Amanda Henry vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig: «Diese Studie zeigt, dass Phytolithe sich auf den Verschleiss der Zähne auswirken, jedoch auf eine andere Art und Weise als bisher angenommen.»

stark auf die Lebensdauer der Zähne auswirken. Die ostafrikanischen Homininen könnten dabei ganz besonders unter Staubstürmen und Partikeln gelitten haben, die von der Arabischen Halbinsel nach Afrika getragen wurden.

Eine von Tony Atkins von der University of Reading in Grossbritannien neu entwickelte Theorie zum Zahnverschleiss beschreibt genau, welche geometrischen und materiellen Voraussetzungen vorhanden sein müssen, um ein Abschürfen einerseits beziehungsweise einen Abrieb andererseits zu verursachen. «Bisher war die entscheidende Bedeutung der Bruchfestigkeit nicht in Verschleissanalysen eingeflossen», sagt Atkins. Der Leiter der Studie, Peter Lucas von der Kuwait University, ergänzt: «Wir sind bei der Verschleissanalyse sehr viel weiter gekommen als frühere Studien, weil wir erkannt haben, dass wir »kleiner« denken müssen: im Nanomassstab. Nur dann ist der Unterschied zwischen einem relativ harmlosen Abrieb und den Partikel-Kontakten, bei denen Zahngewebe abgeschürft wird, deutlich erkennbar.» Die Wissenschaftler konnten mithilfe der Nanoanalysen zwischen Markierungen unterscheiden, die entweder durch Quarz-Staub, durch Pflanzen-Phytolithe oder aber durch Reibung von winzigen Emaille-Fragmenten gegen grössere Emaille-Stücke entstanden sind. Die Analysen zeigen ferner, dass sich Umweltfaktoren wie Dürren und Staubstürme

Originalpublikation PW Lucas et al., «Mechanisms and causes of wear in tooth enamel: implications for hominin diets», J R Soc Interface 10 (80), 20120923 (2013)

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Kontakt Dr. Amanda Henry Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie Leipzig, Deutschland amanda_henry@ eva.mpg.de www.eva.mpg.de/plants Prof. Peter W. Lucas Department of Bioclinical Sciences Faculty of Dentistry Kuwait University, Kuwait peter.l@hsc.edu.kw www.hsc.edu.kw/fod

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Atome bei negativer Kelvin-Temperatur sind die heissesten Systeme der Welt

Temperatur jenseits des absoluten Nullpunkts

Der physikalischen Bedeutung der Temperatur zufolge hat ein Gas eine umso niedrigere Temperatur, je langsamer die chaotische Bewegung seiner Teilchen ist. Bei null Kelvin (minus 273 Grad Celsius) kommen die Teilchen zum Stillstand und alle Unordnung verschwindet. Nichts kann also kälter sein als der absolute Nullpunkt der Kelvin-Skala. Umgekehrt: Wer Wasser zum Kochen bringen will, muss ihm Energie zuführen. Während des Erhitzens bewegen sich die Wassermoleküle im Durchschnitt immer schneller; sie erhöhen ihre Bewegungsenergie. Dabei haben die einzelnen Moleküle sehr unterschiedliche Energie – von ganz langsam bis sehr schnell. Zustände niedriger Energie sind hierbei wahrscheinlicher als solche mit hoher Energie – es bewegen sich also nur wenige Teilchen sehr schnell. Diese Verteilung der Geschwindigkeiten wird in der Physik Boltzmann-Verteilung genannt. Physiker der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben nun ein Gas realisiert, in dem diese Verteilung genau umgedreht ist: Viele Teilchen weisen eine hohe Energie auf und nur wenige eine niedrige. Diese Umkehrung der Verteilung der Energie bedeutet nun gerade, dass die Teilchen eine negative Temperatur angenommen haben. «Die umgekehrte Boltzmann-Verteilung ist genau das, was eine negative absolute Temperatur ausmacht, und die haben wir erreicht», sagt Ulrich Schneider. Das Gas sei dabei aber nicht kälter als null Kelvin, sondern heisser, wie der Physiker erklärt: «Es ist sogar heisser als bei jeder beliebigen positiven Temperatur – die Temperaturskala hört bei unendlich einfach noch 20

Bilder: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

Was für die meisten Menschen im Winter normal ist, war in der Physik bislang unmöglich: eine negative Temperatur. Auf der Celsius-Skala überraschen Minus-Grade nur im Sommer. Auf der absoluten Temperatur-Skala, die von Physikern verwendet wird und auch Kelvin-Skala heisst, kann der Nullpunkt jedoch nicht unterschritten werden – zumindest nicht in dem Sinne, dass etwas kälter als null Kelvin wird. Nun hat ein Team von Physikern im Labor ein atomares Gas geschaffen, das trotzdem negative Kelvin-Werte annehmen kann. Diese negativen absoluten Temperaturen haben einige scheinbar absurde Konsequenzen.

Bei einer negativen absoluten Temperatur (rote Kugeln) kehrt sich die Energieverteilung von Teilchen im Vergleich zur positiven Temperatur (blaue Kugeln) um: Eine niedrige Energie haben nur wenige Teilchen, eine hohe hingegen viele. Tatsächlich ist das Gas dann also nicht kälter als null Kelvin, sondern vielmehr heisser als eine unendlich hohe Temperatur.

nicht auf, sondern springt zu negativen Werten.»

Negative Temperatur lässt sich nur mit einer oberen Grenze für die Energie erreichen Die Bedeutung einer negativen absoluten Temperatur lässt sich mit rollenden Kugeln in einer hügeligen Landschaft illustrieren, in der die Mulden für eine niedrige und die Erhebungen für eine hohe potenzielle Energie stehen. Je schneller sich die Kugeln bewegen, desto höher ist zudem ihre kinetische Energie: Geht man von positiven Temperaturen aus und erhöht die Gesamtenergie der Kugeln, erhitzt sie also, so verteilen sie sich in der Landschaft immer mehr auch auf Bereiche hoher Energie. Könnte man sie sogar auf unendliche Temperatur erhitzen, so wären sie an jedem Ort in der Landschaft mit gleicher Wahrscheinlichkeit anzutreffen, unabhängig von der potenziellen

Energie. Könnte man nun noch weiter Energie zuführen, die Kugeln also noch weiter aufheizen, so würden sie sich vor allem bei Energiezuständen mit hoher Energie sammeln und wären dann noch heisser als bei unendlicher Temperatur. Die BoltzmannVerteilung wäre dann umgekehrt, die Temperatur also negativ. Dass eine negative absolute Temperatur heisser ist als eine positive, klingt zunächst seltsam. Es ist aber einfach eine Folge aus der historischen Definition der absoluten Temperatur; wäre diese anders definiert worden, gäbe es den scheinbaren Widerspruch nicht. In Wasser und jedem anderen natürlichen System lässt sich eine solche Umkehrung nicht erreichen, da das System dazu unendlich viel Energie aufnehmen müsste, was unmöglich ist. Besitzen die Teilchen jedoch eine obere Grenze für ihre Energie, wie zum Beispiel die Spitze eines Hügels in der Landschaft der potenziellen Energie, so ändert sich die Situation komplett. Genau ein sol3/2013

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ches System mit einer oberen Enerrem thermodynamischen Verhalten giegrenze haben die Forscher um Parallelen zur sogenannten dunklen Physiker Schneider und Kollege Energie auf. Diese postulieren KosImmanuel Bloch nun im Labor für mologen als jene rätselhafte Kraft, ein Gas von Atomen verwirklicht. die den Kosmos dazu bringt, sich Sie folgen dabei theoretischen Vorimmer schneller auszudehnen, obschlägen von Allard Mosk und Achwohl er sich aufgrund der anziehenden Gravitation der Materie im im Rosch. Die Wissenschaftler kühlen dazu Universum eigentlich kontrahieren rund hunderttausend Atome in eisollte. In der Atomwolke des ner Vakuumkammer auf eine TemMünchner Labors gibt es ein ähnperatur von wenigen Milliardstel Mit Kugeln in einer hügeligen Landschaft lässt sich veranschau- liches Phänomen: Das Experiment Kelvin ab und fangen sie in opti- lichen, wie viele Teilchen welche Energie besitzen: Bei niedriger beruht unter anderem darauf, dass schen Fallen aus Laserstrahlen. Das positiver Temperatur (links), wie sie in unserem Alltag üblich ist, sich, anders als in einem gewöhnliegen die meisten Kugeln im Tal bei minimaler potenzieller Enerumgebende Ultrahochvakuum lichen Gas, die Atome des Gases gie und bewegen sich kaum, haben also auch minimale Bewesorgt dabei dafür, dass die Atome gungsenergie. Bei unendlicher Temperatur (Mitte) verteilen sich nicht abstossen, sondern anziehen. thermisch vollkommen von der die Kugeln gleichmässig über niedrige und hohe Energien. Bei Das heisst, sie üben einen negatiUmwelt isoliert sind. Die Laser- negativer Temperatur schliesslich (rechts) sind Energiezustände ven und keinen positiven Druck mit hoher Gesamtenergie häufiger als solche mit niedriger. aus; die Atomwolke will sich also strahlen bilden ein sogenanntes optisches Gitter, in dem sich die zusammenziehen und sollte eiAtome regelmässig auf Gitterplätzen anord- auf dem Hügel liegen. Die Energieschranke gentlich kollabieren – genau so, wie man nen. Die Atome können sich in dem Gitter macht das System also stabil.» Der Zustand das vom Universum unter dem Einfluss der durch den Tunneleffekt zwar von Platz zu negativer Temperatur ist in dem Experiment Schwerkraft erwarten würde. Doch wegen Platz bewegen, ihre Bewegungsenergie je- tatsächlich genauso stabil wie bei positiver ihrer negativen Temperatur tut sie dies gedoch ist nach oben beschränkt – und damit Temperatur. «Wir haben auf diese Weise rade nicht. Sie bleibt ebenso vor dem Koldie benötigte Grenze gegeben. Allerdings erstmals eine negative absolute Temperatur laps bewahrt wie das Universum. berücksichtigt die Temperatur nicht nur die in einem System beweglicher Teilchen erBewegungsenergie, sondern die gesamte reicht», fügt Braun hinzu. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Energie der Teilchen, in diesem System also Materie bei negativer absoluter Temperatur auch Wechselwirkungs- sowie potenzielle hat eine ganze Reihe von verblüffenden Originalpublikation Energie. Auch diesen setzt das System der Eigenschaften. So liessen sich mit ihrer Hil- S Braun et al., Forscher eine obere Grenze. Die Physiker fe vermeintlich unmögliche Wärmekraftma- «Negative Absolute Temperature for bringen dann die Atome an diese obere schinen realisieren, etwa ein Motor, der mit Motional Degrees of Freedom», Grenze der Gesamtenergie – damit ist die einer thermodynamischen Effizienz von Science 335(6115), 52–55 (2013) Temperatur negativ, bei minus einigen Mil- über 100 Prozent arbeitet. Das heisst jeliardstel Kelvin. doch nicht, dass der Energieerhaltungssatz verletzt wird. Vielmehr könnte die Maschine im Unterschied zum üblichen Fall nicht Kontakt Bei negativer Temperatur nur Energie aus einem heissen Medium Dr. Ulrich Schneider kann ein Motor mehr ziehen und damit Arbeit verrichten, sondern Max-Planck-Institut für Arbeit verrichten auch aus dem kalten. Quantenoptik, Garching/ Haben Kugeln eine positive Temperatur Bei rein positiven Temperaturen heizt sich Ludwig-Maximiliansund liegen in einem Tal bei minimaler po- im Gegensatz dazu das kältere Medium Universität LMU, tenzieller Energie, so ist dieser Zustand of- zwangsläufig auf, nimmt also einen Teil der München, Deutschland fensichtlich stabil – das ist die Natur, wie Energie des heissen Mediums auf und liulrich.schneider@physik.uniwir sie kennen. Befinden sie sich allerdings mitiert dadurch die Effizienz. Ist das heisse muenchen.de auf einem Hügel bei maximaler potenziel- Medium jedoch bei einer negativen Temwww.quantum-munich.de ler Energie, würden sie normalerweise hi- peratur, so kann gleichzeitig aus beiden nunterrollen und dabei ihre potenzielle Medien Energie entnommen werden. Die Prof. Dr. Immanuel Bloch Energie in Bewegungsenergie umwandeln. Arbeit, die die Maschine verrichtet, ist somit Max-Planck-Institut «Haben die Kugeln aber eine negative Tem- grösser als die Energie, die nur dem heissen für Quantenoptik MPQ peratur, dann ist auch ihre Bewegungsen- Medium entnommen wird – die Effizienz Garching, ergie schon so gross, dass sie nicht weiter liegt bei über 100 Prozent. Deutschland zunehmen kann», erklärt Simon Braun, Dok- Die Arbeit der Münchner Physiker könnte immanuel.bloch@mpq.mpg.de torand in der Arbeitsgruppe. «Daher können zudem für die Kosmologie interessant sein. www.quantum-munich.de die Kugeln nicht hinunterrollen und bleiben Denn die negative Temperatur weist in ih3/2013

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Verkürzte Kohlenstoff-Nanoröhren verlieren ihre asbestartige Pathogenität

Es kommt auf die Länge an

Bild: Nanomedicine Lab, University College London

Bild: Wikipedia

Kohlenstoff-Nanoröhren ähneln von ihrer Gestalt her Asbestfasern. Doch damit nicht genug: Lange, reine Nanoröhren scheinen dem Asbest leider auch in Sachen Gesundheitsschädlichkeit zu gleichen. Ein europäisches Forscherteam berichtet jetzt in der Zeitschrift «Angewandte Chemie», dass chemische Modifizierungen, zum Beispiel mit Triethylenglycol, dieses Schädigungspotential aufheben können, wenn die Röhrchenoberfläche dabei hydrophiler und die effektive Länge der Röhren verringert wird.

Triethylenglycol

Die asbestartige Pathogenität langer, reiner Kohlenstoff-Nanoröhren kann verringert werden, wenn infolge gewisser chemischer Funktionalisierungen ihre Oberfläche modifiziert und ihre effektive Länge durch eine Entwirrung der Röhrchenbündel verkürzt worden ist. Eine auf Kohlenstoff-Nanoröhrchen angewandte 1,3-dipolare Zykloaddition ermöglicht die Erzeugung gut zerstreuter, einzelner Röhrchen mit einem risikofreien Toxizitätsprofil.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben sich dank ihrer einzigartigen physikalischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften zu einem der populärsten Nanomaterialien entwickelt. Anwendungen finden sich beispielsweise in der Elektronik, der Verstärkung von Kunststoffen, aber auch im biomedizinischen Bereich, wo die Röhrchen zum Beispiel als Nanotransporter Wirkstoffe in Zellen schleusen. Für viele der Anwendungen, insbesondere im Bio-Bereich, ist es notwendig, die Oberfläche der winzigen Röhren zuvor chemisch zu verändern. Eine grosstechnische Produktion von Kohlenstoff-Nanoröhren könnte allerdings gesundheitliche Risiken bergen. So kamen Studien zu dem Ergebnis, dass mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer Länge von mehr als 20 µm genauso wie Asbestfasern Entzündungen und in der Folge Granulome – entzündungsbedingte, knotenartige Gewebeneubildungen – verursachen, da die Makrophagen unseres Immunsystems die langen Fasern nicht aufnehmen und entfernen kön22

nen. Kürzere Kohlenstoff-Nanoröhrchen und solche mit bestimmten Oberflächenmodifizierungen zeigten in anderen Studien dagegen eine deutlich geringere Toxizität. Das Team um Kostas Kostarelos, Alberto Bianco und Maurizio Prato wollte nun wissen, welche Rolle chemische Modifizierungen bei der Behebung des Toxizitätsrisikos der Röhrchen spielen könnten. Die Wissenschaftler vom University College London, vom CNRS in Strassburg und der Università di Trieste knüpften Kohlenwasserstoff- beziehungsweise Triethylenglycol-Ketten als Seitengruppen an die Oberfläche mehrwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen und testeten deren Wirkung. Sowohl die unbehandelten als auch die mit Kohlenwasserstoff-Ketten versehenen Röhrchen verursachten bei Mäusen ganz ähnliche Entzündungen und Granulome, wie man sie vom Asbest her kennt. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit den Triethylenglycol-Ketten hingegen nicht. Der entscheidende Unterschied scheint in der jeweiligen Aggregation zu liegen, da diese die Länge der Röhrchenbündel beeinflusst: Wie Aufnahmen mit dem Transmissionselektronen- und dem Rasterkraftmikroskop belegen, wird die effektive Länge der Röhrchen während jener Reaktion, bei der die Triethylenglycol-Ketten angeknüpft werden, verkürzt, da die einzelnen Röhrchen offenbar voneinander getrennt werden. Und so interagieren sie dann mit dem Gewebe in Form kürzerer, wesentlich hydrophilerer, vereinzelter Fasern. Die unmodifizierten Röhrchen sowie jene, die auf ihrer Oberflä-

che unpolare Kohlenwasserstoffe tragen, wechselwirken dagegen als längere Bündel einzelner Nanoröhrchen mit dem Gewebe. Die Forscher schliessen daraus, dass nur solche Modifikationen die toxikologischen Probleme lindern können, die zu einer Entwirrung der Röhrchenbündel führen. Quelle: Angewandte Chemie Originalpublikation H Ali-Boucetta, A Nunes, R Sainz, MA Herrero, B Tian, M Prato, A Bianco, K Kostarelos, «Asbestos-like Pathogenicity of Long Carbon Nanotubes Alleviated by Chemical Functionalization», Angew Chem 52(8), 2274–2278 (2013)

Kontakt Dr. Alberto Bianco Centre national de la recherche scientifique (CNRS)Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire Strassburg, Frankreich a.bianco@ibmc-cnrs.unistra.fr www-ibmc.u-strasbg.fr/ict Prof. Kostas Kostarelos Nanomedicine Laboratory UCL School of Pharmacy University College London London, England k.kostarelos@ucl.ac.uk www.nanomedicinelab.com

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Wenn Daten in der Form von DNA gespeichert werden

All unser Film-Material in einer Kaffeetasse Ein Team von Wissenschaftlern hat kürzlich eine Methode entwickelt, Daten in Form von DNA zu speichern – einem extrem langlebigen Material, das mehrere zehntausend Jahre überdauern kann. Diese neue Methode, die in der Fachzeitschrift «Nature» vorgestellt wurde, ermöglicht die Speicherung von mindestens 100 Millionen Stunden hochauflösendem Videofilm in einer Menge DNA, die nicht mehr als eine Kaffeetasse füllt.

Bild: EMBL Photolab

Die Menge an digitaler Information weltweit entspricht momentan ungefähr drei Zettabyte (1 Zettabyte entspricht einer 1 mit 21 Nullen), und der immerwährende Zuwachs an neuen digitalen Inhalten stellt die Archivare vor grosse Herausforderungen. Fest-

tausend Jahre alt sind, und sie enthält immer noch sinnvolle Informationen», erläutert Nick Goldman vom Bioinformatik-Institut des Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL-EBI). «Ausserdem ist sie unglaublich winzig und besitzt eine hohe Dichte. Und sie braucht zur Speicherung keine Energie, was Transport und Lagerung natürlich stark vereinfacht.» Das Lesen von DNA ist relativ unkompliziert; bisher war es das Schreiben, das dieser Speichermethode im Weg stand. Denn dabei gibt es zwei Herausforderungen: Zunächst einmal erlauben die derzeitigen Methoden lediglich eine Herstellung von kurzen DNA-Strängen, und zweitens sind sowohl das Lesen als auch das Schreiben fehleranfällig, besonders dann, wenn sich ein Buchstabe in der Nick Goldman vom EMBL-EBI mit der synthetisierten DNA. DNA wiederholt. Goldplatten sind teuer und benötigen eine un- man und sein Mitautor Ewan Birney, stellunterbrochene Stromversorgung, während vertretender Direktor am EMBL-EBI, machsogar die besten stromunabhängigen Ar- ten sich also daran, einen Code zu entwichivierungsmaterialien wie zum Beispiel ckeln, der beide Probleme angeht. Magnetbänder innerhalb von nur zehn Jahren zerfallen. Dies ist vor allem für die BioÜberlappende Fragmente als wissenschaften zunehmend ein Problem, denn die Speicherung riesiger Datenvolu- Schlüsselprinzip men – einschliesslich DNA-Sequenzen – «Wir waren uns bewusst, dass wir für unmacht einen wesentlichen Teil des wissen- seren Code lediglich kurze DNA-Stränge schaftlichen Datenbestandes aus. verwenden durften. Ausserdem musste er «Wir wissen bereits, dass DNA ein äusserst so beschaffen sein, dass eine Wiederholung robustes Speichermedium ist, denn wir desselben Buchstabens praktisch ausgekönnen sie aus den Knochen des Woll- schlossen war. Deshalb kamen wir auf die mammuts extrahieren, die mehrere zehn- Idee, den Code in eine Reihe sich überlap3/2013

pender Fragmente aufzubrechen, die sich in beide Richtungen erstrecken. Positionsinformationen zeigen an, wo das jeweilige Fragment im Code seinen Platz hat. So entsteht eine Kodierung, die keine Wiederholungen zulässt. Das heisst, derselbe Fehler müsste in vier verschiedenen Fragmenten auftreten, um wirklich Schaden anzurichten – und dies ist extrem selten», sagt Birney. Die neue Methode erfordert eine Synthetisierung von DNA aus der verschlüsselten Information. Dies rief das kalifornische Unternehmen Agilent Technologies Inc. auf den Plan, das seine Unterstützung anbot. Daraufhin schickten Birney und Goldman verschlüsselte Versionen folgender Dateien nach Kalifornien: eine .mp3Version von Martin Luther Kings Rede «I have a dream», eine .jpg-Aufnahme des EMBL-EBI, eine .pdf-Datei mit Watson und Cricks bahnbrechender Veröffentlichung «Molecular structure of nucleic acids» sowie eine .txt-Datei mit den Sonetten Shakespeares. Ergänzt wurde all dies von einer Datei, in der die Verschlüsselung beschrieben wird.

Ergebnis auf den ersten Blick: eine winzige Menge Staub «Wir haben die Dateien aus dem Web heruntergeladen und damit mehrere hunderttausend DNA-Teilchen synthetisiert – das Ergebnis sieht aus wie eine winzige Menge Staub», erklärt Emily Leproust von Agilent. Agilent schickte die Probe ans EMBL-EBI, wo es den Wissenschaftlern gelang, die DNA zu sequenzieren und die Dateien fehlerfrei zu dekodieren. «Wir haben einen fehlertoleranten Code entwickelt, der sich einer molekularen Form 23

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bedient, von der wir wissen, dass sie unter günstigen Bedingungen 10 000 Jahre oder länger halten kann», so Goldman. «Solange es jemanden gibt, der den Code kennt, wird man ihn lesen können – falls man im Besitz einer Maschine ist, welche DNA lesen kann.» Obschon es noch eine Reihe praktischer Probleme zu lösen gibt, gilt die DNA aufgrund ihrer Dichte und Langlebigkeit bereits jetzt als attraktives Speichermedium. Der nächste Schritt wird nun sein, die Kodierung zu perfektionieren und die praktischen Probleme zu lösen, um das DNASpeichermodell wirtschaftlich rentabel zu machen.

Quelle: European Molecular Biology Laboratory (EMBL)

Originalpublikation N Goldman et al., «Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA», Nature, doi: 10.1038/nature11875 (2013)

Kontakt Dr. Nick Goldman European Bioinformatics Institute Wellcome Trust Genome Campus Hinxton (Cambridge), England goldman@ebi.ac.uk www.ebi.ac.uk/goldman/people/NG.html Dr. Ewan Birney European Bioinformatics Institute Wellcome Trust Genome Campus Hinxton (Cambridge), England birney@ebi.ac.uk, www.ebi.ac.uk/~birney

Vielzelligkeit als entscheidender Faktor in der Grossen Sauerstoffkatastrophe

Mehr Sauerstoff dank vielen Zellen

Cyanobakterien gehören zu den ältesten Organismen auf der Erde. Sie kommen auch heute noch in Ozeanen, Gewässern und selbst in heissen Quellen vor. Indem sie Sauerstoff produzierten und sich zu Vielzellern entwickelten, spielten sie eine Schlüsselrolle für die Entstehung von Sauerstoff atmenden Organismen. Dies wies ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Evolutionsbiologen der Universität Zürich nach. Gemäss dessen Untersuchungen entwickelten Cyanobakterien die Vielzelligkeit rund eine Milliarde Jahre früher als Eukaryoten – Lebewesen mit einem Zellkern. Fast zeitgleich mit dem Auftauchen von vielzelligen Cyanobakterien beginnt sich Sauerstoff in den Ozeanen und der Erdatmosphäre anzureichern. Die Wissenschaftler analysierten die Stammesgeschichte lebender Cyanobakterien und kombinierten ihre Ergebnisse mit Daten 24

Bilder: Universität Zürich

Das Erscheinen von freiem Sauerstoff in der Erdatmosphäre führte zur Grossen Sauerstoffkatastrophe, bekannt als «Great Oxidation Event». Auslöser waren die Sauerstoff produzierenden Cyanobakterien, die sich bereits vor 2,3 Milliarden Jahren zu Vielzellern entwickelten. Evolutionsbiologen der Universitäten Göteborg und Zürich belegen nun, dass diese Vielzelligkeit mit der Sauerstoffzunahme einherging und somit für das heutige Leben auf der Erde eine wichtige Rolle spielte.

Nostochopis: ein vielzelliges Cyanobakterium mit algenähnlichem Wachstum

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legend und in kaum vorstellbarem Mass zu beeinflussen», schliesst Schirrmeister. Quelle: Universität Zürich Originalpublikation BE Schirrmeister, JM de Vos, A Antonelli, HC Bagheri, «Evolution of multicellularity coincided with increased diversification of cyanobacteria and the Great Oxidation Event», PNAS, 110(5), 1791–1796 (2013)

Kontakt

fossiler Cyanobakterien. Gemäss den Resultaten von Bettina Schirrmeister und Kollegen entstand die Vielzelligkeit der Cyanobakterien wesentlich früher, als bisher angenommen wurde. «Die Vielzelligkeit entwickelte sich relativ früh in der Geschichte der Cyanobakterien, vor mehr als 2,3 Milliarden Jahren», erläutert Schirrmeister ihre an der Universität Zürich verfasste Doktorarbeit.

Grosse Sauerstoffkatastrophe – Great Oxidation Event Der «Great Oxidation Event», zu Deutsch «Grosse Sauerstoffkatastrophe», ereignete sich vor rund 2,3 Milliarden Jahren. Damals konnte neu entstandener Sauerstoff nicht mehr chemisch gebunden werden und begann sich als Sauerstoff (O2) im Meerwasser und in der Atmosphäre anzureichern. Zuvor, in der Ur-Atmosphäre der Erde, war freier Sauerstoff nur in Spuren vorhanden. Alles Leben beruhte ausschliesslich auf anaeroben Prozessen, das heisst auf chemischen Vorgängen, die ohne Sauerstoff abliefen. Mit der Entstehung der Cyanobakterien, die mithilfe von Licht Wasser oxidierten und als Stoffwechselprodukt Sauerstoff ausschieden, begannen sich die Lebensbedingungen auf der Erde allmählich zu verändern. Quelle: Uni Zürich

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Gemäss den Wissenschaftlern entstand die Vielzelligkeit kurz bevor der freie Sauerstoff in den Ozeanen und der Atmosphäre angestiegen ist. Diese Häufung von freiem Sauerstoff wird als «Great Oxidation Event» bzw. Grosse Sauerstoffkatastrophe bezeichnet und gilt als erdgeschichtlich folgenreichstes Klimaereignis. Aufgrund ihrer Daten vermuten Schirrmeister und ihr Doktorvater Homayoun Bagheri einen Zusammenhang zwischen dem Entstehen der Vielzelligkeit und diesem Ereignis. Gemäss Bagheri haben vielzellige Lebewesen oftmals einen effizienteren Stoffwechsel als einzellige. Die Forscher stellen daher die These auf, dass die neu entstandene Vielzelligkeit der Cyanobakterien eine Rolle bei der Auslösung der Grossen Sauerstoffkatastrophe gespielt hat.

Cyanobakterien besetzten freie Nischen Die gesteigerte Sauerstoffproduktion brachte die ursprüngliche Erdatmosphäre zum Kippen. Da Sauerstoff für viele anaerobe Organismen giftig war, wurden zahlreiche anaerobe Bakterienarten verdrängt und dadurch ökologische Nischen frei. Die Forscher stellen im Anschluss an das einschneidende Klimaereignis viele neue Arten von vielzelligen Cyanobakterien fest und gehen davon aus, dass diese die frei gewordenen Lebensräume besetzt haben. «Morphologische Änderungen bei Kleinstlebewesen wie Bakterien waren in der Lage, die Umwelt grund-

Dr. Homayoun Bagheri Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften Universität Zürich Schweiz homayoun.bagheri@ieu.uzh.ch www.ieu.uzh.ch/staff/professors/bagheri

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Ein weiteres vielzelliges Cyanobakterium

Dr. Bettina Schirrmeister School of Earth Sciences University of Bristol Bristol, England bettina.schirrmeister@bristol.ac.uk www.bristol.ac.uk/earthsciences/ people/bettina-e-schirrmeister

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Forscher schalten Quanteneigenschaften magnetischer Moleküle

Magnetisches Nanoschachbrett ordnet sich selbst Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, in einer Anordnung magnetischer Moleküle gezielt in jedem zweiten Molekül den Magnetismus «abzuschalten», sodass ein magnetisches Schachbrettmuster entstand. Die Moleküle wurden so konstruiert, dass sie von selbst ihren Platz im Nanoschachbrett finden. Die Möglichkeit, die Zustände einzelner Quantenobjekte gezielt zu verändern, ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Quantencomputern. Noch ist man aber weit davon entfernt, Quantencomputer zu bauen, welche konkrete Rechnungen tatsächlich mit einer vergleichbaren Leistungsfähigkeit wie konventionelle Geräte bewältigen könnten.

selnd verschiedene magnetische Eigenschaften hatten, zum Beispiel «magnetisch» und «unmagnetisch». Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher in der Zeitschrift «Advanced Materials».

Bilder: Paul Scherrer Institut

Konkret haben die Forscher mit flachen, etwa einen Nanometer grossen, organischen Molekülen gearbeitet, in deren Mitte sich jeweils ein einzelnes magnetisches Metallatom – Eisen oder Mangan – befand. Dieses machte das Molekül zu einem winzigen Magneten, der wesentlich kleiner ist als ein magnetisches Bit in einer Computerfestplatte, welches seinerseits aus mehr als einer Million magnetischer Atome besteht. Damit der magnetische Zustand in den Molekülen stabil blieb, wurden sie auf eine magnetische Kobaltoberfläche aufgedampft. Die Kobaltoberfläche zwang den Molekülen eine bestimmte Magnetisierungsrichtung auf.

Das magnetische Nanoschachbrett. Oben: Abbildung der Moleküle mit einem Rastertunnelmikroskop. Bei zwei Molekülen ist die Molekülstruktur eingezeichnet. Unten: Schematische Darstellung der Selbstorganisation der Moleküle – sie passen wie Puzzleteile zusammen und fügen sich so schön abwechslungsweise aneinander.

Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) sowie des Indian Institute of Science Education and Research in Pune haben eine ebene, regelmässige Anordnung winziger Magnete hergestellt, bei denen sie gezielt 26

in jedem zweiten den Magnetismus «abschalten» und damit den Quantenzustand des entsprechenden Magneten manipulieren konnten. So entstand ein «Schachbrett» im Nanomassstab, dessen Felder abwech-

Da die Moleküle jeweils nur ein magnetisches Atom besassen, waren sie so klein, dass sie den Gesetzen der Quantenphysik unterworfen waren. Das Verständnis solcher Quantenobjekte sowie die Fähigkeit zu deren Manipulation sind Voraussetzungen für die Entwicklung von Quantencomputern. Indem solche Computer die Gesetze der Quantenphysik nutzen, könnten sie manche Berechnungen wesentlich schneller ausführen als heutige Geräte.

Das Nanoschachbrett baut sich von selbst «Bisher wurden die magnetischen Atome höchst aufwändig Atom für Atom angeord3/2013

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Bild: Paul Scherrer Institut /Markus Fischer

net. Wir haben die magnetischen Atome in Moleküle eingebaut und diese Moleküle so konstruiert, dass sie sich auf der Oberfläche von selbst abwechselnd so anordnen, dass ein Schachbrettmuster entsteht. Das magnetische Nanoschachbrett kann sich also von selbst zusammenbauen», erläutert Christian Wäckerlin vom PSI.

Magnetismus gezielt geschaltet «Als wir die Moleküle dann Ammoniakgas aussetzten, verband sich mit jedem der Metallatome ein Ammoniak-Molekül. Das mit Ammoniak verbundene Eisenatom wurde dadurch unmagnetisch; der Magnetismus des Mangans hingegen veränderte sich nur unwesentlich. Somit wurde bei jedem zweiten Molekül im Nanoschachbrett der Quantenzustand von «magnetisch» zu «unmagnetisch» gewandelt. Mit einem Rastertunnelmikroskop lässt sich das Nanoschachbrett abbilden, und die magnetischen Eigenschaften lassen sich

Die PSI-Forscher Jan Nowakowski (links) und Christian Wäckerlin (rechts) in der Halle der Synchrotron-Lichtquelle SLS. Nowakowski hält einen «Vakuum-Koffer», in dem die Proben für die Untersuchung zur SLS transportiert werden, Wäckerlin das Modell eines der verwendeten Moleküle.

Auch andere Anwendungen denkbar

Greifbarer sind andere Anwendungen – man könnte das magnetische Schachbrett zum Beispiel für einen AmmoniakSensor verwenden. Dadurch, dass nach dem Bedampfen mit Ammoniak nicht mehr jedes, sondern nur noch jedes zweite Molekül magnetisch ist, ändert sich auch die Art, wie die Anordnung auf Licht reSchematische Darstellung des Schaltvorgangs im magnetischen agiert. Diese Änderung lieNanoschachbrett: Der Magnetismus (dargestellt durch die roten sse sich mit einer recht Pfeile) lässt sich selektiv auf der Hälfte der Plätze schalten. einfachen Lichtquelle nachweisen. So würde man mit dem Licht der Synchrotron Lichtquelle dann sehen, dass Ammoniak in der Luft Schweiz des PSI studieren. Erwärmt man vorhanden ist. das ganze System etwas, lösen sich die Ammoniakmoleküle wieder und der ursprüngliche Zustand ist wieder hergestellt», Quelle: Paul Scherrer Institut beschreibt Wäckerlin die Abläufe. Von da ist es natürlich noch ein sehr weiter Weg zu einem tatsächlichen Quantencomputer; insbesondere fehlt die ebenfalls wichtige Kopplung und Verschränkung der Quantenzustände. «Wir haben aber vorgeführt, Originalpublikation wie man in einem einfachen, hochgradig C. Wäckerlin et al., geordneten System die Eigenschaften von «Two-dimensional Supramolecularn sehr vielen Atomen reproduzierbar schalten Electron Spin Arrays», Adv Mater, kann.» doi: 10.1002/adma.201204274 (2013) 3/2013

Kontakt Christian Wäckerlin Labor für Mikro- und Nanotechnologie Paul Scherrer Institut Villigen, Schweiz christian.waeckerlin@psi.ch www.psi.ch/lmn

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Platinanteile können zerstörungsfrei in Gold nachgewiesen werden

Das Gold der Steppe Vor mehr als 2000 Jahren errichtete das Volk der Xiongu in der mittelasiatischen Steppe die Nekropole Gol Mod. Deren Grabfelder legen französisch-mongolische Archäologen seit 1996 frei und fanden dabei kunstvoll verzierte Särge. Mit einem neuen Verfahren der Röntgen-Fluoreszenz-Spektroskopie haben Forscher jetzt herausgefunden, woher das Gold für die Verzierung der Särge kam.

Sebastian Wagner

Die Spezialistin für Goldanalyse am Louvre, Maria Guerra, erklärt: «Bei der Goldverarbeitung werden einige Stoffe in sehr geringen Konzentrationen nicht eliminiert, und einige wenige können als geochemische Charakteristika für das Abbaugebiet herangezogen werden».

Präzise und nichtinvasiver Nachweis Ausschlaggebend ist der Gehalt von Platin, anhand dessen man auf das Verfahren der Goldverarbeitung und sogar darauf schliessen kann, woher das Gold stammt. Generell kann man sekundäre Bestandteile, die 28

Mit hauchdünner Goldfolie waren die Särge der Grabstätte Gol Mod verziert.

in einem Element nur in Spuren vorkommen, mittels LA-ICP-MS («laser ablation inductively coupled plasma mass spectroscopy») sehr genau nachweisen. Da das Probenmaterial hierbei mittels fokussierter Laserstrahlung herausgeschlagen wird, haben die Forscher angesichts der hohen Fragilität der Goldplättchen auf diese invasive Methode verzichtet. Stattdessen bedienten sie sich der normalerweise weit weniger genauen Synchroton-induzierten Röntgen-Fluoreszenz (SRXRF). Martin Radtke von der deutschen Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat mit seinem Team eine neue Messstrategie entwickelt. «Die Schwierigkeit bei der Detektion von Platin in Gold mit Röntgenfluoreszenz liegt darin, dass die beiden Elemente unmittelbar benachbart sind und dass Platin nur in sehr ger-

ingen Mengen vorkommt», erläutert der Physiker. «Regt man die Fluoreszenz oberhalb der Goldkante an, sättigt das Goldsignal den Detektor. Regt man unterhalb

Bilder: Maria Guerra

Etwa 300 Kilometer westlich der mongolischen Hauptstadt Ulan-Bator findet man nur noch Steppenlandschaft: Hügel, Sand, Gras und eine scheinbar unendliche Weite. In dieser Gegend herrschte einst ein nomadisches Steppenvolk, die Xiongu, an die heute nur noch einige Grabstätten erinnern. Gol Mod heisst eine davon und soll als Ruhestätte für Stammesfürsten gebaut worden sein. Seit mehr als zehn Jahren arbeitet ein französisch-mongolisches Forscherteam akribisch daran, einzelne Fundstücke zuzuordnen und deren Bedeutung zu verstehen. So fanden sie Schmuckstücke und Gold, die wahrscheinlich der Kultur der benachbarten Han-Chinesen entstammen. Tributzahlungen, vermuteten die Forscher. Damit haben die Han womöglich versucht, Plünderungen der Xiongu zu unterbinden. Zwei Jahrtausende später will ein internationales Forscherteam diese Frage klären. Woher stammt das Gold für die teilweise mit blütenförmigen Goldfolien verzierten Särge?

Goldfolie der Sargverzierung aus der Gol Mod Grabstätte in nachgestelltem Muster

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A N A LY T I K

an, erzeugt man im Gold Raman-Streuung, die sich energetisch genau mit dem zu detektierenden Signal vom Platin überlagert.» Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift «Analytical Chemistry» berichten, konnten sie die Nachweisgrenze für Platin auf 3µg/g reduzieren. Das ist Radtkes Team auf indirekte Weise gelungen, indem sie die Messergebnisse mit hochpräzisen Spektren der vorkommenden Reinelemente abgeglichen haben. «Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Verlauf des Spektrums, insbesondere der Raman-Streuung am Gold, optimal angepasst wird und so ein verlässliches Signal auch für kleine Platingehalte erhalten werden kann» so der Forscher. So konnte ein Platingehalt festgestellt werden, der darauf schliessen lässt, dass die Xiongu das Gold für die Särge selbst aus den Flusssedimenten gewonnen haben. Die Zusammensetzung der sekundären Bestandteile – neben Platin wurde auch der Kupfer-, Zinn- und Silbergehalt überprüft – ist so genau, dass die Forscher den Ursprung des Goldes bestimmten Flüssen zuordnen können. Für eine sichere Aussage darüber sind aber noch weitere Untersuchungen nötig. Radtke sieht in dieser neuen Analysestrategie noch mehr Potenzial: «Ähnliche Fragestellungen gibt es zum Beispiel auch in der Halbleiteranalytik beim Nachweis von Aluminiumverunreinigungen in Silizium.»

Originalpublikation M Radtke, I Reiche, U Reinholz, H Riesemeier, MF Guerra,

Kontakt Dr. Martin Radtke Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin, Deutschland martin.radtke@bam.de, www.bam.de

«Beyond the Great Wall: Gold of the Silk Roads and the First Empire of the Steppes», Anal Chem 85(3), 1650–1656 (2013)

Dr. Maria Filomena Guerra Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France Palais du Louvre – Porte des Lions, Paris maria.guerra@culture.gouv.fr

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Von der Mandschurei bis zum Baikalsee beherrschten nomadische Reitervölker die Steppen Mittelasiens. Sie hatten eine komplexe Gesellschaftsstruktur mit Steuern und Ackerbau und trieben regen Handel mit den benachbarten Chinesen der Han-Dynastie. Diesen ist es zu verdanken, dass es überhaupt schriftliche Aufzeichnungen über das Steppenvolk gibt, denn von ihnen selbst sind keine Überlieferungen bekannt. Die Han fürchteten die Xiongu als überlegene Krieger, die vor der Errichtung der chinesischen Mauer eine gefährliche Bedrohung für das Reich der Mitte waren. Mehrere archäologische Expeditionsteams berichten von Funden chinesischer Tribute an das Steppenvolk. (SW)

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Nanostrukturierte Goldsensoren durch Graphen kalibriert

Graphen für hochpräzise Dopingtests Ein britisch-französisches Forscherteam entwickelt Geräte aus nanostrukturiertem Gold, die selbst einzelne Moleküle nachweisen können. Insbesondere soll die Methode eine schnelle, günstige und einfache Detektion von Viren, Medikamenten, Toxinen und Vitaminen ermöglichen. Um die Sensoren zu kalibrieren, hat sich das als Elektronik-Hoffnungsträger bekannte Kohlenstoffmaterial Graphen als ideal erwiesen. Damit könnten unter anderem höchst präzise Dopingtests entwickelt werden.

nisse liefern, so die Forscher. Ihnen zufolge sind die neuartigen Sensoren dabei um drei Grössenordnungen empfindlicher als bisherige. Die Forschungskooperation, der auch Forscher der Universität Aix-Marseille angehören, hat die Sensoren mit Graphen beschichtet, um sie zu testen und zu kalibrieren. Graphen wurde 2004 zum ersten Mal isoliert. 2010 erhielten Grigorenkos Kollegen Andre Geim und Kosty Novoselov für ihre Forschungen auf diesem Gebiet den Nobelpreis für Physik. Durch die sehr genau bekannten elektronischen Eigenschaften der zweidimensionalen Graphen-Oberfläche lässt sich Grigorenko zufolge leicht er-

kennen, wo sich am Graphen auch daran angelagerter Wasserstoff befindet. So konnte sein Team zeigen, dass die neuartigen Sensoren auf ein Flächengewicht im Bereich von Femtogramm (ein Billiardstel Gramm) pro Quadratmillimeter reagieren. Zum Vergleich: Ein Escherichia coli-Bakterium wiegt etwa ein Femtogramm.

Die ideale kristalline Struktur von Graphen ist ein sechseckiges Gitternetz. Der erst 2004 isolierte Stoff ist Gegenstand breiter Forschung und soll auch als Sensormaterial zum Einsatz kommen.

Illustration der Nano-Goldsensoren, die zum präzisen Nachweis von verschiedenen Stoffen verwendet werden könnten.

Hochempfindliche Detektoren vielseitig einsetzbar

Plasmonik als Grundlage Die Basis für die Entwicklung, die das Team in der Zeitschrift «Nature Materials» vorstellt, ist das Konzept der Plasmonik. Diese Theorie beschäftigt sich mit variierender Vibration der Elektronen in unterschiedlichen

Bild: AlexanderAIUS/GNU FDL

Bild: Novoselov/Manchester University

Die Genauigkeit, die mit der Methode erreichen werden soll, ist hoch. «Die Idee des Gerätes besteht darin, einzelne Moleküle mit einem einfachen optischen System wie einem Mikroskop wirklich zu sehen», sagt Teamleiter Alexander Grigorenko, Physiker an der Manchester University. Das Anwendungspotenzial dafür ist breit gefächert und reicht von der Medizin bis zum Nachweis von Sprengstoffspuren in der Flugsicherheit. Bluttests beispielsweise zum Nachweis von Giften oder zur Dopingkontrolle könnten innerhalb von Minuten sehr genaue Ergeb-

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t i 5'5 5PVDITDSFFO t 64# -"/ "OTDIMĂ TTF t &JOGBDIF #FEJFOVOH t 1MVH 1MBZ 5FDIOJL Graphen Nanostruktur: REM Aufnahme einer stark zerknitterten Graphen-Schicht auf einem Silizium-Wafer (unten rechts); eine Bildkante misst 20 Mikrometer.

Materialien. Die Sensoren selbst sind aufgrund ihres speziellen Aufbaus ÂŤtopologisch dunkelÂť. ÂŤDas ist das Fehlen von Reflexion bei einem MaterialÂť, erklĂ¤rt Grigorenko. Werden nun zum Beispiel einzelne WasserstoffmolekĂźle in Verbindung mit der SensoroberflĂ¤che gebracht, reagiert diese darauf, und es kĂśnnen so die einzelnen MolekĂźle sichtbar gemacht werden. Die aktuellen GerĂ¤te bestehen aus nanostrukturiertem Gold. Dieses ist auch fĂźr biologisches Gewebe vertrĂ¤glich und eignet sich somit bestens fĂźr Biosensoren. Diese direkt aus Graphen aufzubauen, wĂ¤re nach Grigorenko wahrscheinlich auch mĂśglich. Er geht allerdings davon aus, dass es noch einige Jahre weiterer Forschung bedarf, ehe dafĂźr wirklich marktreife LĂśsungen entwickelt werden kĂśnnen.

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Original-Publikation A N Grigorenko et al, ÂŤSingular phase nano-optics in plasmonic metamaterials for label-free single-molecule detectionÂť, Nat Mat, DOI: 10.1038/ nmat3537 (2013)

Kontakt Dr. Alexander Grigorenko, Condensed Matters Physics Group Manchester University Grossbritannien alexander.grigorenko@machester.ac.uk, www.condmat.physics.manchester.ac.uk

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Quelle: pressetext/UniversitĂ¤t Manchester Mehr Informationen unter www.huber-online.com oder gratis den neuen Katalog 2013/2014 anfordern.

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MEDIZIN/PHARMA

Der uralte Magenkeim Helicobacter pylori ist immer für Überraschungen gut

Weggefährte mit verschiedenen Facetten Das kleine gramnegative Bakterium ist ein Überlebenskünstler. Seit etwa 60 000 Jahren besiedelt es nahezu ohne Unterbrechung eine der unwirtlichsten Gegenden im menschlichen Körper: den Magen. Die sauren pHWerte um 1 können ihm nichts anhaben, denn er hat sich perfekt an dieses Milieu angepasst. Doch Mediziner bekämpfen ihn, denn er verursacht Magenentzündungen und im schlimmsten Fall sogar Magenkrebs. Das hat man erst vor 30 Jahren herausgefunden – und schon 2005 gab es dafür den Nobelpreis. Erst jetzt entdecken Forscher, dass der Keim auch mehrere gute Seiten hat – und dass seine ganze Wirkungsweise im Menschen viel komplexer ist als gedacht.

Über 50 Prozent der Weltbevölkerung sind mit dem Magenparasiten Helicobacter pylori infiziert. Obwohl er als ein sicherer Verursacher von Magengeschwüren gilt, erkranken gerade einmal 10 Prozent der Infizierten, etwa ein Prozent bekommt im späteren Leben Darmkrebs. Demgegenüber stehen Studien, die zeigen, dass Helicobacter vor allergischem Asthma und teilweise auch vor Allergien schützt. Das haben Wissenschaftler nicht nur anhand von epidemiologischen Daten, sondern bereits an Versuchen mit Mäusen nachgewiesen.

Zeitpunkt der Infektion entscheidet «Es macht einen grossen Unterschied, wann im Leben wir uns mit Helicobacter infizieren», erklärt Anne Müller vom Institut für Molekulare Krebsforschung der Universität Zürich. «Wenn das im ersten halben Lebensjahr passiert, dann bewirkt Helicobacter eine Modulation des Immunsystems, was zu einem Schutz vor allergischem Asthma führt. Wenn die Infektion jedoch erst im höheren Alter geschieht, dann nützt uns der Magenparasit nichts mehr, weil es dann für diese positive Wirkung auf das Immunsystem zu spät ist.» Die Infektion im frühesten Kindesalter bewirkt eine dauerhafte Besiedelung der Magenschleimhaut mit Helicobacter, die das Immunsystem nicht bekämpfen kann. Der Grund dafür sind zwei Faktoren: GammaGlutamyl-Transpeptidase und vakuolisierendes Zytotoxin. Diese zwei Faktoren programmieren dauerhaft die sogenannten 32

Bild: © dragonxxl – Fotolia.com

Sabine Goldhahn

Helicobacter pylori

dendritischen Zellen unseres Immunsystems um. Das sind antigenpräsentierende Zellen des Immunsystems, die an den Ort des Infektionsgeschehens im Magen eingewandert sind.

Zellen des Immunsystems werden umgepolt «Die dendritischen Zellen, die dann in der Magenschleimhaut auf Helicobacter treffen, werden durch diesen Keim so effizient umprogrammiert, dass sie nicht mehr Immunität gegen Helicobacter bewirken wollen, sondern Toleranz», betont die Zürcher Biologin. «Dazu wandern sie aus der infizierten Magenschleimhaut zurück in die Lymphknoten und generieren dort nicht, wie sie eigentlich sollten, immunogene T-Zell-Antworten, sondern vor allem sogenannte regulatorische T-Zell-Antworten.» Als Folge dessen wandern die regulatorischen T-Zellen bis in die Lunge und führen dazu, dass allergenspezifische Immunreaktionen dort ausbleiben – unabhängig

davon, ob Pollen, Tierhaare oder andere Allergene auf die Lunge einwirken. Das hat die Zürcher Forscherin gemeinsam mit einer deutsch- niederländischen Arbeitsgruppe in Experimenten an Mäusen nachgewiesen. Erstmals hat sie jetzt den genauen Wirkmechanismus der zwei immunmodulatorischen Faktoren zeigen können und fand heraus, dass zwingend beide Substanzen anwesend sein müssen, um den positiven antiallergischen Effekt auszulösen. Fehlte ein Faktor, waren die Mäuse nicht geschützt. «Diesen Effekt konnten wir aber nur bei ganz jungen Mäusen nachweisen», so Müller, «wenn ältere Tiere infiziert wurden, blieb der Asthmaschutz aus.» Derselbe Zusammenhang besteht auch bei Infektionen am Menschen. Wenn Kinder erst viel später oder Menschen erst im Erwachsenenalter betroffen werden, gibt es diesen natürlichen Schutz vor Asthma nicht mehr – das Immunsystem wird nicht mehr positiv umprogrammiert, sondern seine Reaktion ähnelt dann viel mehr einer ganz normalen 3/2013

MEDIZIN/PHARMA

Abwehrreaktion, die nach Infektionen mit anderen Bakterien wie Salmonellen oder Choleraerregern auftritt.

Antibiotika zerstören den natürlichen Asthmaschutz Auch durch eine Antibiotikatherapie verliert man den Schutz vor allergischem Asthma. Das hat die Forscherin schon bei Mäusen gezeigt. Nach ihrer Ansicht sind die frühe Antibiotikatherapie in der Kindheit und die oftmals übertriebene Hygiene die Hauptgründe dafür, dass Helicobacter pylori in westlichen Industrienationen bald ausgestorben ist. Anders ist die Situation in Entwicklungsländern: Dort wird der Keim noch wie einst bei uns über Generationen hinweg von der Mutter auf ihr Kind übertragen, wodurch das Immunsystem frühzeitig umprogrammiert wird. Entsprechend gering ist später die Zahl der allergischen Erkrankungen.

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Impfung soll Kinder vor allergischem Asthma bewahren Dem Aussterben des Bakteriums und dem damit verbundenen Verlust des natürlichen Asthmaschutzes will die Biologin jetzt mit einer Impfung im frühesten Kindesalter abhelfen. Gemeinsam mit anderen Forschern entwickelt sie derzeit einen Impfstoff, der vor allem die zwei wichtigen immunmodulatorischen Faktoren Gamma-GlutamylTranspeptidase und vakuolisierendes Zytotoxin enthält. Die Gefahr eines Magengeschwürs durch eine Impfung mit Helicobacter besteht Müller zufolge nicht, da der Impfstoff keine lebenden Keime enthalten wird. Auch auf Impfverstärker, die sogenannten Adjuvantien, die beispielsweise bei Grippeimpfungen in der Kritik sind, will die Zürcher Forscherin bewusst verzichten, «weil die möglicherweise den Asthmaschutz sogar zerstören würden.» Dass die Impfung helfen kann, hat sie bereits an

Mäusen gesehen. Jetzt hofft sie, den Impfstoff schon in 2–3 Jahren so weit zu haben, dass sie ihn erstmals Kindern aus Familien mit schwerer Allergiebelastung geben kann. Originalpublikation Oertli M et al., «Helicobacter pylori γ-glutamyl transpeptidase and vacuolating cytotoxin promote gastric persistence and immune tolerance», published ahead of print February 4, doi:10.1073/pnas. 1211248110 (2013) Kontakt Prof. Anne Müller Institut für Molekulare Krebsforschung Universität Zürich Schweiz Telefon +41 (0)44 635 34 74 mueller@imcr.uzh.ch www.imcr.uzh.ch

MEDIZIN/PHARMA

Neue Methode zur Bestimmung der Toxizität von Giften entwickelt

Leuchtende Liposomen ersetzen Tierversuche ETH-Forscher haben eine Methode zum Patent angemeldet, mit der sie die biologische Aktivität eines der stärksten Giftstoffe überhaupt, dem Botulinum-Neurotoxin, testen können. Setzt sich das Verfahren in der Pharmabranche durch, könnte es jährlich einer halben Million Mäusen das Leben retten.

Das Botulinum-Neurotoxin (BoNT) ist eines der stärksten bekannten Gifte. Produziert wird es vom Bakterium Clostridium botulinum. BoNT hemmt die Signalübertragung von Nervenenden zu den Muskeln, was zu Lähmungen bis hin zum Atemstillstand führt. Ein Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht würde reichen, um einen Erwachsenen zu töten. BoNT ist berüchtigt als Lebensmittelgift, zum Beispiel bei ungenügend sterilisiertem, eingemachtem Gemüse. Auch in Fleisch oder in Würsten kann die Mikrobe gut gedeihen und das Gift herstellen. Die Sporen des Bakteriums kommen fast überall vor, aber nur wenn die Umgebung sauerstoffarm und nicht sauer ist, können sie auskeimen und das Toxin produzieren.

Über 100 medizinische Anwendungen

Bild: Wikipedia

Botulinum-Neurotoxin hat aber auch Vorzüge. Seit den 1980er Jahren werden damit

Bändermodell des Botulinumtoxins Serotyp A

Bild: Thomas Siepmann / pixelio.de

Peter Rüegg

Für die Verabreichung von Botulinumtoxin müssen bis anhin Mäuseleben geopfert werden, das könnte man künftig vermeiden

Dutzende von chronischen Leiden und Gebrechen behandelt, darunter nervlich bedingte Fehlhaltungen wie der Schiefhals, aber auch übermässiges Schwitzen oder Schielen, Migräne oder Tennisellbogen. Seit den 1990er Jahren braucht auch die Kosmetikindustrie das einstmals gefürchtete «Wurstgift» im grossen Stil unter dem Namen Botox, um beispielsweise Falten im Gesicht zu glätten. Der Einsatz von BoNT ist allerdings ein Spiel mit dem Feuer. Das Toxin ist ein Naturprodukt und wird mittels Bakterien produziert, jedoch eben nicht in konstanter Konzentration und Aktivität. Zulassungsbehörden verlangen deshalb, dass jede Charge eines BoNT-haltigen Therapeutikums mit dem Maus-LD50-Test auf seine Toxizität getestet wird. Damit wird bestimmt, bei welcher Dosis die Hälfte der Tiere stirbt. Für solche Routinetests in der Pharmaindustrie müssen in der EU und den USA jährlich über eine halbe Million Mäuse ihr Leben lassen.

Tierfreies Testsystem entwickelt Ein neues, von ETH-Forscher Oliver Weingart in Zusammenarbeit mit dem Labor Spiez entwickeltes Testsystem könnte nun diese Mäuseleben retten. Das System ist das Erste, das ohne Versuchstiere oder lebende Zellen auskommt, denn es misst die toxische Aktivität des Nervengifts mithilfe von künstlich hergestellten LipidmembranBläschen, so genannten Liposomen. So hat der Forscher am Labor für Lebensmittelmikrobiologie winzige, von einer Lipid-Doppelmembran umgebene Bläschen hergestellt, die den Enden von Nervenzellen nachempfunden sind. In die Membran eingebettet sind spezifische Nervenzellrezeptoren, an welche das Botulinum-Neurotoxin nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip bindet. Indem die umgebende Flüssigkeit angesäuert wird, verändert sich die Struktur des Toxins, sodass ein Teil von ihm in das Liposom eingeschleust wird. Dort entfaltet 3/2013

Bild: Electron Microscopy ETH Zürich - EMEZ

MEDIZIN/PHARMA

das Toxin eine weitere Aktivität und zerkleinert ein im Bläschen enthaltenes Protein, das nach der Spaltung zu leuchten beginnt. Diese Fluoreszenz ist direkt an die BoNTKonzentration gekoppelt: Je stärker die Liposomen leuchten, desto höher ist die Konzentration des Giftes.

Günstig und einfach im Unterhalt Das Testsystem hat handfeste Vorteile. «Die Liposomen lassen sich günstig produzieren, und für das Handling braucht es, anders als bei Versuchen mit Mäusen, keine spezielle Schulung des Personals», sagt Weingart. Und noch einen Vorteil hat das neuartige Testsystem: Es liesse sich auch so modifizieren, dass damit die biologische Aktivität anderer Toxine, die wie das BoNT aus mehreren Untereinheiten zusammengesetzt sind, nachgewiesen werden könnten, etwa Tetanus-, Diphterie-, Shiga- oder Cholera-Toxine. «Das System ist sehr sensitiv», erklärt Weingart weiter. Bei Mäusen liege die Nachweisgrenze von Botulinum-Neurotoxin bei etwa 10 Pikogramm. Das Ziel ist, dass sich mithil-

Bild: Oliver Weingart

Nervenenden nachempfundene Liposomen könnten künftig anstelle von Mäusen als Testsystem für die Bestimmung der Botox-Aktivität verwendet werden.

Der Forscher Oliver Weingart bei der Arbeit

fe der Liposomen gar weniger als ein Pikogramm des Giftes feststellen lassen könnte. Schon nach ein bis drei Stunden erzeugt das Testsystem eine messbare Fluoreszenz. Das endgültige Resultat des Tests ist nach weniger als 24 Stunden erhältlich, bei Mäusen dauert es mindestens ein bis vier Tage. Man habe nun bewiesen, dass das System fähig ist, BoNT nachzuweisen. «Wir haben gesehen, dass die Idee umsetzbar ist», sagt der Lebensmittelmikrobiologe Martin Loessner. Die Forscher haben deshalb begonnen, die Testanordnung zu standardisieren. Dabei geht es auch darum, die Liposomen zu verbessern, damit verlässlichere Messungen möglich werden. Das neue Testsystem ist weltweit zum Patent angemeldet. Bis anhin habe man sich auf die Bedürfnisse der Pharmaindustrie konzentriert, doch laut Loessner und Weingart wäre es denkbar, dass das Testsystem auch bei Trinkwasser und Lebensmitteln

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16.–17.5.13 17.6.13 3.–7.6.13

Anwendung finden könnte, um darin vorhandene Neurotoxine zu detektieren. Quelle: ETH Zürich Originalpublikation OG Weingart, M-A Avondet, A Rummel, F Gessler, P Walde, MJ Loessner, «Nerve-cell mimicking liposomes as in vitro alternative to potency-testing of toxins with multistep pathways, such as Botulinum neurotoxins» (2012) www.forschung3r.ch/de/projects/ pr_125_11.html Kontakt Dr. Oliver Weingart Institute of Food, Nutrition and Health ETH Zürich, Schweiz oliver.weingart@ilw.agrl.ethz.ch www.ifnh.ethz.ch

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Mikrobielle Helfer

Gute Bakterien im Darm beugen Diabetes vor

Bilder: Dr. Li Hai, UVCM, Universität Bern.

Diabetes vom Typ 1, der vor allem bei Jugendlichen immer häufiger auftritt, kann womöglich durch Darmbakterien gestoppt werden. Diese lösen biochemische Reaktionen aus, die wiederum die Produktion von Hormonen anregen. Das hat eine internationale Forschergruppe mit Berner Beteiligung herausgefunden.

Diabetes unterdrücken. Dies haben jetzt eine internationale Forschergruppe unter der Leitung der Universität Toronto sowie Andrew Macpherson von der Universität Bern nachgewiesen. Ihre Erkenntnisse könnten vor allem von Diabetes betroffenen Kindern und Jugendlichen helfen: Bei ihnen wird die Krankheit durch Immunzellen verursacht, die Direkt an der Darmoberfläche liegen hier Darmzellen (blau) mit spezielle Zellen in der einer dichten Schicht von Bakterien (rot). Die roten Bakterien pro- Bauchspeicheldrüse beduzieren Substanzen, die in den Körper eindringen und ihn unter schädigen – die sogeanderem vor Diabetes schützen. nannten β-Zellen in den Menschen haben schier unendlich viele Langerhans’schen Inseln – die das Hormon Bakterien im unteren Darmbereich – rund Insulin produzieren (Diabetes Typ 1). 100 Billionen (10 hoch 14). Damit enthält unser Körper zehnmal mehr Bakterien als Beobachtungen im Körperzellen – und diese winzig kleinen Organismen sind wichtig für unsere Ge- Tiermodell helfen weiter sundheit. Sie helfen uns, Nahrungsmittel Den Zusammenhang zwischen Diabetes zu verdauen und versorgen uns mit Energie und Darmbakterien wiesen die Forscherund Vitaminen. teams in Versuchen mit Mäusen nach, die zu Diabetes neigen. Sie entdeckten, dass Diese «guten», sogenannt kommensalen Darmbakterien, insbesondere in männlichen Bakterien im Darm unterdrücken die Mäusen, biochemische Reaktionen auslösen «schlechten» Bakterien, die Infektionen ver- und somit die Produktion von Hormonen ursachen, wie zum Beispiel Salmonellen. anregen. Diese Hormone wiederum beeinWenn aber die Bakterien im Darm ausser flussen die Entstehung von Diabetes negaKontrolle geraten, können an verschiede- tiv. Dieses neu gewonnene Verständnis nen Orten im Körper gewebeschädigende könnte einen neuen Therapieansatz im Entzündungen entstehen. Oftmals treten Kampf gegen Diabetes bei Kindern und Judiese im Darm selbst auf und führen zu gendlichen bilden: Denn wenn diese genechronisch entzündlichen Darmerkrankun- tisch anfällig oder bereits erkrankt sind, wäre gen wie Morbus Crohn. es denkbar, die Darmbakterien gezielt als Therapie einzusetzen – zumindest wenn Eine neue Erkenntnis lässt hoffen: Darmbak- diese künstliche bakterielle Besiedelung des terien können die Produktion von Hormonen Darms die im Tiermodell beobachtete schütanregen, welche die Stoffwechselkrankheit zende Wirkung zur Folge hätte. 36

Diabetes Ausbruch verhindern Da immer mehr Kinder und Jugendliche an Diabetes erkranken, sprechen Ärzte mittlerweile von einer Diabetesepidemie. Diese Zunahme entwickelte sich über die letzten 40 Jahre gleichzeitig mit unserer Lebensumgebung, die immer hygienischer und sauberer wurde. Es wird angenommen, dass das Immunsystem dadurch weniger gefordert ist und sich gegen den eigenen Körper zu wenden beginnt. Zurzeit ist ein Kind, das an Diabetes erkrankt, auf eine lebenslange Therapie angewiesen. «Wir erhoffen uns nun neue Therapien, die den Ausbruch der Krankheit verhindern können und die disponierte Kinder vor einer Diabeteserkrankung schützen», so Macpherson. Quelle: Universität Bern Originalpublikation JGM Markle et al., «Sex-specific differences in the gut microbiome drive testosterone-dependent protection from autoimmunity that is transferable by early life conditioning in the NOD mouse», Science Express, (2013), DOI: 10.1126/science.1233521

Kontakt Prof. Dr. Andrew Macpherson Departement Klinische Forschung der Universität Bern und Universitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin, Inselspital Bern, Schweiz andrew.macpherson@insel.ch www.dkf.unibe.ch/forschungsgruppe/4/gastroenterologie--mukosaleimmunologie/

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MEDIZIN/PHARMA

Häufung von Krankheitsfällen in der Landwirtschaft aufgeklärt

Parkinson durch giftige Pflanzenschutzmittel

Bild: © Alila – Fotolia.com

Bild: Wikipedia

Schon länger vermuten Wissenschaftler auch äussere Faktoren als mögliche Ursache für eine Parkinson-Erkrankung. Forscher der Universität Dresden haben nun den Mechanismus entschlüsselt, mit dem das Insektizid Rotenon Symptome der Parkinson-Krankheit auslöst und verstärkt. Dabei spielen Nervenverbindungen zwischen Darm und Hirn eine wesentliche Rolle. Diese aktuellen Ergebnisse wurden jetzt in den «Nature Scientific Reports» veröffentlicht.

Strukturformel von Rotenon

Etwa 15 000 Menschen in der Schweiz sind an Parkinson erkrankt, vor allem ältere Menschen sind betroffen. Die Erkrankung schreitet langsam voran und zeigt sich in starren Muskeln, einem fast maskenhaften Gesichtsausdruck oder einer zitternden, oft sogar schüttelnden Hand – Tremor nennen Mediziner dieses Muskelzittern. Diese Hauptsymptome werden dadurch verursacht, dass Nervenzellen in der so genannten Substantia nigra des Mittelhirns, welche Dopamin produziert, absterben. Doch auch Einflüsse von aussen vermutet man als Ursache der Krankheit. So haben einige Studien auffallend deutlich gezeigt, dass Menschen, die in landwirtschaftlichen Betrieben arbeiten und dabei Pestiziden ausgesetzt sind, häufiger an Parkinson erkranken.

Bei der Parkinson-Krankheit sterben Zellen in einem ganz kleinen Bereich des Gehirns ab, der Substantia nigra. Das verursacht dann die typischen Krankheitssymptome.

Der Stoff Rotenon ist in einigen Ländern als Insektizid zugelassen. Nun wurde der Mechanismus entschlüsselt, mit dem dieses Gift Symptome der Parkinson-Krankheit auslöst und verstärkt. Rotenon verursacht, dass Nervenzellen im Darmtrakt das Protein α-Synuclein ausschütten. Dieses α-Synuclein wird dann von den Nervenenden der Nervenzellen im Gehirn aufgenommen und zum Zellkörper transportiert. Im Zellkörper lagert sich das α-Synuclein ab und zerstört die Zellen. Wenn bei Mäusen die entscheidenden Nerven, die Darm und Gehirn verbinden, im Darmbereich gezielt durchtrennt werden, findet dieser Ablauf nicht mehr statt. Als Folge kann das α-Synuclein die Neuronen des Mittelhirns nicht mehr erreichen, und die Parkinson-ähnlichen Symp-

tome werden stark reduziert. Bisher haben die Forscher diesen Vorgang nur an Mäusen beobachten können. «Wenn sich das auch bei Parkinson-Patienten bestätigt, dann haben wir einen wichtigen Schritt getan, um zukünftig neue Ansätze zur frühzeitigen Diagnose und Therapiestrategien gegen die Krankheit zu entwickeln», so der Spanier Francisco Pan-Montojo vom Dresdner Institut für Anatomie, der die Studien geleitet hat. Quelle: Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden Originalpublikation F Pan-Montojo et al., «Environmental toxins trigger PD-like progression via increased alpha-synuclein release from enteric neurons in mice», Sci Rep 2, 898/ doi:10.1038/srep00898 (2012)

Kontakt Dr. mult. Francisco Pan-Montojo Institut für Anatomie Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus Technische Universität Dresden Deutschland Francisco_Jose.Pan-Montojo@tu-dresden.de www.tu-dresden.de

www.chemiextra.com 3/2013

MEDIZIN/PHARMA

Nanomedizin: Fettkügelchen im Einsatz gegen Nebenwirkungen

Medikamente zielgerichtet freisetzen Wissenschaftlern des Nationalen Forschungsprogramms «Intelligente Materialien» (NFP 62) ist es gelungen, Medikamente mittels eines magnetischen Nanoträgers kontrolliert freizusetzen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Entwicklung gezielter und effizienter Behandlungsmethoden, die weniger Nebenwirkungen nach sich ziehen.

Im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Intelligente Materialien» (NFP 62) – einer Kooperation des Schweizerischen Nationalfonds und der Kommission für Technologie und Innovation – haben Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), des Adolphe-Merkle-Instituts der Universität Freiburg und des Universitätsspitals Genf eine weitere Hürde in der Entwicklung eines Medikaments dieser Art überwunden. Dank der Kombination seines Fachwissens in den Bereichen Materialwissenschaften, Bionanomaterialien und Medizin konnte das Team um Heinrich Hofmann vom Labor für Pulvertechnologie der EPFL nachweisen, dass sein Nanocontainer eine chemische Substanz kontrolliert freisetzen kann. Der Nanocontainer ist ein sogenanntes Liposom, bei welchem eine Lipiddoppelschicht einen kugelförmigen Hohlraum mit einem Durchmesser von 100 bis 200 Nanometern umgibt und etwa hundert Mal kleiner ist als eine Zelle. Spezifische Moleküle, die sich auf der Oberfläche des Liposoms befinden, machen es möglich, kranke Zellen anzusteuern und den Nanocontainer so zu tarnen, dass das Immunsystem ihn nicht als Fremdkörper erkennt und zerstört. Zur Vollendung des Konzepts der lokalen Medikamentenfreisetzung fehlt demnach nur noch ein Mechanismus, der es 38

Bilder: Alke Fink für das Adolphe Merkle Institut

Manche Medikamente sind von Natur aus toxisch. Das gilt zum Beispiel für Krebsmedikamente: Sie werden mit dem Ziel entwickelt, erkrankte Zellen zu zerstören, greifen aber auch gesunde an. Wenn ein Medikament nur in der vom Krebs befallenen Körperregion wirkte, liessen sich zum Beispiel die Nebenwirkungen einer Chemotherapie reduzieren.

Dreidimensionales Modell eines 100 Nanometer grossen Liposoms, das basierend auf elektronenmikroskopischen Bildern angefertigt worden ist. Innerhalb der Fettschicht sind die SPION als kleine Kugeln deutlich sichtbar.

ermöglicht, den Liposomen-Inhalt im richtigen Moment freizusetzen.

der nur im Nanobereich existiert», erklärt Hofmann.

Magnetfeld löst Nanoeffekt aus

Anwendungsorientierte Entwicklung

Diesen Mechanismus nennen die Forschenden SPION (superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel). Integriert in die Fettschicht des Liposoms, erwärmen sich diese Partikel unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes. Dadurch wird die Fettdoppelschicht durchlässig, und das Medikament kann austreten. Vorerst haben die Forschenden die Brauchbarkeit ihrer Methode mit Liposomen nachgewiesen, die anstatt eines Medikaments Farbstoff enthielten. Die SPION erweisen sich dabei als ausgezeichnetes Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRI). Dadurch kann man sie verfolgen und den Freisetzungsmechanismus aktivieren, sobald sie den Zielort erreicht haben. «Wir können hier wirklich von Nanomedizin sprechen, da wir mit dem Superparamagnetismus einen Quanteneffekt ausnützen,

«Um auf eine möglichst brauchbare Methode zu stossen, haben wir uns von Anfang an auf Nanocontainer konzentriert, die unter Medizinern eine grosse Akzeptanz geniessen», sagt Hofmann. Diese Strategie schränkt die Möglichkeiten ein: Die verwendeten Liposomen sind bereits in erhältlichen Medikamenten im Einsatz. Sie enthalten natürliche Phospholipide, die sich auch in der Membran unserer Zellen befinden. Die Forschenden griffen auf SPION zurück, die sich bereits in mehreren toxikologischen Studien als unbedenklich erwiesen haben. Dabei verzichteten sie auf leistungsstärkere Stoffe mit weniger oder gar nicht bekannten gesundheitlichen Risiken. Hinsichtlich der Form, einem wichtigen Parameter für die im Magnetfeld wirkenden Kräfte, haben sie sich für kugelförmige Nanopartikel entschieden, weil diese 3/2013

MEDIZIN/PHARMA

im Allgemeinen sicherer sind als Nanofasern. Auch sind Intensität und Frequenz des zur Freisetzung des Stoffs benötigten Magnetfeldes mit der menschlichen Physiologie vereinbar. Die Kombination dieser Parameter hat die Forschenden vor eine weitere Herausforderung gestellt: Damit die SPION die nötige Temperatur erreichen, musste ihr Durchmesser von sechs auf 15 Nanometer vergrössert werden. Doch die Membran der Vesikel beträgt nur vier bis fünf Nanometer. Der Gruppe um Alke Fink am Adolphe Merkle Institut gelang es, die SPION in einem Bereich der Membran zu konzentrieren. Dadurch sind die Nanopartikel leichter

im MRI erkennbar, als wenn sie gleichmässig auf der Membran verteilt wären. Im Moment vertiefen die Forschenden ihr Wissen über die Integration der SPION in der Fettschicht der Liposomen, bevor sie ihre Nanocontainer in einem nächsten Schritt in vivo testen.

membranes» IEEE Transaction on Magnetics, 49(1), 166–171 (2013)

Kontakt Quelle: Adolphe Merkle-Institut, Universität Fribourg

Originalpublikation C Bonnaud , D Vanhecke, D Demurtas, B Rothen-Rutishauser, A Fink; «Spatial SPION localization in liposome

Prof. Alke Fink Adolphe Merkle Institute Université de Fribourg Marly, Schweiz alke.fink@unifr.ch www.am-institute.ch/en/research/ bio-nanomaterials alke.fink@unifr.ch

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ERNÄHRUNG

Ferulasäure unterdrückt die Aroma-Entwicklung beim Backen von Vollkornbrot

Vom feinen und vom gesunden Weggli Vollkorn ist gesund. Da epidemiologische Studien dies mit reduzierten Risiken bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und sogar Krebs bestätigen, haben wir generell ein gutes Gefühl beim Kauf eines Vollkornbrotes. Nur leider schmeckt Weissbrot einfach besser. Dass dieser Geschmacksunterschied vor allem auf die Hemmung der Maillard Reaktion durch die Ferulasäure zurückzuführen ist, haben Wissenschaftler jetzt nachgewiesen.

Vollkornbrot

Sebastian Wagner

Bild: Wikimedia Commons

Die Maillard Reaktion ist eine der wichtigsten und am besten untersuchten Mechanismen der Lebensmittelforschung. Neben der Lipid-Oxidation und der Hefe-Fermentation ist sie für die Bildung von Aromastoffen beim Backprozess von Brot verantwortlich. Forscher um Devin Peterson von der

Schematischer Längsschnitt durch das Weizenkorn. Die Ferulasäure kommt vor allem in der Schale vor.

Bild: Sebastian Wagner

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Universität Minnesota haben jetzt herausgefunden, dass ein paar wenige Moleküle für die Aroma-Intensität der Brotkruste verantwortlich sind. Wenn man diese Verbindungen dem Vollkornbrot beimengt, können Probanden den Unterschied zu normalem Weissbrot kaum mehr wahrnehmen.

Eine Hydroxy-Zimtsäure hemmt die Aromaentwicklung

Strukturformel von Ferulasäure ((E) - 4-Hydroxy-3-methoxyzimtsäure)

Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift «Journal of Agricultural and Food Chemistry» berichten, scheinen die Unterschiede im Aroma vor allem auf die Produkte der Maillard Reaktion zurückzuführen sein. Die grösste Differenz konnte Petersons Team bei 2-Acetyl-1-pyrrolin (C6H9NO) feststellen. Diese Verbindung ist in Vollkornbrot viel weniger vorhanden als in Weissbrot. In Modellsystemen haben Peterson und seine Kollegen schon früher nachgewiesen, dass freie Ferulasäure (C10H10O4) die Maillard Reaktion hemmt. Ferulasäure ist eine Hydroxy-Zimtsäure und kommt neben der freien Form auch – in deutlich grösserer Menge – gebunden vor. Die Forscher haben jetzt herausgefunden, dass beim Backprozess die gebundene Form durch enzymatische Reaktionen und Fermentationsprozesse sowie durch hohe Temperaturen in die freie Form übergeht. Sie haben auch die Gegenprobe gemacht und Weissmehlteig mit Ferulasäure versetzt: Plötzlich enthielt das gebackene Weissbrot ähnlich wie ein Vollkornbrot wenig Maillard Aromastoffe. Im Weizenkorn ist die Ferulasäure in der Kleie, nicht aber dem Mehlkörper zu finden. Für weisses Mehl wird nur der Mehlkörper verarbeitet. Kleie und Keimling werden abgetrennt. Vollkornmehl hingegen enthält diese beiden Bestandteile. Die Forscher

berichten auch von einer geringeren Änderung des Aromas durch die Verwendung des Keimlings. Dieser enthält Fett, und beim Backen tritt die Lipid-Oxidation ein. Die dadurch hervorgerufene Veränderung des Aromas konnte nicht durch Beigabe von Ferulasäure beeinflusst werden. Nachdem die Wissenschaftler in Modellexperimenten gezeigt hatten, dass Ferulasäure generell auf die Lipid-Oxidation wirkt, gehen sie davon aus, dass die besondere Zusammensetzung des Keimlings für die Bildung der Aromamoleküle der Lipid-Oxidation im Vollkornbrot verantwortlich ist. Originalpublikation MR Moskowitz , Q Bin, RJ Elias, DG Peterson, «Influence of Endogenous Ferulic Acid in Whole Wheat Flour on Bread Crust Aroma», JAFC 60(45), 11245–11252 (2012)

Kontakt Devin G. Peterson, Ph.D. Dep. of Food Science and Nutrition University of Minnesota St. Paul, USA fscn.cfans.umn.edu dgp@umn.edu

3/2013

WERKSTOFFE

Forscherteam hat den Dreh raus

Durchbruch in der organischen Spinelektronik

Bild: Physikalisches Institut Georg-August-Universität Göttingen

Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat eine Möglichkeit gefunden, Datenmengen von bis zu einem Petabyte pro Quadratzoll zu speichern. Ein Petabyte entspricht 1000 Terabyte, beziehungsweise einer Million Gigabyte. Den Wissenschaftlern gelang es, Informationen, die im Spin eines Elektrons gespeichert sind, bei Raumtemperatur in einem organischen Molekül zu speichern und auszulesen.

Organisches Molekül mit Spin: Das Molekül wird magnetisch, und Informationen «0» und «1» können über den Spinfiltereffekt ausgelesen werden.

Elementarteilchen, viele Atomkerne sowie Atome mit bestimmten Elektronenkonfigurationen, besitzen einen sogenannten Spin, der die Rotation um die eigene Achse bezeichnet. Dies ermöglicht eine alternative Form der elektronischen Datenverarbeitung,

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die «Spinelektronik». Die Wissenschaftler entwickelten ein spezielles Molekül, das in ihrem elektronischen Bauelement als Speicher diente: Sie fügten unmagnetische Kohlenstoffatome, die in drei Benzolringen miteinander verbunden waren, zu einer Einheit zusammen. Mithilfe einer chemischen SpinInjektion fügten sie ein ungepaartes Elektron hinzu, das einen Spin trägt. Dieses kann genutzt werden, um die Informationen «0» und «1» zu speichern, indem der Spin des Elektrons nach oben oder nach unten zeigt. Darüber hinaus gelang es den Forschern mithilfe einer magnetischen Referenzelektrode, die gespeicherten Informationen bei Raumtemperatur wieder auszulesen. «Die Spinspeicherung auf einem organischen Material und das erfolgreiche Auslesen bei Raumtemperatur sind ein Durchbruch in der organischen Spinelektronik», so Markus Münzenberg von der Universität Göttingen. «Auf flexiblen Plastikbauteilen installierte Spinelek-

tronik kennt man bereits von organischen LEDs, die heutzutage in Displays, Fernsehbildschirmen und Smartphones eingesetzt werden. Unsere nun entwickelten Moleküleinheiten haben ein ähnliches Potenzial.» Quelle: Georg-August-Universität Göttingen Originalpublikation K Raman et al., «Interface-engineered templates for molecular spin memory devices», Nature 493(7433), 509–13 (2013) Kontakt Prof. Markus Münzenberg Physikalisches Institut Georg-August-Universität Göttingen, Deutschland mmuenze@gwdg.de www.uni-goettingen.de/de/99100.html

WERKSTOFFE

Fotowachstum von Netzwerkporen eines Polymergels

Licht macht Maschen weiter Bei der Herstellung von Kunststoffen ist die Bestrahlung mit Licht ein gängiges Verfahren, um die Polymerisation in Gang zu bringen oder eine Quervernetzung (Aushärtung) zu erzielen. Amerikanische Forscher nutzen Licht, um die Maschenweite innerhalb eines polymeren Netzwerks nachträglich zu vergrössern. Dadurch lassen sich Polymergele mit bestimmten mechanischen Eigenschaften gezielt herstellen.

Porenwachstum: Das Bestrahlen eines Bisnorbornentrithiocarbonats mit langwelligem UV-Licht oder Sonnenlicht in der Gegenwart von N-Isopropylacrylamid (NiPAAm) führte zu wohldefinierten Norbornen-Poly(NiPAAm) -Makromeren. Die Makromere wurden über eine Diels-AlderCycloaddition mit inversem Elektronenbedarf mit einem Tristetrazin zu einem Polymergel verknüpft. Zugabe von neuem Monomer und Bestrahlung mit Sonnenlicht führten zu einem «Fotowachstum» der Netzwerkporen. Bild: H Zhou, JA Johnson: Photo-controlled Growth of Telechelic Polymers and End-linked Polymer Gels. Angewandte Chemie. 2013. DOI: 10.1002/ange.201207966. Copyright WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

Fotoaktive Atome im Polymer Huaxing Zhou und Jeremiah A. Johnson vom Massachusetts Institute of Technology bauen auf Licht reagierende Atomgruppen in ein Polymer ein. Sie haben Trithiocarbonat-Einheiten gewählt, die aus einem Kohlenstoffatom und drei Schwefelatomen bestehen. An zwei der Schwefelatome knüpften die Forscher je eine organische Seitengruppe. Unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht wird die Bindung zwischen Schwefel- und Kohlenstoffatom der Seitengruppe aufgebrochen. Dabei entstehen hochreaktive Moleküle mit ungepaarten Elektronen, sogenannte Radikale. Diese bilden leicht neue Bindungen. Geschieht dies in Gegenwart von N-Isopropylacrylamid-Monomeren, verbinden sich diese Monomere zu einem Polymer. Formal gesehen «schiebt» sich dabei Monomer für Monomer zwischen die Seitengruppen und das Schwefelatom der zentralen Thiocar42

bonat-Gruppe. Die beiden Seitenketten wachsen zu langen Polymerketten an. Solange bestrahlt wird, können immer wieder ein Bindungsbruch und ein neuer Bindungsaufbau um die Schwefelatome herum stattfinden. Das entstandene Polymer haben die Forscher mit Tris-Tetrazin behandelt, das jeweils drei Polymerkettenenden miteinander verknüpft und so die Ketten zu einem Gel vernetzt. Wird anschliessend erneut Monomer zugegeben und bestrahlt, können die Polymerketten auch in diesem vernetzten Zustand ausgehend von den Trithiocarbonat-Gruppen weiterwachsen. Je länger bestrahlt wird, desto länger werden die Ketten und desto weiter werden die Maschen des Polymer-Netzwerks. Die Festigkeit nimmt ab, das Gel kann stärker aufquellen. Neben ultravioletter Strahlung kann auch Sonnenlicht den Prozess auslösen. Das Verfahren, das in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» publiziert wird, könnte

genutzt werden, um eine Polymerisation nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich zu kontrollieren. Mit einer Maske liesse sich ein Muster aus festeren und lockereren Bereichen oder auch ein mechanischer Gradient innerhalb des Gels erzeugen. Wird die Polymerisation schrittweise mit verschiedenen Monomeren durchgeführt, liesse sich zudem ein chemisches Muster oder ein chemischer Gradient herstellen und so die Grösse und Zusammensetzung von Poren innerhalb eines Gels gezielt einstellen. Mögliche Anwendungen für das Verfahren könnten zum Beispiel die Herstellung neuartiger Licht einfangender Materialien, massgeschneiderter Filter für Giftstoffe sowie innovativer selbstheilender Materialien sein. Quelle: Angewandte Chemie/Wiley-VCH

Originalpublikation H Zhou, JA Johnson, «Photo-controlled Growth of Telechelic Polymers and End-linked Polymer Gels», Angew Chem, DOI: 10.1002/ ange.201207966 (2013)

Kontakt Prof. Jeremiah A. Johnson Department of Chemistry Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA jaj2109@mit.edu web.mit.edu/johnsongroup

3/2013

NEWS

Neues Management-Team bei MBV AG

Ronny Zingre CEO, Beat Glauser CTO, Hans Zingre Chairman of the board

Eine neue Generation von Managern hat die operative Verantwortung bei MBV AG in Stäfa, dem führenden Anbieter von professionellen Luft MonitoringSystemen übernommen. Das

Management-Team wird nun durch den neuen CEO, Ronny Zingre und Beat Glauser, CTO geführt. Der Gründer der MBV AG, Hans Zingre, ist von seiner exekutiven Funktion zurückgetreten und wird nun als Präsident des Verwaltungsrates aktiv sein. MBV bietet innovative Systeme und Know-how für die mikrobiologische Luftüberwachung an. Das Unternehmen ist Vorreiter in der Entwicklung und Herstellung von Geräten für die Messung der Luftqualität. Dies mini-

miert die Risiken einer Kontamination bei der Herstellung von Medikamenten und Nahrungsmitteln. Die Überprüfungen werden auch im Gesundheitswesen, der Elektronik-Industrie, im Nanotechnologiebereich sowie für die Kontrolle in Lüftungs- und Klimaanlagen durchgeführt. Alle Instrumente der MBV sind in der Schweiz entwickelt und hergestellt. Dabei werden internationale Standards wie ISO 9001:2008, ISO 13485 berücksichtigt. Die Fabrikation und

Montage wird durch die Tochterfirma, die Femron AG ausgeführt. MBV wurde von Hans Zingre 1985 gegründet. Die heutige Produktpalette erfüllt alle Anforderungen in der Industrie zur Bestimmung von Mikroorganismen in der Luft. Die MAS-100 Systeme sind weltweit marktführend und werden vom Hauptvertreter, der Firma Merck, Darmstadt, als der Gold Standard bezeichnet. Quelle: MBV

Führungswechsel bei Alfa Laval Mid Europe

Jens Pulczynski, neuer Geschäftsführer von Alfa Laval Mid Europe

Seit dem 1.1.2013 leitet Jens Pulczynski als neuer Managing

Director die Geschäfte von Alfa Laval Mid Europe, einem der führenden Anbieter von Produkten und kundenspezifischen Lösungen im Bereich der Wärmeübertragung und Separation. Er übernimmt den Posten von Joakim Vilson, der ab sofort als Executive Vice President zum Mutterunternehmen in Schweden wechselt. Alfa Laval Mid Europe vereinigt dessen Vertriebs-, Service- und Marketingaktivitäten für Deutschland, Österreich und die Schweiz. Mit der

Berufung von Pulczynski sieht sich das Unternehmen, das auf eine skandinavische Unternehmenskultur mit flachen Hierarchien und familienfreundlichen Beschäftigungsmodellen setzt, in seiner Personalpolitik bestätigt. Der gebürtige Bremer wechselte Anfang 2002 zu Alfa Laval Mid Europe, wo er zunächst im Aussendienst und als Verkaufsleiter tätig war. Fünf Jahre nach seinem Unternehmenseintritt übernahm er im September 2007 als Prokurist die Leitung

des Service- und Ersatzteilbereiches. Dem studierten Verfahrenstechniker Pulczynski, der zunächst eine Ausbildung als Maschinenschlosser absolvierte, wird ein hohes Verständnis für die komplexen technischen Herausforderungen bei der Optimierung von Industrieprozessen attestiert. Zusätzliches Wachstumspotenzial sieht er insbesondere in den Bereichen Prozessindustrie und Marine. Quelle: Alfa Laval

Pfizer-Forschungspreis für Arbeiten zum schwarzen Hautkrebs Gegen schwarzen Hautkrebs, von dem am häufigsten hellhäutige Menschen betroffen sind, gibt es im fortgeschrittenen Stadium bis heute keine Therapie. Die Resultate von Olga Shakhova, Postdoktorandin am Anatomischen Institut der Universität Zürich, könnten jedoch neue Möglichkeiten eröffnen: «Laut einer neueren Hypothese sind Tumore meist nicht eine homogene Zellmasse, sondern setzen sich aus bösartigen Krebsstammzellen und anderen, we3/2013

niger aggressiven Tumorzellen zusammen. Eine effiziente Therapie sollte somit vor allem die Krebsstammzellen bekämpfen», erklärt die Forscherin. In Zusammenarbeit mit Dermatologen und Pathologen konnte sie nachweisen, dass bei schwarzem Hautkrebs im Tumorgewebe solche Krebsstammzellen vorhanden sind. «Zudem beobachteten wir, dass in allen untersuchten Gewebeproben ein Gen besonders aktiv war, das in normalen Zellen das Stammzell-

programm steuert», ergänzt die Forscherin. Dieses Gen – Sox10 genannt – ist wichtig für die Zellteilung und das Überleben von Stammzellen. Shakhova konnte zeigen, dass es auch in Krebszellen ein Stammzellprogramm kontrolliert und für die Zellteilung benötigt wird: «Wenn das Sox10-Gen bei Mäusen, die spontan schwarzen Hautkrebs entwickeln, ausgeschaltet wird, konnten wir die Entstehung eines Melanoms und dessen Ausbreitung vollständig verhindern.»

P fizer-Forschungspreisträgerin Olga Shakhova

Für ihre Arbeit wird Shakova mit dem Pfizer Forschungspreis 2013 ausgezeichnet. Quelle: Universität Zürich 43

WERKSTOFFE

Neue Materialien für Architektur und Verpackungsindustrie

Biofliesen und wärmebeständige Biopolymere Auch Fliesen können «bio» sein – wenn sie aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind. Solche Biofliesen sind ressourceneffizienter als ihr keramisches Pendant und eröffnen neue gestalterische Möglichkeiten. Neue Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie hingegen bieten Biokunststoffe aus Polymilchsäure: Diese werden immer wärmebeständiger und eignen sich damit auch für Abfüllprozesse bei hohen Temperaturen.

Bilder: Fraunhofer IWM

Muster und Farben sind gleichfalls individuell wählbar. Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit: Durch die Beimischung fluoreszierender Pigmente verwandeln sie sich in Leuchtfliesen. Damit können sie sowohl aussen als auch innen, auf dem Boden oder an der Wand als leuchtende Wegweiser eingesetzt werden. Anwendung finden die Biofliesen ferner in Küchen und Bädern sowie als Fussbodenbelag im Innenbereich. Hier ergeben sich Kostenvorteile für den Hersteller wie für den Kunden: Denn die Trittschalldämmung lässt sich direkt auf die Fliesen auftragen, so dass ein ganzer Arbeitsschritt bei der Produktion entfällt.

Die Biofliese hat nicht nur eine gute Ökobilanz, sondern eröffnet auch gestalterisch neue Möglichkeiten.

Sie bestehen aus einem Gemisch aus Leinölepoxid, verschiedenen Naturfasern sowie Kieselgur – einem Stoff, der aus fossilen Kieselalgen gewonnen wird. Neue biobasierte Fliesensysteme, wie sie das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Halle entwickelt hat, sind umweltfreundlicher, leichter und aufgrund ihrer Herstellung und Materialbeschaffenheit ressourcen- und energieeffizienter als die klassischen keramischen Werkstoffe. «Der Verbund ist nicht glashart und spröde wie klassisches Epoxid, sondern flexibel und plastischer. Dadurch lassen sich die Fliesen einfacher verarbeiten», erklärt Andreas Krombholz, Wissenschaftler im Bereich Naturstoffkomposite am IWM. Auch architektonisch bieten die Fliesen völlig neue Perspektiven. So lassen sie sich im Giessverfahren ganz individuell formen, zum Beispiel zu Quadraten, Dreiecken oder Kreisen. 44

Wärmebeständiges Plastik aus Maisstärke Die Verpackungsindustrie nutzt zunehmend Biopolymere aus Polymilchsäure (PLA) als umweltfreundliche Alternative zu erdölbasiertem Kunststoff. Sie werden aus Maisstärke gewonnen und sind vollständig biologisch abbaubar. Bisher begann PLA jedoch bei etwa 60 Grad Celsius weich zu werden und eignete sich deshalb nicht für wärmeintensive Prozesse. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam haben nun einen Weg gefunden, den Biokunststoff hitzebeständiger zu machen. Interessant ist das zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie für das Abfüllen von Joghurt in Kunststoffbecher, da dieser Prozess bei höheren Temperaturen stattfindet. Becher aus PLAStereokomplexen bleiben auch bei bis zu 120 Grad Celsius stabil und in Form. Johannes Ganster, Bereichsleiter am IAP, erklärt das Prinzip dahinter: «Um die PLAKunststoffe wärmeformbeständiger zu machen, haben wir Stereokomplexe mit spe-

ziellen Anteilen an L-und D-Lactid eingebracht. Diese links- und rechtsdrehenden Moleküle ergänzen einander und machen die Verbindung noch stabiler.» Das Potenzial des neuen Plastiks ist gross: Zum einen ist die Herstellung der Biopolymere aus PLA unabhängig vom immer knapper werdenden Rohstoff Erdöl. Zum anderen lassen sie sich leicht kompostieren und (durch Zerlegung in Milchsäure) ideal rezyklieren. Dabei sind sie mittlerweile genauso beständig und stabil wie petrolbasiertes Plastik und lassen sich auch für andere Produkte wie Schutzfolien, Computergehäuse oder Tüten nutzen. Das IAP arbeitet bereits eng mit einem deutschen Anlagenbauer zusammen, der das neue Verfahren schon bald in die Praxis umsetzen will. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Kontakt Dr. Johannes Ganster Forschungsbereich Biopolymere Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP Potsdam-Golm, Deutschland johannes.ganster@iap.fraunhofer.de www.iap.fraunhofer.de/de/Forschungsbereiche/biopolymere.html Andreas Krombholz Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik Halle (Saale), Deutschland andreas.krombholz@iwmh.fraunhofer.de www.iwm.fraunhofer.de

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U M W E LT

Natürliche Klimaarchive sind komplexer als gedacht

Taugen Baumringe zur Klimaforschung? Baumringe, Eisbohrkerne und Stalagmiten gelten als natürliche Klimaarchive, mit deren Hilfe sich das Klima vergangener Epochen rekonstruieren lässt. Doch wie genau sind die Informationen aus diesen Archiven? Ein internationales Forscherteam hat nun herausgefunden, dass jährliche Schwankungen wie beispielsweise extreme Temperaturen und Niederschläge im Vergleich zu langfristigen Klimatrends bisher unterschätzt wurden.

Bei der Rekonstruktion des Klimas vergangener Epochen spielen natürliche Archive eine bedeutende Rolle. Tausende von Jahre zurückreichende Klimainformationen finden sich beispielsweise in Baumringen, Stalagmiten, Korallen und Seesedimenten sowie im Gletschereis. Ein Team von Wissenschaftlern der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), des Oeschger Zentrums der Universität Bern und der Universität Mainz hat jetzt Klimadaten aus diesen sogenannten Proxy-Archiven mit

Klimamodellen sowie instrumentell erhobenen Temperatur- und NiederschlagsMessreihen verglichen.

Extreme Witterung nicht immer erkennbar Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich aus manchen dieser Proxy-Zeitreihen nur bedingt klimatische Informationen ableiten lassen. So wird zum Beispiel die Breite oder Dichte von jährlich angelegten Baumringen im Holz nicht nur von der aktuellen Temperatur, sondern auch vom Klima des Vorjahres sowie von anderen Wachstumsfaktoren wie dem Alter eines Baumes beeinflusst. Es gilt dann, den Einfluss der Temperatur auf das Holzwachstum von anderen Einflussgrössen zu trennen. Die Forscher fanden heraus, dass stark schwankende Grössen wie die jährliche Variabilität der über einer Landmasse gemessenen Lufttemperatur in Proxy-Daten grundsätzlich unterschätzt werden. Langfristige Niederschlagtrends werden von den Proxy-Archiven hingegen eher überschätzt. Dadurch entsteht ein verzerrtes Bild des Klimas früherer Epochen. Unter anderem schliessen die Forscher aus ihrer Arbeit, dass Jahre mit extremen Temperaturen und Niederschlägen in den Proxy-Archiven oft unterschätzt wurden.

Bild: WSL

Nicht von Temperaturauf Niederschlagstrends schliessen Sequenz von Jahresringen einer Waldföhre aus dem Wallis (Schweiz). Die Jahresringe bestehen aus dick- und dünnwandigen Zellen und können je nach Witterung, Baumart und –alter sowie Standort breit oder schmal sein.

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Den Studienautoren zufolge müsse man sich noch stärker mit den einzelnen Faktoren und Prozessen auseinandersetzen, die Baumringe, Eis- oder Stalagmitenschichten erzeugen. Proxy-Archive, die zwar die Temperaturentwicklung relativ genau wieder-

geben können, seien für Rückschlüsse auf Niederschlagstrends unzureichend. Viel zu wenig sei bisher über die Einflussgrössen der Proxy-Daten bekannt. «Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei Klimarekonstruktionen Unsicherheiten gibt, die bei globaler Betrachtung bisher noch nicht bekannt waren. Dies mag erstaunen, denn generell weiss man heute ja mehr und besser über das Klima der Erde Bescheid als noch vor 20 Jahren. Für mich als Wissenschaftler ist es jedoch normal, dass wir neue Grenzen entdecken, währenddem wir verfeinerte Klimarekonstruktionen entwickeln», sagt David Frank von der WSL. Quelle: WSL Originalpublikation J Franke, D Frank, CC Raible, J Esper, S Brönnimann, «Spectral biases in tree-ring climate proxies», Nature Clim Change, doi:10.1038/nclimate1816 (2013)

Kontakt Prof. Stefan Brönnimann Universität Bern Geographisches Institut Bern, Schweiz stefan.broennimann@giub.unibe.ch www.oeschger.unibe.ch/people/ personalpage_en.html?id=243 Dr. David Frank Eidg. Forschungsanstalt WSL Birmensdorf, Schweiz david.frank@wsl.ch www.wsl.ch/fe/landschaftsdynamik/ dendroclimatology

Blick über das NEEM Camp aus dem Dachfenster der Forschungsstation. In den roten Zelten übernachten die Wissenschaftler, der Container im Vordergrund beherbergt den Generator, der die Station und Eiskern-Bohrung mit Energie versorgt.

Vereiste Informationen über das Klima der Vergangenheit

Mildes grönländisches Klima vor 120’000 Jahren Neue Erkenntnisse über die letzte Warmzeit in Grönland – vor allem über die Temperatur und die Dicke der Eisschicht – könnten als Vergleich dienen, wie sich das grönländische Eisschild in Zukunft entwickelt. An den überraschenden Messresultaten sind auch Forschende der Universität Bern beteiligt.

Vor 120’000 bis 128’000 Jahren waren die Temperaturen in Nordgrönland um 5 bis 8 Grad Celsius höher als heute. Dennoch war die Dicke des Eisschilds nur wenig geringer – obwohl der Meeresspiegel zu dieser Zeit 4 bis 8 Meter höher war. Die neuen Eiskern-Daten deuten darauf hin, dass das grönländische Eisschild für weniger als die Hälfte des damaligen Meeresspiegelanstiegs verantwortlich war. «Diese Warmzeit – die sogenannte Eem-Periode – könnte als Beispiel dafür dienen, wie sich das grönländische Eisschild in der Zukunft entwickeln wird», sagt Hubertus Fischer, Klimaforscher der Abteilung Klimaund Umweltphysik des Physikalischen Instituts der Universität Bern. «In einer Zukunft, in der durch den Einfluss des Menschen die Treibhausgaskonzentrationen und die 46

Temperaturen immer weiter ansteigen werden». Die Berner Klimaphysiker sind am internationalen «North Greenland Eemian Ice Drilling» (NEEM)-Projekt beteiligt, das von der Universität Kopenhagen geleitet wird. Die Ergebnisse wurden nun im Journal «Nature» veröffentlicht.

Hoher Meeresspiegelanstieg in der Warmzeit «Ein so dickes grönländisches Eisschild in einer Zeit mit so hohen Temperaturen ist zwar erstaunlich», sagt Fischer, «aber kein Grund, sich entspannt zurückzulehnen und abzuwarten, was die menschgemachte globale Erwärmung bringen wird». Tatsache sei, dass diese damalige Erwärmung mit

Eisbohrkern aus einigen hundert Metern Tiefe. Die Isotopenzusammensetzung des Eises liefert Temperaturinformationen der Vergangenheit, der Gehalt an chemischen Spurenstoffen Informationen über Aerosolkonzentrationen in der Luft. In kleinen im Eis eingeschlossenen Blasen ist die Luft der Vergangenheit gespeichert.

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einem Meeresspiegelanstieg von 4 bis 8 Metern verknüpft war. «Ein solch hoher Meeresspiegel wäre heute eine Katastrophe für die mehr als 7 Milliarden Menschen, die auf der Erde leben – selbst wenn es einige tausend Jahre dauern würde, bis dieser Höchststand erreicht wird.» Die auf den ersten Blick gute Nachricht der Studie ist, dass das grönländische Eisschild womöglich nicht so empfindlich auf eine Erwärmung reagiert, wie bisher angenommen. Allerdings: Wenn nicht Grönland damals einen Grossteil seines Eises ins Meer abgestossen hat, dann muss laut den Forschenden die Antarktis für die Mehrheit der 4 bis 8 Meter Meeresspiegelanstieg verantwortlich sein. Vor allem die Westantarktis würde somit im Vergleich sensitiver auf Klimaveränderungen der heutigen Zeit reagieren als bisher angenommen.

Grönland verlor 25 Prozent von seinem Eis Die neuen Ergebnisse zeigen auch Änderungen der Temperaturen in Nordgrönland im Verlauf der letzten Warmzeit. Zu Beginn der Eem-Phase (vor 128’000 Jahren) war das Eisschild in der Nähe der NEEM-Eiskernbohrung 200 Meter höher als heute. Zu jener Zeit war die Temperatur bis zu 8 Grad Celsius wärmer. Zum Ende der EemZeit, als die Temperaturen 5 Grad Celsius höher waren als heute, betrug die Dicke 2400 Meter, 130 Meter weniger als aktuell. Aufgrund dieser Messungen schätzt das Forscherteam, dass das grönländische Eis-

Bilder: KUP

Vor Kälte geschützt: Der Forscher Hubertus Fischer

Teil der NEEM Forschungsstation in Nordwestgönland bei leichter Winddrift (77.45°N, 51.06°W, Höhe 2,450 m ü.N.N., mittlere Jahrestemperatur – 29°C, jährlicher Niederschlag 200 mm in Wasseräquivalent).

schild sich innerhalb von 6000 Jahren um etwa 25 Prozent verkleinerte. Die Rate, mit der die Höhe des Eisschildes in der frühen Warmzeit abnahm, war mit 6 Zentimetern pro Jahr dennoch beträchtlich und der Verlust an Eismasse pro Jahr ist vergleichbar mit dem Rückgang in den letzten 10 Jahren.

Berner Beteiligung am NEEM-Projekt Am NEEM-Projekt nahmen insgesamt 14 Nationen teil. In etwas mehr als zwei Jahren bohrte das Team in Nordwestgrönland einen tiefen Eisbohrkern, der bis zum Felsuntergrund reichte. Anhand dessen wurde die erste komplette grönländische Eiskern-Zeitreihe über die Eem-Periode rekonstruiert. In der Abteilung Klima- und Umweltphysik des Physikalischen Instituts der Universität Bern werden dazu die Treibhausgase und die Luftmenge, wie auch die Konzentrationen von ionischen und partikulären Aerosolkomponenten im Bohrkern gemessen. Letztere erlauben es, dank extrem hoher Auflösung, die jährlichen Klima-Verände-

rungen – vergleichbar mit Baumringen – zu rekonstruieren. Quelle: Universität Bern Originalpublikation NEEM community members, «Eemian interglacial reconstructed from a Greenland folded ice core», Nature 493(7433), 489–494 (2013) Kontakt Prof. Hubertus Fischer Abteilung Klima und Umweltphysik Physikalisches Institut und Oeschger Zentrum für Klimaforschung Universität Bern hubertus.fischer@climate.unibe.ch www.climate.unibe.ch Dr. Jakob Schwander Abteilung Klima und Umweltphysik Physikalisches Institut und Oeschger Zentrum für Klimaforschung Universität Bern schwander@climate.unibe.ch

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Sea urchins harness carbon dioxide using nickel particles

The secret of the humble sea urchin Scientists have discovered that in the presence of a nickel catalyst CO2 can be converted rapidly and cheaply into the harmless solid mineral calcium carbonate. The process that has been discovered in sea urchins which use nickel particles to harness carbon dioxide from the sea could be the key to capturing tons of CO2 from the atmosphere. It has the potential to revolutionize the way we capture and store carbon enabling us to significantly reduce CO2.

Figure: Newcastle University

A new approach to CCS

Lidija Šiller, physicist at Newcastle University, says the discovery was made completely by chance: «We had set out to understand in detail the carbonic acid reaction – which is what happens when CO2 reacts with water – and needed a catalyst to speed up the process. At the same time, I was looking at how organisms absorb CO2 into their skeletons and in particular the sea urchin which converts the CO2 to calcium carbonate. When we analysed the surface of the urchin larvae we found a high concentration of nickel on their exoskeleton. Taking nickel nano-particles which have a large surface area, we added them to our carbonic acid test and the result was the complete removal of CO2.» 48

Figure: Fotolia.de – LianeM

Lidija Šiller (left) and Gaurav Bhaduri (right) with some of the test solutions which led to the discovery that nickel particles could be used to efficiently capture and store CO 2

Each year, humans emit on average 33.4 billion metric tons of CO2 – around 45 per cent of which remains in the atmosphere. At the moment pilot studies for Carbon Capture and Storage (CCS) systems propose the removal of CO2 by pumping it into holes deep underground. However, this is a costly and difficult process and carries with it a long term risk of the gas leaking back out – possibly many miles away from the original downward source. An alternative solution is to convert the CO2 into calcium or magnesium carbonate. «One way to do this is to use an enzyme called carbonic anhydrase,» explains Gaurav Bhaduri, lead author on the paper, «However, the enzyme is inactive under acidic conditions and since one of the products of the reaction is carbonic acid, this means the enzyme is only effective for a very short time and also makes the process very expensive. The beauty of a nickel catalyst is

Sea urchins use nickel particles to incorporate CO 2 into their skeletons.

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Figure: Adapted from Newcastle University

involves passing the waste gas directly from the chimney top, through a water column rich in nickel nano-particles and recovering the solid calcium carbonate from the bottom. «Our process would not work in every situation – it couldn’t be fitted to the back of a car, for example – but it is an effective, cheap solution that could be available world-wide to some of our most polluting industries and have a significant impact on the reduction of atmospheric CO2,» explains Šiller.

Catalytic cycle of the CO2-harnessing reaction using a nickel catalyst

that it carries on working regardless of the pH and because of its magnetic properties it can be recaptured and reused time after time. It is also very cheap – 1000 times cheaper than the enzyme. And the byproduct – carbonate – is useful and not damaging to the environment.» Calcium carbonate, or chalk, makes up around four per cent of the Earth’s crust and acts as a carbon reservoir, estimated to be equivalent to 1.5 million billion metric tons of carbon dioxide. It is the main component of shells of marine organisms, snails, pearls, and eggshells and is a completely stable mineral, widely used in the building industry to make cement and other materials and also in hospitals to make plaster casts.

Industrial solution – cheap and effective The procedure published in the academic journal «Catalysis Science & Technology»

«What our discovery offers is a real opportunity for industries such as power stations and chemical processing plants to capture all their waste CO2 before it ever reaches the atmosphere and store it as a safe, stable and useful product,» concludes Bhaduri. Source: Newcastle University Reference GA Bhaduri, L Šiller, «Nickel nanoparticles catalyse reversible hydration of carbon dioxide for mineralization carbon capture and storage», Cat Science & Tech, DOI: 10.1039/c3cy20791a (2013

Contact Dr. Lidija Šiller School of Chemical Engineering and Advanced Material Newcastle University Newcastle upon Tyne, UK lidija.siller@newcastle.ac.uk, www.ncl.ac.uk/ceam

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Grundlagen der Kapillarelektrophorese 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.scg.ch

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MAI 07.05.

12.–16.05.

EnviroChemie Abwasser- und Kreislaufanlagen effizient und sicher betreiben Ort: Rossdorf bei Darmstadt (D) Veranstalter: EnviroChemie In der Leppsteinswiesen 9, D-64380 Rossdorf Telefon +49 (0)6154 6998 0 info@envirochemie.com, www.envirochemie.com World of Photonics Congress Ort: München (D) Veranstalter: Messe München GmbH Messegelände, D-81823 München Telefon +49 (0)89 949 20370 info@photonics-congress.com www.photonics-congress.com Produktionsplanung und Supply Chain Management Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi-wissensforum.de

15.05.

Service Grundlagenseminar Füllstandmesstechnik Ort: Reinach Veranstalter: Endress+Hauser Metso AG Kägenstrasse 2, CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 715 75 75 info@ch.endress.com, www.ch.endress.com

13.-16.05.

Laser World of Photonics 2013 Ort: München (D) Veranstalter: Messe München GmbH Messegelände, D-81823 München Telefon +49 (0)89 949 11468 info@world-of-photonics.net www.world-of-photonics.net

15./16.05.

LABOTEC Suisse 2013 Ort: Lausanne Veranstalter: easyFairs Switzerland GmbH St. Jakobs-Strasse 170a, CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 228 10 00 schweiz@easyfairs.com, www.easyfairs.com

14.05.

16.05.

Enantioselektive chromatographische Trennmethoden 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.scg.ch

Von der chemischen Struktur zur HPLC-Methode Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Geb. B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 43843 info@novia.de, www.novia.de

14.05.

Prozessverbesserung mit Prozessrating Ort: Kloten Veranstalter: SNV Schweizerische Normen-Vereinigung Bürglistrasse 29, CH-8400 Winterthur Telefon +41 (0)52 224 54 22 veronika.farkas@snv.ch www.snv.ch/de/ausbildung-seminare

14.05.

Das Produktesicherheitsgesetz – von der Theorie zur Anwendung Ort: Olten Veranstalter: SNV Schweizerische Normen-Vereinigung Bürglistrasse 29, CH-8400 Winterthur Telefon +41 (0)52 224 54 43 stefanie.eichenberger@snv.ch www.snv.ch/de/ausbildung-seminarel

16.05.

Einführung in die Ionenchromatographie Ort: Zofingen 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.scg.ch

Bild: Sebastian Wagner

13./14.05.

3/2013

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

Veranstaltungen 16.05.

16./17.05.

22.05.

Biosurfactants – Challenges and perspectives Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt Telefon +49 (0)69 75 64 0 info@dechema.de, events.dechema.de Einführung in die Biostatistik mit Excel Ort: Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com Quality by Design – Ansatz in der multifaktoriellen HPLC-Methodenentwicklung 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.scg.ch

22./23.05.

Analyse der Stabilität und der Haltbarkeit von Produkten Ort: Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG Efringerstrasse 32, Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.come

22./23.05.

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

23.05.

Karl-Fischer Titration (KFT) Ort: Zofingen 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.scg.ch

23.05.

Vortrag: Quality by Design in der multifaktoriellen HPLC-Methodenentwicklung Ort: Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

23./24.05.

Praktische Umsetzung des Explosionsschutzes im Betrieb Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi-wissensforum.de

24.05.

Oberflächen-gestützte Analytik und Sensorik mit der Schwingquarz-Mikrowaage 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.scg.ch

3/2013

24.05.

GC-Troubleshooting 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.scg.ch

27./28.05.

Modern Thin-Layer Chromatography (HPTLC) Ort: Muttenz Veranstalter: CAMAG Switzerland Sonnenmattstrasse 11, CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 467 34 34 info@camag.com, www.camag.com

28.05.

Elektrochemische Titrationsmethoden – Einführung in die Praxis Ort: Zofingen 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.scg.ch

28.05.

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

29.05.

Workshop: Gefahrgutbeauftragte im täglichen Einsatz Ort: Unterentfelden Veranstalter: Ecoserve Bresteneggstrasse 5, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch

29./30.05.

HPTLC for Quality Control of Botanicals Ort: Muttenz Veranstalter: CAMAG Switzerland Sonnenmattstrasse 11, CH-4132 Muttenz Tel. +41 (0)61 467 34 34 info@camag.com, www.camag.com

30.05.

Vortrag: Tipps und Tricks in der Filtration Ort: Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

31.05.

Grundlagen der Pharmakologie und Toxikologie Ort: Zürich Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen Telefon +41 (0)79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

Bild: © Tom – Fotolia.com

MAI

PANORAMA

Röntgenanalyse soll verstecktes Gemälde enthüllen

Geheimnisvoller Rembrandt

Bilder: Andrea Sartorius, Copyright: J. Paul Getty Trust

Eine ausgeklügelte Röntgentechnik ebnet den Weg, um das Geheimnis eines 380 Jahre alten Rembrandt-Gemäldes zu lüften. Unter dem Bild «Alter Mann in militärischer Kleidung», das der niederländische Meister in den Jahren 1630/31 schuf, hatten frühere Untersuchungen Hinweise auf ein weiteres Porträt ergeben, das alle bisher angewandten Techniken jedoch nur schemenhaft erkennen konnten. Seit Jahren rätseln Kunsthistoriker daher, wer auf dem übermalten Bild dargestellt ist. An einer aufwendigen Nachbildung hat ein internationales Forscherteam nun verschiedene Verfahren getestet, um unter das Originalbild zu blicken.

Nachbildung des Rembrandt-Gemäldes «Alter Mann in militärischer Kleidung», für die Farben mit der Originalzusammensetzung verwendet wurden

«Unsere Versuche zeigen einen Weg, wie sich das versteckte Bild weitgehend sichtbar machen lässt», sagt Matthias Alfeld von der Universität Antwerpen in Belgien. «Die von uns getestete Röntgenuntersuchung kann so gut wie keine andere bisher verwendete Methode unter das Originalgemälde blicken.» Die Forscher bedienten sich der relativ neuen sogenannten grossflächigen Röntgenfluoreszenzanalyse (MA-XRF). Dabei bringt energiereiches Röntgenlicht die verschiedenen chemischen Elemente in den verwendeten Pigmenten gezielt zum Fluoreszieren. Aus diesem Leuchten lässt sich die chemische Zusammensetzung der Oberfläche und der darunterliegenden Schichten bestimmen. Indem der Röntgenstrahl das Gemälde komplett abfährt, kann er ein übermaltes Bild sichtbar machen. Die Methode ist unschädlich für das Kunstwerk. 52

Das Bild «Alter Mann in militärischer Kleidung» war zuvor mit Infrarot-, Neutronenund klassischer Röntgenstrahlung untersucht worden – ohne befriedigendes Ergebnis. «Das Problem bei Rembrandt ist, dass er weitgehend dieselben Farben mit derselben chemischen Zusammensetzung für das übermalte und für das endgültige Bild verwendet hat», erläutert Karen Appel. Die Wissenschaftlerin vom Forschungszentrum Deutsches Elektron-Synchrotron (DESY) war auch an der Untersuchung versteckter Gemälde von Vincent van Gogh beteiligt. «Van Gogh hat unterschiedliche Pigmente verwendet, daher lassen sich das verborgene und das darüber gemalte Bild in der Untersuchung besser unterscheiden.»

Originalbild konnte geschont werden Das Team testete verschiedene Vorgehensweisen für die Röntgenfluoreszenzanalyse: mit einem mobilen Röntgenscanner sowie an der Röntgenquelle DORIS des DESY und an der National Synchrotron Light Source (NSLS) des US-amerikanischen Brookhaven National Laboratorys (BNL). Um dem Originalgemälde des PaulGetty-Museums in Los Angeles die belastenden Transporte für Testmessungen zu ersparen, schuf Museumsmitarbeiterin Andrea Sartorius eine aufwendige Nachbildung. Dazu verwendete sie Farben mit derselben chemischen Zusammensetzung, wie sie auch Rembrandt van Rijn benutzt hatte, und malte damit zwei Bilder auf dieselbe Leinwand: ein Porträt und darüber eine Replik des «Alten Manns in militärischer Kleidung». «Es ist das erste

Verstecktes Porträt, das unter die Nachbildung des Bildes «Alter Mann in militärischer Kleidung» gemalt wurde

Mal, dass ein Gemälde für solche Tests derartig aufwendig reproduziert wurde», betont Alfeld. Die Nachbildung eignet sich nicht nur, um die aussichtsreichste Untersuchung für den «Alten Mann in militärischer Kleidung» zu bestimmen, sondern generell, um die Erfolgsaussichten einer Analysemethode bei frühen Werken von Rembrandt auszuloten. «Wir haben ein Modell geschaffen, mit dem sich alle möglichen Techniken testen und vergleichen lassen», betont Joris Dik von der Technischen Universität Delft (Niederlande). «Für Museen ist das ausserordentlich wertvoll. Dank der Nachbildung lässt sich die ganze Prozedur komplett durchspielen, von der Verpackung und dem Transport bis zur Untersuchung und ihren Erfolgschancen.» 3/2013

se die Geheimnisse verborgener RembrandtGemälde detaillierter als zuvor entschlüsseln lassen,» sagt Koen Janssens, Professor an der Universität Antwerpen und Experte für röntgenbasierte Analysemethoden. «Der erfolgreiche Abschluss dieser Voruntersuchungen an der Nachbildung war ein wichtiger erster Schritt», betont die Leiterin des Forschungslabors am Getty-Restaurierungsinstitut in Los Angeles, Karen Trentelman, die ebenfalls Koautorin der Studie ist. «Die Ergebnisse dieser Studie ermöglichen uns, den bestmöglichen Ansatz für die geplante Untersuchung des echten Rembrandt-Gemäldes auszuwählen.» Nachbildung des Gemäldes «Alter Mann in militärischer Kleidung» mit dem darunter gemalten versteckten Porträt

Neue Möglichkeiten durch technische Fortschritte Mit der Röntgenstrahlung regten die Forscher unter anderem die Elemente Kalzium, Eisen, Quecksilber und Blei zum Fluoreszieren an. Die Untersuchung zeigt, dass die MA-XRF-Analyse in allen vier Bereichen bereits deutlich bessere Eindrücke des versteckten Gemäldes liefert als alle zuvor angewendeten Methoden. Insbesondere die quecksilber- und bleihaltigen Pigmente Zinnober und Bleiweiss im Bereich des Gesichts liefern einen Eindruck des verborgenen Porträts. Die besten Ergebnisse brachte die Untersuchung an den grossen Synchrotronquellen DORIS und NSLS. Doch die Technik der mobilen Röntgenscanner habe deutliche Fortschritte gemacht, sodass auch eine solche Untersuchung, die einen Transport des wertvollen Gemäldes vermeidet, erwägenswert sei, erläuterte Alfeld. Zudem lasse sich die Auswertung noch weiter optimieren. «Wir sind zuversichtlich, dass sich auf diese Wei-

VERLÄSSLICHE SIGNALE

Quelle: DESY Originalpublikation M Alfeld et al, «Revealing hidden paint layers in oil paintings by means of scanning macro-XRF: a mock-up study based on Rembrandt’s ’An old man in military costume’», J Anal At Spectrom 28(1), 40–51 (2013)

Kontakt Dr. Matthias Alfeld Micro and Trace Analysis Center Universität Antwerpen Antwerpen, Belgien Matthias.Alfeld@ua.ac.be webhost.ua.ac.be/mitac4 Dr. Karen Appel Deutsches ElektronenSynchrotron DESY Hamburg, Deutschland Karen.Appel@desy.de www.desy.de/forschung/forschungsbereiche/forschung_mit_photonen

Können Sie Ihren Signalen vertrauen? Die neuen Signaltrenner des K-Systems von Pepperl+Fuchs zeichnen sich nicht nur durch einfache Handhabung und Übersichtlichkeit aus. Vom Schaltverstärker bis zum hochfunktionalen Messumformer bieten sie auch galvanische Signaltrennung für absolute Präzision und Sicherheit. Wenn es um die Übertragung von Prozesssignalen geht, können Sie sich voll und ganz auf uns verlassen – von der projektorientierten BeraWXQJ ¾EHU GLH EHGDUIVVSH]LʗVFKH Planung bis hin zur wirtschaftlichen Umsetzung. Wenn das keine eindeutigen Signale sind... Erfahren Sie mehr unter: www.pepperl-fuchs.de/signaltrenner

Bild: Matthias Alfeld/ Universität Antwerpen

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Die Nachbildung des Gemäldes «Alter Mann in militärischer Kleidung» im Röntgenfluoreszenzlicht der chemischen Elemente Kalzium, Eisen, Quecksilber und Blei (v.l.n.r.), die in verschiedenen von Rembrandt verwendeten Farbpigmenten enthalten sind. Diese Aufnahmen wurden an DESYs Röntgenquelle DORIS III gemacht.

3/2013

PRODUKTE

Neuer Wärme-Kältethermostat für den präzisen Bier-Forciertest

Die genaue Vorhersage des Zeitraums bis zum Auftreten einer Trübung im Bier ist für Brauereien von essentieller Bedeutung. Eine Trübung entspricht nicht der Kundenerwartung und begrenzt somit die Haltbarkeit des Produktes. Die Firma Huber Kältemaschinenbau bietet mit dem neuen BFT5 eine einfache Lösung: Der neue Bier-ForciertestThermostat BFT5 ermöglicht eine exakte Bestimmung der Haltbarkeit von Bieren. Der speziell für den Bier-Forciertest entwickelte Wärme- und Kältethermostat gestattet einen Temperaturwechsel zwischen 0 und 40 Grad Celsius sowie 0 und 60 Grad Celsi-

us in der Taktzeit von 24 Stunden. Der BFT5 verfügt über zwei vordefinierte Temperierprogramme zur einfachen Durchführung von Forciertests. Der Programmgeber für automatische Temperaturzyklen sorgt für eine hochgenaue und zuverlässige Temperaturführung, die eine künstliche Alterung des Bieres bewirkt und damit genaue Aussagen über die Haltbarkeit möglich macht. Ausgestattet mit dem MultitouchRegler Pilot ONE bietet der BFT eine komfortable Menüführung in 11 Sprachen. Die Bedieneinheit verfügt über ein brillantes 5,7-ZollFarbdisplay, über das Einstellungen dank dem Favoritenmenü, der OneClick-Bedienung und dem Technikglossar einfach und schnell vorgenommen werden können. Integrierte USB- und Ethernetanschlüsse ermöglichen Verbindungen zu einem PC oder Netzwerk, zum Beispiel für Fernsteuerung und Datenaufzeichnung. Der BFT5 bietet Platz für eine Euro-Kiste. Das Gehäuse und alle mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Teile sind aus hochwertigem Edelstahl. Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg Telefon +49 (0)78 19 60 30 info@huber-online.com www.huber-online.com

Drehzahlgesteuert und mit Fernbedienung: das Vakuumpumpsystem SC 950 NF Neuberger AG, der Spezialist für Pumpen und Systeme, hat mit dem SC 950 ein Vakuumpumpsystem entwickelt, das leistungsfähig und flexibel zugleich ist. Die Fernbedienung sorgt zusätzlich für Komfort und vereinfacht den Arbeitsprozess. Das SC 950 zeichnet sich durch eine hohe pneumatische Leistung aus, entsprechend kurz sind die Prozesszeiten. Es fördert bis zu 50 Liter pro Minute (3 m3/Stunde) und erreicht ein Endvakuum von < 2 mbar absolut. Des Weiteren hebt sich das Vakuumpumpsystem durch eine exzellente Regelgenauigkeit, einen äusserst niedrigen Schallpegel und sehr geringe Vibrationen hervor. Dank kompakter Bauweise und einer Funk-Fernbedienung lässt sich das Vakuumpumpsystem SC 950 ohne lästige und optisch störende Kabelführung in Labormöbeln unterbringen oder in einem Laborabzug platzieren. Via Hand-Terminal, der drahtlos mit dem Vakuumpumpsystem kommuniziert, werden die gewünschten Prozessparameter eingegeben und die ablaufenden Prozesse kontrolliert. Vier Betriebsmodi stehen zur Auswahl: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – sowie eine

individuelle Druckfunktion. Bei dieser regelt das SC 950 alles nach dem Druckprofil, das der Benutzer definiert hat. Je nach Bedarf lässt sich der Prozess am Hand-Terminal auch manuell steuern. Auch kann der Nutzer alle Funktionen über eine mitgelieferte Windows-Software via PC regeln.

KNF Neuberger AG Pumpen + Systeme Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 973 99 30 knf@knf.ch www.knf.ch

Schaltschranklösungen für die Überdruckkapselung

Schaltschrank mit Überdruckkapselung

Das Basiskit für die Zone 2/22 stellt eine einfache Möglichkeit dar, einen Schaltschrank nach ATEX Zone 2/22 selbst aufzubauen und eine Herstellererklärung zu erstellen. Die Überdruckkapselung ist eine einfache und sichere Zündschutzart, mit der nahezu jedes elektrische Betriebsmittel im Ex-Bereich betrieben werden kann. Genau wie für die Zone 1/21 müssen nach Norm Schaltschränke in der Zone 2/22 für den Einsatz in der Überdruckkapselung speziell verstärkt und geprüft werden. Die Paketlösung stellt eine einfache Möglichkeit dar, ein normkonformes Überdruckkapselungssystem

für die Zone 2/22 aufzubauen. Alle dafür notwendigen Komponenten sind in diesem Basiskit enthalten, und eine Voreinstellung der Parameter wurde vorgenommen. Das Kit beinhaltet einen verstärkten Schaltschrank sowie ein vollautomatisches Überdruckkapselungssystem mit Temperaturüberwachung und automatischem Leckageausgleich. Für die Zone 2/22 wird das vollautomatische Überdruckkapselungssystem Serie 5000Q eingesetzt. Das System hat ein integriertes Freigaberelais für die Energiever-

sorgung des überdruckgekapselten Schrankes mit einer Abschaltleistung von 5A sowie ein Display zur einfachen Eingabe oder für Informationen zum System. Ein Leitfaden für Lösungen in Zone 2/22 hilft dem Benutzer bei der Konzeption des Schaltschrankes.

Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen BE Telefon +41 (0)32 374 76 80 triedweg@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

3/2013

LABORAPPARATE

Wir vertreten:

Mit den Auffangwannen der Baureihe VarioTwin hat die Denios AG weitere Produktneuheiten für die

gesetzeskonforme Lagerung von wassergefährdenden Stoffen und entzündbaren Flüssigkeiten vorgestellt. Die innovative Kombination der Werkstoffe Stahl und Kunststoff (Polyethylen – PE) optimiert den Korrosionsschutz und erhöht so die Langlebigkeit dieser geprüften Auffangwannen in bewährter Stahlqualität mit 3 mm Wandstärken. Die Sockelfüsse aus Kunststoff schützen vor Feuchtigkeit von unten. Sie sichern die sensiblen Eckbereiche der Auffangwannen und machen sie vierseitig mit Gabelstapler oder Hubwagen unterfahrbar. VarioTwin Auffangwannen sind für

die Lagerung von 60- oder 200-Liter-Fässern, einzeln stehend oder auf Euro- oder Chemiepaletten geeignet. Die hochwertige Farbbeschichtung in blau (RAL 5010) sorgt für effektiven Oberflächenschutz. Alternativ ist eine feuerverzinkte Ausführung erhältlich. Beide Versionen sind wahlweise mit oder ohne feuerverzinkte Gitterrost-Stellflächen lieferbar. DENIOS AG Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen +41 (0)56 417 60 60 info@denios.ch www.denios.ch

– Hettich Zentrifugen – Memmert Schränke und Bäder – Helmer Blutbeutelauftausysteme – Angelantoni Kälte-/Tiefkältegeräte

MEMMERT – Beratung

Doppelter Schutz im neuen Design

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

3/2013

Produkte Anwendungsbeispiel: Lipidverteilung in einer Pflanzenzelle IR Mikroskopie ist eine etablierte Technik zur Bildgebung von chemischen Informationen einer Probe mit komplexen chemischen Strukturen. Ein kleines Stück Zwiebelgewebe wurde in Transmission abgerastert und die Lipidverteilung im Gewebe dargestellt. Das chemische Bild besteht aus 58x47 Messpunkten (IR Spektren), wobei die Messzeit/Messpunkt 1,5 s betrug. Die räumliche Auflösung betrug 15x15 µm und die spektrale Auflösung 8 cm -1. Die nebenstehende Abbildung zeigt die Überlagerung der chemischen (Lipid-) Verteilung mit dem visuellen Bild des pflanzlichen Gewebes. Beide Bilder passen per-

fekt übereinander, und die einzelnen Pflanzenzellen sind deutlich erkennbar. Die Farbdarstellung zeigt die Intensität der IR Bande bei 1740 cm-1, welche typisch für die Lipidkonzentration ist. Wie erwartet, ist die höchste Lipidkonzentration in den Zellwänden zu finden, wo sich die Lipidmembranen befinden.

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

Kundendienst

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

Der Senkrechtstarter in der Prüftechnik

Konstantklima-Kammern Feuchtekammern Universalschränke Brutschränke Sterilisatoren Kühlbrutschränke Klimaprüfschränke Wasser- und Oelbäder

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

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PRODUKTE

Parallele Kristallisation einfach und kostengünstig

Die britische Firma Asynt belieferte die Wilson Structural Chemistry Research Gruppe an der Universität von Bath (Bath, England) mit einem massgefertigten DrySyn-Heizblocksystem. Das von Asynt zusammen mit der Universität von Bath entwickelte massgefertigte DrySyn-System wird benutzt, um die Entwicklung der Kristallisationsmethodik zur selek-

tiven Kontrolle von Polymorphbildung einfacher und schneller zu gestalten und um Multikomponentenkristalle mit positiven physischen Soll-Eigenschaften wie optische Effekte, Löslichkeit und Porosität zu erzeugen. Die Kontrolle der Feststoffe in kristallinischem Material wird in vielen Industriebranchen angestrebt, einschliesslich der pharmazeutischen

und agrochemischen Industrie, in der die Produktion verschiedener Polymorphe, Cokristalle oder Salze die physischen Eigenschaften der Zielwirkstoffe bedeutend beeinflussen. Es gibt viele Faktoren, die sich auf die Kristallbildung auswirken, u. a. die Wahl von Lösungsmitteln, die Temperatur der Kristallisation und die Gegenwart von Hilfsstoffen oder Zusatzmitteln im Kristallisationsprozess. Lynne Thomas, ein Forschungsbeauftragter an der Universität von Bath kommentierte: «Temperaturschwingungen sind besonders bekannt dafür, sowohl Kristallisation einzuleiten als auch potenziell als Kontrollmechanismus für die Erhaltung einer stabilen Kristallbildung zu agieren. Sorgfältige Temperaturregelung der kristallisierenden Proben ist deshalb von kritischer Wichtigkeit in diesem Bereich, wie auch eine stark parallele Vorgehensweise, um eine systematische Untersuchung der Auswirkung von Kristallisationszuständen in Feststoffen zu ermöglichen. Die Anzahl potenzieller Temperatur- und Lösungsmittelkombinationen bestimmt somit die

Effizienz der Screeningskonditionen über eine parallele Vorgehensweise bis hin zur temperaturgeregelten Kristallisation und ist in vielen Fällen absolut erforderlich.» Ergänzend erläutert Thomas: «In Zusammenarbeit mit Asynt haben wir Heizblöcke in unserem Kristallisationslabor entwickelt und installiert, um den temperaturgeregelten Platz auf jedem DrySyn Heizblock zu optimieren. Der neue massgefertigte DrySyn-Heizblock, der die präzise Kontrolle von 19 Kristallisationen parallel ermöglicht, erwies sich als fähig, die Flexibilität und Schnelligkeit von Kristallisationsversuchen mit niedrigem bis mittleren Durchsatz zu erhöhen.»

Asynt Unit 29 Hall Barn Road Industrial Estate Isleham Cambridgeshire, CB7 5RJ United Kingdom Telefon +44 (0)1638 781 709 sales@asynt.com www.asynt.com

Tiefe Erkenntnisse durch X-perten Blick Die Firma Shimadzu hat das UHPLC-System Nexera X2 vorgestellt, das für Routineanalysen in streng regulierten Umgebungen wie auch für Anwendungen, die einen komplexen Systemaufbau erfordern, besonders geeignet ist. Verglichen mit dem Vorgänger-System bietet das neue Nexera X2 eine höhere Systemleistung sowie neue Funktionen, die die Analyseeffizienz in einem erweiterten Bereich von HPLC/UHPLC-Anwendungen verbessern. Der neue SPD-M30A Photodiodenarray-Detektor bietet eine sehr gute Stabilität und wurde für Anwendungen entwickelt, die ultrahohe Empfindlichkeiten erfordern. Er eignet sich für Analysen von Kontaminationen im Spurenbereich oder von gefährlichen Substanzen in Nahrungs- oder Arzneimitteln; er bietet die weltweit höchste spekt-

rale Auflösung und Empfindlichkeit sowie eine sehr gute Trennleistung. Die neue i-PDeA (intelligent Peak Deconvolution Analysis)-Funktion ermöglicht eine Peak-Identifikation nicht-getrennter Peaks, indem Spektren coeluierter Peaks extrahiert und durch Nutzung der spektralen Unterschiede bezüglich jeder Komponente quantifiziert werden. i-PDeA ermöglicht den Nutzern, eine einzige geringfügige Verunreinigung sichtbar zu machen und zu detektieren, selbst wenn die Verunreinigung mit dem Analyten coeluiert wird. Pumpenseitige Modifikationen verbessern die Stabilität des Nexera X2 im Gradientenmodus, indem die Anzahl winziger Gasbläschen reduziert wird, die die Entgasungseinheit passieren. Für spezielle Anwendungen lassen sich zusätzliche mikroreaktorbasierte Mixer auswählen.

Eine Niedrigvolumen-Quartäreinstellung vermindert das Systemvolumen, um den UHPLC-Anforderungen entgegenzukommen, indem es einen besseren Methodentransfer auf das System ermöglicht. Die Software wurde konsequent an die Anforderungen für den Einsatz in streng regulierten Umgebungen angepasst. Sie steuert multiple Gradienten in einem einzigen System und erweitert dessen Flexibilität durch den Einsatz einer automatischen Lösungsmittelvermischung an jeder Pumpe über eine binäre Gradienteneinrichtung. Zusammen mit der ultraschnellen Datenerfassung maximieren die Softwarefunktionen die Auflösung über den PDA-Detektor mit sichergestellter Peak-Deconvolution, sodass ein Maximum an Information aus einer einzigen Analyse gewonnen wird.

Verbesserte Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit durch das neue Nexera X2 mit weltweit führenden Eigenschaften.

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

3/2013

PRODUKTE

Multifunktionale Gasmischstation – FlowCon 2/3/4

Die FlowCon 2/3/4, eine Gasmischstation der Kühner AG, überzeugt durch ihre flexible Einsatzfähigkeit. Alle wichtigen Anwendungsbedürfnisse bezüglich der Belüftung/Begasung von Bioreaktoren werden

durch die Gasmischstation abgedeckt. Sie sorgt mit einer CO2-Begasung für die Stabilisierung des pH-Wertes in der Zellkultivierung oder für eine Verringerung der Sauerstoffkonzentration für mikroaerophile Organismen. Die FlowCon 2/3/4 kann in alle Inkubations-Schüttelmaschinen (ISF1-X, LT-X, ISF4-X) und Bioreaktoren mit Einwegbeuteln (OrbShake) von Kühner integriert werden. Darüber hinaus kann sie auch als eigenständiges Gerät zusammen mit weiteren Disposable Systemen und gerührten Bioreaktoren betrieben werden. Die FlowCon 2/3/4 ist mit bis zu vier Massendurchflussreglern individuell ausstattbar. Diese sorgen für ein präzises, reproduzierbares

Vielfältige thermoplastische Kunststoffe • • • • • •

Durch die herausragenden Eigenschaften wie Formbarkeit, Härte, Bruchfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit sind thermoplastische Kunststoffe vielseitig einsetzbar. Die Firma Kubo bietet ein breites Spektrum an thermoplastischen Halbzeugen aus Vollstäben, Rohren, Sechskantstäben und Platten. Eine grosse Werkstoffvielfalt ist lieferbar:

Polyvinylchlorid Polypropylen Polyethylen Polytetrafluorethylen Polymethylmethacrylat Acrylnitril-ButadienStyrol-Copolymer • PA Polyamide • POM Polyoxymethylen • PET Polyethylenterephthalat • PVDF Polyvinylidenfluorid • PSU Polysulfone • ECTFE Ethylen-Chlortrifluorethylen • PPS Polyphenylensulfid • PEEK Polyetheretherketon

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TesT KG

Graf-Zeppelin-Straße 22b · 51147 Köln Tel. 02203 92297-0 · Fax 02203 92297-5 info@lasitec.de · www.rainer-gmbh.de

Bösch 63 · 6331 Hünenberg Telefon +41 41 785 60 10 Telefax +41 41 785 60 15 test@test-ag.ch · www.test-ag.ch

LC/MC

LabSolution GmbH

Brünenmattweg 24 4148 Pfeffingen Tel. 061 843 94 80 Fax 061 843 94 81 info@labsolution.ch www.labsolution.ch

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

Rikonstrasse 7 CH-8310 Grafstal

Pharma

SPECTRO Analytical Instruments GmbH

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PMI-Labortechnik GmbH

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

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Medizintechnik Zielstrasse 23 • CH-9050 Appenzell T +41 (0) 71 787 47 33 • F +41 (0) 71 787 47 34 www.koch-kaelte.ch • info@koch-kaelte.ch

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SPECTRO Analytical Instruments GmbH Boschstr. 10 · D-47533 Kleve Tel. +49 (0)2821 892 21 09 Fax +49 (0)2821 892 22 10 spectro.info@ametek.com www.spectro.com

LCMS

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

RUDOLF RUDO RU DOLF DO LF W WECHSLER ECHS EC HSLE HS LER LE R Gartenstrasse 5 4127 Birsfelden/BL Telefon +41 61 312 09 49 Telefax +41 61 312 09 34

LABORBAU/-EINRICHTUNGEN

Shimadzu Römerstrasse 3 Telefon 061 717 93 33 Schweiz info@shimadzu.ch GmbH

CH-4153 Reinach Telefax 061 717 93 30 www.shimadzu.ch

LUFTTECHNISCHE ARBEITSPLÄTZE

MS/MS

Hauptstrasse 2 9030 Abtwil/SG Tel. +41 71 311 27 41 Fax +41 71 311 41 13

Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen info@denios.ch

LABORGERÄTE

LÜFTUNGSHYGIENE

Luzernerstrasse 147 a CH-6014 Luzern

Tel. +41 41 259 65 65 info@kinematica.ch Fax +41 41 259 65 75 www.kinematica.ch

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

DENIOS AG Umweltschutz und Sicherheit

HÜGLI-LABORTEC AG

info@hugli-labortec.ch Laboreinrichtungen & -messtechnik www.hugli-labortec.ch

Trockenloostrasse 85 CH-8105 Regensdorf Tel. +41 44 870 61 11 Fax +41 44 841 09 73 info@prominent.ch www.prominent.ch

www.pmilabortechnik.ch

L A B O R A P PA R AT E / KORROSIONSPRÜFGERÄTE

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

Telefon +41 56 417 60 60 Telefax +41 56 417 60 61 www.denios.ch

NMR Postfach, 4015 Basel Tel. 061 301 10 62 www.iws-swiss.ch iws@iws-swiss.ch

Inspektion und Reinigung komplexer Lüftungssysteme

Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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SAWA Pumpentechnik AG

Industrie Nord 12 6105 Schachen Telefon 041 499 61 20

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

Pumpen | Systeme | Service | Diagnostik

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OE-SPEKTROMETER SPECTRO Analytical Instruments GmbH Boschstr. 10 · D-47533 Kleve Tel. +49 (0)2821 892 21 09 Fax +49 (0)2821 892 22 10 spectro.info@ametek.com www.spectro.com

Sterling Fluid Systems (Schweiz) AG

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Schweizersbildstrasse 25 CH-8207 Schaffhausen Telefon 052 644 06 06 Telefax 052 644 06 16 info@sterling.ch - www.sterling.ch

4416 Bubendorf Tel. +41 61 935 50 00 Aquasant Messtechnik AG info@aquasant-mt.com Aquasant mesure technique SA www.aquasant-mt.com

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

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

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SPECTRO Analytical Instruments GmbH Boschstr. 10 · D-47533 Kleve Tel. +49 (0)2821 892 21 09 Fax +49 (0)2821 892 22 10 spectro.info@ametek.com www.spectro.com

Hauptstrasse 2, CH-5212 Hausen AG Telefon 056 442 28 29 Telefax 056 442 41 21 tintometer@bluewin.ch

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REINRAUMTECHNIK

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

Labtec Services AG

Nordstrasse 9 5612 Villmergen T 056 619 89 19 F 056 619 89 18 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch

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ROHSTOFFE

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

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

MAX MÜLLER AG

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

SCHLAUCHQUETSCHPUMPE

VIA AG Engineering

SPEKTROMETER

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

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

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SELBSTKLEBE-ETIKETTEN

SPEKTROPHOTOMETER

Grubenstrasse 4 8902 Urdorf Tel. +41 43 455 60 30 Fax +41 43 455 60 33

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

Kern-Etiketten AG

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Brechbühler AG S Ä U L E N U N D M AT E R I A L I E N Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com

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

info@kernetiketten.ch www.kernetiketten.ch

Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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

Shimadzu Römerstrasse 3 Telefon 061 717 93 33 Schweiz info@shimadzu.ch GmbH

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

CH-4153 Reinach Telefax 061 717 93 30 www.shimadzu.ch

S TA B I L E I S OT O P E N MARKIERTE VERBINDUNGEN

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

Spirax Sarco AG Regelgeräte & Armaturen Gustav-Maurerstrasse 9 8702 Zollikon Tel. +41 44 396 80 00 www.SpiraxSarco.ch

MAX MÜLLER AG

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

SCHAUGLASLEUCHTEN

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SICHERHEITSWERKBÄNKE

S TAT I S C H E M I S C H E R STRIKO Verfahrenstechnik W. Strikfeldt & Koch GmbH Tel. +49 2261 98 55-19 Fax +49 2261 7 24-88 mischer@striko.de www.striko.de

S T E L LV E N T I L E Spirax Sarco AG Regelgeräte & Armaturen

MAX MÜLLER AG

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

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

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

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

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LIEFERANTENVERZEICHNIS S T E R I L I S AT I O N S T E C H N I K

TRENNSCHICHTMESSGERÄTE

VOLL-LEERMELDER

Ruchstuckstrasse 14 8306 Brüttisellen Tel. 043 255 99 09 info@sterico.ch STERICO AG Labor- und Verfahrenstechnik www.sterico.ch

4416 Bubendorf Tel. +41 61 935 50 00 Aquasant Messtechnik AG info@aquasant-mt.com Aquasant mesure technique SA www.aquasant-mt.com

S T E R I LV E R B I N D U N G S T E C H N I K

Zürcherstrasse 53, Postfach, CH-8317 Tagelswangen Tel. +41 (0)52 354 68 68, www.connectors.ch

THERMOTECHNIK / SICHERHEITSSCHRÄNKE

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

Telefon +41 56 417 60 60 Telefax +41 56 417 60 61 www.denios.ch

TRÜBUNGSMESSUNG

Hauptstrasse 2, CH-5212 Hausen AG Telefon 056 442 28 29 Telefax 056 442 41 21 tintometer@bluewin.ch

Medizintechnik

TIEFKÜHLSCHRÄNKE/-TRUHEN

Labtec Services AG

Nordstrasse 9 5612 Villmergen T 056 619 89 19 F 056 619 89 18 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch

TOC

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

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

UHPLC-SYSTEME W Ä R M E TA U S C H E R

LabSolution GmbH

Brünenmattweg 24 4148 Pfeffingen Tel. 061 843 94 80 Fax 061 843 94 81 info@labsolution.ch www.labsolution.ch

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

TIEFKÜHLGERÄTE –86°C

Zielstrasse 23 • CH-9050 Appenzell T +41 (0) 71 787 47 33 • F +41 (0) 71 787 47 34 www.koch-kaelte.ch • info@koch-kaelte.ch

WÄGE-ABZUG

STRIKO Verfahrenstechnik W. Strikfeldt & Koch GmbH Tel. +49 2261 98 55-18 Fax +49 2261 7 24-88 rohrbuendel@striko.de www.striko.de

W Ä R M E TA U S C H E R UND DICHTUNGEN Aergerastrasse 10 1734 Tentlingen Tel. +41 (26) 418 06 56 Fax +41 (26) 418 06 57 info@wt-sa.ch www.wt-sa.ch

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Sterling Fluid Systems (Schweiz) AG

Shimadzu Römerstrasse 3 Telefon 061 717 93 33 Schweiz info@shimadzu.ch GmbH

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Schweizersbildstrasse 25 CH-8207 Schaffhausen Telefon 052 644 06 06 Telefax 052 644 06 16 info@sterling.ch - www.sterling.ch

Stockenstrasse 6 8362 Balterswil Tel. 071 973 99 30 Fax 071 973 99 31 E-Mail: knf@knf.ch www.knf.ch

Hauptstrasse 2, CH-5212 Hausen AG Telefon 056 442 28 29 Telefax 056 442 41 21 tintometer@bluewin.ch

Z Y T O S TAT I K A - I S O L AT O R E N

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

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

Sicherheit durch Containment

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Gemeinsam immer einen Schritt voraus