ChemieXtra 5/2013 by SIGWERB GmbH

5 / 2013

Mai 2013

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Hier drin steckt Hightech.

EDITORIAL

Ausserhalb der bunten Welt Chemie ist spannend, vielseitig, erleichtert unseren Alltag und kann – über Pharmaka –

Ready-to-use Reagenzien ...

Millionen Menschen helfen. In all unseren vergangenen Ausgaben haben wir ihnen immer nur die Faszination, die Vielfältigkeit und das Positive der Chemie vorgestellt. Doch heute möchte ich Sie in unserem Leitartikel auf die dunkle Seite der Chemie verweisen, Ihnen ins Bewusstsein rufen, dass nicht alles bunt ist, was mit Chemie zu tun hat. Es geht um chemische Kampfstoffe und um Substanzen, die über «dual-use» für die Herstellung solcher Waffen missbraucht werden können. Denn während dieses Heft gedruckt wird, debattieren Forscher und Politiker aus Staaten aller Welt in Den Haag über Chemiewaffen – auf der dritten Review Conference der Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons (OPCW). Dass Massnahmen zum Verbot chemischer Waffen heute ebenso aktuell sind wie vor zwanzig Jahren, als das Che-

... und

miewaffenübereinkommen zur Zeichnung aufgelegt wurde, zeigen die

CHEMIKALIEN

aktuellen Konflikte in Syrien und Nordkorea. Von Syrien weiss man, dass es chemische Waffen besitzt, welche genau und ihr Umfang, bleibt unklar. Da Syrien weder Mitglied der OPCW ist, noch das Chemiewaffenübereinkommen unterzeichnet hat, fühlt sich das dortige Regime auch nicht

für jeden und den speziellen Bedarf!

rechenschaftspflichtig – eine UN-Inspektion durch Experten wurde bislang abgelehnt. Doch mit Blick auf die aktuellen Geschehnisse muss man nicht einmal Krisengebiete beleuchten. Mitte April wurden in den USA Briefe mit der hochtoxischen Substanz Ricin an Präsident Barack Obama und den republikanischen Senator Roger Wicker verschickt. Schon winzige Mengen im Körper reichen, um einen Erwachsenen zu töten. Nicht durch chemische Waffen, sondern wegen Plastikmüll, Kunststoffpartikeln im Abwasser und anderen menschengemachten Einträgen ins Meer sterben oder leiden jährlich Tausende von marinen Lebewesen. Auf

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jedem Quadratkilometer Meeresoberfläche treiben 13 000 Plastikmüllpartikel. Auch das ist keine positive Facette der Chemie. Und wie bei Chemiewaffen ist es nicht Chemie per se, sondern die Verantwortungslosigkeit einzelner Menschen, die grosses Leid verursacht.

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Sabine Goldhahn 5/2013

Fabrikmattenweg 12 - 4144 Arlesheim Tel: 061/712 11 60 - Fax: 061/712 20 21 info@carlroth.ch - www.carlroth.ch

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

CHEMIE

Die dunkle Seite der Chemie

Obwohl die Schweiz keine chemischen Waffen besitzt, engagiert sie sich aktiv in der Organisation für das Verbot chemischer Waffen. Weltweit wurden dank des Chemiewaffenübereinkommens von 1997 bereits 78 Prozent aller chemischen Waffen vernichtet, bis 2017 sollen es 99 Prozent sein. Alles positive Signale, die auf den ersten Blick beruhigen. Doch nach Ansicht der Experten gibt es noch lange keine Entwarnung.

Ein Gesetz für alle

Ein interdisziplinäres Forscherteam hat eine Entdeckung gemacht, bei der es sich um eine universelle Gesetzmässigkeit für Grössenverteilungen in lebenden Systemen handeln könnte. Sollte dieses Gesetz tatsächlich für das gesamte Tierreich gültig sein, könnte es unser Verständnis für Populationsdynamiken in grossen Ökosystemen stark erweitern.

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NEWS

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Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 3. Jahrgang (2013) Druckauflage 12 000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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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

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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

ANALYTIK

Der Fingerabdruck des Atems

Müllhalde Meer

ETH-Forscher haben kürzlich zeigen können, dass der Atem des Menschen einen charakteristischen «Fingerabdruck» aufweist. Die Wissenschaftler möchten diese Erkenntnis nutzen, um in Zukunft mit hochpräzisen Analysemethoden in der ausgeatmeten Luft von Patienten Krankheiten zu diagnostizieren.

Plastiksäcke, Kosmetika, Eimer, PET-Flaschen – es gibt nichts, was nicht im Meer landet. Schätzungen zufolge befinden sich mittlerweile zwischen 100 und 142 Millionen Tonnen Müll in den Weltmeeren. Auf die Meeresbewohner hat der Plastikmüll katastrophale Auswirkungen.

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MEDIZIN / PHARMA

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Vom 15. bis 16. Mai öffnet die 3. LABOTEC Suisse in Lausanne ihre Türen. Über 85 Aussteller sind angemeldet. Das attraktive Rahmenprogramm sowie ein mobiles Labor vor Ort versprechen einen informativen Branchenevent.

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LABOTEC SUISSE 2013 Das Labor der Zukunft auf der LABOTEC

The results of the study «Predimed» aimed to assess the effi cacy of Mediterranean diet in the primary prevention of cardiovascular diseases have been published. They prove that the Mediterranean diet supplemented with extra-virgin olive oil or tree nuts reduce the risk of suffering a cardiovascular death, a myocardial infarction or a stroke by 30 percent.

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Bild: Reuters / Issei Kato

Eine Luftkontrollübung der japanischen Streitkräfte – hier in Schutzanzügen – zu nuklearen, biologischen und chemischen Waffen im Rahmen des Manövers «Pacific Shield 12» der Sicherheitsinitiative gegen Verbreitung (Proliferation Security Initiative, PSI) auf der japanischen Insel Hokkaido. Die 2003 von den USA gegründete PSI, der mittlerweile über einhundert Nationen angehören, hat zum Ziel, die Lieferung und Weiterverbreitung von Massenvernichtungswaffen (Proliferation) zu Land, zur See oder in der Luft zu verhindern.

Zum 3. Mal fand die Review Conference des Chemiewaffenübereinkommens statt

Die dunkle Seite der Chemie Die Schweiz besitzt keine chemischen Waffen. Als wichtiger Standort der pharmazeutischen und chemischen Industrie engagiert sie sich dennoch aktiv in der Organisation für das Verbot chemischer Waffen (OPCW), und seit knapp einem Jahr hat ein Schweizer den Vorsitz des wissenschaftlichen Beirats der OPCW inne. Weltweit wurden dank des Chemiewaffenübereinkommens (CWÜ) von 1997 bereits 78 Prozent aller chemischen Waffen vernichtet, bis 2017 sollen es 99 Prozent sein. Alles positive Signale, die auf den ersten Blick beruhigen. Doch nach Ansicht der Experten gibt es noch lange keine Entwarnung beim Thema chemische Waffen.

Sabine Goldhahn Mitte April trafen sich zum dritten Mal internationale Vertreter im niederländischen Den Haag zur zweiwöchigen Überprüfungskonferenz des Chemiewaffenübereinkommens (CWÜ), wonach die Entwicklung, Herstellung, Lagerung oder Verwendung toxischer Chemikalien als chemische Kampfstoffe verboten ist. Aus der Schweiz waren Vertreter des EDI, EDA, VBS sowie 4

des Labors Spiez vom Bundesamt für Bevölkerungsschutz mit dabei, denn bereits seit mehreren Jahren verfolgen die Schweizer Experten ein spezielles Anliegen: Nicht nur Chemiewaffen sollen auf der Agenda der OPCW stehen, sondern auch sogenannte handlungsunfähig machende Chemikalien (incapacitating chemical agents ICA). «Wir sind sehr daran interessiert, dass die Chemiewaffenkonvention auch in Zukunft

relevant bleibt, das ist eines der wichtigen Anliegen der Schweiz», betont Beat Schmidt, Chef Rüstungskontrolle im Fachbereich Chemie des Bundesamts für Bevölkerungsschutz vom Labor Spiez gegenüber «ChemieXtra». «Im Hinblick auf handlungsunfähig machende Chemikalien geht es uns aber vor allem darum, dass dieses Thema endlich innerhalb der OPCW und des CWÜ diskutiert wird und nicht – wie bisher – nur ausserhalb und meist in 5/2013

Bilder: LABOR SPIEZ

Der robuste Messumformer.

Ahmet Üzümcü, Generaldirektor der OPCW (rechts im Bild), und Peter Siegenthaler, Chef der Gruppe Organische Analytik, im LABOR SPIEZ

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Nichtregierungsorganisationen. Denn unsere Sorge ist, dass ein Raum entsteht, wo man die toxische Wirkung von Chemikalien nutzt, um irgendwelche operativen Spezialeinsätze zu machen.» Ein solches Beispiel ist der bekannte Einsatz eines vermuteten Fentanylderivates (KOLOKOL-1) durch russische Spezialeinheiten 2002 mit dem Ziel, Terroristen kampfunfähig zu machen, die in einem Moskauer Theater Zivilisten als Geiseln genommen hatten. Das Ergebnis dieses Chemie-Einsatzes war umstritten.

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Einerseits konnten Menschen gerettet werden, andererseits starben nicht nur die 40 Terroristen, sondern auch über 130 Zivilisten – an den Folgen des Nervengases. «Unser Interesse richtet sich speziell auf ICA-Chemikalien, die im Gesetzesvollzug verwendet werden», erklärt Schmidt. Konkret heisst das, Chemikalien zur Überwachung von unfriedlichen Menschenansammlungen und Eindämmung von Krawallen. Üblich für solche Zwecke sind Riot Control Agents (RCA), Substanzen, die Augen, Schleimhäute oder die Haut reizen, zum Beispiel «Tränengase» wie Chloracetophenon (CN) und 2-Chlorbenzylidenmalonsäuredinitril (CS), aber auch Capsaicin (Pfefferspray), die alle primär darauf abzielen, dass sich die Menschenmenge zerstreut. RCA sind nicht die Initiative der Schweiz. Auch die Schweiz setzt RCA ein, was für solche Zwecke wenig umstritten ist. Diese Chemikalien sind – mit Einschränkungen – nicht Teil des CWÜ, können also durch die Polizei bei Strassenschlachten, Volksaufständen oder Stadionkrawallen eingesetzt werden. Kritisch wird es, wenn nicht nur RCA’s zum Gesetzesvollzug eingesetzt werden, sondern ICA’s, zu denen Substanzen gehören, die spezifisch in biochemische Prozesse und körpereigene Systeme wie das Zentralnervensystem eingreifen, um beispielsweise Halluzinationen, Müdigkeit oder Bewusstlosigkeit herbeizuführen.

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CHEMIE

Infokasten Chemikalienlisten Die durch das Chemiewaffenübereinkommen (CWÜ) kontrollierten Chemikalien sind meldepflichtig und abhängig von ihrer Chemiewaffenrelevanz in drei Listen aufgeteilt, die im Anhang der Chemikalienkontrollverordnung eingesehen werden können. Das CWÜ kontrolliert zusätzlich zu den gelisteten Chemikalien auch bestimmte organische Chemikalien – sogenannte Discrete Organic Chemicals (DOC) – und Verbindungen, welche die Elemente Phosphor, Schwefel oder Fluor (PSF) enthalten. Chemikalien der Liste 1 haben das höchste Missbrauchsrisiko und die geringste industrielle Bedeutung. Dazu gehören chemische Kampfstoffe wie beispielsweise VX, Sarin, Lewisit und Senfgas, Toxine wie Ricin und Saxitoxin, aber auch deren direkte Ausgangsstoffe und strukturverwandte Chemikalien. Chemikalien der Liste 2 stellen ein geringeres Missbrauchsrisiko dar und werden in grösserem Umfang zivil genutzt. Die Liste 2 enthält die toxischen Chemikalien Amiton, PFIB und BZ und dessen Vorprodukte sowie die Ausgangsstoffe von Liste 1 Chemikalien. Chemikalien der Liste 3 werden in grossem Umfang für zivile Zwecke produziert und genutzt. Neben Ausgangsstoffen für Chemikalien der Listen 1 und 2 umfasst die Liste 3 auch einige toxische Chemikalien wie zum Beispiel Phosgen und Blausäure, die in der Vergangenheit missbräuchlich als chemische Kampfstoffe eingesetzt wurden. Quelle: BABS/Labor Spiez, ChKV

Im Gegensatz zu RCA’s machen ICA’s den Menschen handlungsunfähig. In hohen Dosen können sie töten, denn auch hier gilt wie bei allen chemischen Substanzen «Dosis facit venenum» – Die Dosis macht das Gift. «In diesem Sinne – veränderte Sicherheitslage: Friedensfördernde Einsätze werden heute nicht nur durch die Polizei, sondern auch in gewissen Ländern durch das Militär geleistet. Wenn bei solchen friedenserhaltenden Einsätzen durch das Militär solche ICAs eingesetzt werden, dann 6

Strukturformel von Sarin

VX-Strukturformel beider Enantiomere

könnte man in eine Situation rutschen, wo der Einsatz einer toxischen Chemikalie nach CWÜ nicht mehr erlaubt ist. Berichte weisen darauf hin, dass die Entwicklung von ICAs in der Vergangenheit in gewissen Ländern wohl stattgefunden hat.», betont Schmidt. «Der Übergang ist in einigen Situationen fliessend, wenn sich beispielsweise aus Unruhen und Krawallen militärische Gefechte entwickeln.» Das ist bislang Grauzone. Denn sobald die ICA’s für militärische Einsätze genutzt werden, fallen sie unter das CWÜ und sind damit verboten. Um unter anderem solchen Missbrauch zu verhindern, hat die Schweiz bereits an der 2. Überprüfungskonferenz des CWÜ 2008 und jetzt, für die 3. Überprüfungskonferenz, ein Dokument zu ICA eingebracht.

Nervensystems, die es wiederum erlaubt, Stoffe mit immer gezielteren chemischen Effekten zu entwickeln. «Wir müssen schauen, dass solche Entwicklungen zum Wohl der Menschen eingesetzt werden und nicht für militärische Zwecke missbraucht werden», unterstreicht Schmidt. Die heutigen Herausforderungen für die OPCW sind also komplex geblieben wie vor zwanzig Jahren, als es erst einmal darum ging, die Anwendung, Herstellung und Lagerung chemischer Kampfstoffe zu verbieten, und dafür zu sorgen, dass die weltweiten Bestände von über 70 000 Tonnen vernichtet werden. Nicht weniger als 70 verschiedene Chemikalien wurden im vergangenen Jahrhundert als chemische Kampfstoffe eingesetzt oder mit dem Zwecke der Verwendung für solche produziert und gelagert. Das Leid, was sie verursacht haben bzw. die weiterhin mögliche Bedrohung waren einige Gründe für die seltene internationale Einigkeit, die 1993 zur Unterzeichnung des CWÜ durch 130 Staaten

Neue Technologien bergen Gefahren Aber nach Ansicht von Schmidt gibt es für die Schweiz als Pharma-und Chemiestandort noch andere Gründe, sich zu engagieren: «Die Entwicklungen in der Technologie und die vielen technischen Neuerungen müssen genau beobachtet werden.» Darunter fallen einerseits die Möglichkeiten der schnellen Synthese chemischer Substanzen als auch die des Screenings, so sind die Mikroreaktortechnik zur schnellen Synthese von Peptiden oder die Mikrowellenassistierten chemischen Synthesen nur zwei von mehreren neueren Technologien, die erst in den letzten 10 – 20 Jahren grössere Bedeutung erlangten. Parallele Mehrkomponentensynthesen sind breit verfügbar, und es ist möglich geworden, Substanzen hocheffizient parallel auf ihre biologische Aktivität in vitro zu testen, sodass bereits Daten über Millionen neuer biologisch aktiver Chemikalien existieren. Hinzu kommt die immer genauere Kenntnis der Wissenschaft über die Funktionsweise des menschlichen Gehirns und des

Die Organisation für das Verbot Chemischer Waffen (Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons, OPCW) ist eine autonome internationale Organisation, die über verschiedene Verträge an die Vereinten Nationen gebunden ist. Ihr Sitz ist Den Haag in den Niederlanden. Über 500 Mitarbeiter aus rund 80 Ländern arbeiten für die OPCW. Ihre Mitgliedsstaaten decken etwa 98 Prozent der Weltbevölkerung sowie 98 Prozent der weltweit existierenden chemischen Industrie ab. Das Budget der Organisation beträgt etwa 75 Millionen Euro pro Jahr. Quelle: OPCW

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Proben für Ringversuch der OPCW

– darunter die Schweiz – führte. Vier Jahre später trat das Abkommen offiziell in Kraft, gegenwärtig haben es 188 Staaten ratifi ziert. Die weltweite Vernichtung der Lagerbestände an chemischen Waffen hätte dem CWÜ zufolge bereits 2012 abgeschlossen sein müssen. Doch wie bei atomaren Waf-

Test von Detektionsgeräten

Zahl des Monats 166

Beat Schmidt, Chef Rüstungskontrolle im Fachbereich Chemie des Bundesamts für Bevölkerungsschutz vom Labor Spiez

fen ist auch die nachhaltige und sorgfältige Vernichtung chemischer Kampfstoffe komplizierter, teurer und langwieriger als deren Herstellung. Deshalb hofft man nun, dass vor allem die zwei Nationen mit den initial grössten deklarierten Beständen – Russland (40 000 Tonnen) und die USA (28 500 Tonnen) – den Rest bis 2017 (Angabe durch Russland) bzw. 2023 (Angabe der USA) beseitigt haben. Neben dem Verbot chemischer Waffen sind im CWÜ auch entsprechende Kontrollregimes festgelegt. So müssen die Regierungen der OPCW jedes Jahr über die Um-

369 433 581

Dies ist die Zahl theoretisch möglicher Moleküle bis zu einer Grösse von 17 Atomen. Der Berner Chemiker Jean-Louis Reymond hat diese Zahl über eine Computer-Simulation ausgerechnet. Es ist die neueste aus einer Reihe von Zählungen der letzten Jahre. So wurden für eine Grösse von 11 Atomen etwa 26,4 Millionen Möglichkeiten und für 13 Atome 977 Millionen Möglichkeiten gefunden. 17 Atome sind insofern interessant, da in dieser Grössenordnung auch einige medizinische Wirkstoffe zu finden sind. Verglichen mit den etwa 166 Billionen möglichen Stoffen stellen die 367 bestätigten Pharmaka bis zu dieser Grösse aber einen winzigen Anteil dar. Auch die Zahl je in einer wissenschaftlichen Publikation erwähnten Stoffe mit etwas mehr als 70 Millionen mutet noch gering an – insbesondere, da in dieser Zahl alle Verbindungen enthalten sind, auch die, die aus mehr als 17 Atomen bestehen. Es gibt also noch genug zu entdecken. (SW) Quelle: Universität Bern, J Chem Inf Model, CAS

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setzung der Regelungen berichten. Das umfasst neben der Vernichtung der Chemiewaffen auch die Kontrolle von Forschungslabors, welche Chemiewaffenrelevante Tätigkeiten gemeldet haben und zivilen Chemieunternehmen, weltweit etwa 5000. Hintergrund dieser Inspektionen ist der Fakt, dass viele Chemikalien zwar für zivile Zwecke hergestellt werden, jedoch als Ausgangsstoffe für chemische Waffen missbraucht werden können (Dual-useGüter). So gibt es entsprechend der drei Listen über chemische Kampfstoffe der CWÜ verschiedene vorgeschriebene Kontrollen, aber auch – zumindest theoretisch – Verdachtsinspektionen, die von einem Vertragsstaat beantragt werden können. In der Schweiz sind der OPCW 45 Werke gemeldet. Aufgrund ihrer Tätigkeiten sind die meisten dieser gemeldeten Werke inspektionspflichtig und werden regelmässig durch ein internationales Inspektorenteam inspiziert. Vergleicht man die politische Situation bei Vertragsabschluss des CWÜ vor zwanzig Jahren mit heute, fällt vor allem eines auf: Die Bedrohungslage in den letzten Jahren hat sich geändert. Während früher fast immer Staaten hinter dem Einsatz von Chemiewaffen standen, zeigt die jüngere Vergangenheit, dass die Gefahr nicht mehr primär von einem Staat ausgehen muss, sondern im Terrorismus einen anderen, viel schwerer kontrollierbaren Kanal gefunden hat. Als Beispiel sei nur der Giftgasanschlag in der Tokioter U-Bahn 1995 mit dem Nervengas Sarin genannt. Genauso gefährlich ist die Tatsache, dass es noch immer acht Nationen gibt, die das CWÜ noch nicht unterzeichnet beziehungsweise den Vertrag noch nicht ratifiziert haben, darunter Syrien, Ägypten, Somalia, Nordkorea, Angola, Myanmar, Israel und der Südsudan. Das ist gerade vor dem Hintergrund der aktuellen politischen Ereignisse in Syrien und in Nordkorea von Bedeutung – vor allem in Syrien als nicht zu unterschätzender militärischer Kraft im Nahen Osten werden grössere Bestände an chemischen Kampfstoffen wie Senfgas oder Sarin vermutet. Obwohl noch einige Probleme zu bewältigen und Mängel zu beheben sind, sind die OPCW und das CWÜ ein selten erfolgreiches Beispiel in der Geschichte, bei dem sich Nationen verschiedener historisch-

politischer oder religiöser Hintergründe auf ein gemeinsames Ziel geeinigt haben und dieses verfolgen und kontrolliert umsetzen.

Quellen: Bundesamt für Bevölkerungsschutz, Labor Spiez (www.labor-spiez.ch) Chemikalienkontrollverordnung (www.admin.ch/ch/d/sr/9/ 946.202.21.de.pdf) Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons (www.opcw.org) www.globalsecurity.org Chemiewaffen-Verbot: Stand und Perspektiven, CSS-Analysen zur Sicherheitspolitik der ETH Zürich Nr. 122 (2012) LK Sydnes, «Policy: Update the Chemical Weapons Convention», Nature 496(7443), 25–26 (2013)

Über diesen QR Code findet man den Konferenzbericht des Technischen Workshops über handlungsunfähig machende Chemikalien (incapacitating chemica agents, ICA). Kopien können auch unter laborspiez@babs.admin.ch bestellt werden.

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Bilder: Universität Bern, Wuethrich, Reymond

Jean-Louis Reymond ordnet mit seinem Team die Moleküle. So können neue Wirkstoffe schnell gefunden werden.

Künftige Synthese neuer Wirkstoffe auf Basis von Datenbanken

Die Antwort ist 42 Der englische Autor Douglas Adams gibt in seinem bekannten Science-Fiction-Roman «Per Anhalter durch die Galaxis» die Zahl 42 als nicht ganz so ernst gemeinte Antwort auf die Frage «nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest». Demgegenüber hat die Zahl 42 für Forscher aus Bern eine ganz konkrete Bedeutung: Sie unterscheiden chemische Verbindungen anhand von 42 verschiedenen Parametern. Dieser 42-dimensionale chemische Raum ermöglicht es, gezielt neue Chemikalien zu suchen und zu erforschen. Mit einer Software visualisieren die Forscher die Vielfalt chemischer Substanzen.

Sebastian Wagner Die theoretischen Kombinationsmöglichkeiten zur Verbindung von Atomen zu Molekülen sind unendlich. Das dadurch schier unerschöpfliche Potential neuer Wirkstoffe steht der noch grösseren Vielfalt der gesamten Moleküle gegenüber. Somit ist es für Pharmazeuten eine grosse Herausforderung, den richtigen Ansatz für die Entwicklung eines neuen Medikaments zu finden. Diese Problematik griff die Forschungsgruppe um Jean-Louis Reymond von der Universität Bern auf und arbeitet seit etwa 10 Jahren an einer systematischen Lösung. Die Wissenschaftler kategorisieren Moleküle aus Datenbanken, wie zum Beispiel «PubChem». «Wir beschreiben die Moleküle anhand einfacher Deskriptoren , die die strukturellen Eigenschaften abzählen», erklärt Reymond. «Strukturell 10

ähnliche Moleküle weisen oft ähnliche Bioaktivitäten auf.» So kann eine virtuelle Karte – die Forscher nennen sie den «chemischen Raum» – gezeichnet werden, auf der man nach einem bestimmten biochemischen Verhalten suchen und dabei Moleküle finden kann, die mit einiger Wahrscheinlichkeit diese Eigenschaften aufweisen. Dieses Prinzip klingt sehr einfach, ist in der Chemie aber schwer anzuwenden, da die chemische und biologische Aktivität von vielen verschiedenen Parametern abhängen.

Das Periodensystem der Moleküle Um eine ausreichende Separation der Moleküle in diesem chemischen Raum zu gewährleisten, legten die Forscher 42 verschiedene Richtwerte fest. Diese soge-

nannten molekularen Quantenzahlen (MQN) beschreiben Eigenschaften wie die Anzahl verschiedener Atome und Bindungen oder Ladungen im Molekül. Obwohl die Unterscheidung in 42 Dimensionen schon recht aufwändig ist, existieren für einen Satz von MQN oft verschiedene Verbindungen. Diese weisen häufig eine verwandte Struktur und ähnliche Charakteristika auf. Auf Basis der MQN können Forscher im chemischen Raum «Nachbarschaftsbeziehungen» untersuchen und so neue Moleküle mit ähnlichen Eigenschaften finden. Dieses Prinzip ist aus dem Periodensystem bekannt. Stoffe einer Gruppe oder Periode sind einander oft sehr ähnlich, man denke an die Reaktivität der Halogene oder die leichte Ionisierbarkeit der Alkalimetalle. Ein Periodensystem nach den 42 MQN ist nicht 2-dimensional, wie die klassische Variante, sondern eben 42-di5/2013

CHEMIE

Darstellung der PubChem-Datenbank in der Software MQN Mapplet zusammen mit 6 virtuellen Kategorien von Verbindungen: In der Horizontalen variieren die Verbindungen in der Ringanzahl, vertikal in der Polarität. Daraus ergibt sich die maximale Variabilität, und die einzelnen Molekülklassen können gut voneinander unterschieden werden (farblich hervorgehoben).

mensional. Das menschliche Vorstellungsvermögen mag damit überfordert sein, nicht aber ein Computer. Innert Sekundenbruchteilen findet er passende Moleküle zu den gewünschten MQN.

Die Entdeckung des chemischen Universums Der Grossteil aller theoretisch möglichen chemischen Verbindungen wurde noch nie synthetisiert. Reymond und sein Team haben all diese Moleküle bis zu Grössen von 11, 13 und 17 Atomen (ohne Wasserstoff) in einer jeweils eigenen generierten Datenbank (GDB) erfasst, der «GDB des chemischen Universums». In Kombination mit den 42 Parametern des chemischen Raumes ist das ein völlig neuer Weg zur Entwicklung bioaktiver Substanzen. «Die GDB kann dazu verwendet werden, um nach neuen Molekülen zu suchen, bevor diese synthetisiert werden», so Reymond. «Im Prinzip das ultimative Tool für chemische Innovationen.» So können Forscher anhand der Eigenschaften der theoretischen Verbindungen Hypothesen entwickeln, die auf

Über diesen QR-Code gelangt man auf die Seite der Forschungsgruppe. Man findet dort die MQN Mapplet Software zum freien Download (Java, plattformunabhängig).

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MQN Mapplet Projektion der GDB des chemischen Universums von allen bis zu 13 Atomen grossen Molekülen (ohne Wasserstoffe). Horizontal unterscheiden sich die Moleküle in der Ringanzahl und vertikal in der Polarität. Mit der Software können verschiedene andere MQNs durch Farben dargestellt werden: links ist so die Zahl an Wasserstoffbrückenbindungs-Akzeptoren gekennzeichnet, rechts die Anzahl der in Ringen vorhandenen Atome.

den bereits realisierten «Nachbarn» im chemischen Raum basieren.

Software erlaubt Einblick in die Vielfalt der Chemie Selbst die Zahl der bereits synthetisierten Moleküle geht in die Millionen. Die Berner Forscher haben nun eine einfach zu bedienende Software entwickelt, die verschiedene im chemischen Raum erfasste Datenbanken sichtbar macht. Reymond erklärt die Funktionsweise des Tools: «Das MQNMapplet bietet einen 2-dimensionalen Schnitt durch den 42-dimensionalen chemischen Raum in der Ebene der höchsten Variabilität, es handelt sich also um ein gutes Werkzeug, mit dem man chemische Datenbanken durchsuchen kann, ohne nach speziellen Kriterien suchen zu müssen.» Auf dieser Ebene können verschiedene chemische Eigenschaften durch unterschiedliche Farben dargestellt werden. Die aktuelle Version des Mapplets beinhaltet unter anderem neben der PubChem-Datenbank und den GDB des chemischen Universums für die Grössen von 11 und 13 Atomen auch die ZINC Datenbank, die alle kommerziell erhältlichen chemischen Substanzen auflistet.

Anwendungsgebiet: Wirkstoff-Entwicklung Die vom Schweizerischen Nationalfond und der Universität Bern im Projekt TransCure getragene Forschung hat schon Nutzen gebracht: Für die Entwicklung von einigen bioaktiven Substanzen haben die Berner Wissenschaftler bereits auf die Erfassung der GDB des chemischen Universums im

chemischen Raum zurückgreifen können. Insbesondere für die Entwicklung von Nikotin-Rezeptor-Liganden wendete Reymond mit seinen Doktoranden, deren wertvollen Beiträge zur Forschung er hervorhebt, die GDB erfolgreich an. In die Zukunft blickt der Chemiker realistisch, aber zuversichtlich: «Unsere Arbeit ist primär für die Erforschung kleinmolekularer Wirkstoffe nützlich – neben der Pharma-Branche scheinen aber auch Firmen interessiert zu sein, die Pflanzenschutzmittel sowie Duftund Geschmacksstoffe entwickeln.» Originalpublikationen M Awale, R van Deursen, JL Reymond, «The MQN-Mapplet: Visualization of Chemical Space with Interactive Maps of DrugBank, ChEMBL, PubChem, GDB-11 and GDB-13», J Chem Inf Model 53(2), 509–518 (2013) L Ruddigkeit, LC Blum, JL Reymond, «Visualization and Virtual Screening of the Chemical Universe Database GDB-17», J Chem Inf Model 53(1), 56–65 (2013) JL Reymond, M Awale, «Exploring chemical space for drug discovery using the chemical universe database», ACS Chem Neurosci 3(9), 649–657 (2012)

Kontakt Prof. Jean-Louis Reymond Departement für Chemie und Biochemie Universität Bern, Schweiz jean-louis.reymond@ioc.unibe.ch www.reymond.dcb.unibe.ch

CHEMIE

Strömungsmodell komplexer Flüssigkeiten auf Basis eines einfachen Stabes

Ketchup schlägt Purzelbäume

Bild: Andreas Battenberg / TUM

Bild: Markus Harasim / TUM

Blut, Farbe oder Ketchup sind komplexe Flüssigkeiten, die aus mehreren unterschiedlichen Bestandteilen zusammengesetzt sind. Diese besonderen Eigenschaften bilden die Grundlage für verschiedene Technologien. Dafür benötigen Ingenieure Modelle, die das Verhalten dieser Flüssigkeiten berechenbar machen. Forscher der Technischen Universität München und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben nun ein solches Modell entwickelt.

Forscher haben das ungewöhnliche Verhalten komplexer Flüssigkeiten mit einem fluoreszierenden Stoff sichtbar gemacht und aus ihren Beobachtungen ein mathematisches Modell entwickelt.

Markus Harasim verfolgt am Mikroskop die Bewegung von Polymermolekülen in einem Strömungskanal.

Das ungewöhnliche Verhalten komplexer Flüssigkeiten kennen wir aus dem Alltag: Kuchenteig steigt beim Rühren am Rührstab hoch, Ketchup wird flüssiger, wenn man ihn schüttelt. Auch die Technik nutzt solche Phänomene: Wenn man eine kleine Menge langkettiger Kunststoffmoleküle zugibt, kann eine Pipeline viel mehr Erdöl transportieren. Die Polymere verringern den Fliesswiderstand. Doch der Ursprung dieser Effekte war bislang unklar. Ingenieure waren auf Schätzungen und langwierige Versuchsreihen angewiesen. Das Physikerteam unter Leitung von Andreas Bausch entwickelte nun ein Beschreibungsmodell für solche Flüssigkeiten. Experimentelles Herzstück der Arbeit sind ein

Die Wissenschaftler haben die Bewegungen des Polymers auf Video aufgenommen und auf der Website der TUM frei verfügbar gemacht. Zum Betrachten ist der Adobe Flashplayer erforderlich.

feiner Strömungskanal und eine Mikrokamera. Ähnlich der Kamera, die bei Formel 1-Rennen von oben auf die Boxengasse blickt, beobachteten die Wissenschaftler damit die Bewegungen einzelner Polymermoleküle in einer Strömung. Über die daraus gewonnen Erkenntnisse berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift «Physical Review Letters»: Sie entwickelten ein theoretisches Modell für die Bewegung verschieden steifer Moleküle in der Strömung auf Grundlage ihrer Analysen. Darüber hinaus gelang es ihnen auch, bislang vermutete Bewegungsmuster experimentell zu bestätigen. «Aufgrund der unglaublich grossen Zahl von Freiheitsgraden ist die Untersuchung und Beschreibung der Bewegung von Polymeren eine grosse Herausforderung», erklärt Markus Harasim. Schon ein einfaches System aus Wasser und Polymer zeigt die Effekte komplexer Flüssigkeiten. Um darin die lang gestreckten Moleküle sichtbar zu machen, markierten die Physiker die Polymere mit einem fluoreszierenden Farbstoff. So konnten sie die Bewegungen unter verschiedenen Bedingungen studieren. Bei der mathematischen Modellierung zeigte sich zu ihrer Überraschung, dass bereits das einfache Modell eines steifen Stabes als Ausgangsbasis geeignet war. Dieses Modell verfeinerten die Wissenschaftler dann

unter Berücksichtigung der Wärmebewegung, der Biegsamkeit des Moleküls und des höheren Strömungswiderstands eines gebogenen Polymers. Bernhard Wunderlich hat bereits die nächsten Herausforderungen im Blick: «Da wir die mikroskopischen Mechanismen nun kennen, können wir darauf Modelle für kompliziertere Geometrien und Strömungen aufbauen. Und mit dem vorgestellten experimentellen Ansatz sollten sich diese auch beweisen lassen.» Quelle: Technische Universität München Originalartikel M Harasim, B Wunderlich, O Peleg, M Kröger, A Bausch, «Direct Observation of the Dynamics of Semiflexible Polymers in Shear Flow», Phys Rev Lett 110(10), 108302 (2013)

Kontakt Prof. Andreas Bausch Physik-Department Technische Universität München, Deutschland abausch@ph.tum.de www.bio.ph.tum.de/home/ e27-prof-dr-bausch/bausch-home.html

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CHEMIE

Röntgenlaser ermöglicht Live-Aufnahmen chemischer Reaktionen

In Echtzeit bei den Molekülen

Bild: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

Ein internationales Forscherteam hat mit dem weltstärksten Röntgenlaser einen Katalysator auf Molekülebene in Aktion beobachtet. Die Untersuchung zeigt überraschende Details einer chemischen Reaktion und eröffnet die Möglichkeit, diese ultraschnellen Vorgänge live zu verfolgen. Erstmals wiesen die Wissenschaftler direkt einen Übergangszustand nach, in dem die Moleküle kurzzeitig über dem Katalysator schweben, bevor sie endgültig davonfliegen. Die Untersuchungsmethode bringt neue Einblicke in die Welt der Oberflächenchemie und kann zur Verbesserung einer Vielzahl von Katalysatoren beitragen.

Die Experimente am Freie-Elektronen-Laser LCLS in Kalifornien zeigten in Echtzeit, wie Kohlenmonoxid-Moleküle an der Oberfläche eines Katalysators reagieren.

Katalysatoren sind Stoffe, die eine chemische Reaktion beschleunigen oder überhaupt erst ermöglichen, selbst dabei jedoch unverändert bleiben. Sie sind in zahlreichen industriellen Prozessen unverzichtbar, von der Umwelttechnik, über die Herstellung von Kraftstoffen bis zur Produktion von Dünger für die Landwirtschaft. Das wohl bekannteste Beispiel ist der Abgaskatalysator im Auto: Er besteht unter anderem aus dem Edelmetall Platin, das auf seiner Oberfläche die Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) ermöglicht. Eine Gruppe von Wissenschaftlern um Martina Dell´Angela und Wilfried Wurth von der 5/2013

Advanced Study Group der Universität Hamburg im Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) schildert nun im Fachjournal «Science», wie das Geschehen an Katalysatoroberflächen in Echtzeit aussieht. Die Forscher untersuchten am Röntgenlaser LCLS (Linac Coherent Light Source) des US-Beschleunigerzentrums SLAC die Anlagerung von Kohlenmonoxid an eine Katalysatoroberfläche aus dem Metall Ruthenium. Dabei konnten sie detailliert verfolgen, wie die Kohlenmonoxidmoleküle sich von der Rutheniumoberfläche lösen. «Das Molekül fliegt nicht einfach davon. Es verharrt einen Moment in einem schwach gebundenen Übergangszustand über der Oberfläche, in dem es immer noch mit ihr wechselwirken kann», berichtet Dell´Angela. «Das ist beispielsweise wichtig, um zu verstehen, wie neue Moleküle einen Platz auf einer bereits fast voll besetzten Katalysatoroberfläche finden können.» «Dieser kurzlebige Übergangszustand war bereits vor mehr als einem halben Jahrhundert postuliert worden. Zum ersten Mal liess er sich jetzt tatsächlich beobachten», erläutert Wurth, und Anders Nilsson vom Zentrum für Grenzflächenforschung und Katalyse des SLAC und der Universität Stanford ergänzt: «Wir haben überhaupt nicht erwartet, diesen Zustand zu sehen. Das war eine Überraschung.» Unter anderem stellten die Forscher fest, dass erstaunlich viele Moleküle für unerwartet lange Zeit in diesem Zustand verharren. Bis zur Verfolgung einer vollständigen katalytischen Reaktion auf einem grosstechnisch verwendeten Katalysator mit einem Röntgenlaser ist noch experimentelle Entwicklungsarbeit nötig. Doch laut Wurth ist die Beobachtung der Kohlenmonoxid-De-

sorption an Ruthenium ein wichtiger erster Schritt in die Erkundung der ultraschnellen Dynamik von Oberflächenreaktionen. Er betont: «Wir haben mit dieser Untersuchung gezeigt, dass die Beobachtung dieser Prozesse mit Röntgenlasern möglich ist. Das eröffnet auch die Möglichkeit, wesentlich komplexere Reaktionen zu untersuchen.» Die Forscher gehen davon aus, dass solche Untersuchungen zahlreiche Überraschungen zutage fördern. «Eine Reaktion wie diese in Echtzeit zu beobachten, ist der Traum eines Chemikers», meint Nilsson. «Es ist wirklich ein Sprung ins Unbekannte.» Quelle: Deutsches Elektronensynchrotron DESY Originalpublikation M Dell´Angela et al., «Real-Time Observation of Surface Bond Breaking with an X-ray Laser», Science 339(6125), 1302–1305 (2013)

Kontakt Prof. Wilfried Wurth Advanced Study Group am CFEL Universität Hamburg Hamburg, Deutschland wilfried.wurth@desy.de uniexp.desy.de Prof. Anders Nilsson Surface Science and X-ray Spectroscopy SLAC National Accelerator Laboratory Menlo Park, CA, USA nilsson@slac.stanford.edu www-ssrl.slac.stanford.edu/nilssongroup

CHEMIE

Wie ein wandelbares Molekül durch Lösungsmitteleffekte eine Struktur bekommt

Chemisches Chamäleon gebändigt Chemiker der Universität Bochum haben kürzlich herausgefunden, wie man das Chamäleon unter den Molekülen dazu bringt, sich auf ein bestimmtes «Aussehen» festzulegen. Das Molekül CH5+ ist normalerweise nicht durch eine einzige starre Struktur beschreibbar, sondern dynamisch flexibel. Mit Computersimulationen hat das Forscherteam nun gezeigt, dass CH5+ eine bestimmte Struktur annimmt, sobald man Wasserstoffmoleküle anlagert. In Zukunft soll diese Erkenntnis insbesondere zu einem besseren Verständnis von experimentellen Schwingungsspektren beitragen.

Bilder: Wikipedia

Die Supersäure CH5+, auch protoniertes Methan genannt, kommt im Weltall vor – dort, wo sich neue Sterne bilden. Forscher entdeckten das Molekül schon in den 1950er-Jahren, doch viele seiner Eigenschaften sind nach wie vor unbekannt. Anders als herkömmliche Moleküle, in denen alle Atome eine feste Position besitzen, bewegen sich die fünf Wasserstoffatome

Protoniertes Methan, CH 5 + , wird seiner dynamisch flexiblen Struktur wegen auch als «chemisches Chamäleon» betitelt.

in CH5+ ständig um das Kohlenstoffzentrum. Wissenschaftler sprechen von «hydrogen scrambling». Zwei Arbeitsgruppen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Universität Köln haben diese dynamisch flexible Struktur jetzt aufgeklärt. Das RUB-Team von Dominik Marx wollte nun weiter wissen, ob sich die Struktur unter bestimmten Bedingungen durch Anlagerung von Lösungsmittelmolekülen «einfrieren» lässt – ein Prozess, der Mikrosolvatation heisst.

len in die Gasphase zu transferieren. Um die CH5+ -Wasserstoff-Komplexe zu beschreiben, reichen klassische «ab initio»Molekulardynamik-Simulationen nicht aus. Denn das «hydrogen scrambling» beruht auf Quanteneffekten. Daher nutzte Marx’ Gruppe eine selbst entwickelte, vollends quantenmechanische Methode: die sogenannten «ab initio»-Pfadintegral-Simulationen. Mit ihnen lassen sich die essenziellen Quanteneffekte temperaturabhängig in die Rechnung einbeziehen.

Der Prozess der Mikrosolvatation

Wasserstoffmoleküle verleihen Struktur

Zu diesem Zweck umgaben die Chemiker das CH5+ -Molekül virtuell mit einigen wenigen Wasserstoffmolekülen (H2). Dabei passiert im Ergebnis das Gleiche, wie wenn man normale Ionen in Wasser löst: An jedes Ion lagert sich eine relativ fest gebundene Hülle aus Wassermolekülen an, um anschliessend einzelne Ionen mit einigen daran gebundenen Lösungsmittelmolekü-

Die Chemiker führten die Simulationen für eine Temperatur von 20 Kelvin durch; das entspricht minus 253 Grad Celsius. In nicht gelöster Form tauschen die Wasserstoffatome im CH5+ -Molekül auch bei so niedrigen Temperaturen permanent ihre Positionen – und zwar ausschliesslich aufgrund von quantenmechanischen Effekten. Wenn das CH5+ nun aber von Wasserstoff umgeben

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CHEMIE

der superflüssigen Phase aufgrund von quantenstatistischen Effekten nicht unterscheidbar sind. Seit kurzem wird die neue Methode auch auf reale Fragestellungen angewendet. Quelle: Ruhr-Universität Bochum

«Zähmung» durch Mikrosolvatation: Je nachdem, wie viele H 2-Lösungsmittelmoleküle (blau) sich an das CH 5 + -Molekül anlagern, verändert sich der Bereich, innerhalb dessen sich die Wasserstoffatome des CH 5 + -Moleküls bewegen (rot) – seine Struktur wird also teilweise «eingefroren». Die Flächen repräsentieren quantenmechanische Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichten bei einer Temperatur von 20 Kelvin.

ist, wird das «hydrogen scrambling» stark beeinflusst und kann sogar ganz zum Erliegen kommen: Das Molekül nimmt eine rudimentäre Struktur an. Wie genau diese aussieht, hängt davon ab, wie viele Wasserstoffmoleküle sich an ein CH5+ -Molekül anlagern. «Mich interessiert nun besonders, ob superflüssiges Helium – ähnlich wie hier der Wasserstoff – auch die Wanderung der Wasserstoffe im CH5+ stoppen kann», sagt

Marx. Experimentell arbeitende Forscher nutzen superflüssiges Helium, um hochaufgelöste Spektren von darin eingelagerten Molekülen zu messen. Für CH5+ ist dies bislang nicht möglich. Doch die Theoretischen Chemiker aus Bochum haben bereits eine neue, noch aufwändigere pfadintegralbasierte Simulationsmethode entwickelt. Diese trägt dem besonderen Umstand Rechnung, dass die Heliumatome in

Originalpublikation A Witt, S Ivanov, D Marx, «Microsolvation-Induced Quantum Localization in Protonated Methane», Phys Rev Lett 110(8), 083003 (2013)

Kontakt Prof. Dominik Marx Lehrstuhl für Theoretische Chemie Ruhr-Universität Bochum Bochum, Deutschland dominik.marx@rub.de www.theochem.rub.de/research/marx

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BIOWISSENSCHAFTEN

Schon ein minimaler Reiz versetzt Dictyostelium discoideum in Schwingung

Amöben mit Rhythmus Die Amöbe Dictyostelium discoideum gilt als «Lieblingstier» vieler Biologen und mancher Physiker: Der normalerweise in der Erde lebende Einzeller ist ein Modellorganismus für unterschiedlichste Zellen, die ihre Form verändern oder sich fortbewegen können, sobald sie chemische Konzentrationsänderungen in ihrer Umgebung wahrnehmen. Beispiele sind etwa Krebszellen, embryonale Zellen in einem sehr frühen Entwicklungsstadium oder Zellen in der Wundheilung. Nun verblüfft die Amöbe durch eine faszinierende Eigenschaft: eine innere Schwingung im 20-Sekunden-Takt. Damit reagiert die Amöbe auf minimale Reize aus ihrer Umgebung.

wenn sie den Hilferuf empfängt und ihren inneren «Motor» anschaltet.

Bilder: MPIDS

Ein Modell für viele

Rhythmischer Auf- und Abbau des Strukturproteins Aktin in der Amöbe Dictyostelium discoideum: Im linken Bild befindet sich noch recht viel Aktin (grüne Färbung) im Innern der Zelle. Einige Sekunden später (rechtes Bild) hat sich die Aktinstruktur zum Rand hin verlagert.

Die Amöbe Dictyostelium discoideum – oft verkürzend nur «Dicty» genannt – ist eine feinfühlige Kreatur: Bereits kleinste Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung der Umgebung kann der Einzeller wahrnehmen. Besonders in Notlagen zahlt sich diese Fähigkeit aus. Sobald die Amöbe nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen versorgt wird, sendet sie chemische Hilferufe an ihre Nachbarn aus: eine kleine Menge des Signalstoffs cAMP (Cyclisches Adenosinmonophosphat). Die Artgenossen registrieren das Signal und senden ihrerseits einen Hilferuf aus. Dadurch entstehen wie von selbst kreisförmige Spiralwellen von Hilferufen. Diesen Hilferufen folgen die Zellen, kriechen zum Wellenzentrum und ballen sich dort zusammen. Dann bilden die Zellen im Verbund einen Fruchtkörper mit Sporen aus, die so lange erhalten bleiben, bis die Umweltsituation wieder Nahrung bietet. Physiker vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) haben nun untersucht, was genau im Innern der einzelnen Zelle geschieht, 16

«Dicty ist nicht die einzige Zelle, die auf einen äusseren, chemischen Stimulus reagiert», erklärt Eberhard Bodenschatz vom MPIDS die Motivation für die neue Studie. Die Zellen von Embryonen in einem sehr frühen Entwicklungsstadium etwa sind zunächst alle gleich. Ein Mensch oder Tier könnte so daraus nicht entstehen. Erst unterschiedliche Konzentrationen bestimmter Signalstoffe bewirken, dass sich einige der Zellen etwa zu Gehirnzellen, andere zu Muskel- oder Knochenzellen entwickeln – und zwar möglichst an der richtigen Stelle. Ganz ähnlich regen bestimmte chemische Stoffe Zellen zur Wundheilung an. Eine entscheidende Rolle spielt das Strukturprotein Aktin. Als Geflecht feiner Röhren und Fasern durchzieht es das Innere der Zellen, verstärkt ihre Membran und verleiht so der gesamten Zellstruktur Stabilität – wie eine Art Skelett. Wissenschaftler sprechen vom Zytoskelett. Durch äussere chemische Reize gerät dieses Netzwerk in Bewegung und beginnt sich umzuorganisieren: Im Innern wird Aktin ab-, an der Innenseite der Zellmembran dagegen verstärkt aufgebaut.

Kunststück ist der Stoff DMNB-cAMP. «Ein kurzer Laserpuls kann diese Verbindung zerstören und so den Signalstoff cAMP freisetzen», so Westendorf. Damit die anschliessende Reaktion der Zelle unter dem Mikroskop mitverfolgt werden konnte, wurde ihr Aktin mit einem Fluoreszenz-Marker versehen. Erstaunlicherweise zeigten die Aufnahmen, dass nicht alle Amöben gleich reagieren. Während sich das Zytoskelett bei einigen nur einmal nach aussen verlagerte und dann wieder den Ausgangszustand annahm, kam es bei anderen zu mehreren Schwingungen. «In einem kleinen Prozentsatz der Zellen schwingt die Aktinstruktur sogar völlig ohne äusseren Reiz», so Westendorf.

Eine Schwingung mit Takt Um diesen Schwingungen nachzugehen, setzten die Forscher die Zellen in einem zweiten Schritt periodischen Stimulationen aus. Dabei zeigte sich bei einer Periode von etwa 20 Sekunden die stärkste Reaktion. «Dies beweist, dass der 20-SekundenRhythmus eine intrinsische Eigenschaft jeder Dicty-Zelle ist», so Carsten Beta vom MPIDS und der Universität Potsdam. Die Situation ist vergleichbar mit der eines Pendels, das mit einer ihm eigenen Frequenz schwingt. Stösst man das Pendel mit einer

Nicht alle Amöben sind gleich «In unseren Experimenten haben wir gezielt einzelne Zellen mit einer räumlich und zeitlich scharf begrenzten Konzentrationsänderung von cAMP konfrontiert», erklärt Christian Westendorf, der die Versuche durchgeführt hat. Schlüssel zu diesem

Die innere Schwingung des Zytoskeletts der Amöbe Dictyostelium discoideum als Filmsequenz

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ähnlichen Frequenz an, ist der Ausschlag am stärksten. Doch die Ergebnisse zeigen noch mehr: «Die Amöben leben offenbar am Rande einer Instabilität», erklärt Bodenschatz. Bereits kleinste, kaum messbare Veränderungen der äusseren Bedingungen können das Zytoskelett in Schwingung versetzen – oder auch nicht. Ein theoretisches Modell, mit dem die Forscher den Aufund Abbau des Zytoskeletts beschreiben, kommt zu demselben Ergebnis. Ein ähnliches Verhalten ist etwa von den Haarzellen im Innenohr bekannt. «Jede der Zellen ist somit eine Art Verstärker für äussere Reize: Winzige Unterschiede in den äusseren Bedingungen führen zu gravierenden Änderungen im Verhalten», so Bodenschatz. Die Zellen können dadurch besonders sensibel auf solche Unterschiede reagieren.

Was gibt den Takt an? Allerdings ist noch unklar, welchen Nutzen die rhythmischen inneren Umbauarbeiten den Amöben bieten und ebenso, warum der innere Takt in etwa den gefundenen 20 Sekunden folgt. In ihrer natürlichen Umgebung sind die Einzeller solch vergleichsweise schnellen Signalen nicht ausgesetzt. Die Hilferufe ihrer Artgenossen erfolgen in der Regel im Abstand einiger Minuten. «Allerdings bilden die Zellen bei der Fortbewegung im Abstand von 10 bis 20 Sekunden Ausstülpungen der Zellmembrane aus», so Bodenschatz. «Möglicherweise braucht die Zelle diese innere Uhr, um sich fortzubewegen.» Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation C Westendorf, J Negrete, Jr., AJ Bae, R Sandmann, E Bodenschatz, C Beta, «Actin cytoskeleton of chemotactic amoebae operates close to the onset of oscillations», PNAS 110(10), 3853–3858 (2013)

Kontakt Prof. Eberhard Bodenschatz Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS), Göttingen, Deutschland eberhard.bodenschatz@ds.mpg.de www.ds.mpg.de Prof. Dr. Carsten Beta Biologische Physik Institut für Physik und Astronomie Universität Potsdam Potsdam, Deutschland beta@uni-potsdam.de, www.bio.physik.uni-potsdam.de Christian Westendorf Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) Göttingen, Deutschland christian.westendorf@ds.mpg.de, www.ds.mpg.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Entdeckte ADP-Ribosylhydrolasen beeinflussen in Krankheiten involvierte Enzyme

Protein-Modifikationen gezielt manipulieren

lulären Stressreaktionen und bei der Genregulation wichtig. Hierbei heften sogenannte ADP-Ribosyltransferasen das Molekül ADP-Ribose an Proteine und ändern dadurch deren Funktion. In den letzten Jahren wurden viele ADP-Ribosyltransferasen entdeckt, die einzelne oder mehrere ADP-Ribosen auf verschiedene Proteine übertragen können. Enzyme hingegen, die diese Ribosen wieder entfernen können, sind weniger bekannt. Eine neue Gruppe solcher Enzyme, sogenannte ADP-Ribosylhydrolasen, haben nun die Forschenden um Michael Hottiger identifi ziert. Sie stellten fest, Die Struktur des humanen MacroD2 mit ADP-Ribose in der Bindungstasche. Als Vorlage für diese Abbildung diente die dass für die Entfernung der PDB 2X67-Kristallstruktur des humanen MacroD1. ADP-Ribosen eine sogenannte Makrodomäne verantwortlich Für einen gesunden Organismus ist es ent- ist. Bei menschlichen Proteinen, aber auch scheidend, dass Proteine zum richtigen bereits beim Archaebakterium ArchaeoZeitpunkt aktiv oder inaktiv sind. Die ent- globus fulgidus erfolgt die Entfernung von sprechende Regulierung basiert auf einer ADP-Ribosen über Makrodomänen. «Wir chemischen Modifikation der Proteinstruk- nehmen deshalb an, dass die Aufhebung tur: Enzyme fügen kleine Moleküle an be- der Modifikation bei verschiedenen Spezistimmten Stellen eines Proteins an oder es ähnlich abläuft», erläutert Hottiger. entfernen sie, wodurch das Protein aktiviert oder deaktiviert wird. Veterinärbiochemiker der Universität Zürich haben nun entdeckt, Enzym GSK3β wird inaktiviert wie die Inaktivierung eines für die Medizin Die Forschenden belegen zudem, dass wichtigen Proteins rückgängig gemacht ADP-Ribosylhydrolasen auch die ADP-Riwerden kann. bose des intensiv erforschten Enzyms GSK3β entfernen können. GSK3β reguliert die Synthese von Speicherstoffen und ist Neue Gruppe von beim Verlauf verschiedener Krankheiten ADP-Ribosylhydrolasen bedeutsam. Die ADP-Ribosylierung inaktiEine wichtige Protein-Modifikation ist die viert GSK3β, was durch die neu identifizierso genannte ADP-Ribosylierung. Diese ist ten Enzyme wieder rückgängig gemacht bei bestimmten Typen von Brustkrebs, zel- werden kann. «Unsere Entdeckung ermög18

Bild: F. Freimoser

Bild: A. Caflisch, E. Frugier

Die Aktivität von Proteinen ist streng reguliert – falsche oder mangelnde Proteinregulierung kann zu unkontrolliertem Wachstum und somit zu Krebs oder chronischen Entzündungen führen. Veterinärbiochemiker haben nun Enzyme identifiziert, welche die Aktivität medizinisch wichtiger Proteine regulieren können. Ihre Entdeckung ermöglicht es, diese Proteine gezielt zu manipulieren, wodurch sich neue Behandlungsmethoden für Entzündungen und Krebs auftun.

Makrodomänen-Proteine setzen die MonoADP-Ribose von modifiziertem Glutamat frei und sind deshalb das fehlende Element im Mono-ADP-Ribosylglutamat Modifikationszyklus.

licht es, die ADP-Ribose-Modifikation gezielt zu manipulieren und zu testen sowie neue Behandlungsmethoden für Krankheiten wie Entzündungen oder Krebs zu entwickeln», schliesst Hottiger. Quelle: Universität Zürich Originalpublikation F Rosenthal et al., «Macrodomain-containing proteins are new mono-ADP-ribosylhydrolases», Nat Struct Mol Biol 20(4), 502–507 (2013)

Kontakt Prof. Michael O. Hottiger Institut für Veterinärbiochemie und Molekularbiologie Universität Zürich, Schweiz hottiger@vetbio.uzh.ch www.vetbio.uzh.ch

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BIOWISSENSCHAFTEN

Einblick in die Kommunikation und Prozesse menschlicher Zellen

Die Schaltzentralen der Zellkommunikation Im vergangenen Jahr wurde der Nobelpreis fĂźr Chemie fĂźr die Entdeckung der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) verliehen. Jetzt haben Forscher unter Beteiligung des Paul Scherrer Instituts deren charakteristische Baumerkmale entdeckt, indem sie die bekannten Rezeptorstrukturen auf atomarer Ebene vermessen und fĂźr jede der Komponenten die exakten Positionen der Kontakte ermittelt haben, die zwischen den einzelnen MolekĂźlstrĂ¤ngen ausgebildet sind.

sie in den Bindungstaschen dieser Rezeptoren einen Universalstecker fĂźr andockende MolekĂźle gefunden. Das Wissen um diese im Lauf der Evolution konservierten Baumerkmale kann fĂźr die Entwicklung neuer Medikamente von erheblichem Nutzen sein. Ă&#x153;ber ihre Ergebnisse berichteten die Forscher im Wissenschaftsmagazin ÂŤNatureÂť. Rezeptoren sind komplexe BiomolekĂźle aus Proteinen, die in der Aussenhaut der Zelle, der Zellmembran, eingelagert sind. Sie bestehen aus Tausenden von Atomen und haben eine definierte rĂ¤umliche Struktur, die ihre Funktion bestimmt. Als eigentliche Schaltzentralen der Zellkommunikation erkennen sie Reize oder Botenstoffe, die von aussen an die Zelle gelangen und Ăźbertragen die Information Ăźber das angekommene Signal ins Zellinnere. Die Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) umfasst rund 800 verwandte Sensoren, die im KĂśrper unterschiedlichste Aufgaben Ăźbernehmen: Sie verarbeiten Licht-, Geruchs- und Geschmacksreize, vermitteln

Bild: Paul Scherrer Institut / Markus Fischer

Die Zellen im menschlichen KĂśrper kommunizieren unablĂ¤ssig miteinander, um ihre unterschiedlichen Aufgaben koordiniert zu erfĂźllen. Sie verfĂźgen dazu Ăźber Sensoren, mit denen sie Signale aus ihrer Umwelt empfangen kĂśnnen. Sensoren auf der OberflĂ¤che von Zellen werden Rezeptoren genannt. Zahlreiche Prozesse in unserem KĂśrper wie das Sehen, Riechen oder Schmecken werden durch eine wichtige Familie von Rezeptoren bewerkstelligt, die man G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) nennt. Dazu gehĂśren auch Rezeptoren, die GefĂźhlszustĂ¤nde steuern und fĂźr die Angst- und Stressreaktion mitverantwortlich sind. Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben nun zusammen mit Kollegen aus Grossbritannien die bislang bekannten rĂ¤umlichen Strukturen von GPCR analysiert und miteinander verglichen. So haben sie ein stabilisierendes GerĂźst von feinen Verstrebungen entdeckt, das in allen Rezeptoren vorkommt und daher charakteristisch ist fĂźr die Architektur der gesamten GPCR-Familie. Zudem haben

Die PSI-Forscher Gebhard Schertler (im Vordergrund) und Xavier Deupi besprechen die generellen Baucharakteristiken der Bindungstaschen von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren.

die Wirkung zahlreicher Hormone, darunter Adrenalin und Histamin, und erkennen Hirnbotenstoffe wie Dopamin oder Serotonin. Bindet ein Botenstoff an den fĂźr ihn bestimmten GPCR, wird das BiomolekĂźl aktiviert. Dadurch verĂ¤ndert sich seine Struktur

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Bilder: Paul Scherrer Institut / X. Deupi

BIOWISSENSCHAFTEN

Schematische Darstellung eines G-Protein-gekoppelten Rezeptors (GPCR) am Beispiel des Lichtrezeptors Rhodopsin. Im Inneren ist der Ligand (grün) zu sehen. Die roten Verstrebungen deuten die stabilisierenden Kontakte zwischen den Molekülstangen an, die für den Bau der GPCR-Familie charakteristisch sind. Die Zellmembran ist gelb eingefärbt. Der Teil im Bild oben ist ausserhalb, der untere Teil innerhalb der Zelle.

derart, dass auf der Innenseite der Membran ein so genanntes G-Proteinmolekül andocken kann. Die Bindung des G-Proteins an den Rezeptor löst eine Reihe von biochemischen Vorgängen aus, die je nach Zelltyp zu unterschiedlichen Antworten führen können.

Molekulare Signatur der GPCR-Familie In den letzten 20 Jahren hat die Strukturbestimmung im Bereich der GPCR enorme

Einblick in die Bindungstasche des GPCR Rhodopsin mit gebundenem Ligand (in grün). Die roten Linien deuten die Kontakte an, die in allen GPCR den Universalstecker zum Liganden bilden. Die Zellmembran ist gelb eingefärbt. Der Teil im Bild oben ist ausserhalb der Zelle, der Teil unten ist innerhalb.

Fortschritte gemacht, so dass heute die detaillierte Bauweise von 17 wichtigen Rezeptoren dieser Familie geklärt ist. GPCR bestehen generell aus insgesamt sieben aneinandergehängten, stangenförmigen Molekülteilen, die von aussen ins Innere der Zelle hineinreichen. Innerhalb dieses Gebildes sorgen feine elektrostatische Kräfte dafür, dass sich zwischen räumlich benachbarten Molekülstangen Kontakte ausbilden, die die Nanomaschine zusammenhalten. Forscher des PSI und des MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge ist es nun gelungen, die bekannten Rezeptorstrukturen auf atomarer Ebene zu vermessen und für jede der Komponenten die exakten Positionen der Kontakte zu ermitteln, die zwischen den einzelnen Molekülsträngen ausgebildet sind. Anschliessend haben die Wissenschaftler die gewonnenen Daten systematisch verglichen und konnten 24 gemeinsame Kontakte identifizieren, die in allen untersuchten Rezeptorstrukturen vorkommen und stets zwischen denselben Schlüsselpositionen im Molekül ausgebildet sind. «Man kann sich diese Kontakte als ein Gerüst von feinen Verstrebungen vorstellen, das im Lauf der Evolution konserviert wurde und charakteristisch ist für die Architektur der gesamten GPCR-Familie», erklärt Xavier Deupi, Strukturbiologe am Labor für Biomolekulare Forschung des PSI. Die Forscher entdeckten auch Ähnlichkeiten in den Bindungstaschen verschiedener

GPCR. Hier allerdings fokussierten sie sich auf Kontakte zwischen den Rezeptoren und ihren gebundenen Liganden, also den Signalmolekülen, die in der Bindungstasche andocken. «Die Bindungstaschen verschiedener Rezeptoren unterscheiden sich zwar stark, je nach Grösse und Form der Liganden. Dennoch konnten wir tief am Boden der Tasche eine Art Universalstecker identifizieren. Der Stecker umfasst vier Stellen im Protein, die zusammen stets vier Kontakte zum Liganden bilden – unabhängig davon, wie der Ligand im Einzelfall beschaffen ist», erläutert Deupi. Da der Universalstecker in allen Rezeptoren erhalten ist, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass dieser Bereich der Bindungstasche eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung der GPCR spielt.

Vergleichende Analyse von Proteinstrukturen Für ihre Untersuchungen haben die Forscher ein Verfahren entwickelt, welches es erlaubt, die Information über die räumliche Struktur von Proteinen auf das Muster der Kontakte innerhalb der Moleküle zu reduzieren. Um die gewonnen Muster vergleichen zu können, verwendeten sie die Methode der Netzwerkanalyse. Sie dient Bioinformatikern für gewöhnlich dazu, Interaktionen in biologischen Netzwerken zu studieren. «Dieser Ansatz erlaubt es uns erstmals, verwandte Rezeptorstrukturen 5/2013

BIOWISSENSCHAFTEN

unbefangen zu betrachten und Ähnlichkeiten herauszufiltern. Natürlich kamen dabei Kontakte heraus, die bereits bekannt waren. Damit konnten wir die Methode validieren. Die verbleibenden Kontakte, weit mehr als die Hälfte, haben wir effektiv neu entdeckt, darunter auch die Kontakte zwischen Universalstecker und Liganden», sagt Gebhard Schertler.

Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Medikamente GPCR sind bei etlichen Prozessen im Körper involviert. Sie agieren als Lichtsensoren in unseren Augen, ermöglichen uns das Riechen und Schmecken, steuern Angstund Stressreaktionen und regulieren unsere Gefühlszustände. Deshalb ist die GPCRFamilie von grossem Interesse für die pharmazeutische Forschung. «Die bessere Kenntnis der Rezeptorstrukturen und das Wissen um die gemeinsamen Baucharakteristiken trägt einerseits zu einem besse-

ren Verständnis fundamentaler Lebensvorgänge bei. Andererseits bilden die Ergebnisse auch die Grundlage für die computergestützte Entwicklung neuer Wirkstoffe. Unsere Resultate können etwa helfen, bessere Modelle von GPCR zu erstellen – auch von solchen, deren räumliche Struktur noch gar nicht im Detail geklärt ist», erklärt Deupi. Rund die Hälfte aller heute verfügbaren Medikamente wirken, indem sie an GPCRezeptoren binden und deren Aktivität beeinflussen. Bekannte Beispiele sind die als Beta-Blocker geläufigen Blutdruckmittel, entzündungshemmende Wirkstoffe wie Anti-Histaminika, verschiedene Psychopharmaka und Migränemittel. Quelle: Paul Scherrer Institut (PSI) Originalpublikation AJ Venkatakrishnan, X Deupi, G Lebon, CG Tate, GF Schertler, M Madan Babu,

«Molecular signatures of G-proteincoupled receptors», Nature 494 (7436), 185–194 (2013)

Kontakt Prof. Gebhard Schertler Departement für Biologie und Chemie Paul Scherrer Institut Villigen, Schweiz gebhard.schertler@psi.ch www.psi.ch/lbr/schertler_-gebhard Dr. Xavier Deupi Departement für Biologie und Chemie Paul Scherrer Institut Villigen, Schweiz xavier.deupi@psi.ch www.psi.ch/lbr/deupi_-xavier

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E RZE – IN KÜRZ Ü K N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN ■ Ole Møller-Jensen, bislang Vizepräsident Danfoss VLT Drives, ist nun Präsident von Danfoss Power Electronics, zudem bekommt er einen Sitz im Komitee der Danfoss Gruppe. Die Ernennung trat im März 2013 in Kraft. Bis dato war Ole Møller-Jensen Senior Vice President des Bereiches VLT Drives innerhalb von Danfoss Power Electronics. Er ist seit 1978 bei Danfoss und hat eine Reihe an Positionen in Sales & Marketing, Produktentwicklung und im Management durchlaufen. Ole Møller-Jensen übernimmt die Stelle des Bereichspräsidenten von Troels H. Petersen, der nun den Bereich Akquisition und Geschäftsentwicklung bei Danfoss einnimmt. ■ BASF und Atlas Copco haben eine Vereinbarung unterzeichnet, auf dem Gebiet von Technologien und Know-how für Spritzbeton im Tunnel- und Bergbau zusammenzuarbeiten. Die Kooperation folgt auf den Verkauf des MEYCO-Equipment-Geschäfts der BASF an

Atlas Copco. Die Zusammenarbeit der beiden Marktführer schafft eine weltweit einzigartige Partnerschaft zur Weiterentwicklung von Chemie und Maschinentechnologie für Spritzbeton. Künftige Lösungen sollen zu mehr Sicherheit, Kosten- und Zeiteffizienz bei Tunnel- und Bergbauprojekten beitragen. ■ Im April hat die Firma Shimadzu für seine Kunden am Standort der Europa-Zentrale in Duisburg eine neue Laborwelt feierlich eröffnet. Auf einem Areal von über 1500 qm wurden Testflächen für die gesamte Produktpalette geschaffen – von Chromatografen, über Spektralfotometer, TOC-Analysatoren, Massenspektrometern und Waagen bis hin zu Materialprüfmaschinen. Die Massenspektrometrie wird erstmalig mit einem eigenen Bereich vertreten sein, eine Technologie, die Shimadzu in den letzten Jahren stark geprägt hat. Zusätzlich wurden der Laborraum für Kun-

denanwendungen und die Seminarflächen vergrössert. ■ Bei der Songwon Industrial Group hat Thomas Schmutz jetzt die Funktion Director Global Technical Service übernommen. Schmutz wird für die Führung des Technischen Service-Teams verantwortlich sein. Das Team erstellt alle technischen Richtlinien für die gesamte Produktpalette – Antioxidantien, Lichtschutzmittel, Säurefänger, PVC-Stabilisatoren, Zwischenprodukte auf ZinnBasis, Weichmacher, Gleitmittel, Oberflächenbeschichtungsmittel, Polyurethane, Alkylphenole, Biphenole und Flockungsmittel – und unterstützt die kaufmännische Organisation. ■ Der Spezialchemiehersteller Clariant International AG hat die unter der Marke Bayink entwickelte Technologieplattform für nanopartikuläre Silbertinten vom deutschen Bayer-Konzern erworben. Der Erwerb umfasst sämtliche Patente, Kenntnisse

und Materialien in Verbindung mit der Nano-Silbertinten-Technologie von Bayer. Nano-Silbertinten sind auf verschiedenen Untergründen wie Kunststoff, Glas oder Silikon verdruckbar. Sie werden für eine breite Palette zukunftsträchtiger Anwendungen im Bereich gedruckte Elektronik, z.B. Leiterplatten, RFID (Radio Frequency Identification Devices)-Systeme oder Fotovoltaikmodule, eingesetzt. Nano-Silbertinten sorgen für eine ausgezeichnete Leitfähigkeit bei einem geringen Anteil des Edelmetalls und können mit modernen Druckverfahren wie Inkjet- oder Aerosoldruck verwendet werden. ■ Merck Serono, Darmstadt, hat die Zusammenarbeit mit Biomed X zum Start von Innovationsprojekten bekannt gegeben. Dazu sollen talentierte Jungwissenschaftler in einer von Biomed X betriebenen «Open innovation» Laboreinrichtung in Heidelberg interdisziplinäre Forschungsprojekte bearbeiten.

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LABORAPPARATE

Wir vertreten:

halb Wacker sich mit Nachdruck für einen freien Handel einsetzt und Beschränkungen ablehnt. Trotz der schwierigen Situation bleibt Wacker-Vorstandsvorsitzender Rudolf Staudigl im Hinblick auf das Solargeschäft und den Wacker-Geschäftsbereich Polysilicon optimistisch: «Wir sind von der Fotovoltaik überzeugt, sie ist als Energieträger unverzichtbar. Es gibt keinen Grund, dass sich die Fotovoltaik weltweit nicht weiter durchsetzen sollte.» Und Vorstandsmitglied Auguste Willems unterstreicht die Nachhaltigkeit der Polysiliziumsparte: «Jede Tonne Polysilizium, die in Solarmodulen verwendet wird, verhindert über deren gesamten Lebenszyklus die Emission von 6000 Tonnen Kohlendioxid.» Wackers Überzeugung im Bereich Fotovoltaik zeigt sich auch im weiteren Ausbau ihres neuen Polysiliziumstandorts Charleston im US-Bundesstaat Tennessee, dessen Produktionsstart für Mitte des Jahres 2015 geplant ist. (sago)

Beratung

Solargeschäft sind die grossen Vorräte in der gesamten Wertschöpfungskette, ein anderer ist der Preisdruck, vor allem durch die Konkurrenz aus Asien. Als Folge davon konnte beispielsweise der Wacker-Konzern 2012 nur 38 000 Tonnen Polysilizium absetzen. Trotz einem Absatzplus von 20 Prozent resultierte gesamthaft ein Umsatzrückgang von 22 Prozent, da sich die Preise für Solarsilizium innerhalb eines Jahres halbiert hatten. Auch die allgemein angespannte Wirtschaftslage in Europa bremste das Geschäft. Aktuell fürchten Wacker und andere Firmen die Einführung von Handelsbeschränkungen. So untersucht die Europäische Union gegenwärtig, ob sie wegen unerlaubter Subventionen Strafzölle gegen chinesische Solarunternehmen erheben soll; das chinesische Wirtschaftsministerium wiederum prüft, ob es Strafzölle gegen ausländische Polysiliziumhersteller verhängen soll. Beides würde der Solarindustrie noch mehr schaden, wes-

Kundendienst

Nicht nur in der Schweiz, sondern auch international ähnelt das Solargeschäft eher einer Achterbahn als einer Branche mit stabilen Zahlen. Auch für den deutschen Spezialchemiekonzern und Halbleiter-Zulieferer Wacker Chemie aus München bleibt die Herstellung von hochreinem Silizium für Fotovoltaik – dem zweitwichtigsten Standbein des Wacker Konzerns – finanziell betrachtet ein Wechselbad. Während die Geschäftszahlen des vergangenen Jahres einen Verlust in der Sparte Polysilizium zeigten, zogen die Aktienkurse von Wacker Chemie und anderen in der Solarindustrie engagierten Firmen Mitte April wieder nach oben. Denn der grösste Solarmodulbauer der USA, der Konzern First Solar, hatte ein positives Signal gegeben, unter anderem mit Blick auf den grossen Solarmarkt in Japan. Damit unterscheiden sich die Prognosen bei First Solar deutlich von der kränkelnden europäischen und chinesischen Solarbranche. Ein Grund für das schwächelnde

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Die Mathematik komplexer Ökosysteme

Ein Gesetz für alle

Bilder: Eawag

Vier Protozoenarten mit verschiedenen Grössen

Labor – Industrietechnik – Engineering

Neuere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich Vogelschwärme, Fischschulen und jede andere Gruppe lebender Organismen möglicherweise eine gemeinsame mathematische Funktion teilen. Andrea Giometto, Forscher an der EPFL und am Wasserforschungsinstitut Eawag, hat

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mit seinen Studien zu aquatischen Mikroorganismen gezeigt, dass die Verteilung der Körpergrössen bei jeder untersuchten Art mit derselben mathematischen Formel beschrieben werden kann. Die einzige in der Formel auftretende Unbekannte ist die Durchschnittsgrösse einer Art in einem Ökosystem. Diese Erkenntnis wurde kürzlich im Fachjournal «PNAS» publiziert.

oder Abwesenheit von Konkurrenten – anpassten, indem sie ihre Durchschnittsgrösse veränderten. Nach diesen Beobachtungen gehen Giometto und seine Mitarbeiter davon aus, dass zwei separate Faktoren zusammen die Grössenverteilung einer Art formen. Während Umweltfaktoren die Durchschnittsgrösse einer Art in einer bestimmten Umgebung beeinflussen, verursachen phy-

Funktion bleibt – auch wenn die Umwelt sich wandelt Mehrere Faktoren weisen darauf hin, dass die gefundene Grössenverteilungsfunktion universelle Gültigkeit hat. So machte Giometto seine Beobachtungen im Labor an 14 Arten aquatischer Mikroorganismen – einzellige und mehrzellige Organismen aus fünf verschiedenen Ästen des Lebensbaums. Die Mikroorganismen, die er studierte, variierten um vier Grössenordnungen. Das entspricht dem Bereich zwischen einer Maus und einem Elefanten. Zudem blieb die mathematische Funktion zur Beschreibung der Grössenverteilung auch dann gleich, wenn die Arten sich an ein neues Umfeld – wie zum Beispiel Änderungen der Wassertemperatur oder die An-

Eine universelle Formel für Grössenverteilungen in lebenden Systemen? Für jede untersuchte MikroorganismenArt konnte die Grössenverteilung p in Abhängigkeit von der Masse m als ein Produkt geschreiben werden: als Kehrwert der Masse mal eine Funktion F. Die genaue Form der Funktion F war für die vorliegende Studie nicht von Belang; entscheidend ist, dass sie vom Verhältnis der Masse m zum Mittelwert der Masse für die jeweilige Art abhängt. (AB)

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Bild: A Giometto et al. «Scaling body size fluctuations», PNAS 110(12), 4646–4650 (2013) (Protisten-Aufnahmen: zur Verfügung gestellt von Regula Illi, Eawag, und F.A.)

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Grössenverteilungen von 13 Protisten-Spezies, aufgezeichnet als Funktion des «equivalent diameter», das heisst des Durchmessers, den eine Zelle hätte, wenn sie (bei gleichem Volumen) sphärisch wäre. Die Aufnahmen zeigen (von links nach rechts) Individuen der Spezies E. gracilis, Colpidium sp. und P. bursaria (Massstab-Vergleichsbalken: 100 µm). Die Legende weist die einzelnen Farben den zugehörigen Spezies zu.

siologische oder genetische Faktoren die beobachtete Variabilität der Grössen innerhalb einer Art um den Durchschnittswert herum.

Von der Art zur Gemeinschaft Bisher lag der Fokus auf der Grössenverteilung von Individuen einzelner Arten. Aber die neuen Ergebnisse werden besonders dann interessant, wenn man eine Beobachtung einbezieht, die besonders Ökologen bekannt ist. «Nimmt man ein Glas Wasser aus dem Meer und analysiert alle darin enthaltenen Mikroorganismen, dann sieht man, dass deren Grössen sich nach einem Potenzgesetz verteilen. Das bedeutet, dass in einer ökologischen Gemeinschaft keine Grösse über- oder unterrepräsentiert ist», erklärt Florian Altermatt, der Ökologe im Projektteam.

Bei Abweichungen setzen neue Kräfte ein Zusammengenommen haben diese Beobachtungen zu Grössenverteilungen innerhalb einer Art und innerhalb ganzer ökologischer Gemeinschaften interessante Konsequenzen: Wenn in einem Ökosystem mehrere Arten beginnen, sich derselben 5/2013

Grösse anzunähern, setzt eine ausgleichende Kraft ein, welche die Verteilung nach dem Potenzgesetz wiederherstellt, entweder durch Beeinflussung der Anzahl Individuen oder aber der Grösse jeder Art. Giometto und seine Koautoren hoffen, dass ihre Beobachtungen über die untersuchten Arten hinaus Gültigkeit haben. Das könnte zusätzliche Belege liefern für die Existenz universeller Gesetzmässigkeiten in natürlichen Ökosystemen: Gesetze, die nicht nur die Grösse und Anzahl von Organismen regulieren, sondern auch andere Eigenschaften, die das jeweilige Ökosystem auszeichnen, wie zum Beispiel die Anzahl der koexistierenden Arten. Die Suche nach Potenzgesetzen und deren Gebrauch zur Beschreibung komplexer Systeme hat bereits eine Erfolgsgeschichte zu verzeichnen. «In der Physik hat die Beobachtung, dass Systeme Potenzgesetzen folgen, zum Verständnis der Phasentransformation beigetragen. Wir gehen davon aus, dass Potenzgesetze ähnlich hilfreich sein können, um ein tieferes Verständnis zur Funktionsweise lebender Systeme zu erlangen», sagt Giometto, ein Physiker, der daran arbeitet, Methoden aus seinem Fachgebiet dazu zu nutzen, biologische Ökosysteme besser zu verstehen.

Andrea Giometto am CASY-Zähler, einem Instrument, mit dem Grössenverteilungen von Organismen ermittelt werden können

Quelle: Eawag – das WasserforschungsInstitut des ETH-Bereichs Originalpublikation A Giometto, F Altermatt, F Carrara, A Maritan, A Rinaldo, «Scaling body size fluctuations», PNAS 110(12), 4646–4650 (2013)

Kontakt Andrea Giometto Laboratoire d’écohydrologie EPFL Lausanne Lausanne, Schweiz andrea.giometto@epfl.ch people.epfl.ch/andrea.giometto Dr. Florian Altermatt Abteilung Aquatische Ökologie Eawag Dübendorf, Schweiz florian.altermatt@eawag.ch homepages.eawag.ch/~altermfl/ Home.html

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Wie Phasenbilder schnelle Massenmessungen für instabile Nuklide ermöglichen

«Phasenuhr» als hochpräzise Atomwaage Die Frequenz, mit der ein einzelnes Ion im Magnetfeld einer Penningfalle kreist, bietet bislang den genauesten Zugang zu den Kernmassen kurzlebiger Isotope. Eine Gruppe von Physikern hat nun die Kreisbewegung des Ions selbst abgebildet, welche gleich dem Sekundenzeiger einer Uhr die Genauigkeit der Messungen steigert. Damit lässt sich die erforderliche Messzeit für instabile Nuklide deutlich verkürzen.

Bild: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung – Grafik: MPIK

sogenannten Penningfallen, wie es die Gruppe um Klaus Blaum am Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik macht. Hier kreist das Ion in einem starken Magnetfeld und wird zugleich durch eine positive Spannung an zwei gegenüberliegenden Elektroden am Entweichen in Richtung der Achse der Kreisbewegung gehindert. Letztere ist durch die Zyklotronfrequenz eines geladenen Teilchens im Magnetfeld charakterisiert, die selbst umgekehrt proportional zur Masse des Teilchens ist.

Schematischer Aufbau der SHIPTRAP-Falle: Mit dem ortsauflösenden Detektor kann die Kreisbewegung des Ions abgebildet werden.

Präzisionsmessungen der Masse von Atomkernen haben in den letzten Jahren für viele grundlegende Fragen der Physik erheblich an Bedeutung gewonnen. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Bindungsenergie und damit verbunden die Stabilität der Kerne. Die Verbindung von Masse und Energie liefert Einsteins bekannte Formel E = mc 2. Für einen Atomkern bedeutet sie, dass das Ganze weniger ist als die Summe seiner Teile: Der Kern hat eine etwas kleinere Masse als die Summe der Massen seiner einzelnen Bestandteile (Protonen und Neutronen); denn davon ist noch die Bindungsenergie abzuziehen. So kann man also aus der Bestimmung dieser Massendifferenz direkt die Bindungsenergie des Atomkerns 26

erhalten. Und diese spielt vielerorts eine wichtige Rolle – beispielsweise für Untersuchungen zur Entstehung der Elemente im Universum oder für die Stabilität superschwerer Elemente. Eine besondere Herausforderung stellt die Massenmessung radioaktiver, also instabiler Nuklide dar: Nach ihrer Erzeugung vergeht oft kaum ein Wimpernschlag, und schon sind sie wieder zerfallen. Daher untersucht man sie direkt an den speziellen Beschleunigereinrichtungen, wo sie auch produziert werden. Und dann muss es entsprechend schnell gehen: Eine etablierte Technik ist das Einfangen und die Speicherung instabiler Nuklide in Form einzelner Ionen in

Zur Bestimmung der Frequenz bleibt bei kurzlebigen Nukliden wenig Zeit. Die Forscher verstärken daher zunächst mit einem elektrischen Hochfrequenzfeld die Kreisbewegung des Ions und lassen es dann durch Herunterschalten der Fallenspannung frei durch das Vakuum auf einen Detektor fliegen. Aus der gemessenen Flugzeit lässt sich die Bewegungsenergie bestimmen. Der Verstärkungseffekt ist am grössten, wenn die Hochfrequenz mit der Zyklotronfrequenz übereinstimmt, also Resonanz vorliegt. Die mit dieser bisher verwendeten Methode erzielte Genauigkeit liegt für Isotope mit wenigen 10-100 ms Halbwertszeit in der Grössenordnung eines halben Umlaufs. Zum Vergleich stelle man sich den Minutenzeiger einer Uhr vor, wo ein Umlauf einer Minute entspricht. Genauere Uhren sind mit einem Sekundenzeiger ausgestattet. Diese Rolle übernimmt im Experiment nun das kreisende Ion selbst – man muss nur seine «Zeigerstellung» in einem bestimmten Moment abbilden. Die Physiker sprechen hier von der «Phase der Kreisbewegung». Diese Idee haben die Heidelberger Physiker in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Greifswald am GSI Helmholtz5/2013

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Kontakt Dr. Sergey Eliseev Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) Heidelberg Deutschland sergey.eliseev@mpi-hd.mpg.de www.mpi-hd.mpg.de/blaum/ members/precision-experiments

Bild: MPIK

Prof. Klaus Blaum Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) Heidelberg Deutschland klaus.blaum@mpi-hd.mpg.de www.mpi-hd.mpg.de/blaum

Abbildung der Kreisbewegung des Ions auf dem Detektor («Phasenuhr») für verschiedene Stoppzeiten. Das Bild setzt sich aus einer grossen Zahl von Einzelmessungen zusammen, die innerhalb weniger Minuten aufgenommen werden können. Die Umlaufzeit des Ions beträgt circa 1 Mikrosekunde.

zentrum Darmstadt umgesetzt. Sie lassen das Ion nach der Anregung durch einen Hochfrequenzpuls (Start) zunächst einige Zehntelsekunden kreisen und bilden es dann auf einen ortsempfindlichen Detektor ab (Stopp). Auf diese Weise können auch kleine relative Massendifferenzen sichtbar gemacht werden. Wie bei zwei Uhren, die ein klein wenig unterschiedlich schnell gehen, vergrössert sich im Laufe der Zeit der Zeigerabstand (Phasenwinkel). Dieser Ansatz führt zu einer 40-fach besseren Auflösung und einer bis zu fünfmal höheren Genauigkeit – ein Durchbruch in der Präzisions-Massenspektrometrie. Mit der neuen Methode kann man Massen daher bei gleicher Genauigkeit 25-mal schneller messen. Zur Demonstration untersuchten die Forscher mit der GSI-Apparatur «SHIPTRAP» zwei Xenon-Isotope mit den Massenzahlen 129 und 130. Innerhalb weniger Minuten erreichten sie relative Massengenauigkeiten bis auf die neunte Nachkommastelle.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Kernphysik Weitere Informationen finden Sie unter: www.brukeroptics.de s www.tango-nir.de

Originalpublikation S Eliseev et al., «Phase-Imaging Ion-CyclotronResonance Measurements for Short-Lived Nuclides», Phys Rev Lett 110(8), 082501 (2013) 5/2013

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Wie ein Zuckermolekül den Zeitpunkt der Blütenbildung beeinflusst

Energie zum Blühen

Bild: Copyright: Josef Bergstein, MPI-MP

Die Blütenbildung ist ein kräftezehrender Prozess. Schon lange wurde daher vermutet, dass Pflanzen rechtzeitig sicherstellen müssen, dass ihnen dafür genügend Energie zur Verfügung steht. Forscher zweier Max-Planck-Institute haben jetzt herausgefunden, dass in der Ackerschmalwand das Zuckermolekül Trehalose-6-Phosphat eine Schlüsselrolle bei der Überwachung der Energiereserven spielt – und somit auch bei der Entscheidung, wann die Blütenbildung beginnt.

Im Fokus der Studie: die Ackerschmalwand

Eine Pflanze kann sich nur dann erfolgreich vermehren, wenn sie zur richtigen Zeit blüht. Ein komplexes Netzwerk aus Lichtrezeptoren und anderen Proteinen überwacht kontinuierlich Umweltbedingungen wie Licht und Temperatur, um den perfekten Zeitpunkt für den Beginn der Blütenbildung zu finden. Dabei ist die Tageslänge einer der wichtigsten Faktoren: Manche Pflanzen brauchen lange Tage und blühen daher im Sommer, andere bevorzugen kürzere Tage und blühen dementsprechend im Frühjahr oder Herbst. Die Pflanzen nehmen die Tageslänge über die Blätter wahr.

Blüten statt Blätter Bei den richtigen Lichtbedingungen führt ein Zusammenspiel aus Lichtrezeptoren und anderen Proteinen dazu, dass im Zellkern der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) das Gen «Flowering Locus T» (FT) abgelesen wird. So entsteht das FT-Protein, das bis in die Sprossspitze wandert und bewirkt, dass anstelle von Blättern nun Blüten gebildet werden. Ab einem bestimmten Alter beginnt die Ackerschmalwand jedoch unabhängig von der Tageslänge so oder so mit der Blütenbildung. Dieser Sicherheitsmechanismus wird durch eine spezielle Mikro-RNA kontrolliert und ge28

währleistet, dass sich Pflanzen auch unter weniger guten Bedingungen fortpflanzen. Neben Licht und Alter scheint auch der Energiestatus der Pflanze den Zeitpunkt der Blütenbildung massgeblich zu beeinflussen. Die Bildung von Blüten ist ein äusserst energieintensiver Prozess, und diese Energie muss in der Pflanze in Form von Zucker bereitstehen. Lange Zeit war nicht klar, auf welche Weise Zuckermoleküle den Zeitpunkt der Blütenbildung mitbestimmen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und dem Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben jetzt herausgefunden, dass das Zuckermolekül Trehalose6-Phosphat (T6P) gleich beide oben beschriebenen Signalwege beeinflusst.

Zucker gibt das Startsignal «Da T6P in Pflanzen nur in kleinsten Mengen vorkommt, nahm man an, dass es sich hierbei um ein Signalmolekül handeln könnte», erklärt Vanessa Wahl vom Max-PlanckInstitut für molekulare Pflanzenphysiologie. «Allerdings wusste bisher niemand, wie das Molekül in das komplexe genetische Netzwerk, das den Zeitpunkt der Blütenbildung steuert, eingreift.» Indem die Forscher die Produktion von T6P stören, konnten sie das Blühen verzögern und im Extremfall sogar vollständig verhindern. Das gelang selbst dann, wenn die Pflanzen ansonsten optimalen Bedingungen ausgesetzt waren. «Wir konnten zeigen, dass dieser Zucker unverzichtbar für die Herstellung des FT-Proteins in den Blättern ist», ergänzt ihr Kollege Markus Schmid, «und wie wir wissen, ist die Blütenbildung ohne FT sehr verzögert.» Darüber hinaus beeinflusst T6P sowohl die Herstellung der Mikro-RNA als auch die Um-

setzung ihrer Zielgene, welche zusammen die altersabhängige Induktion des Blühens kontrollieren. Das Zuckermolekül steuert somit zwei der wichtigsten Kontrollwege, die den Zeitpunkt der Blütenbildung regulieren. «Obwohl klar war, dass die Pflanze ihren Energiegehalt überprüfen muss, bevor sie mit der Blütenbildung beginnt, gab es bisher keine Erklärung dafür, wie das auf molekularer Ebene funktionieren sollte», beschreibt Wahl den Stand der Wissenschaft vor der Entdeckung. Das Wissen über das komplexe Netzwerk, das die Blütenbildung reguliert, konnte damit um einen wichtigen Faktor erweitert werden. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation V Wahl et al., «Regulation of Flowering Time by Trehalose-6-phosphate Signaling in Arabidopsis thaliana», Science 339(6120), 704–707 (2013)

Kontakt Dr. Vanessa Wahl Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) Potsdam-Golm, Deutschland Vanessa.Wahl@mpimp-golm.mpg.de www.mpg.de/149665/ molek_pflanzenphysiologie Prof. Markus Schmid Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie (MPI-EB) Tübingen, Deutschland Markus.Schmid@tuebingen.mpg.de www.mpg.de/151755/entwicklungsbiologie

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FIRMEN BERICHTEN

Die Wahl für analytische bis präparative Chromatografie von chiralen Substanzen:

Detektoren für optisch aktive Moleküle Seit über 40 Jahren steht die Brechbühler AG für innovative analytische Lösungen im Bereich der Chromatografie, deren Kopplung mit optischen und massenbasierten Detektoren, sowie von Verbrauchsmaterial rund ums Labor. Die Zusammenarbeit mit Jasco International ermöglicht es dem Unternehmen, viele spektroskopische Lösungen anzubieten. Darunter auch Detektoren für optisch aktive Moleküle.

Mauro Seegrog1 Viele in der Natur vorkommende Substanzen beinhalten beispielsweise aufgrund von enzymatischen Reaktionen eines oder mehrere Chiralitätselemente (Bild 1). Bild 2a: (-) - (S) -Thalidomid; Bild 2b: (+) - (R) -Thalidomid

Bild 1: Händigkeit bei Substanzen mit einem chiralen Zentrum

Diese Stereoisomere unterscheiden sich sowohl physikalisch, chemisch als auch pharmakologisch. Zum Beispiel drehen sie polarisiertes Licht anders, oder sie wirken, bedingt durch das «Schlüssel-Schloss-Erkennungsprinzip», im menschlichen Organismus ganz unterschiedlich. Ein tragisches Beispiel hierfür ist der Fall Contergan: Das (-)-(S)- Thalidomid-Isomer (Bild 2a) war teratogen, während das (+)-(R)-Isomer (Bild 2b) Schmerzen linderte. Während biochemische Synthesen meist reine Stereoisomere liefern, entsteht bei Produkten aus chemischen Prozessen häu1

Mauro Seegrog ist Produktmanager bei der Brechbühler AG.

fig ein Gemisch verschiedener Isomere, dessen Reinheitsgrad mit dem ee-Wert bestimmt wird. Mittlerweile haben Behörden wie die amerikanische Food and Drug Administration (FDA) vorgeschrieben, dass jedes Präparat mit mindestens einem Chiralitätselement durch klinische Studien auf die Wirkung und Toxizität der einzelnen Stereoisomere untersucht werden muss. Traditionelle Chromatografie kann solche Verbindungen nicht trennen. Dank der Entwicklung von enantioselektiven stationären Phasen (z.B. LUX-Serie von Phenomenex) in den letzten Jahrzenten ist es möglich geworden, Racemate chromatografisch aufzutrennen und anschliessend mittels polarisiertem Licht spektroskopisch zu charakterisieren. Nebst der eigentlich vorliegenden Konformation ((R) oder (S)) ist auch die optische Reinheit des Produktes (häufig in % ee angegeben) eine wichtige Grösse.

Polarisation Es gibt verschiedene Polarisationsarten. Man unterscheidet hauptsächlich zwischen

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linear polarisiertem Licht einer bestimmten Wellenlänge (Bild 3a) und zirkular polarisiertem Licht (Bild 3b). Durchquert polarisiertes Licht eine optisch aktive Substanz oder deren Lösung, wird es um einen substanzspezifischen Winkel gedreht. Bei der optischen Drehung wird der Winkel zwischen der Eingangs- und Ausgangsebene von polarisiertem Licht gemessen. Dagegen misst man bei der Verwendung von zirkularpolarisiertem Licht den Unterschied der Drehung von links und rechts drehendem Licht. Nachdem in den Anfängen der Spektroskopie hauptsächlich die Konformation von kleinen Molekülen bestimmt worden ist, fand in letzter Zeit besonders der zirkulare Dichroismus (Circular Dichroism, CD) bei der Bestimmung von Konformationsveränderungen in verschiedenen Prozessen – zum Beispiel Denaturierung, Interaktion mit Liganden, pH- oder Temperaturabhängigkeiten – von Makromolekülen und deren sekundären und tertiären Strukturen Verwendung (Bild 4). Mittlerweile wurden Detektoren für die Flüssigchromatografie (HPLC, UHPLC, SFC)

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FIRMEN BERICHTEN

Bild 3a: Linear polarisiertes Licht; Bild 3b: Zirkular polarisiertes Licht

entwickelt, welche die Analyten während der Chromatografie messen. Diese Detektoren werden hauptsächlich in ORD- und CD- Detektoren unterteilt: optische Rotationsdispersion (oder auch Polarimeter) versus zirkularer Dichroismus.

Bild 4: CD-Spektren von sekundären Strukturen im UV-Bereich

Optische Rotationsdispersionsdetektoren ORD-Detektoren basieren auf linear polarisiertem Licht. Sie sind einfacher gebaut und entsprechend kostengünstiger. Dafür können sie ähnlich wie bei Brechungsindex-Detektoren (RI: Refractive Index) auf die Änderung der Konzentration von Eluenten mit unterschiedlichem Brechungsindex reagieren. Zwei Arten von ORD-Detektoren sind auf dem Markt vertreten. Sie unterscheiden sich bei der Art der Lichtquelle und arbeiten entweder mit dem intensiven Licht einer festen Wellenlänge (LED, Laser) oder mit dem Spektrum einer Lampe, wie beispielsweise von 350–900 nm aus einer Quecksilber-Xenon-Quelle, wie beim Jasco OR-2090. Die Verwendung einer monochromatischen Quelle bietet nur zum Teil eine leicht bessere Empfindlichkeit und tiefere Herstellungskosten. Der Vorteil bei der Verwendung eines breiten Spektrums ist, dass das ausgestrahlte Licht der Absorptionsbande des Analyten angepasst werden kann. Befindet sich die gewählte Wellenlänge beim Übergang zwischen dem Maximum und dem Minimum (Rotation α = 0°, Cotton Effekt, Bild 5), sinkt die Empfindlichkeit drastisch. Die Variation der Wellenlänge erlaubt, sich wieder im Optimum zu befinden und kann von Bedeutung für die Untersuchung von biochemischen Molekülen sein.

Bild 6: Jasco CD-2095 Detektor für zirkularen Dichroismus

Circular Dichroism-Detektoren

Bild 5: CD-, ORD-Spektren (oben) und UVSpektrum (unten) von: (1S)-(+)- und (1R)-(-)Ammonium-10-camphorsulfonate

CD-Detektoren wie der Jasco CD-2095 (Bild 6) oder XLC-3195CD basieren entsprechend auf zirkular polarisiertem Licht im Spektrum von 220 bis 420 nm. Sie haben ein tieferes Detektionslimit und einen grösseren linearen Bereich, als die

Bild 7: CD- und UV-Spektren von Warfarin, inklusive g-Faktor für die präparative Chromatografie

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1 ml - 1.000 Liter

oben erwähnten Polarimeter. Dazu reagieren sie viel weniger auf Einflüsse von Gradienten und können auch als einfache UVDetektoren benützt werden: Auf einem zweiten Kanal wird die UV-Absorption gleichzeitig aufgenommen. Durch die Kombination dieser zwei Kanäle wird der sogenannte g-Faktor zeitgleich errechnet. Dieses einmalige Feature basiert auf dem Quotient CD/UV oder ΔAU/AU und ermöglicht eine einfache Reinigung von Stereoisomeren durch präparative Chromatografie. Dies ist am Beispiel von Warfarin (Bild 7), einem chiralen Wirkstoff aus der Gruppe der Cumarine (Blutgerinnungsmittel), gut ersichtlich. Der g-Faktor als analoges Ausgangssignal kann somit direkt den Autosampler steuern und ergibt optisch reinere Fraktionen als mit einem reinen UV-Signal (Bild 8). Bei Substanzen mit unbekannten Drehwertkoeffizienten erlauben die Jasco CD-2095 oder XLC-3195 CD eine Konzentrationsbestimmung ohne zusätzlich geschalteten Detektor. Die höheren Anschaf-

Direkt oder fernbedient

fungskosten und Wahl der optimalen Wellenlänge stehen dem gegenüber. Dafür kann unter Umständen ein teureres CDSpektrometer gespart werden. Die CDDetektoren von Jasco benötigen keinen Stickstoff für den Betrieb und sind sowohl für HPLC, UHPLC und SFC erhältlich. Die vorgestellten Konfigurationen der optischen, chromatografie-kompatiblen Detektoren mit den ausgewählten Applikationen bilden nur einen kleinen Teil des Potenzials dieser Technologie ab. Die Brechbühler AG bietet nebst diesen und anderen Detektoren auch verschiedene Spektrometer an.

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FIRMEN BERICHTEN

Beschleunigter Trocknungs- und Erwärmungsprozess spart Zeit, Geld und Energie

Vielfältige Mikrowellenerwärmungstechnik Seit circa 50 Jahren ist die Mikrowellenerwärmungstechnik für den industriellen Einsatz verfügbar. Die Mikrowellenerwärmung kann häufig den Trocknungs- bzw. Erwärmungsprozess deutlich beschleunigen und auf diese Art und Weise Zeit, Energie und Geld einsparen. Mikrowellen-Erwärmungseinrichtungen existieren mittlerweile in vielen verschiedenen Ausführungen. Neben den klassischen Kammersystemen wie der Küchenmikrowelle wird die Mikrowellenerwärmung auch in industriellen kontinuierlich betriebenen Trocknungs- und Erwärmungsanlagen eingesetzt.

Ivan Imenokhoyev und Horst Linn1 Die Behandlung von Materialien mittels Mikrowellen weist eine Anzahl vielversprechender Vorteile gegenüber konventionellen Erwärmungstechniken auf, beispielsweise durch eine bessere Qualität des Erzeugnisses, Verkürzung der Prozesszeit, Einsparung von Energie und Energiekosten durch einen höheren Wirkungsgrad, Umweltentlastung, geringere Anlagenkosten und höhere Flexibilität der Anlage. Langjährige Erfahrung im Mikrowellenbereich und innovative Ideen sind die Basis der Mikrowellenanlagen der deutschen Firma Linn High Therm (LHT). Unter Mikrowellenerwärmung versteht man einen Vorgang, bei dem Energie mit einer Frequenz von 300 MHz bis 300 GHz in ein Erwärmungsgut als elektromagnetische Welle mit Wellenlängen im Bereich von 1 m bis 1 mm eindringt und darin in Wärme umgewandelt wird. Für die Mikrowellentechnik stehen im Wesentlichen 4 ISM-Frequenzen (Frequencies for Industrial, Scientific and Medical radiofrequency equipment) zur Verfügung, die je nach länderspezifischen Regeln abweichen können. Die höchste Frequenz ist 28 000 bzw. 30 000 MHz, wobei ein industrieller und kostengünstiger Einsatz in grösserem Massstab noch nicht in Sicht ist. Die niedrige Frequenz von 915 MHz unterliegt einem gewissen technischen Aufwand, der 1 Dr. Ivan Imenokhoyev arbeitet als Entwicklungsingenieur für Mikrowellentechnik bei Linn High Therm GmbH in Eschenfelden/Deutschland, Horst Linn Senior ist der Gründer und Firmeninhaber

nur für bestimmte Fälle einen Einsatz rechtfertigt. Die kostengünstigste «Frequenz» ist die mit 245 050 MHz, die weltweit bei Haushaltsmikrowellen genutzt wird. Vom Standpunkt der Mikrowellen-Thermoprozesstechnik findet das SHF-Band mit der Frequenz 5800 MHz ± 75 MHz auch eine industrielle Anwendung. Das physikalische Prinzip der Mikrowellentechnik unterscheidet sich von dem des konventionellen Erwärmungsprozesses. Bei letzterem dienen beispielsweise Widerstands- oder Infrarotheizelemente als Wärmequellen, wobei sich diese in der Umgebung des zu erwärmenden Materials befinden. Über Wärmestrahlung und -konvektion wird deren Energie auf die Oberfläche des Materials übertragen und muss von dort in das Innere wandern, um eine Durchwärmung des Materials zu ermöglichen. Die Wärmeleitfähigkeit, Adsorption und die spezifische Wärmekapazität des Materials bestimmen hierbei im Wesentlichen den Erwärmungsprozess. Empfindliche Materialien erlauben unter Umständen keine hohen Temperaturen, und weist das Material noch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf, ist ein langer Prozess unausweichlich, so dass bei der Herstellung bestimmter Produkte mit den konventionellen Erwärmungstechniken enge Grenzen gesetzt sind. Um diese Grenzen zu umgehen, muss man der «Hochfrequenztechnik bzw. Radartechnik» eine grössere Beachtung schenken. Im Gegensatz zu konventionellen Erwärmungssystemen muss die Wärme bei der Mikrowellenerwärmung nicht über den Umweg einer Erwärmung des Umgebungs-

gases und Wärmeisolation in das Erwärmungsgut eingebracht werden, sondern sie kann direkt im Materialvolumen eingekoppelt werden. Die Umwandlung von elektromagnetischer Energie in Wärmeenergie wird auf Grund der elektromagnetischen Eigenschaften der Materialien realisiert und ist prinzipiell material-, temperatur- und frequenzabhängig. Da in der Regel nur eine Frequenz beim Erwärmungsprozess verwendet wird und die Temperaturabhängigkeit der elektrodynamischen Eigenschaften nicht bekannt ist, erfolgt eine Betrachtung nur in Abhängigkeit von dem Material selbst. Da das ganze Volumen des Körpers gleichzeitig erwärmt wird, baut sich im Innern eine höhere Temperatur auf, weil die Oberfläche an die «kalte Umgebung» angrenzt und somit gekühlt wird. Das Innere wirkt aber wärmeisolierend, da die Nachbarmoleküle die gleiche Temperatur aufweisen. Der Temperaturverlauf ist somit invers zu dem der konventionellen Erwärmung. Dieser Effekt ist in vielen Fällen erwünscht, da die Oberfläche geschont wird und die Wärme schneller im Inneren aufgebaut werden kann. Unpolare Stoffe wie Luft, Teflon oder Quarzglas können keine Energie umwandeln und somit auch nicht erwärmt werden. Die Mikrowellen durchdringen diese Stoffe und werden nicht abgeschwächt. Allgemein kann das zu erwärmende Material, das in der Lage ist, die Energieumwandlung durchzuführen, als «Heizer» angesehen werden, da das Material selbst die Wärmequelle darstellt. In speziellen Fällen kann mit Hilfe der Mikrowellenbehandlung 5/2013

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Wassernester möglich. Durch die unterschiedliche Energieaufnahme der zu trocknenden Materialien sind prinzipiell unterschiedliche Prozessabläufe möglich, wobei oberhalb eines Feuchtegehaltes von circa 15 Prozent kein wesentlicher Unterschied besteht. Hier bestimmt das Wasser den Prozessablauf. Im Bereich von 5 – 15 Prozent kann die Trockensubstanz selbst eine zunehmende Rolle spielen. Ist das Material selbst in der Lage, Mikrowellenenergie umzusetzen, kann die Temperatur des Materials ansteigen, wobei die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante den Prozess bestimmt. Bei gewissen Chemikalien kann dadurch das chemisch gebundene Wasser abgespalten werden. Unterhalb von 5 Prozent kann die Mikrowellentrocknung mit dem abnehmenden Feuchtegehalt uneffektiv werden. Es ist jedoch ratsam, vorher Materialuntersuchungen durchzuführen, um sicher zu stellen, dass die notwendige Temperatur erreicht werden kann.

Bilder: LHT GmbH

Bild 1 a) MDBT-, b) MKT-, c) MDRT- und d) MKST-Industrieanlagen

sogar eine Materialverbesserung erzielt werden. Das metallische Ofengehäuse (Mikrowellenkammer) dient nur dazu, die Mikrowellen wieder auf das Material zurückzulenken, so dass keine Mikrowellenenergie verloren geht und dass das Bedienpersonal keiner Mikrowellenstrahlung ausgesetzt wird. Bei der Mikrowellentrocknung ist das inverse Temperaturprofil von Vorteil, da sich im Innern des Materials ein höherer Dampfdruck aufbaut und eine Trocknung von innen nach aussen erfolgt. In den kälteren

äusseren Schichten kondensiert ein Teil des Dampfes und hält die Oberfläche feucht und durchlässig, bis von innen kein Dampf mehr nachkommen kann und die Oberfläche anschliessend zu trocknen beginnt. Da das Wasser auf Grund des hohen Verlustfaktors in der Regel die meiste Energie umwandelt, erfolgt je nach Trockensubstanz und je nach Trocknungsgrad im Innern eine geringere Energieumwandlung (die Mikrowellen wandern ungeschwächt weiter), wobei diese Energie an anderer Stelle genutzt werden kann. Somit ist eine effektive Trocknung mit Entfernung aller

Mikrowellen-Trockner Anfang der 90er-Jahre begann die Firma LHT ihre Aktivitäten auf dem Gebiet der Mikrowellenerwärmung. Um dem Bedarf nach Industrietrocknern nachzukommen, wurden Mikrowellen-Trockner entwickelt (Bild 1). Auf Grund des einfachen und flexiblen Konzeptes wie modularer Aufbau gelang es, kostengünstige Mikrowellen-Trockner der MDBT-, MKT-, MDRT- und MKST-Baureihen zu fertigen, die bei den verschie-

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krowellen-Drehrohr-Trockner (MDRT) und Mikrowellen-Kammer-Vakuum-Trockner (MKST) sind universelle Versuchsanlagen anpassbar an Anwendungen wie beispielsweise Trocknen von Holz, Keramik, Chemiekalien, Lebensmitteln, Baustoffen oder zum Aushärten faserverstärkter Kunststoffe (GFK/CFK). Weiterhin wird dieses Erwärmungsprinzip zum Auftauen, Kalzinieren, Aushärten, Tempern und zur Synthesebeschleunigung verwendet.

Sonder- und LaborMikrowellen-Anlagen

Bild 2 a) Mikrowellen-In-Fass-Trocker (MIDD), b) Mikrowellen-Laborofen (MKE), c) MikrowellenEinmode-Kammertrockner (MEK) und d) Mikrowellen-Flüssigkeitstrockner (MFT)-Sonderanlagen

densten Anwendungen eingesetzt werden können. Die Hauptanwendung ist das Trocknen bei unterschiedlichen Fertigungsprozessen. Bei dickeren Materialien oder grösseren Schüttdichten bewirkt das Eindringen der Mikrowelle in das Material und die sofortige Umwandlung der Mikrowellenenergie in Wärmeenergie eine schnellere Trocknung als bei konventioneller Trocknungstechnik. Die Trocknungsdauer bei einigen Materialien von bisher einigen Stunden oder sogar Tagen, wird deutlich reduziert. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, eine verbesserte Produktqualität zu erreichen. Da die Erwärmung des Materials aus dem Volumen erfolgt, ist auch eine Überhitzung weitgehend vermieden. Bei Isolationsmaterialien, die einen schlechten Wärmeleitwert haben, dauert der Trocknungsprozess lange, bis die konventionell erzeugte Wärme das Innere erreicht hat und dort die Trocknung beginnt. Bei der Mikrowellentrocknung spielt die Wärmeleitfähigkeit des Materials nur eine untergeordnete Rolle. Ältere Mikrowellen-Trockner basieren auf dem Konzept von wenigen Generatoren (Magnetrons) mit hoher Leistung auf einer 34

rechteckigen Mikrowellenkammer. Daher ist es schwierig, in solch einer Anlage ein homogenes Mikrowellenfeld zu erzeugen. An den Einspeisestellen der Magnetrons wird eine hohe Leistung übertragen, die sich aber nicht gleichmässig im Kammervolumen verteilen kann. Zusätzlich wird durch die rechteckige Bauform der Kammer die Reflexion der Mikrowellen zurück in die Magnetrons gefördert. Alles dies führt zu einer relativ ungleichmässigen Mikrowellen-Feldverteilung. Mikrowellen-Trockner von LHT basieren auf dem Konzept vieler kleiner Magnetrons und einer zylindrischen Mikrowellenkammer. Durch die Verteilung einer Vielzahl von Magnetrons an den Kammerwänden, ergibt sich eine gleichmässige Einspeisung von vielen kleinen Mikrowellenleistungen. Dadurch wird eine homogenere Mikrowellenverteilung erzielt. Dieser Effekt wird noch durch die Rundung der Kammer unterstützt, welche die auftreffenden Mikrowellen gleichmässig in das Kammervolumen reflektiert. Mikrowellen-Banddurchlauftrockner (MDBT), Mikrowellen-Kammer-Trockner (MKT), Mi-

Durch die Vielfalt von Materialien und Fertigungsprozessen muss zuerst untersucht werden, wie der stoffspezifische Mikrowellenprozess optimal angewandt werden kann. Zu diesem Zweck werden spezielle Labor- und Sonder-Mikrowellenöfen der MIDD-, MKE-, MEK- und MFT-Baureihen von LHT hergestellt (Bild 2). Als Ergebnis einer langen Zusammenarbeit mit der deutschen Nuklearindustrie hat LHT einen Prozess patentiert, der Flüssigabfälle mittels Mikrowellen eindampft. Der Mikrowellen-In-Fass-Trocknungsprozess (Microwave In Drum Drying, MIDD-Prozess) ist ein durch Verdampfung gesteuerter Trocknungsprozess. Der ursprüngliche Anwendungshintergrund war dabei die Trocknung/Kristallisation leicht radioaktiver Salzlösungen, Rückbauschlämme sowie Kühl- und Waschflüssigkeiten. Für die Erwärmung von flüssigen, hochviskosen Materialien werden MikrowellenDurchfluss-Anlagen Typ MEK und Typ MFT eingesetzt. Das Medium wird in einem mikrowellentransparenten Polytetrafluorethylen-Rohr durch die Erwärmungszone transportiert und durch Mikrowellen erwärmt. Die Materialien können dabei homogen im gesamten Volumen erwärmt werden, ohne mit den Wänden der Mikrowellen-Erwärmungskammer in Kontakt zu kommen. Eine Anwendung dafür ist beispielsweise das Aushärten von Stäben aus glasfaserverstärktem Kunststoff.

Mikrowellen-Hybridöfen Bei diesen Anlagen handelt es sich um Mikrowellen-Hybridöfen (MHT), die für den Hochtemperatureinsatz konzipiert sind. Die Erwärmung kann kombiniert mit Heizwi5/2013

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Für die technischen Prozesse ist es wichtig, einen möglichst guten Wirkungsgrad sowie ein möglichst homogenes elektromagnetisches Feld zu erzielen. Dies wird durch neun 900 W Standard-Magnetrons realisiert, welche neben deutlich geringeren Wartungs- und Reparaturkosten gleichzeitig sehr lange Lebensdauern aufweisen. Bei der Entwicklung wurde darauf geachtet, dass alle Komponenten leicht zu reinigen, zu warten und zu wechseln sind. a)

Kontakt

Bild 3 a) Mikrowellen-Hybridofen (MHT) und b) Mikrowellen-Banddurchlauf-Hochtemperatur (MDBH) -Hybridanlagen

derständen bzw. mittels Mikrowellen durchgeführt werden (Bild 3). Die Anwendungen von MHT-Öfen sind hauptsächlich das Entbindern und Sintern

von Keramiken und Pulvermetallen. Im Hochtemperaturbereich stellt LHT spezielle Mikrowellenanlagen der MDBH-Baureihe für Recycling von Kohlenstofffasern, Produktionsabfällen und End of Life Teilen her.

LINN HIGH THERM GmbH Dr. Ivan Imenokhoyev Heinrich-Hertz-Platz 1 D-92275 Eschenfelden Telefon +49 (0)9665 9140 48 Imenokhoyev@linn.de www.linn.de

JEOL JMS-T100GCV AccuTOF GCv 4G

Vielseitigkeit und ihre Anwendung

Frank Wallasch1 In Zusammenarbeit mit JEOL bietet die Brechbühler AG auf Flugzeitmassenspektrometern (time-of-flight, TOF) basierende Lösungen an. Mit dem AccuTOF GCv 4G gibt es eine Gaschromatografie (GC)/TOFMassenspektrometer (MS)-Kopplung (Bild 1), welche sich dank der Variabilität der Ionisierung für analytische Aufgaben aus allen wissenschaftlichen Forschungsgebieten einsetzen lässt. Proben können nach gaschromatografi scher (GC) Trennung oder direkt (Direct Dr. Frank Wallasch ist Produktmanager bei der Brechbühler AG.

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Probe DP) untersucht werden. Hierzu steht eine Vielzahl an Ionisierungstechniken, wie beispielsweise die Elektronenstoss-Ionisierung EI, Chemische Ionisierung CI, Felddesorption FD, Feldionisation FI oder Liquid Injection Field Desorption Ionization (LIFDI) zur Verfügung. Diese Variabilität, der grosse Messbereich (ca. 4 – 5000 m/z), die hohe Massengenauigkeit (1,5 mDa), das grosse Auflösungsvermögen (> 8000 bei m/z 617) und die hohe Scanrate von bis zu 50 Hz ermöglichen die Untersuchung von Proben aus der Biochemie, Lebensmittelsicherheit, den Material- und Umweltwissenschaften sowie der Duftstoff-, Polymer- oder Petrolindustrie.

Bilder: Brechbühler

Wenn Teilchen gleicher kinetischer Energie unterschiedliche Massen aufweisen, fliegen sie mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Das macht man sich in der Analytik zunutze, indem man das Masse-Ladungsverhältnis im Flugzeitmassenspektrometer, mit dem Vorteil der schnellen Messung bei hoher Auflösung, bestimmt.

Bild 1: AccuTOF GCv 4G

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Bild 2: Prinzip der Felddesorption

Ionisierungsmöglichkeiten Neben der häufig verwendeten Ionisierung durch direkten Elektronenstoss (EI) und dem Einsatz von Reagenzgas (Methan, Butan, Ammoniak) zur chemischen Ionisierung stehen beim AccuTOF GCv 4G noch

Bild 3: Prinzip der Feldionisation

die Felddesorption (FD) und Feldionisation (FI) zur Verfügung. In beiden Fällen erfolgt eine «sanfte» Ionisierung durch Entfernen von Elektronen vom Probenmolekül in einem hohen elektrischen Feld, wobei diese auf den Emitter (Anode) tunneln. Bei der Felddesorption wird die Probe direkt auf

den Emitter aufgetragen und von dort, mit Unterstützung einer zusätzlichen Heizung, ionisiert (Bild 2). Bei der Feldionisation hingegen wird eine gasförmige Probe am Emitter vorbeigeführt und die enthaltenen Moleküle an den Spitzen des Emitters ionisiert (Bild 3). Beide Ionisierungsvarianten im hohen Potentialfeld liefern einfache Spektren mit keinem (Molekülspektren) bis geringem Fragmentierungsmuster. Als weitere Ionisierungsmöglichkeit gibt es noch die Liquid Injection Field Desorption Ionization (LIFDI). Diese Ionisierung ermöglicht die einfache Analyse oxidations- und hydrolyseempfindlicher Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase, welche über eine Kapillare, ohne Unterbruch des Vakuums, an den Emitter geführt werden.

Applikationsbeispiele Bild 4: Vergleich der GC/EI- (oben) und GC/ FI-Chromatogramme (unten) von Cholesterol.

Bild 5: Vergleich der GC/EI- (oben) und GC/ FI- (unten) Chromatogramme von Irganox 1010.

Bild 6: Spektrum mit Molekular-Ion von HCFC-225ca bei m/z 201,9.

Die Standard Ionisierungsmethode EI kann in der GC für viele Verbindungen angewandt werden (Bild. 4 und 5 oben). Diese

Bild 7: Struktur des Pyridinium-Kations (links) und des BTI-Anions (rechts).

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Bild 8: Spektrum (TIC) mit den Molekülionen des Pyridins ([C] + bei m/z = 150,1) und des Clusters [C 2 A] + (m/z = 580,2).

Bild 9: EI Spektrum (DEP) von Tristearin.

Bild 10: NH 3 -CI Spektrum mit DEP (DCI) von Tristearin.

Bild 11: FD-Massenspektrum von Polystyrol 4000.

DPn

DPw

3583.07

3805.72

1.062

33.89

36.03

Mn: Number average molecular weight Mw: Weight average molecular weight PD: Polydispersity

DPn: Number average degree of polymerization DPw: Weight average degree of polymerization

Bild 12: Auswertung des Polystyrol 4000 FD-Massenspektrums aus Bild 11 mit der Polymerix-Software.

Methode ionisiert alle eluierten Komponenten gleichermassen, was zu starkem Untergrundrauschen führt, z.B. durch die vorhandene Matrix oder das Säulenbluten. Bild 4 zeigt zwei Gesamtionenstrom-Spektren (TIC-Spektren) von Cholesterol, welche mit EI (Bild 4 oben) oder FI (Bild 4 unten) erhalten wurden (Elutions-TCholesterol ca. 240 Grad Celsius). Irganox 1010, ein Antioxidanz für Polymere, eluiert unter den gewählten GC-Bedingungen bei ca. 380 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen sind diese Matrix- und durch die Säule bedingten Effekte grösser als beim Cholesterol (Bild 4), und entsprechend ist der Einfluss der gewählten Ioni5/2013

sierungsart (EI in Bild 5 oben und FI in Bild 5 unten) ausgeprägter. Die «sanfte» Ionisierung im hohen elektrischen Feld erlaubt auch die Bestimmung des Molekülions von halogenierten Verbindungen, welche mit EI oder CI leicht fragmentieren, siehe Bild 6 (HCFC-225ca: CF 3CF2CHCl2; Mw: 202 u). Die Ionisierung mittels FD ermöglicht weiterhin die Bestimmung der Molekülmassen von Verbindungen mit sehr hohem Dampfdruck, wie z.B. ionischen Flüssigkeiten. Bild 8 zeigt ein TICC eines Clustersions aus Pyridin (Verbindung C, Bild 7 links) und Bis(trifluormethylsulfonyl)-imid (BTI), ein häufiges Anion in ionischen Flüssigkeiten (Verbindung A, Bild 7 rechts).

Eine schnelle Bestätigung der Molekularmasse synthetisch hergestellter Verbindungen ist mit der Verwendung der direkten Messung (direct exposure probe DEP) möglich. In Bild 9 (DEI) und 10 (DCI mit Ammoniak) werden die Spektren von Tristearin (C57H110O6; Mr: 890 u) vorgestellt. Die Kombination aus Felddesorption, dem hohen Massenbereich und der schnellen Datenaquirierung ermöglicht die Charakterisierung von Polymeren. Bild 11 zeigt das Spektrum von Polystyrol 4000 und Bild 12 die entsprechenden Kennzahlen, welche unter Verwendung der Polymerix-Software (Sierra Analytics) berechnet wurden.

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

BUCHBESPRECHUNG

Die fünfte Ausgabe des Klassikers von Horst Friebolin im ChemieXtra-Test

Ein- und zweidimensionale NMR-Spektroskopie In der fünften Auflage erschien im Februar 2013 die «Einführung in die magnetische Kernresonanzspektroskopie» von Horst Friebolin. Auf 430 Seiten werden dem Einsteiger quantenmechanische Grundlagen und deren Anwendung in den vielfältigen NMR-Experimenten näher gebracht. Erstmals kann der Leser am Ende der Kapitel auch Fragen beantworten, um sein Wissen über den gelernten Stoff zu testen.

Sebastian Wagner Die NMR-Spektroskopie stellt Studenten und Anwender in der Industrie gleichermassen vor die Herausforderung, reale Experimente nachzuvollziehen, deren Basis in der nicht vorstellbaren Quantenphysik liegen. Der erstmals 1988 erschienene Klassiker «Ein- und zweidimensionale NMRSpektroskopie» ordnet die auf den Spineigenschaften der Atomkerne beruhende Vielzahl an möglichen Messexperimenten in den quantenmechanischen Kontext ein und erklärt diese auf verständliche Weise. Vorweggenommen gelingt dies dem Autor hervorragend. Grossteils erfasst man als Leser schon nach einmaliger Lektüre eine Textpassage. Präzise Formulierungen, nicht zu lange Sätze und wenige Unterbrüche im Textfluss bilden dafür die Grundlage. Im ersten Drittel des Buches wird der Leser in die physikalischen Grundlagen der Kernresonanz-Spektroskopie eingeführt. Die mathematische Komponente wird dabei nur am Rande betrachtet – quantenchemische Berechnungen werden meist nur auf die

Horst Friebolin

Ein- und zweidimensionale NMR-Spektroskopie Eine Einführung Fünfte, vollständig überarbeitete und aktualisierte Auﬂage

weist Friebolin ein gutes Gespür: So beschreibt er eine umfassende Auswahl an Spektren in angemessener Tiefe, sodass der Leser nicht nur das methodische Prinzip, sondern auch die Auswirkungen auf das Spektrum versteht. In den hinteren Kapiteln spricht Friebolin noch weiterführende Methoden an, wie etwa FestkörperNMR-Spektroskopie oder Anwendungen in der Biochemie und Medizin. Diese Themen werden aber nur grob umrissen, der Schwerpunkt bleibt bei den klassischen ein- und zweidimensionalen NMR-Experimenten an Lösungen.

Formelle Ansprüche werden erfüllt

Angabe des Ergebnisses reduziert. Da der Autor diese Resultate aber stets gekonnt in den Zusammenhang einordnet, kommt man gut vorwärts, ohne das Gefühl zu haben, noch nachrecherchieren zu müssen. Auch bei der Vorstellung der verschiedenen modernen Aufnahmetechniken be-

Den Abbildungen von Doris Lang sieht man an, dass diese nach Einschätzung des Rezensenten noch aus der ersten Ausgabe stammen. Die durchgängig in SchwarzWeiss gehaltenen Illustrationen ermüden das Auge. Auf der anderen Seite unterstützen sie aber die Erläuterungen im Text sehr gut, sind in der Grösse angemessen und ordentlich platziert.

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Aufgaben für das Verständnis Damit sei auch darauf hingewiesen, dass Friebolin in seinem Buch auf explizite Übungsbeispiele zur Spektreninterpretation verzichtet. Die vorhandenen Spektren werden meist zur Erklärung von verschiedenen Experimenten und Besonderheiten verwendet. So kann man als Leser nicht erwarten, nach der Lektüre die verschiedenen Spektren interpretieren zu können. In seinem ursprünglichen NMR-Buch von 1974 hatte Friebolin noch Spektrenübungen mitgeliefert. Deren Bearbeitung hätte sicher auch heute zur Festigung des Verständnisses beigetragen. Durch die direkte Anwendung des gelernten Stoffes könnte der Inhalt des aktuellen Buches besser im Gedächtnis verankert werden. Bis zu einem bestimmten Grad stellen die anfangs erwähnten Aufgaben eine Alternative dar: Diese Verständnisfragen sind neu in der fünften Auflage und werden dem Leser jeweils am Ende des Kapitels gestellt. Obwohl sie nur oberflächlich sind, fassen die einfachen Antworten den behandelten Stoff doch gut zusammen. Die im Anhang vorhandenen Lösungsvorschläge erweisen sich dabei als prägnant und verständnisfördernd. Der Vergleich mit den «Spektroskopischen Methoden in der organischen Chemie» von M Hesse et al. verdeutlicht den Anspruch Friebolins: Der Leser soll verstehen, was bei den verschiedenen NMR-Experimenten gemessen wird. Friebolins Erläuterungen sind länger, dafür aber umfassender und schlüssiger. Leider wird im Buch auf ein eigenes Kapitel mit spektroskopischen Daten zur Interpretation verzichtet, wie dies etwa im Falle des Buches von Hesse vorhanden ist. Eine Übersicht der chemischen Verschiebungen ist zwar vorhanden, exemplarische Auflistungen von Chemikalien und deren spektroskopischen Eigenschaften sucht man hingegen vergeblich. Für reine NMRAnwender ist das Buch daher ungeeignet.

Die neue Dimension in der Probenvorbereitung und Partikelanalyse

pure science – no fiction

Eine gute Gliederung hilft dem Leser bei der Orientierung. So sind die relevanten Textstellen deutlich von erklärenden Beispielen, mathematischen Formeln oder weiterführenden Erläuterungen getrennt. Insgesamt findet sich der Leser sehr gut in dem Buch zurecht. Neben einem übersichtlichen Inhaltsverzeichnis und einer ordentlichen Liste an Abkürzungen findet sich am Anfang des Buches auch ein übersichtliches Symbolverzeichnis, das angesichts der abstrakten Grundlagen gute Dienste leistet. Das Register ist in Substanzen und Sachbegriffe unterteilt. Obschon die Indizierung der Substanzen allein wenig sinnvoll erscheint – selten wird ein Spektrum vollständig besprochen – ist die Separation hilfreich: Dem Leser fällt dadurch die Orientierung im Sachwortregister wesentlich leichter.

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Empfehlung für Einsteiger Mit Nachdruck ist das Buch allerdings denjenigen zu empfehlen, die über keines bis mittleres Grundlagenwissen verfügen und die moderne NMR-Spektroskopie wirklich verstehen wollen. Für etwa 66 Franken hält man einen wertigen Taschenbuch-Druck in den Händen, der angenehm zu lesen ist und mit dem die komplizierte Vielfalt der NMR-Spektroskopie hervorragend zu erfassen ist. 5/2013

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Ausgeatmete Luft könnte Ärzten bald helfen, Diagnosen zu stellen

Der Fingerabdruck des Atems

Fabio Bergamin1 Körperflüssigkeiten können Bände über die Gesundheit eines Menschen erzählen. So untersuchen Ärzte heute Blut und Urin, um anhand der darin gelösten Moleküle Hinweise zu finden auf Infektions- oder Stoffwechselkrankheiten, um Krebs oder Organversagen zu diagnostizieren oder um die Dosierung von Medikamenten zu überprüfen. Forscher von der ETH und dem Universitätsspital Zürich schlagen nun vor, es nicht bei Blut- und Urin-Untersuchungen zu belassen, sondern mithilfe hochauflösender Echtzeit-Analysemethoden auch den Atem in das diagnostische Arsenal der Schulmedizin aufzunehmen.

Objektive Atemanalyse Die Wissenschaftler nehmen damit ein Prinzip auf, das unter anderem aus der traditionellen chinesischen Medizin bekannt ist. Dort werden aus dem Geruch des Atems eines Patienten Schlüsse zu dessen Gesundheitszustand gezogen. Bekannt ist zudem, dass trainierte Hunde und Ratten an gewissen Krebsarten leidende Menschen anhand ihres Atems von gesunden unterscheiden können. In diesen Beispielen beurteilt der Mediziner oder das trainierte Tier das komplette Geruchsbild des Atems, was letztlich aber subjektiv ist. Die ETH-Forscher unter der Leitung von Renato Zenobi, Professor am Laboratorium für Organische Chemie, möchten die Atemanalyse objektivieren und die einzelnen Geruchskomponenten identifizieren. Dadurch können Ärzte in äusserst geringer Konzentration vorliegende Atem-Komponenten in die Diagnose einbeziehen. 1 Der Autor ist Redaktor der Hochschulkommunikation an der ETH Zürich

Mithilfe der Massenspektrometrie lässt sich das Vorhaben der Forscher umsetzen, wie sie in einer neuen Studie gezeigt haben, in der sie den Atem von elf Versuchspersonen untersuchten. Dabei haben sie herausgefunden, dass sich der Atem bezüglich der darin enthaltenen flüchtigen Komponenten – in der Regel sind es Stoffwechselprodukte – individuell unterscheidet: Jeder Mensch hat einen charakteristischen «Fingerabdruck des Atems», was die Mit einem Massenspektrometer haben die ETH-Forscher das Forscher englisch als Spektrum der im Atem enthaltenen Moleküle analysiert. «Breath-Print» bezeichnen. se Aceton, ein Abbauprodukt des Zuckerstoffwechsels. Von den meisten anderen Stabiles Muster Stoffen, die sie im Atem finden konnten, Mit regelmässigen Messungen während elf wissen die Wissenschaftler noch nicht, um Tagen konnten die Forscher zudem aufzei- welche Verbindungen es sich handelt. In gen, dass das individuelle Atemmuster kon- weiterer Forschungsarbeit müssen sie die stant bleibt. «Wir haben zwar geringe zeit- Moleküle identifizieren. liche Schwankungen im Tagesverlauf gesehen, das individuelle Muster bleibt Fingerabdrücke jedoch konstant genug, damit es für die medizinische Anwendung brauchbar ist», von Krankheiten erklärt Pablo Martinez-Lozano Sinues aus Als Nächstes werden die ETH-Chemiker der Gruppe von Zenobi. Würden Messun- versuchen, nicht nur persönliche Fingerabgen nämlich im zeitlichen Verlauf stark drücke des Atems einzelner Personen zu schwanken, wären sie für die Krankheitsdi- ermitteln, sondern mit derselben Technik agnose unbrauchbar. charakteristische Fingerabdrücke von Krankheiten zu erkennen. Sie arbeiten dazu Für die Messungen haben Zenobi und sei- mit Ärzten der Klinik für Pneumologie am ne Kollegen handelsübliche Massenspek- Universitätsspital Zürich zusammen. «Wenn trometer umgebaut. So konnten die Ver- wir bei Patienten mit einer bestimmten suchspersonen über ein Mundstück direkt Lungenkrankheit ein übereinstimmendes in das Analysegerät pusten. Die Forscher Muster finden, können wir damit eine Diaerhielten auf diese Weise Hinweise auf gnosemöglichkeit entwickeln», erklärt Sinuetwa hundert Atem-Komponenten. Identi- es. Bei Lungenkrankheiten erwarten die fizieren konnten die Forscher beispielswei- Wissenschaftler am ehesten, sogenannte 5/2013

Bild: Xue Li / ETH Zürich

Biomarker im Atem zu detektieren. Daher stehen diese Krankheiten zunächst im Zentrum der Forschungsaktivitäten. Die Methode könnte in Zukunft aber auch auf weitere Krankheiten ausgeweitet werden. Obschon die Bedeutung der Atemanalyse für die medizinische Diagnostik bekannt ist, wurde sie in der Schulmedizin nur selten angewandt. «Ein Grund dafür ist, dass mit den meisten bisherigen Methoden nur wenige Substanzen untersucht werden konnten und dass diese Methoden langsamer waren», sagt Sinues. Ein bedeutender Vorteil des Vorgehens der ETH-Forscher gegenüber Blut- und Urin-Untersuchungen ist, dass der Atem-Fingerabdruck schon wenige Sekunden nach der Beprobung vorliegt. Die Analysen von Urin und Blut dauern in der Regel selbst in spezialisierten Labors deutlich länger.

Frühwarnsystem für gesunde Personen Ein weiterer Vorteil: In ein Atem-Analysegerät zu pusten ist im Gegensatz zur Entnahme einer Blutprobe nicht-invasiv. Das heisst, die Ärztin oder der Assistent muss nicht wie bei der Blutentnahme mit einer Nadel in den Körper (in ein Blutgefäss) eindringen. «Unser Ziel ist, die Atemanalyse dereinst auf dieselbe Ebene zu bringen wie die etablierten Blut- und Urin-Untersuchungen», sagt Malcolm Kohler, Professor am Universitätsspital Zürich, der an der Forschungsarbeit beteiligt war. Regelmässige Atemproben würden sich beispielsweise auch als Frühwarnsystem für gesunde Personen mit einem bekannten Krankheitsrisiko eignen. Oder man könnte damit den Fortschritt und die Nebenwirkungen einer Therapie überwachen. Damit sich die Methode in der Klinik durchsetzen kann, müssen die Instrumente verbessert werden. Die für die Analyse verwendeten, präzisen Massenspektrometer füllen derzeit noch ganze Labors. Zenobi: «Wenn kleine, tragbare Geräte, die es schon gibt, in Zukunft leistungsfähiger werden, könnten diese beispielsweise in Arztpraxen eingesetzt werden.»

Massenspektrometrie Die Massenspektrometrie ist eine Analysemethode, die es erlaubt, die Molekularge5/2013

wichte chemischer Verbindungen, die in einer Flüssigkeit gelöst oder in einem Gas enthalten sind, präzise zu bestimmen. Die Genauigkeit ist dabei so gross, dass praktisch alle Moleküle voneinander unterschieden werden können, sofern sie sich in ihren Massen geringfügig unterscheiden. Bei dem Verfahren wird die zu untersuchende Substanz mit einer elektrischen Ladung versehen. Das Massenspektrometer misst letztlich das Verhältnis der Masse zur Ladung eines Moleküls. Für die Atemanalysen benutzen die Wissenschaftler ein Massenspektrometer, bei dem der Atem über die sogenannte Elektrospray-Ionisierung mit Ladung versehen wird. Dabei wird eine Flüssigkeit unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes versprüht, sodass ein Nebel feinster geladener Tröpfchen entsteht. Dieser «ionisierte Nebel» vermag auch in die sogenannte Ionisationskammer gebrachte neutrale Proben, wie in diesem Fall den Atem, elektrisch aufzuladen.

FIT FÜR DIE ZUKUNFT

Quelle: ETH Zürich Originalpublikation P Martinez-Lozano Sinues, M Kohler, R Zenobi, «Human breath analysis may support the existence of individual metabolic phenotypes», PLOS One 8(4), DOI: 10.1371/ journal.pone.0059909 (2013)

Kontakt Prof. Dr. Renato Zenobi Laboratorium für Organische Chemie ETH Zürich Zürich, Schweiz zenobiorg.chem.ethz.ch www.zenobi.ethz.ch Prof. Dr. med. Malcolm Kohler Klinik für Pneumologie Universitätsspital Zürich Zürich, Schweiz malcolm.kohler@usz.ch www.pneumologie.usz.ch/ LehreUndForschung

Vorsprung durch Wissen: mit unseren Weiterbildungsangeboten. Durch den immer schneller werdenden technischen Fortschritt und neue Entwicklungen wird in Zukunft nicht nur das Produkt über den Erfolg ent scheiden, sondern vor allem das Wissen um seine Anwendung. Durch regelmäßige Weiterbildung und lebenslanges Lernen können Sie mit diesen Entwicklungen Schritt halten. Sichern Sie sich jetzt Ihren Wissensvorsprung mit Schulungen von Pepperl+Fuchs: Q Explosionsschutz Q Funktionale Sicherheit (SIL) Q Feldbustechnik Weitere Informationen ʗQGHQ 6LH XQWHU www.pepperl-fuchs.de/trainings Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 · 2557 Studen BE Tel. +41 32 374 7680 Fax +41 32 374 76 78 E-Mail: triedweg@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

MEDIZIN/PHARMA

Überwindung des Tumor-Schutzschildes hat Potential für Krebs-Behandlung

Marine Substanzen gegen das Multiple Myelom

Bild: K. Pfaller

Bild: © macdivers – Fotolia.com

Das Tiroler Krebsforschungszentrum Oncotyrol durchforstet im Rahmen des europäischen Forschungskonsortiums OPTATIO marine Extrakte und Wirkstoffe auf der Suche nach neuen Mitteln gegen das Multiple Myelom, einer unheilbaren Erkrankung des Knochenmarks. Jetzt wurden erste Ergebnisse dieses EU-Projekts bekannt.

auf der Suche nach neuen Mitteln gegen das Multiple Myelom, einer unheilbaren Erkrankung des Knochenmarks. Bei der «1st Drug Screening Discussion», die kürzlich in Innsbruck stattfand, wurden erste vielversprechende Ergebnisse präsentiert. OPTATIO (OPtimizing TArgets and TheraDie Trauersternschnecke (Jorunna funebris) ist ein Beispiel für einen peutics In high risk Meeresorganismus, der für die Medikamentensuche interessant ist. and refractOry Multiple Myeloma) ist ein Das Meer ist ein hart umkämpfter Lebens- Konsortium aus zwölf europäischen Partraum. Um hier zu überleben, wehren sich nern, darunter Oncotyrol, das Anfang 2012 marine Organismen mit einem ganzen Ar- startete. senal an chemischen Waffen gegen ihre Konkurrenten. Mithilfe dieser Substanzen Neue Strategie: greifen sie feindliche Zellen an, überwinden deren Verteidigung und sind daher interes- Schutzschild überwinden sante Wirkstoffkandidaten für die Krebsfor- In der bisherigen Forschung gegen das schung. Das Tiroler Krebsforschungszen- Multiple Myelom wurden die Krebszellen trum Oncotyrol durchforstet im Rahmen häufig isoliert betrachtet. Dabei blieb des europäischen Forschungskonsortiums unberücksichtigt, dass die Umgebung im OPTATIO marine Extrakte und Wirkstoffe Knochenmark, insbesondere das Stromagewebe aus Knochen-, Immun- und Bindegewebszellen, die Krebszellen mithilfe verschiedenster Substanzen in einer sogenannten Nische schützt. In diesem biochemischen Schutzraum bleiben Medikamente am Patienten oftmals wirkungslos – obwohl sie im Laborversuch an isolierten Krebszellen erfolgreich waren – oder sie wirken nur kurzfristig, weil die Krebszellen resistent werden. Daher verfolgt OPTATIO die Strategie, den Schutzschild zu überwinRasterelektronenmikroskop-Aufnahme von den, um den Krebs besser behandeln zu Myelomzellen in simulierter Knochenmarkskönnen. Wirkstoffe aus dem Meer sind daumgebung. Die rundlichen Zellen sind die bei besonders attraktive Kandidaten, sind Krebszellen, die Knochenmarkszellen sind sie doch evolutionär erprobt im chemiflach. 42

schen Überlebenskampf mariner Organismen. Oncotyrol als einer der Partner im Konsortium entwickelt Testsysteme, die sowohl Krebs- als auch Bindegewebszellen enthalten und somit den tatsächlichen Begebenheiten im Körper näher kommen. An derartigen «in-vivo like assays» haben die Wissenschaftler nun Hunderte von marinen Extrakten und auch Reinsubstanzen getestet. Laut Winfried Wunderlich von Oncotyrol kam es bei dem Screening darauf an, dass die Kandidaten die Krebszellen töten, aber die Nischenzellen intakt lassen. «Wir suchen nach Substanzen, die den schützenden Einfluss des Stromas auf die Krebszellen vernichten, nicht aber die Bindegewebszellen selbst», erklärte Wunderlich. Dabei sind die Tiroler Forscher nun mit vielversprechenden Screening-Resultaten vorangekommen. Es zeigte sich, dass tatsächlich ein beträchtlicher Teil der untersuchten Extrakte und Reinsubstanzen selektiv auf die Tumorzellen wirkt – das heisst, der Schutzschild wurde durchbrochen. «Diese Kandidaten sind extrem aktiv», freut sich Wunderlich. Im nächsten Schritt wollen die Oncotyrol-Wissenschaftler nun ihre Testsysteme noch lebensnaher gestalten und die vielversprechendsten Kandidaten in weiteren Modellen testen. Quelle: Oncotyrol Innsbruck

Kontakt Dr. Wolfgang Willenbacher Universitätsklinik für Innere Medizin Medizinische Universität Innsbruck Österreich Wolfgang.willenbacher@uki.at www.oncotyrol.at

5/2013

ERNÄHRUNG

Mediterranean diet reduces risk of cardiovascular diseases by 30 percent

Study proves olive oil life saving The results of the study «Predimed» aimed to assess the efficacy of Mediterranean diet in the primary prevention of cardiovascular diseases have been published. They prove that the Mediterranean diet supplemented with extra-virgin olive oil or tree nuts reduce the risk of suffering a cardiovascular death, a myocardial infarction or a stroke by 30 percent.

Source: © doris oberfrank-list – Fotolia.com

reduction in the risk of suffering a cardiovascular death, a myocardial infarction or a stroke. These results are published in the journal «New England Journal of Medicine». The study has been coordinated by Ramon Estruch, researcher at the Faculty of Medicine of the University of Barcelona and the Hospital Clínic. According to the researchers, the results of the study are relevant as they prove that a high-vegetable fat diet is healthier at a cardiovascular level than a low-fat diet. The authors state that the study has been controversial as it provides new data which contradict the idea that it is necessary to reduce fats in order to improve cardiovascular health. Source: University of Barcelona Reference R Estruch et al., «Primary Prevention of Cardiovascular Disease with a Mediterranean Diet», N Engl J Med 368(14), 1279–1290 (2013) Contact Mediterranean food is known to be healthy. A Spanish study investigates the positive influence of vegetarian fats on reducing the risk of cardiovascular diseases.

Project «Predimed» is a multicentre trial carried out between 2003 and 2011 to study the effects of the Mediterranean diet on the primary prevention of cardiovascular diseases. 7,447 people following major cardiovascular risk factors participated in the study. They were divided into three dietary intervention groups: a Mediterranean diet supplemented with extra-virgin olive oil, a Mediterranean diet supplemented with nuts (walnuts, almonds, hazelnuts), and a low-fat diet (animal and vegetable). A dietician visited the patients every three months and they attended dietary training group sessions, in which they received de5/2013

tailed information about the Mediterranean and the low-fat diet, and the food included in each one. Moreover, they were provided with shopping lists, menus and recipes adapted to each type of diet and each season of the year. During the study those participants following any of the two types of Mediterranean diet received free extra-virgin olive oil (one litre per week), and nuts (30 grams per day; 15 grams of walnuts, 7.5 grams of almonds and 7.5 grams of hazelnuts). After five years, it has been proved that participants who followed any of the two types of Mediterranean diet showed a substantial

Dr. Ramon Estruch Department of Internal Medicine Hospital Clínic of Barcelona, Spain restruch@clinic.ub.es www.hospitalclinic.org Dr. Miguel A. Martínez-González Department of Preventive Medicine and Public Health Facultad Medicina–Clínica Universidad de Navarra, Pamplona, Spain mamartinez@unav.es www.unav.es/departamento/preventiva

WERKSTOFFE

Mit einer Keramikschaum-Struktur brauchen Abgaskatalysatoren weniger Edelmetall

Mehr Effizienz dank Turbulenzen

Bilder: Empa

Mit der kommenden Abgasnorm Euro 6 werden Abgaskatalysatoren vor allem bei Dieselfahrzeugen teurer. Die Empa arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der aufgrund seiner Struktur effizienter und somit kostengünstiger ist – und dabei erst noch weniger Edelmetall benötigt.

Dieser Wabenkatalysator aus einem Rennwagen gab den Empa-Forschern den Anstoss, den Schaumkat zu entwickeln: Der Monolith ist in einem kleinen Bereich geschmolzen, direkt daneben aber unversehrt, was auf eine schlechte Verteilung der hindurchströmenden Abgase hinweist.

Herkömmliche Abgaskatalysatoren haben eine regelmässige Wabenstruktur. Auf dem aus einem Stück bestehenden Keramikträger (Monolith) ist die katalytisch aktive Schicht aufgebracht, die wertvolle Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder Palladium enthält. Die heissen Abgase durchströmen den Katalysator ohne Turbulenzen. Da der Grossteil des Abgasstroms den Kat im Zentrum passiert, verschleisst der zentrale Teil schneller, während die Randbereiche des Monolithkats mehr oder weniger ungenutzt bleiben. Um eine lange Lebensdauer zu haben, muss dieser also möglichst lang sein. Eine grössere Länge aber bedeutet mehr Oberfläche und somit einen höheren Edelmetallgehalt – und folglich auch einen höheren Preis. Dieses Problem lösen Empa-Forscher der Abteilung «Verbrennungsmotoren» unter der Leitung von Panayotis Dimopoulos mit einer Innovation: Das Team arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der den Monolith-Träger künftig ersetzen soll. Denn: Bei gleicher Katalysatorwirkung ist der neuartige Kat wesentlich günstiger. Das Geheimnis liegt in seiner Struktur. Im Gegensatz zum Monolith-Katalysator ist der Keramikschaum unregelmässig aufgebaut, 44

Die unregelmässige Struktur des Keramikschaumträgers verwirbelt die Abgase und ermöglicht damit ein Einsparen an katalytischem Edelmetall.

Altbewährt versus innovativ: links ein Monolithkat, rechts ein Schaumkat.

wie ein Schwamm. Die einströmenden Abgase geraten dadurch in Turbulenzen und werden gleichmässig im Katalysator verteilt. Obwohl der Schaumkat eine kleinere Oberfläche hat als der Monolith, wird diese Oberfläche dadurch viel effizienter genutzt. Das Ergebnis: die gleiche katalytische Wirkung wie ein gewöhnlicher Katalysator mit nur einem Drittel des teuren Edelmetalls – und einem halb so langen Katalysator. Trotz der Brüchigkeit des Keramikschaums gelang es den Forschern in Zusammenarbeit mit der Empa-Abteilung «Hochleistungskeramik», die mechanische Festigkeit des Schaumkats um ein Vielfaches zu steigern. Aktuell arbeiten die Wissenschaftler daran, die Struktur des Schaums zu optimieren. Der Schaumträger hat einen höheren Luftwiderstand und verursacht somit einen leicht erhöhten Treibstoffverbrauch gegenüber einem Monolith-Träger. Mit aufwändigen Computersimulationen entwickelt das Team nun Schaumstrukturen, die den Luftwiderstand senken, ohne die erwünschten Turbulenzen darin zu mindern. Obwohl die Herstellung des Schaumkats vorerst noch im kleinen Rahmen an der Empa stattfindet, besteht bereits Interesse seitens der Industrie. Auf dem Gelände der Empa wird der Schaumkat in einem DieselTestwagen geprüft. Seit eineinhalb Jahren

ist auch ein Auto der Industriellen Werke Basel (IWB) mit dem Empa-Katalysator unterwegs, um die Innovation im Langzeittest über mindestens 150 000 Kilometer zu testen. Der Schaumkat wäre vor allem für kleine Dieselfahrzeuge eine ideale Alternative zum Monolith. Ab September 2014, wenn die Euro-6-Abgasnorm in Kraft treten wird, müssen die Schadstoffemissionen von Dieselmotoren merklich sinken. Insbesondere wird dann ein Stickoxid-Katalysator obligatorisch. Zusammen mit dem Partikelfilter und dem gewöhnlichen Kohlenwasserstoffund Kohlenmonoxid-Katalysator verteuert dies die Abgasreinigung bei Dieselautos erheblich. Mit seinem stark reduzierten Bedarf an Edelmetallen kann der EmpaSchaumkat dem entgegenwirken. Quelle: Empa Kontakt Dr. Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler Abteilung Verbrennungsmotoren Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa Dübendorf, Schweiz Panayotis.Dimopoulos@empa.ch www.empa.ch/abt137

5/2013

Waters AG, Täfernstrasse 4, CH-5405 Baden-Dättwil T 056 676 70 00

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Bild: Sabine Goldhahn

U M W E LT

Der Golfstrom treibt den Zivilisationsmüll bis an die Küsten Spitzbergens in der Arktis

Unser alltäglicher Abfall schadet Tieren rund um die Weltmeere

Müllhalde Meer Plastiksäcke, Kosmetika, Eimer, PET-Flaschen – es gibt nichts, was nicht im Meer landet. Schätzungen zufolge befinden sich mittlerweile zwischen 100 und 142 Millionen Tonnen Müll in den Weltmeeren. Bis zu 10 Millionen weitere Tonnen werden jährlich eingetragen. Auf die Meeresbewohner hat der Plastikmüll katastrophale Auswirkungen: Müllteile werden verschluckt und stören die Verdauung, in Resten von Fischernetzen verstricken oder strangulieren sich die Tiere. Diskussionspunkte gab es genügend auf der Internationalen Konferenz über Meeresmüll in Europäischen Gewässern, die vom 10. bis 12. April in Berlin stattfand.

Etwa drei Viertel des gefundenen Mülls in den Ozeanen bestehen aus Kunststoffen. Laut dem UN-Umweltprogramm UNEP treiben durchschnittlich 13 000 Plastikmüllpartikel auf jedem Quadratkilometer Meeresoberfläche. Folien und Plastiktüten, oder Bruchstücke davon, treiben mit dem Plankton an der Meeresoberfläche, befinden sich in der Wassersäule oder sinken auf den Meeresboden, je nach Auftrieb der verschiedenen Kunststoffsorten und dem Grad des Bewuchses durch Organismen. Sie verteilen sich vor allem durch Strömungssysteme 46

über Ländergrenzen hinweg und können weit von ihrem Ursprungsort entfernt Schaden anrichten. Neben den ästhetischen Problemen haben sie zur Folge, dass sie von Tieren mit Nahrung verwechselt oder versehentlich verschluckt werden. Die Plastikfragmente können den Verdauungstrakt schädigen und die Mägen der Tiere verstopfen, was zum Tod durch Verhungern oder durch innere Verletzungen führen kann. Von 136 marinen Arten ist bekannt, dass sie sich regelmässig in Müllteilen verstricken und strangulieren. Weiterhin begünstigen Plastikteile den Transport von nicht-einheimischen Arten in neue Habita-

te, darunter auch invasiven Organismen. Absinkendes Plastik kann den Meeresboden verhärten, da eine Durchmischung und Sauerstoffversorgung des Meeresbodens verhindert wird. Zudem nehmen Tiere mit den Plastikteilen auch die teilweise giftigen Substanzen auf, die bei deren Degradation entweichen oder aus der Meeresumwelt absorbiert wurden und bringen sie in die Nahrungskette. Hinzu kommt, dass Plastik eine sehr lange Abbauzeit hat und sich zum Teil in immer kleinere Teile zersetzt, wobei Additive wie Weichmacher oder Flammschutzmittel frei5/2013

Bild: Sabine Goldhahn

Bild: Sabina Bredemeier

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Plastikteile, Verpackungsmüll und Netze an der Westküste Spitzbergens

gesetzt werden. Mikroplastik gelangt aber auch direkt ins Meer. Die Verwendung solcher Teilchen in Kosmetikprodukten wie Peelings oder Zahnpasten ist mittlerweile Standard. Aber auch die bis zu 2000 Kunstfasern aus Fleece-Kleidungsstücken, einem Velourstoff, der meist aus Polyester oder Polyacryl besteht, gelangen pro Waschgang in die Meeresumwelt, da sie von den Klärwerken ebenfalls nicht zurückgehalten werden können. Hinzu kommt, dass Mikroplastikpartikel chemische Substanzen aus der Meeresumwelt wie organische Schadstoffe in hohen Konzentrationen an ihrer Oberfläche adsorbieren können.

Plastiksäcke gefährden marine Lebewesen Weithin sichtbar an den Stränden sind Plastiktüten. Daten aus der Überwachung der Spülsäume europäischer Meere zeigen, dass zu den relevanten Fundstücken vor allem «kleine Plastiktüten» und «Einkaufstüten» gehören. Gefährlich daran ist, dass sie auch als Plastikfragmente im Meer herumschwimmen und an die Küsten gelangen. Aktuelle Daten von der deutschen Ostsee (Fehmarn und Rügen) zeigen, dass dort weitaus mehr kostenfreie kleine Plastiktüten als kostenpflichtige Einkaufstüten aus dem Lebensmitteleinzelhandel gefunden werden. Oftmals verheddern sich Tiere in solchen Abfällen oder verschlucken sie. Im schlimmsten Fall sterben sie qualvoll. Auswertungen von Studien zeigen, dass weltweit Taue und Netze für 57 Prozent der 5/2013

Zu grosse Nähe – Plastikmüll und Meerestiere

Interaktionen von Meeresorganismen mit marinen Abfällen verantwortlich sind, gefolgt von Bruchstücken (11 Prozent), Verpackungen (10 Prozent), anderen Fischereiüberresten (8 Prozent) und Mikroplastik (6 Prozent). Fischfanggeräte machen rund ein Zehntel der Abfälle in allen Meeren aus und gelten als besonders problematisch, da sie noch viele Jahrzehnte lang als «Geisternetze» weiterfischen können.

Tiere stärker betroffen als früher Einer aktuellen Auswertung verfügbarer Untersuchungsergebnisse aus dem Jahr 2012 zufolge hatten 663 Arten Kontakt mit Meeresabfällen. In mehr als der Hälfte dieser Berichte wurde dokumentiert, wie sich Tiere in Meeresmüll verheddern oder Müllteile verschlucken. Das entspricht einer Steigerung von 40 Prozent gegenüber der Auswertung von 1997, die 247 betroffene Arten registrierte. Für den Eintrag von Kunststoffabfällen sind nach aktuellen Informationen der Europäischen Kommission insbesondere folgende Quellen verantwortlich: Niederschlagswasser, Überläufe der Kanalisation vor allem nach Starkregen, Tourismus, illegale Ablagerung von Müll in der Landschaft, industrielle Tätigkeiten, unsachgemässer Transport beispielsweise von Basispellets, kosmetische Mittel, synthetische Strahlmittel zu Reinigung von Schiffsrümpfen auf Werften und aus Kleidung ausgewaschene Polyester-und Acrylfasern.

Nachhaltige Kunststoffherstellung gefordert Dass Massnahmen gegen den Meeresmüll unternommen werden müssen, darüber sind sich alle Konferenzteilnehmer einig. Mögliche Ansätze sind eine generelle Bezahlpflicht für Plastiktüten, ein verbessertes Müllmanagement auf See, die Vermeidung von Mikroplastik in Kosmetikprodukten, aber auch – im Hinblick auf die Seefahrt und Fischereiwirtschaft – eine Zusammenlegung von Müllentsorgungsgebühren mit Hafengebühren sowie – auf politischer Ebene – die Übernahme des Internationalen Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung MARPOL 73/78 in nationales Recht. Neben diesen Massnahmen für den Umgang mit Kunststoffprodukten und –abfällen ist eine nachhaltigere Kunststoffherstellung durch «smartes» Produktdesign wichtig. Während es nur relativ wenige Basiskunststoffe (Polymere) gibt, kann die Vielzahl der in der Herstellung verwendeten Zusatzstoffe zu einem grossen Hindernis für das Recycling von Kunststoffen werden oder zu mehr «Downcycling» anstatt «ökoeffektivem Recycling» führen. Verringert sich der Anteil dieser gefährlichen Stoffe, lassen sich Kunststoffe besser recyceln. Beim Design von Produkten sollte zudem dessen maximale Beständigkeit im Vordergrund stehen. Quellen: Umweltbundesamt Dessau-Rosslau/Deutschland, www.marine-litter-conference-berlin.info 47

Bild: Forschungszentrum Jülich / Marc von Hobe

Starker Ozonverlust im kalten Polarwirbel über der Arktis am 2. April 2011: Viele der Prozesse, die in der polaren Stratosphäre zum Ozonabbau führen, sind stark temperaturabhängig. Die linke Grafik zeigt die Ozonschicht, im lilafarbenen Bereich ist die Schicht am dünnsten. Die rechte Grafik zeigt die Temperatur, am kältesten ist es im lilafarbenen Bereich. (Ozondaten: Ozone Monitoring Instrument; Temperaturdaten: European Centre for Medium-Range Weather Forecasts ECMWF)

Klimawandel kann Erholung der Ozonschicht in der Arktis beeinflussen

Neue Erkenntnisse zur Ozonzerstörung Das Montrealer Protokoll von 1987 zeigt Wirkung: Die Ozonschicht über dem Nordpol wird sich nach heutigem Ermessen bis Ende des Jahrhunderts erholt haben. Dies ist eines der zentralen Ergebnisse des EU-Projekts RECONCILE. Dank intensiver Forschungen konnte bestätigt werden, dass für den chemischen Prozess der Ozonzerstörung Chlorverbindungen verantwortlich sind. Mit verbesserten Klimamodellen will man künftig die Entwicklung der Ozonschicht und die möglichen Folgen von Klimaveränderungen auf die Stratosphäre zuverlässiger vorhersagen.

Im Montrealer Protokoll haben sich über 190 Staaten verpflichtet, die Emissionen von chlorhaltigen Chemikalien wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zu reduzieren. Eine vor rund sechs Jahren erschienene Studie hatte die Rolle der FCKW und das Protokoll indirekt in Frage gestellt. Im Rahmen des EU-Projektes RECONCILE haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und ihre Kollegen von 35 For-

Messflüge in den arktischen Polarwirbel – ein Film über die Messkampagne mit der «M55 Geophysica», einem ehemaligen russischen Spionageflugzeug

schungseinrichtungen und Universitäten aus 14 Ländern den Sachverhalt daraufhin nochmals vier Jahre lang untersucht. Im Februar 2013 wurden diese Forschungsarbeiten beendet. «In dem Projekt konnten wir einige offene Fragen zur Entstehung von Ozonlöchern klären und nachweisen, dass neben der Zersetzung durch Chlor keine anderen Mechanismen eine entscheidende Rolle spielen», fasst Umweltchemiker Marc von Hobe die Resultate zusammen. Analysen von Luftproben ergaben beim stratosphärischen Chlor eine sichtbare Abnahme. Auch wenn der Abbauprozess langsamer abläuft als erwartet, rechnen die Wissenschaftler damit, dass sich die Ozonschicht bis Ende des Jahrhunderts erholen wird – obwohl erst 2011 die bisher ausgeprägteste Ozonzerstörung über dem Nordpol beobachtet wurde.

Der entscheidende Faktor vor zwei Jahren war ein ungewöhnlich langer arktischer Winter. Ozon wird nur unter sehr kalten Bedingungen abgebaut. Während der Polarnacht entsteht der sogenannte Polarwirbel, eine Art abgeschlossenes System mit sehr kalter Luft, zu dem keine wärmeren Luftmassen aus dem Süden vordringen können. In diesem Wirbel bilden sich bei Temperaturen unter minus 80 Grad Celsius Polare Stratosphärische Wolken (PSCs). An deren Oberfläche wird eine Kette von Chlorreaktionen in Gang gesetzt, wodurch letztendlich Ozon zerstört wird. Stickstoffverbindungen, welche die Ozonzerstörung durch das Chlor stoppen könnten, werden in PSC-Partikeln gebunden und fallen aufgrund der Schwerkraft nach unten. Je länger die sehr kalten Bedingungen andauern, desto mehr Ozon wird zerstört. Erst wenn 5/2013

U M W E LT

Überraschende Nebenbefunde Bei der näheren Untersuchung der Prozesse erlebten die RECONCILE-Forscher einige Überraschungen. Beispielsweise stellten die Wissenschaftler fest, dass die Oberflächenreaktionen auch an flüssigen Aerosolen – das sind Schwebeteilchen in der Luft – sehr effizient ablaufen können. «Wichtig für die Chlorchemie ist weniger die Bildung von PSCs als vielmehr die Temperatur. Theoretisch können die Reaktionen überall stattfinden, wo es kalt genug ist und entsprechende Chlorgase vorhanden sind», erklärt Tobias Wegner, Spezialist auf dem Gebiet der Aerosol-Partikel und Chlor-Aktivierung. Dennoch spielen die PSCs eine wichtige Rolle bei der Ozonzerstörung. Sie sorgen dafür, dass die Chlorreaktionen noch bis in den Frühling weitergehen können. «Die Resultate des Projekts haben unser Verständnis dieser Wolken komplett verändert. Wir wissen jetzt, dass sich PSCs sehr viel schneller und bei höheren Tem-

peraturen bilden können», berichtet Tom Peter von der ETH Zürich. In einem Punkt können die Wissenschaftler zumindest Teilentwarnung geben: Nach dem Rekordwinter in der Arktis befürchteten manche einen drastischen Anstieg der UV-Strahlung auf der Nordhalbkugel. Von Hobe stellt nun klar: «Wir haben zwar erhöhte Werte festgestellt. Aber sie sind bei Weitem nicht so hoch, dass eine deutlich grössere Gefahr von Hautkrebs besteht.»

Rahmenbedingungen bleiben fragil Trotz all dieser positiven Befunde muss der Einfluss des Menschen auf die Ozonschicht weiterhin kritisch beurteilt werden: «Auch wenn sich die Ozonschicht erholt, durch Klimaveränderungen können sich neue Rahmenbedingungen ergeben. Ein Grund mehr, den Ausstoss von Treibhausgasen deutlich zu reduzieren und so den Klimawandel zu stoppen», so von Hobe. Der Klimawandel könnte die Temperatur, die Zirkulationsmuster und die Chemie der Stratosphäre verändern. Das beeinflusst

Bild: Forschungszentrum Jülich

sich der Polarwirbel im Frühjahr aufgelöst hat, kann sich die Ozonschicht wieder erholen.

Das russische Höhenforschungsflugzeug «M55 Geophysica» vor der «Arena Arctica», einem speziellen Flugzeughangar am Flughafen von Kiruna in Nordschweden: Der Hangar diente den RECONCILE-Wissenschaftlern als Basis während der Messkampagne Anfang 2010. Die Maschine ist das einzige europäische Forschungsflugzeug, das in Höhen von bis zu 21 Kilometern vordringen kann. Weltweit gibt es nur drei.

auch die Ozonschicht, deren Dicke sich wiederum auf die Temperatur auswirkt. Auch mögliche Klimaschutzvorhaben könnten das Ozon negativ beeinflussen, etwa das sogenannte Geoengineering, bei dem mit technologischen Mitteln in geochemische oder biogeochemische Kreisläufe der Erde eingegriffen wird. Quelle: Forschungszentrum Jülich

Kontakt

Bild: MIPAS Team, Karlsruher Institut für Technologie

Prof. Thomas Peter Institut für Atmosphäre und Klima ETH Zürich Zürich, Schweiz thomas.peter@env.ethz.ch www.iac.ethz.ch/groups/peter Dr. Marc von Hobe Institut für Energieund Klimaforschung, Bereich Stratosphäre Forschungszentrum

Auch im Winter sind polare Stratosphärenwolken wie diese im Bild keine Selbstverständlichkeit: Es gibt Winter, in denen die Temperaturen in der Stratosphäre für polare Stratosphärenwolken zu hoch sind. Doch genau diese Art von Wolken (Polar Stratospheric Clouds – PSC) ist wichtig für die detaillierte Erforschung des Ozonabbaus.

5/2013

Jülich GmbH Jülich, Deutschland m.von.hobe@fz-juelich.de https://www.fp7-reconcile.eu/ reconcilemedia.html

LABOTEC SUISSE 2013

Fachmesse in Lausanne bietet viele Überraschungen

Das Labor der Zukunft auf der LABOTEC Die Vorbereitungen für die 3. LABOTEC Suisse 2013, die am 15. und 16. Mai in Lausanne stattfinden wird, laufen auf Hochtouren. Bereits 88 Aussteller sind angemeldet. Die Liste der Partner für das Rahmenprogramm verspricht einen spannenden und informativen Branchenevent: Angefangen vom FLB, dem Fachverband für Laborberufe, der EPFL bis zum Fachverband Scienceindustries. Damit ist für ein profundes Vortragsprogramm gesorgt. Das Fraunhofer Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) wird mit einem mobilen Labor in Lausanne sein.

Live Labor-Vorträge

Bild: easyFairs Switzerland GmbH

Tracomme AG, der Laborspezialist aus Bonstetten (ZH), unterstützt die Labor-Welt seit 70 Jahren und vertritt betreuungsintensive Laborgeräte – mit Schwerpunkt physikalische Materialcharakterisierung. Das Unternehmen führt auch Fach-Seminare, z.B. für Viskosimetrie/Rheologie, TexturAnalyse, Mahlen im Labor und Partikelgrössenbestimmung durch. Zahlreiche LiveLabor-Vortragsreihen in englischer Sprache sind an beiden Messetagen im Halbstundenrhythmus geplant.

Geführte Messerundgänge

Die LABOTEC Suisse 2013 spricht vor allem Entscheider sowie Fachpersonal aus Labors an, die sich ungezwungen über die neusten Produkte, Lösungen und Trends aus diesen Bereichen informieren wollen. Die diesjährigen Schwerpunktthemen sind Biotechnologie, Diagnostik und Life Science, daneben gibt es Neuheiten zu Laborbedarf, Nanotechnologie, analytischen Geräten und Verfahren, Laborinformatik, Mess- und Prüftechnik, Verbrauchsmaterial und Einrichtungen zu entdecken. So erhalten Besucher einen kompletten Marktüberblick und können sich mit Entscheidern, Lieferanten und Wissenschaftlern austauschen.

Der Messebesuch ist kostenlos und einfach zu planen: Man muss sich nur registrieren und vorbeikommen. Zu den vielen namhaften und innovativen Firmen, die auf der LABOTEC Suisse 2013 einen Stand reserviert haben, gehören u.a.: Anton Paar Switzerland AG, Nikon AG, Siemens Schweiz, SKAN AG, Molecular Devices, Perkin Elmer (Schweiz) AG, Fisher Scientific AG und Olympus. Der Fachverband Laborberufe FLB, bioalps, das Life Science Cluster der Genfer See-Region und SWISS BIOTECH unterstützen als Patronatspartner die diesjährige Fachmesse.

Besucher können sich bei einem geführten Rundgang einen optimalen Überblick zum Messegeschehen verschaffen: Die LABOTEC Suisse 2013 bietet am ersten Messetag (Mittwoch 15.05.13) um 15:00 Uhr und am zweiten Messetag (Donnerstag 16.05.13) um 11:00 Uhr jeweils einen geführten Messerundgang zum Schwerpunkt «Innovationen» an. Dabei werden unter anderem folgende Firmen ihre Neuheiten vorstellen: Thermo Fisher Scientific (Schweiz) AG, das Fraunhofer-Institut IBMT und Laborial Laboratory Solutions S.A. Je

Bild: Fraunhofer IBMT

Auf der LABOTEC Suisse haben Aussteller und ihre Kunden Gelegenheit zum Erfahrungsaustausch.

Podiumsdiskussion

LABOTEC Suisse 2013

INNOVATIEVE TECHNOLOGIEËN VOOR

EN BINNENKLIMAAT 15.ENERGIEPRESTATIE & 16. MAI 2013 – BEAULIEU LAUSANNE

Am zweiten Messetag findet um 13.45 eine Podiumsdiskussion zum Thema «Labor 4.0 – Wie sieht das Labor der Zukunft aus?» statt. Gesprächsteilnehmer sind Science Industries und die École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL.

Das mobile Labor des Fraunhofer Instituts für Biomedizinische Technik ist ein Highlight auf der diesjährigen LABOTEC Suisse.

5/2013

LABOTEC SUISSE 2013

Bild: Fraunhofer IBMT

terin Martina Hofmann. Die Vorteile für Aussteller: «Sie erhalten in kurzer Zeit viele wertvolle Kontakte und zusätzliche Aufmerksamkeit.» An den Guided Tours können Besucher nur nach vorheriger Anmeldung teilnehmen.

Bestens informiert dank interessanter Vorträge Messeerlebnis pur im Mobilen Labor

ein Tour Guide führt Gruppen von maximal 20 Personen – ausgestattet mit Headsets – zu den wichtigsten Innovationen und Produkten des jeweiligen Themenbereichs einer Tour. An den besuchten Ständen erhalten die Teilnehmer eine individuelle Demonstration von je 15 Minuten. Ein Rundgang dauert insgesamt rund eine Stunde. «Mit diesem Service wollen wir Besuchern eine echte Hilfe bieten, sich in der Vielfalt der Stände und Themen schnell zurechtzufinden», erläutert easyFairs Marketinglei-

Auf der LABOTEC Suisse 2013 werden wieder verschiedene learnShops mit hochkarätigen Referaten und Vorträgen kostenlos angeboten. 2013 ist das Schwerpunktthema «Labor 4.0». Alle Vorträge sind durch den FLB und die EPFL mitorganisiert und werden entweder in Englisch oder Französisch gehalten.

Entspannt anreisen und starke Partner Die easyFairs LABOTEC Suisse 2013 wird auch in diesem Jahr wieder unterstützt von

SBB RailAway und bietet spezielle Tickets zu einem Sondertarif (20 Prozent Ermässigung auf die Bahnanreise, Shuttlebus zum Messegelände und gratis Konsumationsgutschein im Wert von CHF 10.–) an. Diese Fahrausweise sind gültig ab jedem Bahnhof in der Schweiz zum Messegelände und zurück. Weitere Informationen zum Schweizer Messeereignis des Frühjahrs erhält man direkt auf der Homepage www.easyfairs.com/ LABOTECSUISSE.

Kontakt easyFairs Switzerland GmbH St. Jakobs-Strasse 170a CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 228 10 06 stefan.meier@easyfairs.com www.easyfairs.com/LABOTECSUISSE

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HPLC-Sommerakademie Ort: St. Goar (D) Veranstalter: NOVIA GmbH Industriepark Höchst, Geb. B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 43843 melanie.fleckenstein@novia.de, www.novia.de

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Atomabsorptions- AtomemissionsSpektrometrie Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstr. 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

02./03.07.

Kolloidale Systeme (zweiteilig) Ort: Essen (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

02./03.07.

Grundlagen und Anwendung der Farbmessung und Glanzmessung Ort: München (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

03.07.

REACH (Registrierung, Evaluierung, Autorisierung und Beschränkung von Chemikalien) Ort: Filderstadt (D) Veranstalter: TÜV SÜD Akademie Training Center Stuttgart Gottlieb-Daimler-Strasse 7, D-70794 Filderstadt Telefon +49 (0)711 7005 371 akd.stuttgart@tuev-sued.de, www.tuev-sued.de

03.07.

pH-Messung und Pipettieren Ort: Mannheim (D) Veranstalter: Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3, D-35396 Giessen Telefon +49 (0)641 507 405 labtalk@mt.com, www.mt.com

03./04.07.

Service-Praxisseminar Durchflussmesstechnik Ort: Ratingen (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmerer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com www.de.endress.com

03.-06.07.

Conference On Raman and Luminescence Spectroscopy Ort: Wien (A) Veranstalter: Universität Wien Institut für Mineralogie und Kristallographie Althanstrasse 14, A-1090 Wien Telefon +43 (0)1 4277 53201 mineralogie@univie.ac.at www.univie.ac.at/Mineralogie/Corals2013

04.07.

Titrieren leicht gemacht Ort: München (D) Veranstalter: Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3, D-35396 Giessen Telefon +49 (0)641 507 405 labtalk@mt.com, www.mt.com

04.07.

GHS – Das neue System zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Chemikalien (CLP-Verordnung) Ort: Filderstadt (D) Veranstalter: TÜV SÜD Akademie Training Center Stuttgart Gottlieb-Daimler-Strasse 7, D-70794 Filderstadt Telefon +49 (0)711 7005 371 akd.stuttgart@tuev-sued.de www.tuev-sued.de

08.07.

GMP – Good Manufacturing Practice Ort: München (D) Veranstalter: Dr. Bichlmeier Beratung und Seminare Adelheidstrasse 11, D-80798 München Telefon +49 (0)89 235 440 11 contact@dr-bichlmeier.de www.dr-bichlmeier.de

08./09.07.

Fachkunde Gefahrstoffe (Gefahrstoffbeauftragter) Ort: Stuttgart (D) Veranstalter: TÜV SÜD Akademie Training Center Stuttgart Gottlieb-Daimler-Strasse 7, D-70794 Filderstadt Telefon +49 (0)711 7005 371 akd.stuttgart@tuev-sued.de, www.tuev-sued.de

08./09.07.

Feststoffmischer – Mischen und Granulieren in einem Apparat Ort: München (D) Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de www.vdi-wissensforum.de

09.07.

Grundlagen der Probenvorbereitung mit Schwerpunkt Festphasenextraktion (SPE) Ort: Dübendorf Veranstalter: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAS c/o EAWAG, Überlandstr. 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.scg.ch

5/2013

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09./10.07.

Experte für pharmazeutische Qualität mit Zertifikat Ort: Sigmaringen (D) Veranstalter: PTS Training Service P.O. Box 4308, D-59737 Arnsberg Telefon +49 (0)2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu

10.07.

Fachseminar Explosionsschutz (ATEX) Ort: München (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmerer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com, www.de.endress.com

15./16.07.

Verfahrenstechnische Dimensionierung mit Erfahrungsregeln Ort: München (D) Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +41 (0)201 1803 1 information@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

15.–17.07.

Design of Experiments Ort: Frankfurt am Main (D) Veranstalter: DECHEMA-Forschungsinstitut Postfach 170352, D-60077 Frankfurt Telefon +49 (0)69 75 64 253 gruss@dechema.de, www.dechema-dfi.de/kurse

17./18.07.

Service-Praxisseminar Analyse Ort: Ratingen (D) Veranstalter: Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmerer Strasse 6, D-79576 Weil am Rhein Telefon +49 (0)7621 9 75 01 seminar@de.endress.com, www.de.endress.com

20.–22.07.

Medicinal Redox Inorganic Chemistry 2013 Ort: Erlangen-Nürnberg (D) Veranstalter: Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Bioanorganische Chemie Egerlandstrasse 1, D-91058 Erlangen Telefon +49 (0)9131 8527391 milos.filipovic@chemie.uni-erlangen.de www.chemie.uni-erlangen.de/mric-conference

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5/2013

International Conference on Optics, Lasers and Spectroscopy Ort: Zürich Veranstalter: World Academy of Science, Engineering and Technology PO Box 3151 NMSU, Las Cruces, NM 88003-3151, USA info@waset.org, www.waset.org

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24. – 27. September 2013 in Basel

5/2013

PRODUKTE

Proteinkristallografie mit Dectris Pixeldetektor und Huber Minichiller

Der PILATUS 2M Röntgendetektor im Einsatz an einer Proteinkristallografie-Strahllinie des Paul Scherrer Instituts, Schweiz

Die PILATUS Pixeldetektoren der Firma Dectris sind eine bewährte Lösung bei der Kristallografie von Proteinen in der biologischen und pharmazeutischen Forschung. Für bestmögliche Resultate werden die Systeme mit Minichillern von Huber Kältemaschinenbau gekühlt. Will man die Beziehung zwischen Struktur und Funktion von Protei-

5/2013

Minichiller von Huber Kältemaschinenbau

nen verstehen, so muss deren atomare dreidimensionale Struktur analysiert werden. Erst dadurch wird eine gezielte Optimierung von Molekülen in der biotechnologischen und pharmazeutischen For-

schung ermöglicht. Eine wichtige Methode zur Bestimmung der Raumstrukturen von Proteinen ist die Proteinkristallografie. Diese Methode stellt sehr hohe Anforderungen an die Auflösung und Messgenauigkeit der Detektoren, da die schwachen, von den Proteinkristallen ausgehenden Röntgensignale mit hoher Präzision bestimmt werden müssen. Röntgendetektoren der Firma Dectris ermöglichen die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur eines Proteins mittels Röntgenstrahlung mit höchster Empfindlichkeit. Die PILATUS Pixeldetektoren werden hierbei mit den Minichillern der Firma Huber Kältemaschinenbau konstant auf Raumtemperatur gehalten. Diese Temperaturstabilisierung führt zu bestmöglichen Resultaten. Minichiller überzeugen mit geringen Anschaffungskosten und einer umweltverträglichen Arbeitsweise durch den Einsatz von natürlichen

Kältemitteln. Die kompakten Umwälzkühler benötigen mit einer Stellfläche von 225 x 360 mm nur wenig Platz und sorgen mit 300 Watt Kälteleistung dennoch für eine zuverlässige Kühlwasserversorgung mit konstanter Temperatur und Durchflussmenge. Die Arbeitstemperaturen reichen von –20 bis +40 Grad Celsius.

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 DECTRIS Ltd. Neuenhoferstrasse 107 CH-5400 Baden Telefon +41 (0)56 500 21 00 info@dectris.com www.dectris.com

PRODUKTE

Feuchte und Temperatur im Ex-Bereich sicher messen

Durch unterschiedliche Bauformen ist der EE300Ex besonders flexibel einsetzbar.

Der neue EE300Ex Feuchte-/Temperaturmessumformer von E+E Elektronik wurde speziell für anspruchsvolle Industrieanwendungen entwickelt. Das Gerät erfüllt die ATEX-Richtlinien für eigensichere Betriebsmittel und kann sowohl im Gas- als auch im Staub-Ex Bereich eingesetzt werden.

Durch sein leicht zu reinigendes Edelstahlgehäuse eignet sich der Feuchtemessumformer besonders für den Einsatz in der Pharma- und Chemieindustrie. Der EE300Ex kann dabei direkt in explosionsgefährdeter Umgebung der Zone 0 / 20 montiert werden. Der langzeitstabile und bewährte E+E Feuchtesensor sorgt für exakte und zuverlässige Messergebnisse im Bereich von 0…100 % rF und -40...180 °C sowie unter Druck von 0,01…300 bar. Das 2-teilige Gehäusekonzept (Trennung von Anschlussbereich und Messeinheit) erleichtert nicht nur die Installation des Feuchtetransmitters. Es ermöglicht auch einen raschen Tausch der Messeinheit – zum Beispiel zur Kalibration – ohne aufwendige Neuverkabelung. Hohe Flexibilität beweist der EE300Ex durch unterschiedliche Bauformen: Als kompakte Variante für

die Wandmontage oder mit einem bis zu 10 m abgesetzten Messfühler eignet er sich für verschiedenste Anwendungen. Mit dem optionalen Display können die aktuellen Werte direkt am Gerät abgelesen werden. Analog zur Feuchtemessung in Luft kann der EE300Ex auch zur Feuchtemessung in Ölen eingesetzt werden. Der Feuchtegehalt eines Öls kann dabei absolut in [ppm] oder relativ als Wassergehalt [aw] ausgegeben werden. Typische Anwendungen finden sich zum Beispiel in Anlagen zur Reinigung/Trocknung von Öl oder auf Ölplattformen zur Online-Überwachung von Schmier- und Getriebeölen.

Zusätzlich zu den Messwerten für Feuchte und Temperatur können auch Taupunkt, Frostpunkt, absolute Feuchte, Mischungsverhältnis und weitere Rechenfunktionen ausgegeben werden. Mithilfe des Konfigurationsadapters können kundenspezifische Anpassungen des Messumformers sowie die Justage der Feuchte- und Temperaturausgänge einfach und schnell durchgeführt werden.

Der EE300Ex ist in 2-Leitertechnik konzipiert. Die Messwerte werden auf 2 Analogausgänge mit 4…20 mA ausgegeben. Die Spannungsversorgung erfolgt über ein beliebiges eigensicheres Speisegerät.

E+E Elektronik GmbH Langwiesen 7 A-4209 Engerwitzdorf Telefon +43 (0)7235 605-0 info@epluse.at www.epluse.com

Neben den bereits genannten Anwendungsgebieten ist der EE300Ex auch für den Einsatz in Kraftwerken, Getreidemühlen oder explosionsgefährdeten Lagerräumen bestens geeignet.

Improved Access to Enterprise-Wide Scientific Information Waters Corporation announced it is expanding its Laboratory Informatics offerings, with the addition of Paradigm Scientific Search Software, a powerful information access platform. Paradigm Scientific Search provides scientists, engineers, and managers in science-based organizations with easy and secure access to information across enterprise-wide data repositories. Easy access to critical information helps drive product innovation, development, and manufacturing, resulting in improved time to market. «Paradigm Scientific Search enables content consumers to find scientifically relevant information across data silos, whether structured or unstructured, and search by science objects,» says Rohit Khanna, Vice President of Worldwide Marketing, Waters Division. «It allows science-based organizations to fully leverage their science content to make better evidencebased decisions.» Paradigm Scientific Search is unrivalled in its ability to mine data re-

positories for science objects such as chemical structures, reactions, spectra, chromatograms, images, biological sequences and biological structures. Once extracted from documents through a series of automated analytic processes, science objects are indexed for instant recall. As a result, fast and easy scientific searches are no longer restricted to text queries. Paradigm Scientific Search enables scientists to simply paste science objects into a search box to retrieve near-instant results. Within most science-driven enterprises, valuable scientific content is stored in local information silos accessible with access restricted via narrowly focused Informatics tools. Paradigm Scientific Search offers an alternative to this siloed approach with cross-repository access, combining all information into a single index that can be searched from a single graphical user interface. Paradigm Scientific Search offers near-real-time updating and secure access to information residing in

commonly used science-based organization sources including Waters Empower 3 Chromatography Software and NuGenesis 8 Featuring Laboratory Execution Technologies data management and workflow solution. Incremental indexing ensures that content changes or additions are immediately reflected in search results. Advanced security trimming ensures that users only see the results they are allowed to see. Paradigm Scientific Search employs advanced analytics to extract em-

bedded meanings and relationships from unstructured content. Its automated processing pipeline delivers content with added layers of intelligence and metadata, ultimately presenting rich information views that are easy to navigate and explore.

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5/2013

Touch me! Hochgenaues TemperaturmessgerĂ¤t â&#x20AC;&#x201C; AuflĂśsung 0,001 Kelvin

Das neue TemperaturmessgerĂ¤t ALMEMO 1030-2 bietet hĂśchste AuflĂśsung, PrĂ¤zision und LinearitĂ¤t bei der Temperaturmessung. Es eignet sich somit optimal als Refe-

renzmessgerĂ¤t fĂźr Kalibrierlaboratorien und die QualitĂ¤tssicherung. Ă&#x153;ber zwei Eingangsbuchsen kĂśnnen Pt 100 FĂźhler angeschlossen werden. Gemessen wird wahlweise mit einer AuflĂśsung von 0,001 K oder 0,01 K. Das GerĂ¤t wird als Set mit einem Pt 100 TemperaturfĂźhler in Klasse 1/10 B (DIN EN 60751) angeboten. Der Einsatzbereich liegt zwischen â&#x20AC;&#x201C;50 000 und +400 000 Â°C. Das GerĂ¤t selbst verfĂźgt Ăźber eine Messgenauigkeit von 0,01 Prozent vom Messwert. Die Dimension in der Anzeige ist wĂ¤hlbar zwischen Grad C, Grad F und K. Die kompakte Bauform bietet optional den Schutzgrad IP54, ein beleuchtetes Grafikdisplay und eine einfache Bedienung Ăźber

Softkeys und Curserblock. Zwei Ausgangsbuchsen ermĂśglichen den Anschluss an einen PC oder die Einbindung in einem Netzwerk. Als zusĂ¤tzliche Option ist ein aufsteckbarer Messwertspeicher erhĂ¤ltlich. Auswertesoftware, Datenkabel, TemperaturfĂźhler und DKD Kalibrierzertifikat sowie Netzteil und MessgerĂ¤tekoffer sind im Lieferumfang enthalten.

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Mit dem neuen Multi-TouchRegler 1JMPU 0/&ÂŽ erledigen Sie Ihre Temperieraufgaben einfacher und schneller als jemals zuvor. Jetzt serienmĂ¤Ă&#x;ig bei allen Temperiersystemen, UmwĂ¤lzkĂźhlern und Thermostaten â&#x20AC;&#x201C; ohne Aufpreis!

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Etiketten und Ausweise komfortabel ausdrucken

ADES AG, ein Schweizer Unternehmen fĂźr sichere, zuverlĂ¤ssige Beschriftungssysteme, prĂ¤sentiert mit LabelTouch ein anwendungsfreundliches Etiketten/Ausweis-DruckmenĂź mit Touchscreen-Bedienung: Einfach die gewĂźnschte Etikette mit Fingertip auf dem Bildschirm (Touchscreen) auswĂ¤hlen, Anzahl festlegen, Drucker bestimmen â&#x20AC;&#x201C; und abschicken. Vor allem in Handel, Industrie und Gewerbe steigert dieses Paket die Effizienz und vermeidet teure Fehldrucke. Thermo-, Thermotransferoder Inkjet-Druck, Drucke fĂźr Etiketten oder Ausweise sind nur einige der MĂśglichkeiten des LabelTouch-Systems. Dabei kĂśnnen mit einem Bildschirm mehrere unterschiedliche Drucker mit verschiedenen Etiketten und Ausweisen angesteuert werden.

5/2013

Das LabelTouch-Bundle wird komplett installiert geliefert und umfasst die Software, den Touchscreen, den Etikettendrucker, entsprechende Vorlagen, Druckermedien und den Servicevertrag. Das Bundle arbeitet autonom und braucht keinen zusĂ¤tzlichen Rechner/PC. LabelTouch ist in der Schweiz ab Lager lieferbar, wie auch Etikettendrucker, StrichcodeLesesysteme und -PrĂźfgerĂ¤te, mobile DatenerfassungsgerĂ¤te, Datenfunk-Systeme und vieles mehr. Ă&#x153;berdies bietet ADES das grĂśsste Medienlager der Schweiz mit beispielsweise permanent Ăźber 20 Millionen Etiketten und einer grossen Auswahl an Thermo- und Thermotransfer-Etiketten. Dadurch erhĂ¤lt der Kunde seine Bestellung umgehend geliefert. Die Firma ist nicht nur System-Lieferant, son-

dern auch Dienstleister. Neben umfassenden Support-Leistungen, wie zum Beispiel einem Help-Desk sowie einem Barcode-Forum, profitierten Kunden auch von der effi zienten Reparatur- und ServiceOrganisation und â&#x20AC;&#x201C; bei Firmen, die kein eigenes Etikettendrucksystem haben â&#x20AC;&#x201C; vom speditiven Druckservice fĂźr Thermo- und Thermotransfer-Etiketten. Abgerundet wird das Angebot von einem StrichcodePrĂźfservice sowie Mail-In oder OnSite-WartungsmĂśglichkeiten.

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Mehr Informationen unter www.huber-online.com oder gratis den neuen Katalog 2013/2014 anfordern.

ADES AG Ruchstuckstrasse 19 CH-8306 BrĂźttisellen Telefon +41 (0)44 835 20 60 info@ades.ch www.ades.ch Peter Huber KĂ¤ltemaschinenbau GmbH Werner-von-Siemens-StraĂ&#x;e 1 t 77656 Offenburg Telefon +49 (0)781 9603-0 t www.huber-online.com

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PRODUKTE

DV3T – das smarte Rheometer mit Touchscreen

Das neue Brookfield Rheometer DV3T ist mit modernster Touchscreen-Technologie ausgerüstet, welche die Bedienung stark vereinfacht. Zusätzliche Features ermöglichen umfangreiche rheologische Untersuchungen ohne PC-Unterstützung.

Auf dem 7-Zoll Farbdisplay des Touch Screens werden Viskosität, Scherrate, Schubspannung und Temperatur in Echtzeit numerisch oder grafisch in einem Chart angezeigt. Die Daten können intern gespeichert oder an ein externes Endgerät wie Drucker oder PC gesandt werden. Mit den integrierten mathematischen Modellen lassen sich die Daten direkt im Viskosimeter schnell und unkompliziert analysieren. Das DV3T-Rheometer eignet sich sowohl für Punktmessungen in QCLabor, als auch für die R&D-Anwendung zur Charakterisierung von Flüssigkeiten. Für die Konfiguration kundenspezifischer Testmethoden steht die Software PG Flash zur Ver-

Flaschenaufsatz-Dispenser Calibrex «organo» und «solutae»

Eine neue Generation von Dispensern gibt es jetzt vom Schweizer Hersteller Socorex Isba S.A. Die Instrumente garantieren ein sicheres systematisches Flüssigkeitsdosieren in Volumenbereichen bis zu 25, 50 und 100 ml. Das Modell Calibrex organo 525 verfügt über einen geschliffenen Glaskolben und eignet sich bestens zum Dosieren von organischen Stoffen und nicht kristallisierenden Lösungen. Das Modell Calibrex solutae 530 ist mit einem PFA-beschichteten Glaskolben versehen und perfekt für den Einsatz mit schwachen oder starken Säuren und Basen sowie Salzösungen geeignet. Alle mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Teile sind chemisch beständig und tragen so zur Langzeitstabilität der Leistungen bei. Ein auf dem Instrument aufgedruckter QR-Code gibt jederzeit Zugang zur

aktuellen Tabelle der Chemiekalienbeständigkeit. Die Wahlmöglichkeit zwischen den beiden spezifi schen Modellen organo 525 und solutae 530 erhöht in den Labors die Flexibilität der Dosierbereiche. Ein Schieber mit präzisen Stopps an der gewünschten Graduierung ermöglicht durch einfaches Auf- und Abgleiten entlang der Volumenskala eine rasche Volumeneinstellung. Daneben ist jedem Instrument ein klassischer Schraubregler beigelegt. Ein integrierter Schlüssel unter dem Kolbendeckel erlaubt ferner eine einfache Nachkalibrierung. Der Zugang ist durch eine Siegeletikette geschützt. Alle Modelle sind bei 121 °C voll montiert autoklavierbar. Im Lieferumfang enthalten sind: 45 mm Basisgewinde, 120 mm Ausstosskanüle mit Verschlusskappe, 350 mm Ansaugschlauch, alternativer Schraubregler und drei Gewindeadapter (32, 38 und 40 mm). Für die Wartung wird kein Werkzeug benötigt. Jeder Dispenser ist mit einer Seriennummer gekennzeichnet und unterliegt einer strikten Qualitätskontrolle, bescheinigt durch ein individuelles Kontrollzertifikat. Die Garantiefrist beträgt zwei Jahre. Socorex Isba S.A. Champ-Colomb 7 CH-1024 Ecublens Telefon +41 (0)21 651 60 00 socorex@socorex.com www.socorex.com

fügung. Damit lassen sich benutzerspezifische Ablaufprogramme am PC entwickeln und dauerhaft im Gerät speichern. Dieses Vorgehen minimiert Fehlmanipulationen und erhöht die Methodensicherheit. Mit der überarbeiteten Software RheocalcT können die Anforderungen der FDA 21CFR Part11 mehrheitlich erfüllt werden. Neu sind konfigurierbare Benutzerebenen mit unterschiedlichen Zugriffsrechten, digitale Signaturen und eine passwortgeschützte Datenbank verfügbar. Damit kann das neue RheocalcT problemlos auch in der Pharmaindustrie eingesetzt werden. Neu ist auch das bewährte Viskosimeter DV2T mit einem 5-Zoll

Touch-Screen verfügbar. Sollen die Geräte von mehreren Anwendern oder in staubhaltiger Atmosphäre verwendet werden, so steht wie bisher die robuste EXTRA-Ausführung zur Verfügung. Die neuen DV2TCP und DVT3CP mit der bewährten Wells/Brookfield Cone & Plate Technologie runden das Angebot ab. Die existierenden Methoden und das bisher verfügbare Zubehör sind weiterhin anwendbar. Hunter & Caprez AG Schwäntenmos 15 CH-8126 Zumikon Telefon +41 (0)44 918 08 08 mail@huntercaprez.com www.huntercaprez.com

Effektives Scale-up von funktionalisierten Silikaten Mithilfe eines speziell angepassten, 20 Liter fassenden ReactoMate Reaktorsystems von Asynt verbesserte die Firma PhosphonicS Ltd. (Abingdon, GB) die Durchlaufzeit und Batch-to-Batch-Effizienz beim Scaleup der Produktion ihres Sortiments an funktionalisierten Silikaten. Mithilfe von proprietärer Immobilisierungstechnik hat PhosphonicS Ltd. ein Sortiment an funktionalisierten Silikaten für pharmazeutische Reinigung und heterogene Katalysevorgänge entwickelt. Die Materialien ermöglichen es, Metallrückstände in Arzneistoffen (APIs) auf sehr niedrige, geregelte Werte zu verringern und Edelmetalle nach beendeten Katalysereaktionen wirksam zu entziehen. Michael Suggate, Laboratory Production Manager bei PhosphonicS Ltd., bemerkte hierzu: «Bislang waren unsere Wissenschaftler auf 5-Liter-Heizhauben angewiesen, wenn es um das Upscaling der Produktion unserer funktionalisierten Silikate von Gramm auf Kilo ging. Diese Technologie bot jedoch nicht die gewünschte anfängliche Scaleup-Geschwindigkeit.» Er fügte an: «Das implementierte Asynt ReactoMate System ist – für uns vorteilhaft – eher mit der Chemie im Pilotmassstab vergleichbar; ausserdem profitieren wir von besserer Wärme- und Massenübertragung und viel mehr Kontrolle als bei Heizhauben. Der einzigartige Stän-

der, auf dem der ReactoMate Reaktor sitzt, ermöglicht uneingeschränkten Zugang zum Filteranschluss, und die verstellbare Höhe erlaubt uns, unsere Feststoffe viel kontrollierter (unter Schwerkrafteinwirkung) als durch Heben und Giessen aus grossen Rundbodenkolben zu filtern.» Asynt Ltd. Unit 29 Hall Barn Road Industrial Estate Isleham Cambridgeshire, CB7 5RJ United Kingdom Phone +44 (0)1638 781709 sales@asynt.com www.asynt.com

5/2013

PRODUKTE

Pipettieren mit handgeführter 96- und 384-Kanal-Pipette

VIAFLO 384, die neue handgeführte, elektronische 384-Kanal-Pipette von INTEGRA, wurde mit dem Ziel entwickelt, die Probenbearbeitung im Labor einfacher und effizienter zu gestalten, wenn 384 Proben gleichzeitig sowie schnell, präzise und einfach übertragen werden sollen. Die einzigartige Pipettierhilfe VIAFLO 384 bietet einen höheren Proben-

durchsatz und gleichzeitig Einsparungen bei Proben und Reagenzien, ohne dass in ein robotergesteuertes Pipettiersystem investiert werden muss. Das äusserst kompakte Gerät wird mit zwei verschiedenen 384-Kanal-Pipettierköpfen angeboten, welche die Volumenbereiche 0,5 bis 12,5 µl und 5 bis 125 µl abdecken. Das neue System ist auch vollständig kompatibel mit den 96er Pipettierköpfen des VIAFLO 96, wodurch man mit ein- und demselben Gerät ganz einfach zwischen 96-Kanal- und 384-KanalAnwendungen hin und her wechseln kann. Auch das VIAFLO 384 wurde so entwickelt, dass die Bedienung einfach und intuitiv ist und einer normalen Handpipette entspricht. Es ist keine besondere Schulung oder Übung notwendig, um das Gerät zu bedienen. Dank Servounterstützung arbeitet VIAFLO 384 armund gelenkschonend mit höchster Präzision. Über das beliebte INTEGRA Touch Wheel lassen sich viele verschiedene Pipettierprogramme einfach und schnell abrufen bzw. selbst programmieren, zum Bei-

spiel Mehrfach-Dispensieren, Serielle Verdünnungsreihen und Mischprozesse. Um den Nutzen von VIAFLO 384 für die Kunden zu erhöhen, wurde zudem die Produktivität des hochpräzisen Geräts verbessert. Das schnelle Befüllen oder Replizieren von 96- und 384-Well-Platten, das Erstellen von Verdünnungsreihen oder die Beigabe von Reagenzien sind nun genauso einfach wie das Dispensieren mit einer elektronischen Einkanal-Pipette in ein einzelnes Röhrchen. Dank der 10 voreingestellten Pipettierprogramme kann VIAFLO 384 sofort für viele Standardaufgaben und Routinearbeiten eingesetzt werden. Zusätzlich ermöglichen die 20 weiteren benutzerdefinierten Programme zahlreiche kundenspezifische und komplexere Pipettieranwendungen. Für Firmware-Upgrades und den unkomplizierten Upload von benutzerdefinierten Programmen über die Software VIALINK kann

VIAFLO 384 mit einem PC verbunden werden. Bei der Benutzung von VIAFLO 384 kann der Benutzer Positionseinstellungen wie die Pipettierhöhe oder die Ausrichtung der Pipettenspitze zu den Wells vornehmen, was optimale Arbeitsbedingungen bei allen Arten von 384-Well-Platten gewährleistet. Dank der vollständigen Kompatibilität von VIAFLO 384 mit den VIAFLO GripTip-Pipettenspitzen sind Pipettenspitzen und Pipettiergerät hervorragend aufeinander abgestimmt, und ein Abfallen der Pipettenspitzen wird verhindert. Mit den neuen, auf 12,5 µl verlängerten GripTip-Pipettenspitzen können auch Deep-Well-Blöcke effizient bearbeitet werden. INTEGRA Biosciences AG Tardisstrasse 201 CH-7205 Zizers Telefon +41 (0)81 286 95 30 info@integra-biosciences.com www.integra-biosciences.com

Ritmo® 05 Dosierpumpen

Ohne Norm und Regel geht nichts

Wer ein Managementsystem zertifizieren möchte, ist bei dem traditionellen Schweizer Unternehmen Quality Service genau richtig. Es erwartet den Kunden neben einem transparenten Angebot inklusive aller Nebenleistungen eine partnerschaftliche Zusammenarbeit für alle Arten von Zertifizierungen. Die QS Zürich AG betreut Kleinund Grossunternehmen unter gleichen Bedingungen, sie verfügt über Auditoren mit unternehmerischer Erfahrung, besten Qualifika-

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tionen und Branchenkenntnissen. Mit einem zertifizierten Managementsystem gemäss internationalen Standards beweist ein Unternehmen nicht nur nach aussen, dass Qualitätsorientierung in jedem Teilprozess sein Denken und Handeln bestimmt. Das Qualitätsmanagement wird auch zur treibenden Kraft für die stetige Steigerung der Leistungsfähigkeit eines Unternehmens bei allen Mitarbeitenden. Aus marktstrategischer Sicht dient ein Zertifikat einem Unternehmen dazu, den Qualitätsstandard seiner Prozesse, Produkte oder Dienstleistungen dem externen Partner nachzuweisen. QS Zürich AG Postfach 6335 CH-8050 Zürich Telefon +41 (0)44 350 46 65 info@quality-service.ch www.quality-service.ch

sind spezialisierte, hochgenaue Dosierpumpen für Labor, VerĨĂŚƌĞŶƐŽƉƟŵŝĞƌƵŶŐ͕ &ŽƌƐĐŚƵŶŐ und Entwicklung, aber auch für den industriellen Einsatz als Kleinstmengendosiergerät.

M Medorex Schlauchpumpen für den Einsatz in p ĂůůĞŶ >Ă Ă ďŽƌĞŶ ĚĞƌ ŶĂůǇƟŬ͕ Medizin, M Biotechnologie, P Pharmazie, Industrie und >ĞďĞŶƐŵŝƩĞů > ĐŚĞŵŝĞ͘

C Carino-09-Hochdruckpumpen sind spezialisierp tte, präzise Kolbendosierer ĨĨƺƌ ĚŝĞ ĂŶĂůǇƟƐĐŚĞƵŶĚ ƉƌĞƉĂƌĂ ƟǀĞ ŶĂůǇƟŬ ƵŶĚ Ɖ HPLC-Technik. H

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PRODUKTE

Erstes GMP / Ocean Optics Spektroskopieseminar

GMP organisiert sein erstes Spektroskopieseminar am 24. Mai 2013

in Zusammenarbeit mit seinem Partner Ocean Optics. Das Semi-

nar, das auf Schloss Greifensee (ZH) stattfindet, informiert auf praktische Weise über die Einsatzmöglichkeiten von Miniatur-Spektrometern. Alle Fragen zur optimalen Nutzung von Miniatur-Spektrometern im industriellen und wissenschaftlichen Umfeld werden angesprochen und beantwortet. Das Seminar beinhaltet Vorträge und lässt viel Raum offen, um das Erlernte ins Praktische umzusetzen. Spektrometer, Lichtquellen und anderes Zubehör stehen für individuelle Messaufgaben bereit.

bau. Individuelle Fragen können jederzeit mit den anwesenden Spezialisten besprochen werden. Die Registrierung in Höhe von 80 CHF pro Person beinhaltet die Teilnahme am Seminar sowie die Verpflegung.

Das Seminar startet mit Einführungen zur Theorie des Lichts, zur Spektroskopie und verschiedenen Messverfahren und richtet sich an Interessierte im Bereich Qualitätskontrolle, Onlineanalyse, Entwicklung, Applikation und Maschinen-

GMP SA General Microtechnology & Photonics Avenue des Baumettes 17 CH-1020 Renens Telefon +41 (0)21 633 21 21 info@gmp.ch www.gmp.ch

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PRODUKTE

Das clevere Vakuumpumpsystem SC 950 Leistungsfähig und flexibel: KNF Neuberger AG, der Spezialist für Pumpen und Systeme, hat mit dem SC 950 ein hochmodernes Vakuumpumpsystem entwickelt. Die Fernbedienung sorgt zusätzlich für Komfort und vereinfacht den Arbeitsprozess. Das SC 950 zeichnet sich durch eine hohe pneumatische Leistung aus, entsprechend kurz sind die Prozesszeiten. Es fördert bis zu 50 Liter pro Minute (3 m3/Stunde) und erreicht ein Endvakuum von < 2 mbar absolut. Die exzellente Regelgenauigkeit, der äusserst niedrige Schallpegel und sehr geringe Vibrationen sind weitere Eigenschaften des Vakuumpumpsys-

tems, welche die Fachwelt begeistern. Dank kompakter Bauweise und einer Funk-Fernbedienung lässt sich das Vakuumpumpsystem SC 950 in Labormöbeln unterbringen oder in einem Laborabzug platzieren – und dies ohne lästige und optisch störende Kabelführung. Via Hand-Terminal, das drahtlos mit dem Vakuumpumpsystem kommuniziert, werden die gewünschten Prozessparameter eingegeben und die ablaufenden Prozesse kontrolliert. Vier Betriebsmodi stehen zur Auswahl: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampf-

druck der Probe – sowie eine individuelle Druckfunktion. Bei dieser regelt das SC 950 alles nach dem Druckprofil, das der Benutzer defi niert hat. Selbstverständlich lässt sich der Prozess am Hand-Terminal je nach Bedarf auch manuell steuern. Hinzu kommt, dass der Nutzer alle Funktionen über eine mitgelieferte Windows-Software via PC regeln kann.

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

Tango – analysis to go Schneller, einfacher, sicherer – mit dem Tango bekommen NIR-Analysen eine neue Dynamik. Denn das Tango hat genau das, was sich Anwender von einem industrietauglichen FTNIRSpektrometer wünschen: Robustheit, hohe Präzision und einfache Bedienerführung mit TouchScreen. Schnelle Messung mit hohem Probendurch-

P U M P E N

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satz, simultane Auswertung verschiedener Komponenten und ein Handling, das keine Fachkenntnisse oder lange Einarbeitung erfordert. Das Spektrometer erleichtert die NIR-Analyse und bietet dadurch ein Höchstmass an Sicherheit in den Ergebnissen – und das exakt abgestimmt auf die Anwendung und die Anforderungen, die an ein effizientes Analysesystem gestellt werden. Für Flüssigkeiten oder für Feststoffe, als All-in-one-Gerät mit integriertem Rechner und Monitor oder als separate Analysenstation, zum Beispiel für den Anschluss an einen Laptop. Integriert in ein Netzwerk oder als Stand-alone-

Kreiselpumpe HD selbstansaugend

Peripheralradpumpe P/MP

Zentrifugalpumpe LE/ZA

Zahnradpumpe ZR

Edelstahlpumpen für die Lebensmittel-, Getränkeund Pharmaindustrie

Lösung. Der Anwender erhält umfangreiche Kalibrationen zur Nutzung, Erweiterung oder auch Unterstützung bei der eigenen Kalibration.

Bruker Optics GmbH Industriestrasse 26 CH-8117 Fällanden Telefon +41 (0)44 825 9811 optics@bruker.ch www.bruker.com

SAWA Pumpentechnik AG CH-9113 Degersheim Telefon +41 71 372 08 08 6 108 09 Telefax +41 71 372 info@sawa.ch, www.sawa.ch

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BAKTERIOLOGIE/MIKROBIOLOGIE BIOSICHERHEITSANLAGEN

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

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