ChemieXtra 10/2019 by SIGWERB GmbH

10 / 2019

Oktober 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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EDITORIAL

In den Zellen wird hart gearbeitet Am Anfang jedes Biologieunterrichts steht die Zelle. In der Schule lernten wir dabei ihre Struktur kennen. Die einzelnen Teile erhielten Namen, wie

Kleine Berührung, grosse Gefühle.

Mitochondrien, Ribosomen oder Endoplasmatisches Retikulum. Zusätzlich lernten wir auch deren Funktionen kennen. Heute ist die Forschung soweit, dass sie diesen Zellteilen bei der Arbeit zuschauen kann. Dabei ist der Übergang von der Biologie zur Chemie fliessend. Ein Hauptaugenmerk der Zellforschung gehört heute den Ribosomen. Genau vor zehn Jahren wurde für die Strukturaufklärung dieser Zellorganelle der Nobelpreis für Chemie verliehen. In ihnen werden genetische Codes in Proteine übersetzt, dies wird Translation genannt. Ohne Proteine ist kein Leben möglich. Das Ribosom reiht Aminosäuren zu Polypeptidketten aneinander, die sich

dabei zugeschaut, wie Ribosomen in einer molekularen Kreislaufwirtschaft erneuert und wieder eingesetzt werden. Dabei begaben sie sich bis auf die molekulare Ebene hinunter und sind dabei bei der Chemie gelandet.

TIPRO TE • RO

•N

funktionstüchtig. Forschende aus Frankfurt am Main haben den Zellen

i l g re e n

arbeiten können. So auch die Zellen, sie machen die Ribosomen wieder

Nitr

Nach getaner Arbeit müssen wir Menschen uns erholen, damit wir wieder

liert die Proteinbiogenese auf noch unbekannte Weise.

während der Synthese im sogenannten ribosomalen Tunnel auf und regu-

von Krankheiten. In einer Fabrik werden Kontrollen eingesetzt, um solche

Biomolekül beeinflusst werden. Es «spürt» die Peptiden in den Ribosomen

•N

falsch gefaltet und können nicht verwendet werden oder sind gar Auslöser

team stellte fest, dass bereits heranwachsende Peptidketten durch ein

i l g re e n

TIPRO TE • RO

ausserhalb des Ribosoms zu einem Protein falten. Manchmal werden sie

Fehler zu erkennen. Ähnliches geschieht in den Zellen. Ein Forschungs-

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

FOKUS

Schnelle und langsame Ribosomen

Die Proteinsynthese ist ein lebenswichtiger Vorgang in jeder Zelle. Forschende der Universität Basel haben bedeutende Faktoren entdeckt, die die Geschwindigkeit dieser Proteinsynthese regulieren.

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Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 9. Jahrgang (2019) Druckauflage 11 200 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2018 10 619 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 260 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com Redaktionelle Mitarbeit Alexander Jegge Etel Keller Dr. Kurt Hermann

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

VERANSTALTUNGEN

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PUBLIREPORTAGE

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FORSCHUNGSWELT Stromlose Computer sind möglich

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Bild: Biozentrum, Universität Basel

FOKUS

Schema von der Proteinsynthese in der Zelle: Die Ribosomen (weiss) übersetzen die mRNA (blau) in Peptide (rosarot).

Geschwindigkeitsregler für Proteinherstellung

Schnelle und langsame Ribosomen Die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine, auch Translation genannt, ist ein lebenswichtiger Vorgang in jeder Zelle. Das Team von Prof. Mihaela Zavolan vom Biozentrum der Universität Basel hat nun bedeutende Faktoren entdeckt, die die Geschwindigkeit der Proteinsynthese in der Zelle beeinflussen. Die Ergebnisse ermöglichen es, die Kontrolle der Translation bei einer Vielzahl unterschiedlicher Zelltypen zu untersuchen.

Proteine erfüllen verschiedenste Aufgaben in Zellen, sie katalysieren biochemische Reaktionen, leiten Signale weiter und werden zum Aufbau von Zellstrukturen und bei Transportprozessen benötigt. In jeder einzelnen Zelle unseres Körpers werden

Nobelpreis für Chemie Vor zehn Jahren wurde der Nobelpreis für die Strukturaufklärung des Ribosoms verliehen. Grundlegende Mechanismen während der Translation konnten so besser verstanden werden. Die drei Preisträger waren: Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz und Ada E. Yonath.

ununterbrochen Unmengen an Proteinen hergestellt. Das Wachstum, die Differenzierung und die Funktion von Zellen ist eng mit der Proteinsynthese, also der Übersetzung des genetischen Codes in Proteine – der Translation – verbunden. Das Team um Prof. Mihaela Zavolan vom Biozentrum hat Tausende von Genen in wachsenden Hefezellen untersucht und neue Einflussfaktoren entdeckt, die sich auf die Produktionsgeschwindigkeit der Proteine auswirken.

Molekulare Fliessbandarbeit Für die Proteinherstellung braucht es drei Hauptakteure: die mRNA, welche die genetische Information überträgt, dient als Matrize; die tRNA bringt die Protein-

bausteine, die Aminosäuren, zum Ribosom und das Ribosom setzt die Aminosäuren zu einem Protein zusammen. In einer eukaryotischen Zelle gibt es Millionen von Ribosomen, die je nach Bedarf die in der Zelle benötigten Proteine herstellen. Wie auf einer Perlenkette aufgereiht, arbeiten dabei gleich mehrere Ribosomen an einem mRNA-Strang und produzieren zur gleichen Zeit die entsprechende Menge an Proteinen. «Wir wollten herausfinden, welche Faktoren die Syntheserate von Proteinen beeinflussen, insbesondere auf der Ebene der Elongation, also die Verlängerung der Aminosäurekette. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass die aufgereihten Ribosomen selten zusammenstossen und so die Proteinproduktion drosseln würden», sagt Zavolan, «aber wir konnten für einen sol10/2019

FOKUS

chen Crash keinen Hinweis finden, auch nicht für mRNAs mit einer hohen Ribosomen-Dichte.» Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass sowohl die Ladung der eingebauten Aminosäuren als auch die Verfügbarkeit von tRNAs einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Translation haben. «Dies ist zum Beispiel bei den Proteinen des Ribosoms selbst der Fall. Wir haben festgestellt, dass die positiv geladenen Aminosäuren von ribosomalen Proteinen die Geschwindigkeit, mit der die Ribosomen die entsprechenden mRNAs ablesen, deutlich senken», so Zavolan. «Diese ribosomalen Proteine sind jedoch in vielerlei Hinsicht optimiert, um eine hohe Translationsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, beispielsweise durch Codons, für die es viele passende tRNAs gibt.» Neben bereits zuvor bekannten Parametern spielen die in der Studie beschriebenen Faktoren eine wesentliche Rolle, um die Unterschiede in den Translationsraten zwischen mRNAs zu erklären. Die Wissenschaftler möchten nun untersuchen, ob und wie Zellen über die Kontrolle der Translation ihre Identität erhalten. Es gibt Hinweise darauf, dass bestimmte mRNAs empfindlicher auf Veränderungen in der Anzahl von Ribosomen in der Zelle reagieren als andere. Eine dieser mRNAs codiert für einen Transkriptionsfaktor, der an der Bildung roter Blutkörperchen beteiligt ist. «Eine Verringerung der Ribosomen-Menge, zum Beispiel durch Mutationen, beeinflusst diesen Faktor und beeinträchtigt den Reifungsprozess der roten Blutkörperchen. Die davon Betroffenen leiden deshalb an Blutarmut», sagt Zavolan. «Mit der Ausweitung unseres Ansatzes auf andere Systeme wollen wir besser verstehen, welche mRNAs besonders empfindlich auf Veränderungen in der Translation reagieren.» Originalpublikation Andrea Riba, Noemi Di Nanni, Nitish Mittal, Erik Arhne, Alexander Schmidt, Mihaela Zavolan, «Protein synthesis rates and ribosome occupancies reveal determinants of translation elongation rates»,Pnas (2019); DOI: 10.1073/pnas.1817299116 Kontakt Prof. Dr. Mihaela Zavolan Universität Basel Petersplatz 1 CH-4001 Basel +41 61 207 15 77 mihaela.zavolan@unibas.ch www.unibas.ch

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10/2019

FOKUS

Unerwartete Funktion eines bekannten Moleküls

Neuer Faktor in der Proteinbiosynthese

Ohne Eiweisse stünde unser Körper still. Grundlegende Reaktionen könnten ohne sie nicht ablaufen. Proteine sind eindeutig das zentrale Forschungsobjekt in der modernen biochemischen und medizinischen Forschung. Beispielsweise können Fehlfaltungen bestimmter Proteine als Biomarker für die frühzeitige Erkennung von Erkrankungen dienen. Bevor sich aber ein Protein falten kann, muss zuerst seine Primärstruktur, eine Aneinanderreihung von Aminosäuren, im Ribosom synthetisiert werden. Diese Polypeptidketten verlassen ab einer bestimmten Anzahl an Aminosäuren das Ribosom durch den ribosomalen Tunnel, worauf sie entsprechend modifiziert und weiter innerhalb der Zelle transportiert werden. So verhält es sich bis anhin angenommen. Nun stellten aber Forschende der Universität Konstanz und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) fest, dass bereits heranwachsende (naszierende) Peptidketten von einem bestimmten Biomolekül, dem «Nascent Polypeptide Associated Complex» (NAC), chemisch beeinflusst werden. Dabei greift der NAC von aussen in den Tunnel und spürt sozusagen die naszierenden Peptide auf (Bild 1). Auf diese Weise bestimmt der NAC bereits früh die weitere Modifizierung des heranwachsenden Proteins massgeblich. «Kein anderer uns bekannter Faktor tut das, weshalb wir überrascht von unseren Ergebnissen waren. Obwohl NAC bereits vor etwa 25 Jahren entdeckt worden ist, begreifen wir gerade erst, wie wichtig dieser Komplex für die Zellfunktion ist», erklärt Prof. Dr. Elke Deuerling, Hauptautorin der Studie und Professorin für Molekulare Mikrobiologie an der Universität Konstanz. «Es war uns zwar bereits bekannt, dass 6

Bild: Mar tin Gamerdinger

Hochkomplexe Vorgänge verketten einzelne Aminosäuren zu Peptiden. Dies findet in der Werkstatt der Proteinsynthese, nämlich im Ribosom, statt. Ab einer bestimmten Länge verlässt diese Kette jedoch ihren Entstehungsort und faltet sich schliesslich in eine bestimmte Form zum Protein. Forschende haben hierzu eine neue Funktion eines längst bekannten Biomoleküls entdeckt. Dieses greift – anders als bisher angenommen – bereits während der Kettenverlängerung in die Proteinsynthese ein.

Bild 1: NAC (blau und grün) bindet mit einem regulatorischen Arm (N-α NAC, blau) ans Ribosom (grau). Mit der grünen Domäne (N-β NAC) nimmt er kurze naszierende Ketten bereits tief im ribosomalen Tunnel nahe des Peptidyl-Transferase-Zentrums (orange) wahr.

NAC vorübergehend mit translatierenden Ribosomen interagiert. Aber wir wussten bislang nicht, wie genau NAC mit dem Ribosom und mit naszierenden Substraten interagiert und so die Proteinfaltung und den Proteintransport zum Endoplasmatischen Retikulum (ER) reguliert, was absolut wichtig für die Lebensfähigkeit eines Organismus ist.»

Der Komplex tastet sich durch den Tunnel Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führten biochemische, geneti-

sche und strukturelle Analysen an einem beliebten Modellorganismus, dem Caenorhabditis elegans, durch, um genauer nachvollziehen zu können, wie NAC entstehende Polypeptidketten im ribosomalen Tunnel identifiziert und sortiert. «Bislang war die Annahme, dass der früheste Kontakt zwischen Ribosom-assoziierten Faktoren wie Chaperonen, Enzymen und Transportproteinen am Ausgang des ribosomalen Tunnels stattfindet, wenn die naszierenden Polypeptidketten ausgetreten sind», erklärt Dr. Martin Gamerdinger, Erstautor der Studie gemeinsam mit Kan Kobayashi (ehemals an der ETH Zürich 10/2019

tätig, jetzt Assistant Professor an der Universität Tokio). «Normalerweise haben die Ketten an diesem Punkt eine Länge von etwa 40 Aminosäuren. Wir haben herausgefunden, dass NAC bereits an naszierende Ketten mit einer Länge von nur zehn Aminosäuren oder kürzer bindet, und dies im Tunnel selbst. Das macht NAC zum allerersten Faktor, der neu synthetisierte Proteine kontaktiert. Wir vermuten sogar, dass der Komplex ‹spüren› kann, wenn die ersten zwei Aminosäuren eines naszierenden Proteins mitaneinander verknüpft werden.» Wie die Wissenschaftler mittels einer Kombination aus Kryo-Elektronenmikroskopie, Massenspektrometrie und biochemischen Analysen, die auch eine Reihe von positionsspezifischen Crosslink-Experimenten umfassten, zeigen konnten, führt NAC die positiv geladene und hochflexible N-terminale Domäne seiner β-Untereinheit (N-βNAC) in den ribosomalen Tunnel ein, der grösstenteils mit negativ geladener ribosomaler RNA ausgekleidet ist (Bild 2). «Unsere Studie legt nahe, dass NAC nicht nur spüren kann, dass Translationsaktivität im Tunnel stattfindet, sondern dass der Komplex auch wahrnimmt, welche Art von Protein hergestellt wird. Das ist zumindest unsere derzeitige Hypothese», so Elke Deuerling. Sobald sie den ribosomalen Tunnel verlassen, können naszierende Proteine verschiedene Pfade einschlagen: Einige werden an weitere Faktoren weitergereicht, die sie zu ihren Bestimmungsorten anderswo in der Zelle bringen. Andere werden von Enzymen modifiziert und wieder andere benötigen die Unterstützung von Chaperonen, um ihre korrekte dreidimensionale Struktur zu erhalten. Martin Gamerdinger erklärt: «Wenn das, was wir in Bezug auf diesen Sensormechanismus annehmen, korrekt ist, dann haben wir mit NAC den wichtigsten Mechanismus zur Synthese und Sortierung von Prote inen vorliegen, der bisher bekannt ist. Er würde erklären, wie Zellen die komplexen Prozesse und Reaktionen steuern, die in Verbindung mit naszierenden Polypeptidketten ablaufen, sobald sie den ribosomalen Tunnel verlassen.» Dementsprechend wollen die Forscherinnen und Forscher als nächstes klären, ob die N-βNAC-Domäne tatsächlich den Charak10/2019

Bild: Kan Kobayashi

FOKUS

Bild 2: Links ist die «leere» Untereinheit (60S) des Ribosoms aus zwei verschiedenen Per spektiven dargestellt. Rechts platziert sich der NAC (violett) in die Untereinheit und füllt den ribosomalen Tunnel aus.

ter von naszierenden Proteinen im Tunnel bestimmen kann und wie sie diese dazu bringt, den korrekten Biogenese-Pfad einzuschlagen.

Mehrfache Regulation «Was wir ausserdem herausgefunden haben, ist, dass NAC wie ein molekularer Filter funktioniert, der inaktive Ribosomen oder solche, die sich noch in den frühen Stadien der Translation befinden, davon abhält, mit der Translokationspore des Endoplasmatischen Retikulums zu interagieren. Ungeregelte Interaktionen zwischen Ribosom und Translokon könnten einerseits dazu führen, dass die falschen Proteine ins endoplasmatische Retikulum ge l angen, andererseits hätten sie zur Konsequenz, dass Proteine fehlen, die eigentlich an anderer Stelle gebraucht werden», so Elke Deuerling. «NAC reguliert somit verschiedenste Schritte der Proteinbiogenese und macht sie effizienter und spezifischer.» Während die N-βNAC-Domäne für das Aufspüren und gegebenenfalls auch für die Sortierung von naszierenden Polypeptidketten verantwortlich ist, interagiert eine weitere NAC-Domäne, N-αNAC, mit der β-Domäne und mit sich selbst, um die NAC-Aktivität am Ribosom zu regulieren.

«Auch darüber wussten wir bislang nichts», erklärt Martin Gamerdinger. «Wie sich jetzt gezeigt hat, würde NAC ohne die Intervention von N-αNAC zu stark ans Ribosom binden und somit essenzielle Proteintranslationsprozesse stören, die dort stattfinden. Wir müssen erst noch besser verstehen, wie diese Autoinhibition bei NAC funktioniert, aber es scheint klar zu sein, dass N-αNAC die Bindung ans Ribosom herunterreguliert.» Originalpublikation Martin Gamerdinger et al., «Early scanning of nascent polypeptides inside the ribosomal tunnel by NAC» Molecular Cell (2019); DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019. 06.030

Kontakt Universität Konstanz Universitätsstrasse 10 D-78464 Konstanz +49 7531 88 3603 kum@uni-konstanz.de www.uni-konstanz.de

FOKUS

Gezielte Proteinsynthese

Offenes Reaktionszentrum in der Zelle

Organellen sind abgegrenzte Bereiche (sogenannte Kompartimente), die bestimmte Funktionen in Zellen erfüllen. Die bekanntesten Beispiele für solche Organellen sind die Mitochondrien und der Zellkern. Die Gruppe um den Chemiker Prof. Dr. Edward Lemke hat nun ein neues Kompartiment erzeugt, in dem spezielle Proteine synthetisiert werden können. «Bildlich gesprochen, suchen wir uns eine Ecke in der Zelle aus, wo wir unser Haus bauen und holen dann einen Teil der Ribosomen, die in der Zelle vorhanden sind, herein», beschreibt Edward Lemke das Vorgehen. An den Ribosomen erfolgt in der Natur die Biosynthese von Proteinen. Ausgehend vom genetischen Code auf der Boten-RNA (mRNA) verbindet das Ribosom die Aminosäuren in der entsprechenden Reihenfolge. Die Abfolge der Aminosäuren bildet das Grundgerüst eines Proteins. Beim Bau der Designer-Organelle hat sich das Team um Lemke vom Prinzip der Phasenseparation inspirieren lassen: Phasen separation wird von der Zelle verwendet, um spezielle Proteine und RNA-Moleküle lokal zu konzentrieren und neue, membran lose Kompartimente zu bauen. «Unsere membranlose Organelle ist quasi ein offenes Reaktionszentrum», so Lemke. Damit kann die Proteinbiosynthese (Translation) an einem genau definierten Ort ablaufen, was für die Arbeit mit künstlichen Aminosäuren wichtig ist. Denn die Technik, mithilfe einer nicht natürlichen Aminosäure ein neues Protein zu schaffen, ist bereits bekannt. Wenn dieser Einbau aber unspezifisch in der ganzen Zelle erfolgt, ist die Belastung gross und die Zelle wird unter Umständen stark beeinträchtigt. Mit ihrer Methode der sogenannten orthogonalen Translation vermeiden die Wissenschaftler dieses Problem. 8

Bild: Adobe Stock

Ein Forscherteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz erzeugte eine membranlose Organelle in einer lebenden Zelle. Diese Organelle verknüpft synthetische Aminosäuren miteinander. Auf diese Weise entstehen modifizierte Proteine, die Zellen mit völlig neuen Funktionen auszustatten. Beispielsweise könnten fluoreszierende Bausteine eingebaut werden, die mit bildgebenden Verfahren einen Blick ins Innere der Zelle erlauben.

Ein Ribosom (brauner Komplex im Vordergrund) während der Biosynthese: Der genetische Code der mRNA (farbiger Strang) wird in eine entsprechende Reihenfolge von Aminosäuren (grüne Kügelchen) «übersetzt». Aus der grünen Perlenkette entsteht das Protein.

«Unsere Organelle kann Proteine erzeugen, indem sie synthetisch hergestellte nicht-kanonische Aminosäuren verwendet. Davon gibt es zurzeit über 300. Das heisst, es gibt nun keine Beschränkungen mehr, nur die 20 kanonischen Aminosäuren zu nutzen», erklärt Gemma Estrada Girona, zusammen mit Christopher Reinkemeier Erstautorin der Studie. Beim Menschen bestehen die Proteine aus 20 natürlich vorkommenden Aminosäuren, auch kanonische Aminosäuren genannt. Darüber hinaus gibt es nicht-kanonische Aminosäuren, die nicht in normalen menschlichen Proteinen vorkommen. Die Erweiterung des genetischen Codes ermöglicht es, dass auch nicht-kanonische Aminosäuren eingebaut werden. Die

neue Designer-Organelle ist in der Lage, den genetischen Code selektiv zu erweitern. Dadurch wird innerhalb der Organelle die RNA anders übersetzt als im Rest der Zelle. «Wir haben uns die Natur zum Vorbild genommen, speziell den membranlosen Nukleolus, der im Zellkern an der Synthese von RNA beteiligt ist», erklärt Lemke. «Wir waren dann aber doch überrascht, dass wir eine so komplizierte Struktur und Funktion tatsächlich mit wenigen Schritten selbst bauen können.»

Biologie trifft Chemie Das Konzept kann möglicherweise als Plattform für das Design weiterer Organel10/2019

FOKUS

Bild: Shutterstock

amixon® Mischtrockner und Reaktoren Mischen, Trocknen und Synthetisieren in einem Apparat ✓ Besonders schonendes Mischen und Kontakttrocknen Eine menschliche Zelle dreidimensional dargestellt: Normalerweise sind Organellen klar abgegrenzte Bereiche, die eine bestimmte Funktion ausüben.

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len dienen und einen Weg aufzeigen, um semisynthetische Zellen und semisynthetische Organismen zu schaffen. «Unser Werkzeug ist in der Lage, Translation in Zellen durchzuführen, potenziell aber auch andere Zellprozesse wie die Transkription (Bio-Synthese von RNA). Dies könnte es uns ermöglichen, neue Typen von Organellen zu erzeugen, die das funktionelle Repertoire komplexer lebender Systeme erweitern», erläutert Christopher Reinkemeier. Die Designer-Organellen verbinden also Biologie und Chemie, um eine komplett neue chemische Funktionalität zu erreichen. Anwendungen ergeben sich ausser bei der erwähnten Fluoreszenz-Methode für die Bildgebung etwa auch bei der Herstellung von Antikörpern für therapeutische Zwecke. Zunächst wollen Lemke und sein Team jedoch die Designer-Organellen weiter verkleinern, um jeden Einfluss auf die Physiologie eines gesunden Organismus zu minimieren.

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Originalpublikation C. D. Reinkemeier, G. E. Girona, E. A. Lemke, «Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes», Science (2019); DOI: 10.1126/science.aaw2644

Kontakt Prof. Dr. Edward Lemke Johannes Gutenberg-Universität Mainz Saarstrasse 21 D-55099 Mainz +49 6131 390 edlemke@uni-mainz.de www.uni-mainz.de

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FOKUS

Auf Entdeckungsreise

Unbekannte Proteine im Herzgewebe Wie in jeder Zelle werden auch in menschlichen Herzzellen Eiweisse produziert. Ein internationales Forscherteam beobachtete die Proteinsynthese anstatt – wie üblich – in isolierten Zellen in ganzen Zellgeweben. Dank dieser Erweiterung des Blickfeldes konnten die Wissenschaftler bis anhin unbekannte Proteine aufspüren. Vermutlich werden diese äusserst kleinen Proteine für die Energiegewinnung im Herz benötigt. Weitere Untersuchungen werden aber noch nötig sein.

Bild: Shutterstock

Das menschliche Herz bewahrt viele Geheimnisse. Und das nicht nur im übertragenen, emotionalen Sinn. Auch ganz rational betrachtet weiss man erstaunlich wenig darüber, wie das muskuläre Organ, das jede Zelle des Körpers mit Sauerstoff versorgt, funktioniert – und warum es manchmal nicht das tut, was es eigentlich soll.

Die Proteinsynthese birgt noch immer Rätsel

Viele Herzerkrankungen gehen auf Fehler im Energiestoffwechsel zurück.

Bild: Franziska Trnka, MDC

Etwas mehr Licht ins Dunkel bringt jetzt eine im Fachblatt «Cell» veröffentlichte Studie. Ein internationales Team aus 56 Forscherinnen und Forschern unter Leitung des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) berichtet darin, welche Proteine von den Ribosomen, den zellulären Eiweissfabriken, in den Herzzellen gesunder und kranker Menschen hergestellt werden. Bei ihren Experimenten ist die Gruppe auf so manche Überraschung gestossen, zum Beispiel auf eine Vielzahl winziger Proteine, die man bislang noch gar nicht kannte. Die im Zellkern jeder Zelle verpackte DNA enthält einen Bauplan für sämtliche Proteine, die im Körper gebildet werden. Die Produktion der Eiweis se erfolgt stets in zwei Schritten, der Transkription und der Translation. Im ersten Schritt werden Kopien von Teilstücken der DNA in Form von Boten- oder Messenger-RNA (mRNA) hergestellt. Im zweiten Schritt bauen die Ribosomen aus einzelnen Aminosäuren, die in der Zelle umherschwimmen, die entsprechenden Proteine zusammen. Während die Transkription ein wissenschaftlich recht gut untersuchter Prozess ist, sind bei der Translation noch vergleichsweise viele Fragen offen.

Die neuen Mikroproteine (rot) sind in den Mitochondrien (grün) zu finden: Der gelbe Bereich auf dem dritten Bild zeigt, dass das Signal der Mitochondrien mit denen des Mikroproteins innerhalb der Zellen überlappt. Der Zellkern hier blau dargestellt.

Das Gewebe und nicht nur die Zelle im Blick «Wir haben nun mithilfe einer noch recht jungen Technik, dem Ribosomen-Profiling oder kurz Ribo-Seq, zum ersten Mal nicht nur in isolierten Zellen, sondern auch in intaktem menschlichen Herzgewebe ermittelt, zu welchen Stellen der mRNA sich die Ribosomen begeben», sagt Dr. Sebastiaan van Heesch aus der MDC-Arbeitsgruppe «Genetik und Genomik kardiovaskulärer Erkrankungen» von Professor Norbert Hübner. «Über spezielle Algorithmen konnten wir daraus anschliessend errechnen, welche Proteine bei der Translation im Herzen

gebildet werden», erläutert van Heesch, der Erstautor der Studie ist. Auf diese Weise entdeckten die Forscherinnen und Forscher eine ganze Reihe winziger, bislang unbekannter Eiweisse. «Was uns zusätzlich überraschte, war die Tatsache, dass sehr viele der Mikroproteine von RNAs kodiert wurden, von denen man bislang dachte, dass sie gar nicht kodierend seien, also keine Bauanleitung für Proteine enthalten», berichtet van Heesch. Mit speziellen mikroskopischen Techniken konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anschliessend beobachten, dass mehr als die Hälfte der Mikroproteine nach ihrer Herstellung zu den Mitochondri10/2019

FOKUS

en, den Kraftwerken der Zelle, wanderten. «Das bedeutet, dass sie offenbar für die Energiegewinnung des Herzes benötigt werden», sagt Norbert Hübner. «Da viele Herzerkrankungen auf Fehler im Energiestoffwechsel zurückgehen, interessierte uns dieses Resultat natürlich ganz besonders.» Um mögliche Unterschiede des Translatoms, also der Gesamtheit der hergestellten Eiweisse, zwischen kranken und gesunden Herzen aufzuspüren, untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum einen Gewebeproben von 65 Patientinnen und Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (DCM), einer krankhaften Erweiterung des Herzmuskels. Die Proben wurden den Betroffenen während einer ohnehin anstehenden Herzoperation per Biopsie entnommen. Zum Vergleich diente das Gewebe von 15 nicht erkrankten Herzen. Das Herzleiden DCM, das bei vielen Patientinnen und Patienten irgendwann eine Herztransplantation erforderlich macht, geht bei manchen Erkrankten auf eine Mutation im Gen für das grösste und wichtigste Eiweiss des menschlichen Herzes zurück: Titin. «Aufgrund der Genveränderung entsteht in der mRNA ein Stoppsignal, das den Ribosomen signalisiert, ihre Arbeit zu beenden und das Titin nicht fertig zu bauen», erläutert van Heesch. Allerdings erkranken nicht alle Menschen, die diese Mutation in ihrem Erbgut tragen, im Laufe ihres Lebens tatsächlich an DCM. Den Gründen dafür sind van Heesch und seine Kolleginnen und Kollegen jetzt auf der Spur. «Wir haben beobachtet, dass die Ribosomen zuweilen das rote Ampellicht einfach ignorieren und mit der Titin-Produktion fortfahren können», berichtet der Forscher. Nun gelte es herauszufinden, unter welchen Umständen dies geschehe. «Möglicherweise liegt es an der Position, die die Genveränderung auf der mRNA einnimmt», spekuliert van Heesch. Vielleicht seien aber auch Faktoren beteiligt, die sich, wenn man sie erst einmal erkannt habe, therapieren lassen. Auch die Rolle der neu entdeckten Mikroproteine will er gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen nun noch näher untersuchen. «Es scheint sich bei diesen Eiweissen um evolutionär recht junge Substanzen zu handeln, die wir beispielsweise in Mäuseherzen nicht entdecken konnten», sagt van Heesch. Die Mini-Eiweisse zeigten einmal mehr, wie besonders das 10/2019

menschliche Herz doch sei. Darüber hi naus hofft der Wissenschaftler, sie eines Tages entweder zur Diagnostik von Herzerkrankungen nutzen zu können – oder aber als therapeutische Zielstruktur, über die sich ein gestörter Energiestoffwechsel des Herzes besser als bisher behandeln lässt. Originalpublikation Sebastiaan van Heesch et al., «The Translational Landscape of the Human Heart», Cell (2019); DOI:10.1016/j.cell.2019.05.010.

Kontakt Prof. Norbert Hübner Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Robert-Rössle-Strasse 10 D-13125 Berlin +49 30 9406 0 nhuebner@mdc-berlin.de www.mdc-berlin.de

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FOKUS

Enzym erneuert Ribosom

Molekulare Kreislaufwirtschaft

An Ribosomen wird die genetische Information von der Boten-RNA abgelesen und in Proteine übersetzt. Wenn sie ein Protein erzeugt haben, aber auch, wenn fehlerhafte Proteine im Ribosom festsitzen, müssen die Ribosomen «recycelt» werden, so dass sie für eine neue Synthese runde funktionsfähig sind. In allen Organismen (ausser in Bakterien) koordiniert das Enzym ABCE1 diesen Vorgang, bei dem die Ribosomen in ihre beiden Untereinheiten zerlegt werden. Der Biochemiker Robert Tampé und der Biophysiker Thorben Cordes haben in Kooperation mit Wissenschaftlern der Universität Groningen (Niederlande) gezeigt, dass ABCE1 drei räumliche Konformationen einnimmt, um das Recycling voranzutreiben.

Drei Strukturen sind im Spiel Das Enzym ABCE1 kann Adenosintriphosphat (ATP), die Energiewährung der Zelle, spalten und die dabei gewonnene Energie zur Trennung der beiden Ribosomen-Untereinheiten nutzen. «Jüngste strukturelle und funktionelle Daten haben gezeigt, dass dabei ein Konformationswechsel des Enzyms, also eine Änderung seiner räumlichen Struktur, für die vielfältigen Funktio-

Bild: T. Cordes / LMU München

Nach getaner Arbeit müssen Ribosomen wieder funktionstüchtig gemacht werden. Dieser Prozess ist entscheidend für die Qualitätskontrolle der erzeugten Proteine und somit für die gesamten entwicklungsbiologischen Prozesse. Biochemiker der Universität Frankfurt am Main und Biophysiker der Universität München haben nun einem der entscheidenden Enzyme für die Wiederverwertung dieser Zellorganelle bei der Arbeit zugeschaut und gezeigt, dass es strukturell wider Erwarten wandelbar ist.

Oben: Im Hintergrund sind die Untereinheiten 50S und 30S des Ribosoms und im Vordergrund ist ein vereinfachtes Modell des Enzyms ABCE1 (gelb und braun) dargestellt. Unten: Drei Zustände der ATP-Bindestellen sind im Histogramm zu erkennen: offen, intermediär und geschlossen.

nen von ABCE1 unerlässlich ist», sagt Cordes. Sein Team hat nun mit einem integrierten Versuchsansatz – unter anderem mithilfe des sogenannten Einzelmolekül-Förster-Resonanz-Energietransfers (smFRET) – die Formvariabilität von ABCE1 auf einzelner Molekülebene direkt beobachtet. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass die beiden ATP-Bindestellen von ABCE1 drei Konformationen einnehmen 12

können, die sich in einem dynamischen Gleichgewicht befinden: offen, intermediär und geschlossen. Die Interaktion von ABCE1 mit dem Ribosom und das zur Verfügung stehende ATP beeinflussen die strukturelle Dynamik beider ATP-Stellen. So entsteht ein komplexes Netzwerk unterschiedlicher Zustände, wobei Ribosom und ATP das Gleichgewicht in Richtung der geschlossenen Formen verschieben. «Wir gehen davon aus, dass die Konformationen funktionell unterschiedliche Rollen bei der Ribosomenspaltung, aber auch für die anderen vielfältigen Funktionen von ABCE1 haben», sagt Cordes. «Das Ribosom-Recycling wird von einer aussergewöhnlich komplexen und konservierten Maschinerie mit bisher ungeahnter medizinischer Bedeutung dirigiert», ergänzt Robert Tampé. Originalpublikation Giorgos Gouridis et al., «ACBE1 controls ribosome recycling by an asymmetric dynamic conformational equilibrium», Cell Reports (2019); DOI: 10.1016/j.celrep. 2019.06.052

Kontakt Prof. Dr. Robert Tampé Universität Frankfurt am Main Theodor-W.-Adorno-Platz 1 D-60323 Frankfurt am Main +49 69 798 29475 tampe@em.uni-frankfurt.de www.uni-frankfurt.de

10/2019

CHEMIE

Zweifacher Nobelpreisträger

Über die Natur der chemischen Bindung Berühmte Chemiker sind heute meist nur der Fachwelt bekannt. Die breite Öffentlichkeit kennt keine herausra genden Persönlichkeiten aus dieser Disziplin. Das war allerdings nicht immer so. Einer der schillerndsten Chemiker des vergangenen Jahrhunderts war eindeutig Linus Pauling. Er war nicht nur ein begnadeter Wissenschaftler, sondern auch jemand, der aufrüttelte und eine klare Linie verfolgte. Der zweifache Nobelpreisträger wird zurecht Chemiker des 20. Jahrhunderts genannt.

Linus Pauling war elf, als er begann, Insekten zu sammeln. Er füllte die Tierchen alle in Gläser ab und präparierte sie für seine Sammlung. Er merkte schnell, dass er ein Mittelchen benötigt, um diese Insekten augenblicklich zu töten. Ein guter Freund seines damals bereits verstorbenen Vaters half ihm dabei. Er war wie sein Vater Apotheker und gab dem kleinen Jungen Kaliumcyanid (!) aus seiner Apotheke, um die Insekten blitzartig ins Jenseits zu befördern. Das sei sein erster Kontakt mit der Chemie gewesen, erinnerte sich der redselige Wissenschaftler [1]. Später langweilten ihn allerdings – aus heutiger Sicht zum Glück – die Insekten und allmählich tauchte das unstillbare Interesse an der reinen Chemie auf. Linus Pauling wurde am 28. Februar 1901 in Portland, Oregon geboren. Nach eigenen Aussagen entschied er sich bereits mit dreizehn Jahren, Chemiker zu werden. Er erwarb seinen Bachelorgrad an der Oregon State University, damals hiess sie allerdings noch Oregon Agricultural College. Seine weiteren Abschlüsse erlangte er am California Institute of Technology, kurz Caltech. Mit Dreissig gelang ihm schliesslich sein wissenschaftlicher Durchbruch. Doch werfen wir zuerst einen Blick in die Forschungswelt von damals.

Die Quantenmechanik erobert die Chemie (1900–1931) Die Physik und bald auch die angrenzenden Naturwissenschaften befanden sich in einer Zeit des Umbruchs. Dem deutschen Physiker Max Planck gelang es im Jahre 1900, zwei widersprüchliche Strahlungs10/2019

Bild: Shutterstock

Roger Bieri

Linus Pauling auf einer amerikanischen Briefmarke. Im Hintergrund sind kranke und gesunde Blutkörperchen zu sehen. Sie erinnern an die Entdeckung der molekularen Krankheit der Si chelzellanämie.

formeln (eine für den kurzwelligen und eine andere für den langwelligen Bereich) in eine einzige Formel folgerichtig zu vereinen. Dies konnte er nur dank der Loslösung von bestimmten Vorstellungen der klassischen Physik erreichen. Er legte also den Grundstein für eine neue Disziplin: Neben der klassischen Mechanik ist nun die Quantenmechanik ein Teilbereich der Physik geworden. Die Quantentheorie führte zu der Erkenntnis, dass Licht nicht nur Wellencharakter, sondern gleichzeitig auch Teilchencharakter besitzt (Wellen- Teilchen-Dualismus). Diese scheinbar widersprüchliche Eigenart gilt aber nicht nur für Licht oder eben für «Lichtteilchen» (Photonen). Luis de Broglie konnte zeigen, dass dieser Dualismus ebenso bei Materie mit höherer Masse und somit auch bei Atomen und Molekülen vorkommen muss

(1924). Mithilfe dieses Gesetzes stellte der Physiker Erwin Schrödinger seine berühmte Schrödingergleichung in Zürich auf (1926). Schrödinger hat somit das uni versale Werkzeug für die Untersuchung quantenmechanischer Phänomene in der Chemie erschaffen. Dies begriffen die Wissenschaftler von damals schnell und

Die erste Begegnung 1927 soll Albert Einstein eine Vorlesung von Pauling am Caltech besucht haben. Er soll nach der Vorlesung gesagt haben, dass er eindeutig mehr über die Chemie wissen müsse, um zu verstehen, was Pauling in der Vorlesung erzählt habe [1].

CHEMIE

des Werk in diesem Bereich. Es ist wohl seine bekannteste Veröffentlichung mit dem unmissverständlichen Titel «The Nature of the Chemical Bond» [2]. Später bezeichnete Pauling diese Publikation als seinen Lieblingsaufsatz.

Ein chemischer Werkzeugkasten (1931–1933)

Linus Pauling erhielt 1954 den Nobelpreis für Chemie «für seine Forschung über die Natur der chemischen Bindung und deren Anwendung zur Erhellung der Strukturen von komplexen Substanzen».

bereits ein Jahr später waren sie erstmals in der Lage, die Atombindung eines Moleküls mittels einer quantenmechanischen Näherungsberechnung zu beschreiben. Es gelang ihnen, die kovalente Bindung von Wasserstoffmolekülen zu erklären. Sie bestätigten hiermit die klassische Theorie der Elektronenpaarbindung von Gilbert Lewis (1916). Nun aber erkannte Pauling, dass die Quantenmechanik für die Chemie noch weitaus mehr Antworten liefern kann, als die einfache Elektronenpaarbindung energetisch korrekt darzustellen. Er veröffentlichte eine Reihe von Aufsätzen, in welchen er die Quantentheorie nutzte, um physikochemische Eigenschaften von Molekülen theoretisch zu beschreiben. Im Jahr 1931 publizierte der junge Wissenschaftler schliesslich sein erstes bedeuten-

Auch die Chemiker von damals wussten, dass Kohlenstoff am liebsten vier Bindungen eingeht, gerne eine tetraedrische Struktur aufweist und bei Doppel- oder gar Dreifach-Bindungen die Rotation der Bindung nicht mehr möglich ist. Sie kannten diese Eigenschaften, da sie diese messen konnten. Erklären konnten sie sie allerdings nicht. Erst Pauling war in der Lage, diese Beobachtungen dank der Einführung der Hybridisierung in seinem Lieblingsaufsatz modellhaft zu erläutern. Im Falle von Kohlenstoff in Methan (CH4) nehmen sowohl das 2s-Atomorbital als auch die drei energetisch höher liegenden 2p-Atomorbitale des Kohlenstoffatoms an den vier Bindungen mit Wasserstoff teil. Würde man die vier energetisch gleichwertigen Bindungen nun anhand der Atomorbitale erklären müssen, tauchten im Wesentlichen zwei Probleme auf: Erstens sind die Bindungen energetisch nicht gleich und zweitens ist die tetraedrische Struktur des Moleküls nicht erklärbar. So wandte Pauling einen mathematischen Trick an. Aus diesen vier Atomorbitalen 2s, 2p x , 2p y und 2p z lassen sich durch eine mathematische Operation (Linearkombination) drei energetisch äquivalente sp3-Hybridorbitale errechnen. Die Rechnung ergab zudem, dass diese Hybridorbitale sich relativ zueinander zu einem Tetraeder im Raum formieren müssen, was also die Struktur des Moleküls bestätigte. Ist die Bindung eher ionischer oder doch eher kovalenter Natur? Die Elektronegativität verrät es uns. Einen Blick auf das Pe riodensystem oder am besten aus dem Gedächtnis – diese festgelegten Zahlenwerte führte Pauling 1932 ein. Er fasste das neu entwickelte Werkzeug in etwa so zusammen: Je unterschiedlicher die Elektronegativität der Bindungspartner ist, desto polarer ist die Bindung. Denn die an der

Bindung beteiligten Elektronen werden in diesem Fall asymmetrisch beansprucht. Das letzte grundlegende chemische Hilfsmittel führte er zusammen mit Christopher Kelk Ingold im darauffolgenden Jahr ein. Sie prägten den Begriff der Mesomerie oder Resonanz. Sie konnten dank der quantenmechanischen Betrachtung der Elektronen in aromatischen Systemen aufzeigen, dass diese Elektronen «delokalisiert» vorliegen. Somit konnte man damals die besonders hohe Stabilität von beispielsweise Benzol erklären. Die Mesomeriestabilisierung ist mit thermochemischen Messungen nachweisbar.

Erster Hinweis für molekulare Krankheit (1945–1949) Mehr und mehr verliess Pauling die reine Chemie. Sein Interesse richtete sich nun vermehrt auf biologische Phänomene. Lange beschäftigte er sich mit der Struktur von Peptiden und dem Hämoglobin und veröffentlichte hierzu eine Reihe von wissenschaftlichen Aufsätzen. Pauling vermutete, dass es sich bei der Sichelzellanämie um eine genetische Erkrankung handelt, die durch eine Mutation, die das Hämoglobin direkt betrifft, hervorgerufen wird. 1949 konnte er seine Hypothese bestätigen. Das Hämoglobin, das von der Mutation betroffen ist, weist eine geringere negative Ladung als das gesunde Hämoglobin auf. Erstmals in der Geschichte war ein Beweis für eine molekulare Krankheit erbracht worden. Eine Krankheit bricht aufgrund einer veränderten molekularen Struktur aus. Sieben Jahre später konnte der genetische Defekt identifiziert werden. Anstelle der Aminosäure Glutaminsäure befindet sich an einer bestimmten Position im Hämoglobin S die Aminosäure Valin [3].

Vom Elfenbeinturm in die Öffentlichkeit (1945–1962) Pauling war überzeugt, dass die Wissenschaft der Gesellschaft im Guten dienen müsse. Kurz nach den Nuklearangriffen in Hiroshima und Nagasaki Ende des zweiten Weltkriegs begann Pauling, öffentliche Vorträge über die Gefahren von Nuklearenergie zu halten, woraufhin Albert Einstein den Chemiker 1946 kontaktierte und ihn 10/2019

CHEMIE

bombentests der US-Regierung und der Sowjetunion ein Ende zu setzen. 1962 unterzeichneten der amtierende Präsident der Vereinigten Staaten John F. Kennedy und der Ministerpräsident der damaligen Sowjetunion Nikita Chruschtschow eine Vereinbarung, wodurch weitere Atomtests verboten wurden. Hierfür wurde Pauling nachträglich der Friedensnobelpreis verliehen.

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Leistung in neuen Dimensionen

Vitamin C als Medizin (1966–1994)

Der Atompilz über Nagasaki am 9. August 1945. Dies war der zweite Atombomben abwurf auf Japan.

als Mitglied der «Emergency Committee of Atomic Scientists» aufnahm. Nach eigenen Aussagen habe diese Mitgliedschaft Pauling und seine Frau Helen Pauling dazu inspiriert, mehr für die Gesellschaft zu tun und ihre ganze Energie für die Problematik der Atombomben und den Weltfrieden einzusetzen [1]. Doch sein Engagement blieb nicht ohne Konsequenzen. Als er sich 1952 auf den Weg zu einer wissenschaftlichen Vortragsreihe in London machte, wurde ihm die Ausreise vom US State Department verweigert. Auf dieser verpassten Konferenz wurden die ersten Röntgenaufnahmen der DNA veröffentlicht. Die exakte Struktur derselben konnte dann ein Jahr später von den anwesenden Wissenschaftlern Francis Crick und James Watson auf Grundlage dieser ersten Aufnahmen identifiziert werden. Wer weiss, ob Pauling, wenn er dabei gewesen wäre, die DNA-Struktur noch vor den beiden Kollegen herausgefunden hätte. Er beschäftigte sich zu jener Zeit stark mit der molekularen Struktur von Biomolekülen. Es wäre also durchaus denkbar, dass er, ausgehend von seinen Studien und Vorgehensweisen, auf die Doppelhelix der DNA noch vor Crick und Watson gekommen wäre. Der Einsatz für den Frieden trug dennoch Früchte: Schliesslich reichte er zusammen mit seiner Frau eine Petition mit über 11 000 Unterschriften ein, um den Atom10/2019

Eine der skurrilsten Geschichten, über die selbst heute immer wieder berichtet wird, ist diejenige vom Vitamin C. Als Pauling älter wurde, konsumierte er enorm hohe Dosen an Vitamin C. Die Angaben schwanken: Einigen Quellen zufolge löffelte der amerikanische Wissenschaftler bis zu 18 000 mg reines Vitamin C am Tag, was masslos über der empfohlenen Tagesdosis von ungefähr 80 mg liegt. Neben Vitamin C nahm er auch andere Vitamine, wie Vitamin E und B2, täglich zu sich – wohlgemerkt auch in Überdosen. Vor allem zur Behandlung von Krebs könnte sich Vitamin C – oder genauer Ascorbinsäure – besonders gut eignen, war der Amerikaner überzeugt. So empfahl er einst einem um Rat suchenden Arzt, er solle seinen Patienten im Endstadium von Krebs 10 000 mg Vitamin C am Tag intravenös verabreichen. Bereits zu Lebzeiten spalteten Paulings Ansichten die Meinungen der Ärzte und Wissenschaftler. Pauling selbst meinte, dass dieses unglaublich günstige Pulver, das praktisch keine Nebenwirkungen verursache und so einfach vielen Patienten helfen könne, ein Dorn im Auge der Pharmaindustrie sei. Pauling starb auf seiner Ranch zwar tatsächlich an Krebs, aber – so muss man auch einsehen – in einem bemerkenswerten hohen Alter von 93 Jahren. Literatur [1] Barbara Marinacci, «Linus Pauling in His Own Words», New York, Touchstone, 1995 [2] Linus Pauling, «The Nature of the chemical bond» Journal of the American Chemical Society 53.4 (04-01-1931): 1367–1400 [3] Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W.Pratt, «Lehrbuch der Biochemie», Weinheim, Wiley-VCH, 2016, dritte Auflage

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CHEMIE

Partitionierung von porösen Materialien

Zwei Trimere aus zwei verschiedenen Welten

Pingyun Feng ¹ Gase und Verunreinigungen können aus der Luft oder Flüssigkeiten mittels poröser, kristalliner Materialien gefiltert werden. Besonders metallorganische Gerüstverbindungen (englisch «Metal-organic framework», kurz MOF) sind hierfür geeignet. Ihre Aufnahmekapazität haben Wissenschaftler durch einen synthetischen Kniff nun erhöhen können: Durch Verknüpfung der Koordinationschemie von Metallen mit der kovalenten Chemie von leichten Elementen erhielten sie porenpartitionierte MOFs. Wie sie in ihrer in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» erschienenen Arbeit ausführen, adsorbierte dieses neue Material besonders gut Ammoniakgas. Strukturell sind MOFs ein Koordinationsnetzwerk aus Metallen und verbrückenden organischen Molekülen. In ihren symmetrischen grossen Poren können MOFs besonders gut Gase einfangen. Die Gasmoleküle lagern sich an den Adsorptionsstellen an, die von den Metallionen und den organischen Molekülen gebildet werden. Nun sind aber für viele kleinere Gase wie CO 2, Acetylen und Ammoniak die Poren in typischen MOFs eigentlich zu gross. Die Forscher stellten fest, dass die Kapazität steigt, wenn das Netzwerk dichter ist und mehr Adsorptionsstellen enthält. Daher versuchte die Forschungsgruppe um Pingyun Feng an der University of California (USA) die Poren mit Liganden – Molekülen, die sich auf definierte Weise an andere Moleküle anlagern – zu parti tionieren. Die Partitionierung hätte noch einen weiteren Vorteil; sie könnte die

¹ University of California, Riverside

MOFs stabilisieren. MOFs konnten andere Sorptionsmaterialien wie Zeolite und Aktivkohle bisher noch nicht verdrängen, da letztere robuster sind. Für die Partitionierung wählte Yanxiang Wang, eine Doktorandin in Fengs Gruppe, ein ungewöhnliches, scheinbar riskantes Molekül: Pyridin-4-boronsäure (in Bild 1 als COF «covalent organic framework»). Dieses Molekül enthält am jeweils anderen Ende zwei leichte Elemente, die komplementär reagieren. Bor zieht als Lewis-Säure Reagenzien mit hoher Elektronendichte an, während der Pyridin-Stickstoff, eine Lewis- Base, sehr gerne mit Lewis-Säuren reagiert. Eine unkontrollierte Reaktion von Pyridin- 4-boronsäure mit sich selbst wäre daher nicht überraschend. Was hier aber nicht geschah, weil die Autoren die Reaktion der Pyridin-4-boronsäure in die MOF-Synthese integrierten. In dieser Konstellation zwang die Metallkoordination die Pyridin-4-boronsäure in eine definierte Reaktion: Exakt immer drei Moleküle bildeten ein Trimer. Dieses exakt dreieckige, aus drei Einheiten aufgebaute Molekül passte genau in die hexagonalen Poren des MOF. Es entstand ein MOF mit integriertem kovalent-organischen Netzwerk oder «Porenraum-partitioniertes MOF». Durch diesen synthetischen Kniff bauten die Wissenschaftler viel mehr Adsorptionsstellen ein, ohne die Poren zu verstopfen. Die Forscher kombinierten dann mehrere Metalle und organische Liganden zu MOFs. Alle neuen partitionierten MOFs übertrafen die unpartitionierten bei der Aufnahme von Gasen. Und weil wegen der neuen organischen Liganden mehr Lewis-saure Stellen zur Verfügung standen, wurde insbesondere Ammoniakgas aufgenommen, das eine aussergewöhnlich hohe Packungsdichte erreichte. Die Arbeit

Bild: Wiley-VCH.

Hoch resorptive metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) können durch kluge Verknüpfung zweier grundsätzlich verschiedener Synthesearten aufgebaut werden. Das neue Material adsorbierte besonders gut Ammoniakgas.

Bild 1: Ein MOF mit integriertem kovalent-organischem Netzwerk.

stellt nicht nur einen weiteren Fortschritt bei den metallorganischen Gerüstverbindungen dar. Sie zeigt auch erneut, dass scheinbar Unmögliches – wie die saubere Trimerisierung einer Pyridinboronsäure – doch möglich gemacht werden kann. Und für Nützliches gut ist. Originalpublikation Pingyun Feng et al., «A Tale of Two Trimers from Two Different Worlds: A COF-Inspired Synthetic Strategy for Pore-Space Partitioning of MOFs», Angewandte Chemie International Edition (2019)

Medienmitteilung Angewandte Chemie 10/2019

BIOWISSENSCHAFTEN

Evolutionsbiologisch neu datiert

Komplexe Signalkaskade steuert Häutung

«Egal ob sich ein Insekt von einer Raupe über ein Puppenstadium zu einem geflügelten Schmetterling entwickelt, oder ob sich eine Strandkrabbe mühsam aus ihrer alten Hülle befreit, um sich nach einer Periode des Wachstums ein neues Aussenskelett zuzulegen: Der Vorgang der Häutung beruht bei allen zu den Arthropoden (Gliederfüsser) gehörenden Tieren auf einem gemeinsamen, hormonell gesteuerten Prozess mithilfe des sogenannten Häutungshormons Ecdyson», berichtet Studienleiter Andreas Wanninger vom Department für Integrative Zoologie an der Universität Wien. Der gesamte Prozess ist hoch komplex und wird über eine Signalkaskade gesteuert, an der eine Reihe anderer molekularer Komponenten beteiligt sind: Rezeptoren und an sie bindende Liganden, verschiedene Neuropeptide und ein ganzes Arsenal an unterschiedlichen Hormonen. All diese Komponenten müssen in einem eng aufeinander abgestimmten Prozess koordiniert zusammenarbeiten, damit die Häutung korrekt abläuft und das entsprechende Tier in die nächste Phase seines Lebens treten kann.

Molekulare Grundlagen sehr früh entstanden «Ursprünglich gingen wir davon aus, dass die wesentlichen Komponenten dieses hochkomplexen Vorganges erst im Zuge der Evolution des Prozesses an sich entstanden sind – also einmalig für die Gruppe der Arthropoden sind», erläutert Postdoc André Luiz de Oliveira, der die wesentlichen Untersuchungen der Studie beisteuerte. «Im Zuge vergleichender Analysen grosser genomischer Datensätze von 10/2019

einer Vielzahl mehrzelliger Tiere, sogenannten Metazoen, die so diverse Vertreter wie Nesseltiere (Cnidaria), Stachelhäuter (Echinodermata), Weichtiere (Mollusca), bis hin zu den Wirbeltieren umfasste, zeigte sich dagegen ein völlig anderes Szenario. Viele der an der Häutung beteiligten Peptide, Hormone und andere Signalmoleküle sowie deren Rezeptoren sind im Laufe der Evolution bereits sehr früh entstanden – teilweise viele Millionen Jahre vor der Evolution der Arthropoden selbst», erklärt de Oliveira weiter. Welche Funktionen diese Moleküle in den einzelnen, sich nicht häutenden Tiergruppen erfüllen, ist weitgehend unbekannt. Das in der vorliegenden Arbeit gezeigte, weit verbreitete Vorkommen ermöglicht es nun, diesen Funktionen in Folgestudien weiter auf den Grund zu gehen. «Trotz der weitestgehenden Konservierung des Häutungsprozesses innerhalb der Arthropoden zeigt unsere Arbeit, dass etwa die zweite Grossgruppe der sich häutenden Tiere – die Rundwürmer oder Nematoda – die meisten Schlüsselelemente des Arthropoden-Häutungsprozesses verloren haben. Sie benutzen also weitgehend andere Mechanismen, um ihr Exoskelett zu wechseln», erklärt Wanninger.

Häutung ist nicht gleich Häutung Ob beide Prozesse nun im Laufe der Evolution unabhängig voneinander entstanden sind, oder auf einen gemeinsamen, sich häutenden Vorfahren zurückzuführen sind und dann jeweils stark abgewandelt wurden, bleibt eine spannende Frage für künftige Projekte. In jedem Fall zeigt sich, dass die eigentliche Innovation der Ar

Bild: Adobe Stock

Insekten und Krebstiere stellen die grössten Tiergruppen der Erde dar. Trotz der morphologischen Vielfalt eint all diese Tiere ein wesentlicher Prozess im Laufe ihrer Entwicklung: jener der Häutung. Sie werfen ihre starre Aussenhülle ab und ersetzen sie durch ein neues Exoskelett. Wesentliche molekulare Grundlagen dieses komplexen Vorgangs kommen bereits bei der überwiegenden Mehrheit der mehrzelligen Tiere vor und nicht erst im Laufe der Evolution der Gliederfüsser, wie nun eine Studie zeigt.

Eine Zikade häutet sich.

thropoden nicht in der Evolution neuer Komponenten bestand, sondern vielmehr darin, existierende Moleküle in einem funktionierenden Netzwerk zu vereinen, aus dem die neuartige Verhaltensweise der Häutung entstand. Originalpublikation André Luiz de Oliveira, Andrew Calcino, Andreas Wanninger, «Ancient origins of arthropod moulting pathway components», elife (2019), DOI: 10.7554/eLife.46113

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Andreas Wanninger Universität Wien Währinger Strasse 38 A-1090 Wien +43 664 6027776300 andreas.wanninger@univie.ac.at www.univie.ac.at

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LABOR

Nicht nur in der Chemie, sondern auch im Alltag ist Zucker nicht gleich Zucker.

Dank amperometrischer Detektion

Einfache Analyse von Kohlenhydraten

Kohlenhydrate gehören zu den verbreitetsten organischen Verbindungen in der belebten Natur. Als Mono- und Disaccharide dienen sie vornehmlich der direkten Energieversorgung im Organismus. Als Oligomere oder Polymere sind sie eher eine Art Energie- oder Informationsspeicher oder übernehmen Aufgaben als Strukturelement in Zellwänden von Pflanzen. Wegen ihrer grossen Bedeutung im Bereich der ökologischen, biologischen, klinischen Forschung und in den Ernährungswissenschaften ist die Bestimmung von Zuckern und anderen Kohlenhydraten von hohem Interesse. Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Bestimmungsmethoden, deren Geräte oftmals kostspielig sind, wie beispielsweise HPLC-MS, oder kompliziert in der Durchführung, wie bei der GC-Analyse mit Derivatisierung.

HPLC für die Zuckeranalytik? Die Analytik mit HPLC wird den besonderen Anforderungen allerdings nicht gerecht. An der Trennung der Zucker liegt es nicht. Diese gelingt sehr gut auf einem HPLC-System mithilfe der Hochleistungs-Anionenaustauschchromatografie (HPAEC), denn geringe Unterschiede in den pKa-Werten der Hydroxylgruppen in Kohlenhydraten bewirken mit stark alkali18

Bilder: pixabay/algria

Je nach Probe sind unterschiedliche Eigenschaften eines Analysegerätes gefragt. Manchmal helfen erst neue Technologien oder unkonventionelle Verfahren, um ein zuverlässiges Ergebnis zu erhalten. Im Falle der Zuckeranalyse gibt es mehrere Analysemethoden, die zum Ziel führen können. Eine besonders einfache Möglichkeit, die zudem genaue Resultate liefert, ist mit einem HPLC-Gerät möglich. Allerdings sind einige wichtige Faktoren zu beachten.

Bild 1: Die untersuchten Zuckerarten findet man im Holz.

schen Eluenten eine unterschiedliche Retention der Saccharide an einem Anionenaustauscherharz. Die Herausforderung liegt eher bei der Detektion. UV- oder Fluoreszenz-Detektion, die in der Flüssigkeitschromatografie weit verbreitet sind, können wegen fehlender Chromophore bei Zuckern in der Regel nicht eingesetzt werden. Brechungsindex-Detektion ist sehr einfach in der Anwendung, jedoch nur wenig empfindlich und somit nicht für die Bestimmung nied-

riger Zuckergehalte anwendbar. Mit einem Derivatisierungsschritt, der einen Chromophor bildet, können die spektroskopischen Verfahren zwar für die Zuckeranalytik einsetzbar werden, dies benötigt jedoch zusätzliche Geräte, Chemikalien und Arbeitsschritte. Ein alternativer Ansatz macht sich zunutze, dass Kohlenhydrate elektrochemisch reagieren können. Dadurch lassen sie sich sehr empfindlich und selektiv amperometrisch detektieren. 10/2019

Die Amperometrie gehört in der quantitativen Analyse zu den Bestimmungsmethoden mit sehr hoher Empfindlichkeit. Dabei wird ein Elektrolysestrom an einer Arbeitselektrode unter konstant gehaltenem elektrochemischem Potenzial gemessen. Der Elektrolysestrom ist proportional zur Konzentration des oxidierten beziehungsweise reduzierten Analyten. Die klassische Amperometrie ist ein diskontinuierliches Verfahren. Das heisst, zuerst erfolgt die eigentliche Messung bzw. Titration, dann wird der Reaktor entleert und gereinigt. Schliesslich regeneriert sich das System und erst dann erfolgt die nächste Messung. Aus diesem Grund ist die klassische Variante so nicht direkt mit HPLC einsetzbar. Im Zuckeranalyse-Chromatografiesystem von Knauer kommt die gepulste amperometrische Detektion (PAD) zum Einsatz. Dies ist eine Variante, die eine schnelle Messung sowie die bei Zuckerdetektion notwendigen Regeneration der Elektrode in einer kleinen Messzelle ermöglicht. Ein Zyklus aus Messung, Desorption und Regeneration der Elektrode benötigt nur eine halbe Sekunde und wird während der Analyse ständig wiederholt. So kann wie bei anderen Durchflussdetektoren ein Chromatogramm mitgezeichnet werden. Das Verfahren kommt ausser dem wässrigen basischen Eluenten ohne zusätzliche Chemikalien aus.

Analyse von Sacchariden und Uronsäuren In der Forschung für regenerative Rohund Treibstoffe, die nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung stehen solNummer Analyt

S/N

L-Fucose

10 000

L-Rhamnose

3000

L-Arabinose

4800

D-Galactose

3800

D-Glucose

2400

D-Xylose

1600

D-Mannose

1600

D-Galacturonsäure 388

D-Glucuronsäure

574

Tabelle 1: Signal/Rausch-Verhältnis der Analyten bei einer Konzentration von 0.1 mg/ml.

10/2019

Bilder: Knauer

LABOR

Bild 2: Chromatogramm aus einem Gemisch von jeweils 0.1 mg/ml Fucose (1), Rhamnose (2), Arabinose (3), Galactose (4), Glucose (5), Xylose (6), Mannose (7), Galacturonsäure (8) und Glucuronsäure (9).

Bild 3: Die neun Analyten bei Konzentrationen von 0.05 mg/ml bis 0.25 mg/ml.

len, spielen Zucker aus Holz- und Pflanzen abfällen eine wichtige Rolle. Um die Prozesse zu überwachen oder die Qualität der Produkte zu ermitteln, ist eine empfindliche und zuverlässige Analytik notwendig. Im vorliegenden Beispiel wird ein Gemisch aus sieben Monosacchariden und zwei Uronsäuren mit der Hochleistungs-Anionenaustausch-Chromatografie (HPAEC) basisliniengetrennt (Bild 2) und per PAD mit einem sehr hohen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) bestimmt (Tabelle 1). Die einfach durchzuführende Methode mit unterschiedlichen NaOH-Konzentrationen eignet sich für eine einfache und reproduzierbare Analyse auch bei einer geringen Analytkonzentration (Bild 3). Ne-

ben der Erforschung von Biokraftstoffen sind die untersuchten Zucker auch Bestandteile zahlreicher Prozesse in Lebensmittelanwendungen und in der Natur. Somit eignet sich diese Applikation für verschiedene Bereiche, in denen Kohlenhydrate spezifisch getrennt und analysiert werden müssen.

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Naturwissenschaftliche/-r Labortechniker/-in

Diese Weiterbildung zahlt sich aus

Guido Hess: Wo bist du persönlich und beruflich gestanden, als du dich entschieden hast, die Weiterbildung zur naturwissenschaftlichen Labortechnikerin zu absolvieren? Svenja Gottschalk: Nach meiner Lehre als Chemielaborantin und vier Jahren Berufserfahrung war es Zeit für eine neue Herausforderung. Einerseits war ich unterdessen sattelfest in den meisten Prozessen bei mir im Labor, andererseits traute ich mir die Balance zwischen einer 100%-Stelle und einer berufsbegleitenden Ausbildung zu. Am Ende meiner Lehre war ich mir sicher gewesen, dass ich nie wieder die Schulbank drücken würde. Nach ein paar Jahren hatte ich jedoch wieder die Energie und den Willen, etwas Neues zu lernen.

Bilder: Christoph Gysin

Sich immer wieder weiterzubilden ist in einer sich rasant ändernden Welt essenziell. Dies gilt auch für Laborantinnen und Laboranten mit eidgenössischem Fähigkeitszeugnis. So hat Svenja Gottschalk die Weiterbildung zur naturwissenschaftlichen Labortechnikerin vor zwei Jahren erfolgreich mit der höheren Fachprüfung (HFP) abgeschlossen. Guido Hess, Lehrgangsleiter bei Aprentas, hat ihr zu dieser Weiterbildung einige Fragen gestellt.

Der HFP-Lehrgang richtet sich an Laborantinnen und Laboranten EFZ, die sich tiefere Kompetenzen in ihrem Beruf aneignen und diese mit einem eidgenössischen Diplom ausweisen wollen.

Was wolltest du mit der Weiterbildung zur naturwissenschaftlichen Labortechnikerin erreichen? Svenja Gottschalk: Mit 23 wusste ich noch nicht genau, wo meine Karriere mich hinbringen sollte. So entschloss ich mich, eine Zweitausbildung zu machen, die mir mehr als eine Möglichkeit eröffnet. An der Weiterbildung zur naturwissenschaftlichen Labortechnikerin gefiel mir vor allem die Vielseitigkeit: Es ist ein Lehrgang, der nicht nur auf ein Fachgebiet abzielt, sondern sehr breit gefächert ist. Es gibt Module wie z. B. Projektmanagement oder Präsentationstechnik, aber auch Chemie, Biologie und Mathematik. So erhoffte ich mir vom Lehrgang eine Weiterbildung, welche mich in verschiedenen Bereichen weiterbringen kann.

und im Labor für dieselben Aufgaben wie zuvor zuständig. Jedoch sind seit dem Abschluss neue Aufgaben hinzugekommen. Ich bin vermehrt in Projektarbeit und Sitzungen involviert oder präsentiere öfters an Projektteam-Sitzungen. Im Syntheselabor einer Grossfirma ist es sehr schwierig bis fast unmöglich, ohne Doktortitel eine Laborleitung zu übernehmen. Ich könnte mich allerdings mit meiner aktuellen Qualifikation durchaus in einem kleineren Unternehmen als Laborleiterin bewerben. Wenn jemand bereit ist, zusätzliche Aufgabengebiete zu übernehmen, ist auch eine interne Entwicklung mit einem spannenden Tätigkeiten-Mix und mehr Verantwortung möglich.

Wie hat sich dein Alltag seit dieser Weiterbildung verändert? Svenja Gottschalk: Nach dem Abschluss der HFP bin ich zwar immer noch auf meiner Position der Chemielaborantin tätig

Welchen Ratschlag möchtest du den Interessierten mit auf den Weg geben? Svenja Gottschalk: Den grössten Nutzen habe ich ganz klar aus den Fachmodulen gezogen. Dieses Wissen wende ich in mei-

ner täglichen Laborarbeit an. Genauso wertvoll war für mich die Diplomarbeit. Dabei habe ich gelernt, mein eigenes Pro-

Weitere Informationen Besuchen Sie eine der Informationsveranstaltungen. Die aktuellen Daten finden Sie auf der Website von Aprentas. – Durchführungsort: Aprentas Ausbildungszentrum Muttenz, Lachmattstrasse 81, 4132 Muttenz – Anmeldung und Auskünfte: Alle w eiteren Informationen wie Startdatum und Anmeldung finden Sie auf unserer Website www.aprentas.com/weiterbildung

10/2019

LABOR

Wie lange dauert der Lehrgang? Der Lehrgang kann bei Aprentas nach drei Jahren und drei Monaten abgeschlossen werden. Die Dauer der Vorbereitungskurse beträgt 2,5 Jahre (720 Lektionen geführter Unterricht und ca. 800 Lektionen Selbststudium). Dann kommen noch mindestens 160 Stunden hinzu fürs Schreiben der Diplomarbeit. Mit welchem Titel schliessen Sie ab? Naturwissenschaftliche/-r Labortechniker/-in mit eidg. Diplom.

Die Weiterbildung ist sehr vielseitig. Neben den klassischen Fächern Chemie und Biologie steht auch Projektmanagement auf dem Programm.

jekt zu betreuen und dafür verantwortlich zu sein, und ausserdem wie ich eine wissenschaftliche Arbeit schreiben muss. Aus diesen Gründen kann ich die Weiterbildung sehr weiterempfehlen. Die Motiva tion und den Zeiteinsatz für die Weiterbildung aufzubringen, gelingt dir besser, wenn du ernsthaft an einer beruflichen Weiterentwicklung interessiert bist. Wenn man lediglich das Diplom besitzen will, fällt es einem sicher schwerer. Im Lehrgang naturwissenschaftliche/-r L abortechniker/-in mit eidgenössischem Diplom erwerben Sie die notwendigen Fähigkeiten und Kenntnisse, um anspruchsvolle Aufgaben in der Forschung und Entwicklung eines chemischen oder pharmazeutischen Industriebetriebs auszuführen sowie Führungsfunktionen wahrzunehmen.

Der effiziente Weg zur höheren Fachprüfung Bei Aprentas beginnt ab 2020 der Lehrgang zur Vorbereitung auf die höhere Fachprüfung als naturwissenschaftliche/-r Labortechniker/-in mit eidgenössischem Diplom jeweils bereits im Januar. Die Dauer des Lehrgangs vom Start bis zur Diplom übergabe wird dabei dank einer optimierten Kursorganisation um ein Jahr verkürzt. Ein Grossteil des Unterrichts kann mittels Livestream von zuhause oder vom Arbeitsplatz aus mitverfolgt werden. Hier finden Sie Antworten zu zentralen Fragen: 10/2019

An wen richtet sich diese Weiterbildung? Der HFP-Lehrgang richtet sich an Laborantinnen und Laboranten EFZ, die sich tiefere Kompetenzen in ihrem Beruf aneignen und diese mit einem eidgenössischen Diplom ausweisen wollen. Was ist Ihr Nutzen? Sie steigern Ihre Arbeitsmarktfähigkeit nachhaltig durch praktische Erfahrung und vertiefte theoretische Kenntnisse. Sie empfehlen sich für qualifizierte Führungsaufgaben. Sie gestalten Ihre berufliche Entwicklung. Was hat Ihr Arbeitgeber davon? Ihm stehen motivierte Mitarbeitende mit mindestens sechs Jahren praktischer Erfahrung und vertieften theoretischen Kenntnissen zur Verfügung, welche komplexe Aufgabenstellungen in Forschung und Entwicklung sowie Produktionsverfahren projektieren, entwickeln, steuern und optimieren können.

Wie hoch sind die Kursgebühren? Seit Januar 2018 werden Absolvierende von Kursen, die sich auf eine eidgenössische Prüfung vorbereiten, vom Bund finanziell unterstützt. Die aktuellen Kursgebühren finden Sie auf unserer Website. Für eine persönliche Beratung steht Ihnen der Lehrgangsleiter Guido Hess (siehe Kontaktangaben) gerne zur Verfügung. Kontakt Guido Hess Lehrgangsleiter Aprentas Weiterbildung Lachmattstrasse 81 CH-4132 Muttenz +41 61 468 17 42 guido.hess@aprentas.com www.aprentas.com/weiterbildung

Wie ist der Lehrgang aufgebaut? Der Unterricht findet bei Aprentas jeweils am Montag- und Mittwochabend statt. Die einzelnen Module sind in neun Basis-, neun Vertiefungs- und zwei Fachmodule eingeteilt und werden mit einer Lernerfolgskontrolle abgeschlossen. Für erfolgreich abgeschlossene Module wird ein Zertifikat mit einer Gültigkeitsdauer von sechs Jahren abgegeben. Detailliertere Angaben entnehmen Sie bitte den Beschreibungen der einzelnen Module unter www. wblb.ch. 21

Bild: Adobe Stock

LABOR

Die Samenkapsel des Springkrauts platzt bei Berührung. Die neu entwickelte Technik ähnelt stark diesem Mechanismus.

Elektronenkristallographie mit Sprungkraft

Analytiker greifen in die Trickkiste Um 3-D-Kristallstrukturen zu bestimmen, müssen Kristalle von allen Seiten durchleuchten werden. Sehr kleine Kristalle mit weniger als einem Mikrometer Kantenlänge können dabei nur mittels Elektronenstrahlen untersucht werden. Nach derzeitigem Stand der Technologie lässt die Elektronenkristallographie aber keine 360-Grad-Betrachtung der Kristalle unter verschiedenen Drehwinkeln zu. Forschende an der Universität Wien mit Unterstützung aus der Schweiz haben hierzu einen neuen Ansatz entwickelt.

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Üblicherweise bestrahlen Forschende in der Kristallographie ihre Proben mit Röntgenstrahlen. Der etablierten Röntgenstrukturanalyse sind aber Grenzen gesetzt: Mit ihr können die Wissenschaftler unter besten Voraussetzungen Einkristalle zwischen 50 und 100 Mikrometern Kantenlänge charakterisieren. «Die Elektronen-Kristallographie ist ein relativ junger Ansatz. Wir konnten bereits zeigen, dass wir mit ihr Kristalle von weniger als einem Mikrometer Kantenlänge analysieren können – also auch Kristalle, von denen bisher keine 3-D-Struktur existiert», sagt Tim Grüne vom Institut für Anorganische Chemie und Leiter des Zentrums für Röntgenstrukturanalyse an der Universität Wien. Elektronen wechselwirken viel stärker mit Materie im Gegensatz zu Röntgenstrahlen. Werden Verbindungen, die kleiner als ein Mikrometer gross sind, mit Elektronen be-

Bild: Tim Grüne

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Werden submikrometergrosse Verbindungen mit Elektronen bestrahlt, liefern sie typische Beugungsbilder: Die Ablenkung der Strahlen (hier blau dargestellt) lässt charakteristische Muster entstehen, die wiederum Rückschlüsse auf die atomare Struktur der Moleküle ermöglichen.

strahlt, liefern sie typische Beugungsbilder als Ausgangspunkt für die Strukturanalyse. Allerdings lassen sich die Kristalle auf dem Probenhalter nicht um 360 Grad in alle Richtungen drehen: Derzeit ist nur eine Drehachse möglich und zudem sind die 10/2019

LABOR

Bild: Swiss Nanoscience Institute/Universität Basel

Für höchste Prozesssicherheit bei Druck und Vakuum.

Tim Grüne leitet seit Februar 2019 das Zentrum für Röntgenstrukturanalyse der Fakultät für Chemie in Wien. Zuvor forschte er am PSI in Villingen.

Nylonfäden auf dem Probenträger Ein schneller und leicht umsetzbarer Weg zur Probenaufbereitung ist es, den Probenträger, der aus einer Carbon-Schicht besteht, mit einem feinen Pinsel aufzurauen: «In Folge dessen rollen sich einzelne Fäden des angegriffenen Trägermaterials – wie Springkraut unter Spannungsverlust – auf und nehmen die darauf stabil haftenden Kristalle einfach mit», erklärt Grüne. Dadurch bietet sich den Betrachtern eine Vielfalt von Positionen der Einzelkristalle. Eine zweite Möglichkeit ist es, eine Schicht aus Nylonfäden auf den Carbon-Probenträger aufzubringen: «Die Oberfläche erinnert dann an eine chaotische Oberfläche aus gefällten Baumstämmen mit vielen Zwischenräumen», so Grüne. Wird die prä10/2019

parierte Trägerschicht anschliessend mit den Kristallen bestäubt, bleiben die Kristalle in verschiedenen Positionen an den Nylonfäden hängen. Das Auftragen der Nylonfänden unter Hochspannungsbedingungen («electrospinning») ist allerdings vergleichsweise aufwendig. Beide Verfahren liefern Datensätze für Kristalle, die sich für eine umfassende 3-D-Analyse zusammensetzen lassen. Diese Kombination von Datensätzen ist in der Proteinkristallographie üblich, in der chemischen Kristallographie noch eher unbekannt. Um das Gesamtbild eines 3-D-Aufbaus zu entwickeln, benötigten sie etwa fünf Kristalle. «Wir haben das Problem nicht gelöst, aber zeigen hier Möglichkeiten auf, die verborgenen Seiten der Kristalle im Rahmen der Elektronenkristallographie dennoch aufzudecken. Es sind überraschend einfache Lösungen, die technisch gut umsetzbar sind», so Grüne. Originalpublikation J. T. C. Wennmacher, C. Zaubitzer, T. Li, Y. K. Bahk, J. Wang, J. A. van Bokhoven, T. Grüne, «3-D-structured supports create complete data sets for electron crystallography», Nature Communications (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-11326-2 Kontakt Dr. Tim Grüne Universität Wien Währinger Strasse 42 A-1090 Wien +43 1 4277 70202 tim.gruene@univie.ac.at www.univie.ac.at

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Metallstangen des Probenhalters für die Elektronenstrahlen undurchdringbar, so dass ab einem Drehwinkel von 75 Grad in jede Richtung eine Barriere besteht. «So sind nur maximal 300-Grad-Analysen durchführbar. Damit kommen wir zu einer fehlerhaften Strukturanalyse», so Grüne, der mit Kollegen der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETH) und des Paul Scherrer Instituts (PSI) im Rahmen ihrer Arbeit in die Trickkiste griff. In ihrer Studie präsentieren die Forschenden zwei Wege, um das Problem zu umgehen: Sie präparierten die Probenträger in einer Weise, dass die Kristalle – eine Probe umfasst immer mehrere Dutzend Kristalle – von verschiedenen Seiten einsehbar sind. Für die 3-D-Analyse werden die Datensätze zusammengesetzt und das Gesamtbild errechnet.

Bild: Empa

MEDIZIN

Qun Ren analysiert mikrobiologische Proben aus Harnleiter-Stents in einer Mikrofluidik-Strömungskammer unter dem Mikroskop.

Biofilme auf Medizinprodukten

Die erfolgreichsten Lebewesen der Welt Biofilme sind enorm widerstandsfähige Ansammlungen von Keimen, die besonders in Spitälern zum Problem werden können. Wie ein einziges grosses Lebewesen breiten sie sich auf Wunden aus oder besiedeln Implantate und Medizinprodukte. So vermehren sie sich auch auf Stents oder Gefässstützen, die eigentlich implantiert werden, um eine zuverlässige Öffnung eines Hohlorganes zu gewährleisten. Biomedizinische Materialien mit neuartigen Oberflächen sollen den Krankheitserregern Einhalt gebieten.

Dr. Andrea Six ¹ Manch einer, der ins Spital muss, wird dort erst recht krank. Durchschnittlich sieben Prozent aller Patienten in Industrieländern sind von derartigen «nosokomialen» Infektionen betroffen. Auf Intensivstationen steigt das Risiko nochmals deutlich an. Schwere Erkrankungen bis hin zu einer lebensbedrohlichen Blutvergiftung können die Folge sein. Besonders leichtes Spiel haben die Krankenhauskeime, sobald ein Patient mit invasiven medizinischen Massnahmen behandelt wird: Steckt man Schläuche in den Körper, etwa um ihn zu beatmen, ihm Flüssigkeit zuzuführen oder Urin abzuleiten, fassen die Infektionserreger schnell Fuss. Wie solche Infektionen verhindert werden könnten, ist noch ungeklärt. Ein Team aus Empa-Forschern und Medizinern vom Kantonsspital St. Gallen

¹ Empa, Dübendorf

arbeitet zurzeit an einem Projekt, das das Risiko von Spitalinfektionen senken soll.

Calciumkristalle und Bakterien in Implantaten Der Fokus liegt dabei auf der Analyse von Biofilmen, Ansammlungen von Keimen auf Oberflächen, die sich etwa in Harnkathetern ausbreiten. Will man Materialien konzipieren, die das Entstehen von Biofilmen unterbinden, muss jedoch zuerst geklärt werden, wie es überhaupt zum gefährlichen Keimwachstum kommt. Denn gegen Unbekannt lassen sich keine passenden Schutzmassnahmen entwickeln. Und hier tappte die Medizin bisher wortwörtlich im Dunkeln – da es weitgehend unbekannt war, was eigentlich im Inneren eines Katheters wächst. Die Empa-Forscherin Qun Ren ist den Geheimnissen im Inneren von Polymerschläuchen auf der Spur. Gemeinsam mit den St. Galler Spitalärzten untersuchte sie

die Rückstände aus Harnleiterschienen von knapp 90 Patienten. Die Verwendung eines Stents im Harnleiter ist eine gängige Prozedur, etwa bei der Behandlung von Nierensteinen. «Wird ein derartiger Stent eingesetzt, treten jedoch häufig Beschwerden und Harnwegsinfekte auf», sagt Ren. So auch bei den untersuchten Patienten: Nach einer vergleichsweise kurzen Verweildauer im Körper von rund drei Wochen hatten sich in den Schläuchen nicht nur Calciumkristalle aus dem Urin abgelagert, die Forscherin fand in den Proben auch Bakterienansammlungen. «Auf der Materialoberfläche hatten sich Biofilme gebildet, aus denen sich Bakterien anzüchten liessen», so die Forscherin.

Das Wesen im Schlauch Genau mit diesen Biofilmen halten die Wissenschaftler das vermutlich erfolgreichste Lebewesen der Welt in Händen: Ansammlungen von Bakterien, eingebettet 10/2019

MEDIZIN

in eine selbst produzierte schleimige Ma trix, die sich wie ein einziger grosser Organismus verhält; und sie waren schon lange vor uns da. Biofilme finden sich bereits in den ältesten bekannten Fossilien unserer Erdgeschichte. Es wundert nicht, dass sie sich seither hartnäckig gehalten haben und unter widrigen Bedingungen, etwa in Harnkathetern, gedeihen, denn sie verfügen über erstaunliche Überlebensstrategien. Dank der gelartigen Schicht aus Biopolymeren sind die zusammenlebenden Bakterien geschützt, beweglich und miteinander verbunden. Munter tauschen sie nützliche Erbgutstücke untereinander aus, kommunizieren über chemische Signale und melden an die Oberfläche, wenn die tieferen Schichten Hunger leiden. Antibiotika und Desinfektionsmittel durchdringen den Film kaum. Bei Bedarf senden sie einen Trupp von Pionieren an einen neuen Ort und gründen weitere Kolonien, einem metastasierenden Tumor gleich. Was in der Natur erfolgreich ist, kann im Spital für Patienten böse enden. Ziel ist es daher, neue Materialien beispielsweise für Katheter zu entwickeln, um das Risiko von Infektionen zu senken. «Ein Schlüsselereignis bei der Entstehung eines Biofilms ist der Moment, wenn sich frei bewegliche Bakterien auf der Oberfläche anheften», erklärt Ren. Dabei setzen manche der Mikroorganismen auf denselben Trick wie Geckos, die kopfüber an einer Glasscheibe Halt finden: Sie nutzen Van-der-WaalsKräfte, Wechselwirkungen zwischen ihren eigenen Molekülen und jenen der Oberfläche, die ihnen ein neues Zuhause bieten soll. Andere Exemplare beschichten die Schläuche mit einem passenden Überzug, was das Niederlassen auf der Oberfläche unterstützt. «Um die Bakterien zu bekämpfen, muss man daher bereits den Prozess der Anheftung verhindern», so Ren. Voraussetzung für praxistaugliche Materialien und Beschichtungen, die sich den Keimen widersetzen, ist der lückenlose Forschungs- und Entwicklungstransfer «from bench to bedside». Bewähren kann sich ein Material nur dann, wenn die Analysen im Labor so realitätsnah wie möglich sind. Die Forschenden haben daher ein mehrteiliges Labor-Modell entwickelt, das den Bedingungen im Spital so nah wie möglich kommen. Potenzielle Katheter-Kandidaten werden hierbei im Bioreaktor von Flüssig10/2019

keiten durchspült, wie es einer echten Harnleiterschiene im Körperinneren widerfährt. Untersuchungen aller vorhandenen Mikroorganismen mittels Konfokalmikroskopie, Bakterienkultur und Erbgutanalyse folgen. Gleichzeitig werden die mit Calciumkristallen bewachsenen Materialienoberflächen mittels Röntgenanalyse charakterisiert. «Nur wenn wir die Bakterien in den Biofilmen genau kennen, können wir sichere und hocheffiziente neue Materialien herstellen, die sich ihnen widersetzen», sagt Ren. Anhand der Proben aus dem Kantonsspital St. Gallen konnte nun als weitere Grundlage des Modells genau gezeigt werden, was im Körper mit Kathetern aus herkömmlichen Materialien passiert. Da es sich um Patienten handelte, die vor dem Einsetzen des Stents keine Anzeichen einer Infektion zeigten und den Schlauch lediglich kurz im Körper trugen, waren die gewachsenen Biofilme erwartungsgemäss mild ausgeprägt. Klar ist aber bereits jetzt, dass manche Erregerarten oft gemeinsam in einer bestimmten Gruppe auftreten. So wiesen manche Patienten vor allem schädliche Enterobakterien in ihren Proben auf, während andere beispielsweise über Erregerarten wie Milchsäurebakterien verfügten, denen man eine möglicherweise schützende Wirkung zuschreibt. Wie diese Erregergruppen der Patienten mit dem Risiko einer Spitalinfektion zusammenhängen, werden die Forscher nun untersuchen. Ebenfalls wird derzeit eine spezielle Ausstattung von Oberflächen für bestimmte Keimträger diskutiert. In einem nächsten Schritt will das Team nun Proben von Langzeitbehandlungen und infizierten Patienten unter die Lupe nehmen.

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05/06/2019 08:51

MEDIZIN

Erste Anzeichen im Blut

Alzheimer früh vorhersagen

Schon lange vor den ersten Symptomen faltet sich das Protein Beta-Amyloid bei Alzheimerpatienten auf eine falsche Weise. Diese Fehlfaltung konnte ein Forscherteam unter Leitung von Prof. Dr. Klaus Gerwert mittels eines einfachen Bluttests diagnostizieren und damit im Mittel acht Jahre vor dem Auftreten erster klinischer Symptome die Erkrankung feststellen. Für die klinische Anwendung war der Test allerdings noch nicht geeignet, denn er erkannte zwar 71 Prozent der Alzheimerfälle in symptomlosen Stadien, jedoch wurden neun Prozent der Studienteilnehmerinnen und -teilnehmer falsch positiv diagnostiziert. Um die Anzahl der korrekt erkannten Alzheimerfälle zu erhöhen und die der falsch positiven Diagnosen zu reduzieren, arbeiteten die Forscher mit Hochdruck an einer Optimierung des Tests.

Ein zusätzlicher Biomarker Das ist ihnen jetzt mit dem zweistufigen Diagnostikverfahren gelungen. Dabei nutzen sie den ursprünglichen Bluttest zur Identifizierung von Hochrisiko-Personen. Bei allen Probanden, die in diesem Test positiv auf die Alzheimerkrankheit getestet worden sind, nehmen sie einen weiteren demenzspezifischen Biomarker dazu, das Tau-Protein. Zeigen beide Biomarker ein positives Ergebnis, ist die Alzheimererkrankung hoch wahrscheinlich. «Durch die Kombination beider Messungen wurden in unserer Studie 87 von 100 Alzheimererkrankte richtig erkannt», fasst Klaus Gerwert zusammen. «Die falsch positiv getesteten Gesunden konnten wir sogar auf 3 von 100 reduzieren.» Die zweite Messung erfolgt an Nervenwasser, das dem Rückenmark entnommen wird, dem sogenannten 26

Bild: RUB, Marquard

Die Alzheimerkrankheit kann mit derzeitigen Techniken erst erkannt werden, wenn sich die typischen Plaques im Gehirn gebildet haben. Aber dann ist es bereits zu spät und keine Therapie scheint in diesem Stadium erfolgreich zu sein. Die ersten Veränderungen durch die Alzheimerkrankheit finden auf Proteinebene schon bis zu zwanzig Jahre früher statt. Genau hier setzten Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) an und entwickelten ein Verfahren, das eine Früherkennung möglich macht.

Klaus Gerwert (links) und Andreas Nabers entwickeln den Alzheimer-Sensor Schritt für Schritt weiter.

Liquor. «Jetzt können neue klinische Studien mit Probanden in sehr frühen Krankheitsstadien starten», so Gerwert. Er hofft, dass die bereits vorhandenen therapeutischen Antikörper vielleicht doch noch greifen würden. Kürzlich seien zwei sehr grosse vielversprechende Studien gescheitert - nicht zuletzt, weil die Therapie vermutlich zu spät begonnen habe, meint Gerwert. Der Test eröffne ein neues Behandlungsfenster. Die Therapie kann dank der Kombination beider Marker früher beginnen. «Sobald sich die Amyloid-Plaques gebildet haben, scheint die Erkrankung nicht mehr therapierbar zu sein», so Dr. Andreas Nabers, Arbeitsgruppenleiter und Mitentwickler des Alzheimer-Sensors. «Sollte es uns nicht gelingen, Alzheimer aufzuhalten, droht unserer alternden Gesellschaft eine enorme Belastung.» Der Bluttest wurde am Lehrstuhl für Biophysik der RUB zu einem voll automatisierten Verfahren ausgebaut. «Der Sensor ist einfach zu nutzen, robust gegen Konzentrationsschwankungen von Biomarkern und standardisiert», erklärt Andreas Na-

bers. «Wir arbeiten jetzt intensiv daran, auch den zweiten Biomarker, das Tau-Protein, im Blut zu detektieren, um künftig ein rein blutbasiertes Testverfahren anzubieten», fügt Gerwert hinzu. Originalpublikation A. Nabers, H. Hafermann, J. Wiltfang, K. Gerwert, «Aβ and tau structure-based biomarkers for a blood- and CSF-based twostep recruitment strategy to identify patients with dementia due to Alzheimer’s disease», Alzheimer’s and Dementia: Diagnosis, Assessment and Disease Monitoring (2019); DOI: 10.1016/j.dadm.2019.01.008

Kontakt Prof. Dr. Klaus Gerwert Fakultät für Biologie und Biotechnologie Ruhr-Universität Bochum (RUB) Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum +49 234 32 24461 gerwert@bph.rub.de www.rub.de

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ERNÄHRUNG

Neuer Beschluss

Zuckerreduktion in Joghurts und Cerealien

Das Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) setzt sich schon länger für eine Zuckerreduktion in Lebens mitteln ein. Mit der 2015 unterzeichneten «Erklärung von Mailand» haben sich meh rere Schweizer Lebensmittelproduzenten und Vertreter des Detailhandels freiwillig verpflichtet, den Zuckerzusatz in Joghurts und Frühstückscerealien zu reduzieren. Seit dieser Unterzeichnung hat das Bun desamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen BLV drei Zuckergehalts erhebungen durchgeführt, nämlich 2016, 2017 sowie 2018. Die jüngsten Reduk tionsziele, die mit den Firmen vor zwei Jahren vereinbart wurden, konnten er reicht werden (siehe Tabelle). Die Ziele sahen vor, dass den Joghurts 2,5 Prozent und den Frühstückscerealien 5 Prozent weniger Zucker zugesetzt werden.

Neue Produkte und zusätzlich Salzreduktion Trotz dieser Fortschritte ist der Zuckerge halt sowohl bei den Joghurts wie auch bei den Frühstückscerealien immer noch be

Weiteres Vorgehen nicht abschliessend klar Welche Lebensmittel von der weiteren Zucker- und neu Salzreduktion betrof fen sind, stehe laut Bundesamt für Le bensmittelsicherheit und Veterinärwe sen (BLV) noch nicht fest. Die BLV weist zudem darauf hin, dass je nach Lebensmittelgruppen «andere Ansätze» zur Reduktion von Zucker- und Salzauf nahme in Frage kommen könnten.

10/2019

Bild: Adobe Stock

Frau und Herr Schweizer konsumieren immer noch zu viel Zucker. Deshalb haben Schweizer Lebensmittelprodu zenten und Vertreter des Detailhandels zusammen mit Bundesrat Alain Berset neue Ziele zur Zuckerreduktion in ihren Produkten vereinbart. Der Zuckergehalt in Joghurts soll nochmals um 10 Prozent, jener in Frühstücks cerealien um 15 Prozent gesenkt werden. Neu wird die Zuckerreduktion auf weitere Produkte ausgedehnt und zusätzlich die Salzreduktion in die Erklärung aufgenommen.

Der Zuckergehalt in Joghurts wird weiterhin sinken.

Erhebungen zum Zuckergehalt

2016

2017

Reduktion 2018 im Vergleich zu 2016 (g/100 g) (g/100 g) (%) (g/100 g)

Reduktion im Vergleich zu 2016 (%)

Joghurt

9,1

8,8

3,5

16,4

4,7

15,0

13,0

Frühstückscerealien 17,2

Tabelle: Der Zuckergehalt entspricht dem Median (errechnet aus den Messwerten aller 14 Unternehmen).

trächtlich und soll weiter sinken. Auf Einla dung von Bundesrat Alain Berset haben die Vertragspartner der «Erklärung von Mailand» an einer Sitzung in Bern neue Ziele festgelegt. Bis 2024 soll der Zucker gehalt in Joghurts um 10 Prozent und in Frühstückscerealien um 15 Prozent ge senkt werden. Neu behält sich das Eidge nössische Departement des Innern (EDI) das Recht vor, Unternehmen aus der «Er klärung von Mailand» auszuschliessen, de ren Reduktionsbemühungen zu gering sind. Zudem sollen nebst Joghurt und Frühstückscerealien bei weiteren Lebens mittelgruppen der Zuckergehalt gesenkt werden. Es ist ausserdem vorgesehen, die «Erklärung von Mailand» mit Zielen zur Re

duktion des Salzgehalts in gewissen Le bensmitteln zu ergänzen. Die Ziele bei der Zucker- und Salzreduktion für diese neuen Gruppen werden bis spätestens Ende 2020 festgelegt. 2022 erfolgt dann die nächste Zwischenbilanz. Die 14 Firmen, welche die Erklärung von Mailand unter schrieben haben, sind: Aldi Suisse, bio-fa milia, Bossy Céréales, Coop, Cremo, Dano ne, Emmi Schweiz, Kellogg (Schweiz), Lidl Schweiz, Migros, Molkerei Lanz, Nestlé Suisse, Schweizerische Schälmühle E. Zwi cky und Wander. Medienmitteilung Eidgenössisches Departement des Innern EDI 27

NEWS

– IN KÜRZE E Z R Ü K N I – E KÜRZ IN KÜRZE – IN

n Maag Pump Systems AG bündelt die Aktivitäten der in den letzten Jahren erworbenen Firmen. Die Dachmarke wird gestärkt. Die unterschiedlichen Firmen werden alle künftig als Produktmarken Automatik, Ettlinger, Gala, Maag, Reduction und Scheer unter der Dachmarke Maag Group geführt. www.maag.com n Der Aufsichtsrat der Bayer AG hat beschlossen, mit Wirkung zum 1. Januar 2020 den Vorstand des Unternehmens von derzeit sieben auf dann fünf Vorstände zu verkleinern. Dr. Hartmut Klusik (63) und Kemal Malik (56) werden das Unternehmen zum 31. Dezember 2019 verlassen. Die beiden Vorstandspositionen werden als Teil der angekündigten Effizienzmassnahmen nicht nachbesetzt. www.bayer.com n Dieses Jahr verleiht die Krebsliga Schweiz zwei Anerkennungspreise: einen an das mobile Palliative-Care-Team Voltigo in Freiburg, den anderen an die Schweizerische Gesellschaft für Psychoonkologie. Mit dem Anerkennungspreis zeichnet die Krebsliga Schweiz Personen und Organisationen aus, die die Situation von Krebsbetroffenen verbessern. www.krebsliga.ch n Merck hat den Abschluss der Übernahme von Intermo-

lecular, Inc. bekanntgegeben, einem in Kalifornien ansässigen Unternehmen, das bei der Innovation fortschrittlicher Materialien führend ist. Der Konzern hat ausserdem einen weiteren Meilenstein im Rahmen seines strategischen Transformationsprogramms «Bright Future» erreicht. Versum Materials Inc. und Merck erhielten vom Committee on Foreign Investment in the United States (CFIUS) eine Mitteilung, dass im Zusammenhang mit der Transaktion keine ungelösten Bedenken der nationalen Sicherheit bestehen. www.merck.com n Mit einem Trick nach dem Vorbild des Trojanischen Pferds kann eine neuartige Elektronenquelle extrem brillante Teilchenstrahlen erzeugen. Das Verfahren nutzt die Technik der Plasmabeschleunigung und verspricht 100 bis 10 000 Mal enger gebündelte Elektronenstrahlen als konventionelle Beschleuniger derzeit liefern können. www.desy.de n Der sehr weit verbreitete weisse Farbstoff Titandioxid steht wegen möglicher Krebsgefahren auf dem Prüfstand. Ein EU-Expertengremium beriet über die Empfehlung, ob der Stoff in Pulverform als krebserregend eingestuft werden soll, wenn er von Menschen eingeatmet wird. Dann

müsste diese Form von Titandioxid mit Warnhinweisen versehen werden. Die Chemieund die Lackindustrie warnen dringend vor einer solchen Beschränkung. www.wirsindfarbe.de n Die Forschungsgruppe PlastX unter der Leitung des ISOE - Institut für sozial-ökologische Forschung hat Alltagsprodukte aus Plastik untersucht und festgestellt, dass Dreiviertel der Produkte schädliche Chemikalien enthalten. Darüber hinaus ist ein Grossteil der Substanzen in diesem Chemiekalienmix nicht identifizierbar. Nicht nur wegen der vielen hält das Forschungsteam die Vermeidung von Plastik als eine praktikable Strategie für Konsumenten. www.isoe.de n Evonik Industries AG baut an seinem weltweit grössten Standort in Marl seine Gesamtkapazität für Polyamid 12 (PA 12) um mehr als 50 Prozent aus. Es entstehen dazu neben der dort bereits bestehenden PA-12-Produktion zusätzliche Anlagen für das Polymer und seine Vorstufen. Die Inbetriebnahme ist für Anfang 2021 geplant. www.evonik.com n Die Wacker Chemie AG intensiviert ihre Forschungsaktivitäten im Bereich silicium-basierter Materialien für Hoch-

leistungsbatterien mit einer Beteiligung an Nexeon Ltd. Wie der Münchner Chemiekonzern mitteilte, erwirbt Wacker 25 Prozent der Anteile des britischen Spezialunternehmens für neue Batteriematerialien. Über den Kaufpreis haben Wacker und Nexeon Stillschweigen vereinbart. www.wacker.com n Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) entwickeln Tabellen, die dem Periodensystem der Elemente ähnlich sind, jedoch für Moleküle. Ihr Ansatz könnte für die Vorhersage neuer stabiler Substanzen und die Entwicklung nützlicher Materialien genutzt werden. Ihr Ansatz basiert auf einer genauen Beobachtung des Verhaltens der Valenzelektronen von Atomen, die Molekülcluster bilden. www.titech.ac.jp n Biologisch abbaubaren Kunststoffen steht eine farbreiche Zukunft bevor. Mit der Einführung von 25 organischen Pigmenten für biologisch abbaubare und kompostierbare Polymere im Einklang mit der Europäischen Norm EN 13432 macht Clariant diese Aussicht noch greifbarer und öffnet die Tür zu organisch recycelbaren Verpackungen mit mehr Farbmöglichkeiten und attraktiverer Anmutung. www.clariant.com

10/2019

NEWS

Bild: Sebastian Heinze

«Keen» gewinnt Innovationspreis

Vorführmodell einer KI-basierten Augmented- Realit y- Oberfläche für den einen Rührreaktor in der TU Dresden.

Die Innovationsplattform «Keen – Künstliche-Intelligenz-Inkubator-Labore in der Prozessindus trie» ist im KI-Innovationswettbewerb des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) ausgezeichnet worden. Der Wettbewerb prämiert durchsetzungsstarke Leuchtturmprojekte, die die künstliche Intelligenz (KI) als Treiber für volkswirtschaftlich relevante Ökosysteme einsetzen wollen. Keen wird von der TU Dresden koordiniert und verbindet 25 Industrie- und Wissenschaftseinrichtungen mit dem Ziel, die Technologien und Methoden der künstlichen Intelligenz in der Prozessindustrie einzuführen. Diese umfasst u.a. die che-

misch-pharmazeutische Indus trie und ist die drittgrösste Industriebranche Deutschlands. Damit sie im internationalen Wettbewerb weiterhin konkurrenzfähig bleibt, muss die Produktion vorausschauender werden. Immer kürzere Produktlebenszyklen einerseits und der hohe Bedarf an Nachhaltigkeit und dem verantwortungs bewussten Umgang mit den Ressourcen anderseits bilden ein Spannungsfeld, dem die traditionelle Anlagenplanung und Prozessführung nicht mehr gewachsen sind. Künstliche Intelligenz hat das Potenzial, diesen spezifischen Herausforderungen zu begegnen. Denn sie kann grosse Datenmengen erfassen, verstehen und analysieren und damit komplexe Prozesse besser prognostizieren. «Wenn die Komplexität von Produkten, Prozessen und Anlagen steigt, brauchen Ingenieure einen ‹kognitiven Verstärker›, um flexibler und schneller die neuen Lösungen zu erarbeiten», so der Keen-Projektkoordinator Prof. Leon Urbas, Profes-

sor für Prozessleittechnik an der TU Dresden. «Die künstliche Intelligenz kann einen gut ausgebildeten Ingenieur nicht ersetzen, aber ein nützliches Werkzeug für ihn sein.» Das Keen-Konsortium forscht an der Implementierung von KI-Verfahren in drei Themenbereichen: der Modellierung von Prozessen, Produkteigenschaften und Anlagen, dem Engineering (besonders der Unterstützung komplexer Planungsprozesse und Sicherheitsengineering) sowie der Realisierung selbstoptimierender Anlagen. «Die Einbeziehung verschiedener Aktivitäten im gesamten Feld der chemischen und biotechnologischen Industrie erlaubt uns, die Möglichkeiten der Digitalisierung sehr breit zu erkunden», ist Prof. Norbert Kockmann von der Technischen Universität Dortmund überzeugt. Die künstliche Intelligenz kann Muster komplexer Prozesse erkennen und helfen, Ähnlichkeiten, statistische Auffälligkeiten und Simulatio-

nen einzubinden und Entscheidungsempfehlungen abzuleiten. «Für die Prozessindustrie ist es wichtig, dass die KI nicht nur Handlungsempfehlungen liefert, sondern auch E rklärungen, auf welcher Grundlage diese Empfehlungen erstellt wurden», erklärt Prof. Urbas. «Wir wollen KI-basierte Lösungen erarbeiten, die am Ende einen echten Mehrwert für die Unternehmen darstellen. Durch die starke, breit aufgestellte industrielle Beteiligung, von Startups bis hin zu grossen Konzernen, bietet das Projekt die Möglichkeit, die KI-Innovationen direkt in die Anwendung zu überführen», so Dr. Michael Bortz, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Die Forschungsarbeit im Keen-Projekt soll bis 2023 laufen. Bis 2025 sollen die ersten kommerziellen KI-Produkte für die Prozess industrie verfügbar sein. Medienmitteilung Technische Universität Dresden www.tu-dresden.de

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10/2019

NEWS

Das deutsche Bundesumweltministerium (BMU) und der Verband der Chemischen Industrie (VCI) arbeiten seit 2010 an der Weiterentwicklung eines Human-Biomonitorings. Dabei geht es um die Entwicklung von Methoden, mit denen Chemikalien im menschlichen Körper nachgewiesen werden können. Die Ausarbeitung der Analysemethoden ist aufwendig und benötigt Zeit. Deshalb wurde die Kooperation nun um weitere fünf Jahre bis 2025 verlängert. Die Partner wollen für bis zu 50 Chemikalien, die etwa über Lebensmittel, Luft, Kosmetika oder Gebrauchsgegenstände aufgenommen wer-

den können, erstmals Messmethoden entwickeln. Damit soll anschliessend die Belastung des menschlichen Organismus mit diesen Stoffen verlässlich gemessen werden. Mit Unterstützung eines Expertenkreises aus Forschung, Industrie und einschlägigen Fachbehörden sind auch dieses Jahr relevante Stoffe ausgewählt worden. Es handelt sich um die bioziden Wirkstoffe Piperonylbutoxid (PBO), 5-Chlor-2- (4-chlorphenoxy) phenol (Diclosan) sowie Fipronil, ausserdem 2,4-Di-tert-butylphenol (2,4-DTBP), welches ein Abbauprodukt eines häufig verwendeten Zusatzstoffes für

Kunststoffmaterialien mit Lebensmittelkontakt ist. 2020 werden nochmals drei weitere Stoffe ausgewählt. Dann ist die geplante Zielgrösse von 50 erreicht. Für 22 Stoffe ist die Methodenentwicklung bereits abgeschlossen. Die analytischen Methoden wurden und werden in anerkannten, internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht, damit sie weltweit verfügbar und nutzbar sind. An 21 weiteren Stoffen wird derzeit gearbeitet. Für vier ausgewählte Stoffe konnte die Methodenentwicklung aufgrund von analytischen Schwierigkeiten nicht erfolgreich abgeschlossen wer-

Bild: Adobe Stock

Neue Messmethoden für Chemikalien im menschlichen Körper

Die Partner wollen für bis zu 50 Chemikalien im Körper nachweisen können.

den. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe ist eine Fertigstellung der Methoden nicht bis Ende 2020 möglich. Einer Verlängerung der gelungenen Kooperation zwischen BMU und VCI haben daher beide Seiten zugestimmt. Medienmitteilung VCI (gekürzt) www.vci.de

Bild: Frank Brüderli

Michael Hengartner wird Präsident des ETH-Rats

Michael Hengartner ist vom Bundesrat zum Präsidenten des ETHRats gewählt worden.

UZH-Rektor Michael Hengartner wurde auf Antrag von

WBF-Vorsteher Guy Parmelin vom Bundesrat zum neuen Präsidenten des ETH-Rats gewählt. Er tritt damit die Nachfolge von Fritz Schiesser an, der Ende April 2019 von seinem Amt zurückgetreten ist. Hengartners Amtsantritt als Präsident des ETH-Rats soll am 1. Februar 2020 stattfinden. «Die Wahl zum Präsidenten des ETH-Rats ist für mich eine

grosse Ehre», sagt Michael Hengartner. «Ich freue mich darauf, mich in dieser neuen Position für die Schweiz als Bildungs- und Wissenschaftsplatz einsetzen zu dürfen.» Michael Hengartner ist seit Februar 2014 Rektor der Universität Zürich (UZH). Er promovierte 1994 am Massachusetts Institute of Technology im Labor von Nobelpreisträger H. Robert

Horvitz. Danach leitete er bis 2001 eine Forschungsgruppe am Cold Spring Harbor Laboratory in den USA. Vor neunzehn Jahren wurde er Professor am Institut für Molekulare Biologie der UZH. Bis er schliesslich 2014 Rektor wurde. Medienmitteilung Universität Zürich www.uzh.ch

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10/2019

NEWS

Grundfos verzeichnet im laufenden Jahr in den meisten Märkten eine anhaltende Dynamik und ein solides Umsatzwachstum – insbesondere in Westeuropa, China und im Servicegeschäft. Konzernpräsident Mads Nipper erklärt: «Wir sind mit unserer Geschäftsentwicklung und finanziellen Performance für das erste Halbjahr 2019 sehr zufrieden. Der Umsatz ist in unseren Kernmärkten gestiegen, und in Kombination mit einer konsequenten Kostenkontrolle erzielen wir den bisher höchsten Umsatz und Ebit beim Halbjahresergebnis.» (Finanzielle Eckdaten: Organisches Umsatzwachstum in lokalen Währungen von 1,9 Prozent. Nettoumsatz von 1,77 Milliarden Euro. Ergebnis vor Zinsen und Steuern von 158 Mio. Euro, ein Anstieg von 22,1 Prozent gegenüber 2018.) Mads Nipper führt weiter aus: «Unsere Mitarbeiter haben in einem zunehmend volatilen Markt hervorragende Arbeit geleistet. Ich bin stolz darauf, dass

sie sich auf der ganzen Welt dafür einsetzen, einen positiven Einfluss auf das Klima und die Wasserressourcen zu nehmen, und dabei gleichzeitig ein rentables Geschäftsergebnis erzielen». Ein zunehmend in stabiler Markt hat Einfluss auf die Prognosen für das zweite Halbjahr und den Gesamtjahresausblick. Grundfos geht davon aus, dass der globale Markt durch Handelsbarrieren und ein allgemein zunehmendes Mass an Verunsicherung negativ beeinflusst wird. Daher erwartet das Unternehmen für das Gesamtjahr 2019 ein niedriges einstelliges Wachstum. Der Grundgedanke von Grundfos, bahnbrechende Lösungen für die weltweiten Wasser- und Klimaherausforderungen zu entwickeln, steht im Mittelpunkt aller Aktivitäten. Auch in der ersten Hälfte des Jahres 2019 wurden hierbei Fortschritte erzielt. In den ersten sechs Monaten des Jahres 2019 hat das Unternehmen den eigenen Energieverbrauch um elf Prozent und den Was-

910 Kühlraum

7618

140

300

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serverbrauch um zehn Prozent im Vergleich zum Vorjahreszeitraum reduziert. Vor allem aber konnte wieder zahlreichen Kunden zu erheblichen Energieeinsparungen verholfen werden, und Menschen in Not konnten mit sauberem Trinkwasser versorgt werden. «Ich bin sehr stolz darauf, dass wir unsere Dynamik und unseren positiven Einfluss auf die Wasser- und Klimaveränderungen der Welt weiterentwickeln», sagt Mads Nipper, «diese Entwicklung stimmt uns zuversichtlich, dass wir auf dem Weg zu unseren Zielen 2025

Medienmitteilung Grundfos www.grundfos.ch

Der neue und einzigartige Kombicontainer für Kühlung und Tiefkühlung von Gabler überzeugt bei Temperaturen über und unter null Grad Celsius. Über kurz oder lang. Zwei getrennte und völlig autonom betriebene Kühlkammern erlauben die gleichzeitige Verwendung als Kühl- und Tiefkühlcontainer. Es stehen unterschiedliche Grössen zur Auswahl.

900

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1125 140

Konzernpräsident Mads Nipper.

und 2030 erfolgreich sein werden. Unser Engagement und unsere Nachhaltigkeitsziele bilden die Grundlage für unsere neu eingeführte Strategie 2025». Die Grundfos-Strategie 2025 basiert auf dem positiven Beitrag zur Erfüllung der Sus tainable Development Goals (SDG) 6 und 13 der Vereinten Nationen: – Bis 2025 werden wir unsere eigenen CO2 -Emissionen halbieren. – Bis 2030 wollen wir klimapositiv sein. – Bis 2025 werden wir unseren eigenen Wasserverbrauch halbieren. – Bis 2030 werden wir dazu beitragen, 300 Millionen Menschen in Not sicher mit Trinkwasser zu versorgen. Darüber hinaus werden wir durch Wassereffizienz und Wasseraufbereitung 50 Milliarden Kubikmeter Frischwasser eingespart haben.

BEIDESKÖNNER

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Bild: Grundfos

Grundfos wächst ertragreich weiter

Im Gegensatz zu einer fest verbauten Zelleninstallation bietet der mobile Kombicontainer auch erhebliche finanzielle Vorteile. Die einmalige Investition lässt sich standortunabhängig amortisieren. Zudem bringt der mobile Kombicontainer Einsparungen bei Energie- und Unterhaltskosten. Bleiben Sie flexibel und mobil. Mieten oder kaufen Sie Kühlung und Tiefkühlung in Einem. Mit einem Kombicontainer von Gabler Systemtechnik. Kontaktieren Sie uns. Wir beraten Sie gerne.

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TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen OKTOBER 2019 24.10.

30.10.

Tedd Annual Meeting: «Cell Sources and Stem Cell Generation for Drug Development», Tagung auf Englisch Ort: CH-Wädenswil ZHAW Campus Grüental, Hauptgebäude GA/Aula und Gebäude GC/Raum 181 Veranstalter: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Grüental, CH-8820 Wädenswil +41 58 934 53 66 cornelia.sidler@zhaw.ch, www.zhaw.ch/icbt/tedd

05.11.– 08.11.

06.11.

Interpretation von Massenspektren (SP-8) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG/DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse A+A 2019 Kongress Atemschutz und Einsatzstellenhygiene Ort: D-Düsseldorf Veranstalter: Messe Düsseldorf Messeplatz, Stockumer Kirchstrasse 61 D-40474 Düsseldorf +49 211 45 60 01 info@messe-duesseldorf.de, www.AplusA.de Sichere Maschinen – Kompaktseminar zur Umsetzung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Ort: CH-Pratteln, Restaurant Anaxo Veranstalter: Swiss Safety Center Buss Industriepark Hohenrainstrasse 12c, CH-4133 Pratteln Andreas Stenske +41 44 877 63 73 andreas.stenske@safetycenter.ch https://akademie.safetycenter.ch

07.11.

Troubleshooting Ionenchromatographie Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

12.11.– 13.11.

Praxis: Workshop Computervalidierung Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

Fachforum Kältetechnik Ort: D-Leibzig Veranstalter: L&R Kältetechnik GmbH & Co. KG Hachener Strasse 90 a D-59846 Sundern-Hachen +49 2935 9652 0 info@lr-kaelte.de, www.lr-kaelte.de

19.11. – 20.11.

Cleanzone 2019 Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Messe Frankfurt VenueGmbH D-60062 Frankfurt +49 69 75 75 50 00 cleanzone.messefrankfurt.com

22.11.

Validieren von IT-Systemen (QS-15) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG/DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

26.11.

Basis: GMP im Labor Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

27.11.

Liferantenqualifizierung Schweiz Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

28.11.– 29.11.

Molekularbiologische Lebensmittelanalytik Ort: D-Freiburg Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main +49 69 7917 331 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

Additive Fertigung Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 claudia.gonzalez@empa.ch, www.empa.ch

NOVEMBER 2019 04.11.

14.11.

DEZEMBER 2019 02.12.

LC-MS Kopplungstechniken Ort: CH-Olten Veranstalter: Sekulab GmbH, Alte Hauensteinstrasse 4, CH-4448 Läufelfingen +41 79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

03. und 04.12.

Anwenderkurse zur Mikrowellen-Aufschlusstechnik Ort: D-Kamp-Lintfort Veranstalter: CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauss-Strasse 9 D-47475 Kamp-Lintfort +49 28 42 96 44 0 info@cem.de, www.cem.de

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VER ANSTALTUNGEN

Filtech 2019 in Köln

Mix aus Ausstellungsmesse und Fachvorträgen Das Trennen von Medien kostet Energie – wörtlich und auch im übertragenen Sinn. Da die Separation immer einen kritischen Punkt im gesamten Prozess darstellt, ist hohe Kompetenz gefragt. Als weltweit grösste Veranstaltung mit exklusivem Fokus auf Filtration und Separation bietet die Filtech mit Ausstellung und Konferenz Anwendern die Gelegenheit, sich regelmässig über Innovationen und neue Produkte zu informieren.

Trenntechnik wird in allen Bereichen der Prozessindustrie benötigt, fristet auf vielen Branchenmessen aber eher ein Schattendasein. Die Filtech hingegen widmet sich exklusiv der gesamten Bandbreite der Separation und Filtration fester und flüssiger Medien. Die Veranstaltung findet alle eineinhalb Jahre auf dem Messegelände in Köln statt – in diesem Jahr vom 22. bis zum 24. Oktober 2019. Ein Grund für den Erfolg des Konzepts ist der Mix aus Ausstellungsmesse und Fachvorträgen. Mit dieser Mischung stösst die Filtech auf zunehmendes Interesse: Über 400 Aussteller haben sich angemeldet, mit 14 000 Besuchern wird gerechnet. Wer die Veranstaltung besucht, erhält nicht nur die Gelegenheit, sich über neue Produktentwicklungen zu informieren, sondern erhält auch Einblicke in marktseitige Trends. Was aber wird für Hersteller aus der Prozessindustrie geboten? Die Aussteller zei-

¹ Freier Journalist

Bild: Koelnmesse

Marius Schaub ¹

Treffpunkt Köln: Die Filtech informiert Besucher über Trenntechnik.

gen neben Separations- und Trenntechnik auch Messtechnik, Analytik und Laborbedarf, Dienstleistungen und Neuigkeiten aus Wissenschaft und Forschung. Grosse Anbieter aus dem Anlagenbau sind ebenso vertreten wie kleinere, spezialisierte Unternehmen. Hinzu kommen insgesamt 200 Vorträge in 60 Sessionen, aus denen Besucher sich ihr Programm individuell zusammenstellen können. Dabei hilft ein Planungstool auf der Website des Veranstalters

(filtech.de/conference/conference-programme-2019), mit dem die ausgewählten Vorträge in PDF-Form übersichtlich mit Ort und Zeit zusammengestellt werden. Die Referenten widmen sich Themen aus Forschung, Entwicklung, Produktion, Beratung und Dienstleistung. Auf der Website des Veranstalters gibt es auch die Möglichkeit, ein PDF mit allen Ausstellern zu erzeugen, die besucht werden sollen. www.filtech.de

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Bilder: Huber

FIRMEN BERICHTEN

Bild 1: Unichiller sind vielfältig einsetzbar, z. B. zur Wärmeabführung bei chemischen Prozessen oder zur Kühlung von technischen Anlagen.

Umwälzkühler sind vielfältig einsetzbar

Kühlen in Labor und Produktion Im Forschungslabor und bei Produktionsprozessen sind viele Anwendungen auf einen zuverlässigen Kühlkreislauf angewiesen. Die lange praktizierte Kühlung mit Frischwasser ist nicht mehr zeitgemäss, denn steigende Wasserund Abwasserkosten machen alternative Kühlmethoden erforderlich. Zusätzlich zum wirtschaftlichen Aspekt findet auch das Thema Umweltschutz zunehmend Beachtung. In diesem Zusammenhang sind Umwälzkühler eine ressourcenschonende Lösung.

Umwälzkühler gehören inzwischen in nahezu allen Forschungslabors und in vielen chemischen und pharmazeutischen Produktionsbereichen zur unverzichtbaren Basisausstattung. Ein Blick auf die mögliche Kosteneinsparung zeigt, dass kaum ein Weg am Umwälzkühler vorbeiführt. Eine einfache Beispielkalkulation basierend auf üblichen Wasser- und Abwasserkosten ergibt, dass bereits ein kompaktes Modell wie der Minichiller in einer Arbeitswoche (fünf Tage, acht Stunden täglich) ca. 480 00 Liter Wasser einsparen kann. Typische Laboranwendungen sind z. B. Reaktorblöcke, Autoklaven, Dampfsperren, Vakuumpumpen, Rotationsverdampfer, Wärmetauscher sowie Mikroskope, Analyse- und Messgeräte. Umwälzkühler sind allerdings nicht nur hinsichtlich der Kostenund Wassereinsparung interessant, sondern bieten auch anwendungstechnische Vorteile. Mit tiefen Arbeitstemperaturen 34

Bild 2: Mit den Optionen Wetterschutz und Winterbetrieb können Unichiller im Aussenbereich aufgestellt werden.

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FIRMEN BERICHTEN

Bild 3: Modelle mit Pilot One sind mit USBund LAN-Anschlüssen für Fernsteuerung und Datenaufzeichnung ausgestattet.

erzielen Umwälzkühler bessere Wirkungsgrade und höhere Rückgewinnungsmengen bei der Kondensation von Gasen. Im Gegensatz zur Leitungswasserkühlung kann eine gewünschte Solltemperatur im Bereich von –20 °C bis +40 °C eingestellt werden. Temperaturschwankungen sind nicht zu befürchten, da der Umwälzkühler die Kühlwassertemperatur mit hoher Genauigkeit regelt. Des Weiteren wirken sich der konstante Druck und die gleichbleibende Durchflussmenge positiv auf die Reproduzierbarkeit der Forschungsergebnisse aus.

Lösungen für Labor und Technikum Das Huber-Produktsortiment umfasst eine grosse Auswahl an Umwälzkühlern in allen Leistungsklassen. Die auf den Namen Minichiller und Unichiller getauften Produkt reihen zeichnen sich durch eine flexible, modulare Technik aus. Je nach Bedarf verrichten die Geräte ihren Dienst als einfacher Kühler unter dem Labortisch oder sind, dank professioneller Regelungsfunktionen, aktiv in den Prozess eingebunden.

Mehr als nur ein Kühler Für anspruchsvolle Temperieraufgaben sind die leistungsstärkeren Unichiller verfügbar. Diese Modelle sind mit dem Touchscreen-Regler «Pilot One» ausgestattet. Ein Merkmal bei diesem Regler ist die elektro10/2019

nische Upgrade-Funktion. Damit kann der Funktionsumfang nachträglich erweitert und somit an spezielle Aufgaben angepasst. Mit den Upgrades werden Zusatzfunktionen aktiviert wie z. B. Rampenfunktion, Programmgeber, TAC-Kaskadenregelung, anpassbare Usermenüs, grafische Displayanzeige und externe Regelung. Bei Umwälzkühlern mit Pilot One-Regler erfolgt die Bedienung über einen farbigen TFT-Touchscreen von 5,7 Zoll. Diese Modelle sind serienmässig ausgestattet mit Anschlüssen für USB, LAN und RS232 und verfügen über einen Datenrekorder zur Aufzeichnung von Prozessdaten. Mit einer optionalen Heizung werden Unichiller zu leistungsfähigen Prozessthermostaten für Temperaturen bis +100 °C. Die moderne Regelungstechnik sorgt dabei für eine Temperaturkonstanz von ±0,2 K und bietet zahlreiche Funktionen, um auch höheren Ansprüchen zu genügen. Dadurch ergeben sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, z. B. zur Wärmeabführung bei chemischen Prozessen oder zur Kühlung von technischen Anlagen.

Sparsam und langlebig Ein intelligentes Energiemanagement sorgt bei Umwälzkühlern für weniger Abwärme und reduziert die Betriebskosten für Strom und Kühlwasser. Die Kälteleistung wird mit einem schrittmotorgesteuerten Ventil automatisch an den Bedarf angepasst. Bei luftgekühlten Modellen wird zusätzlich die Geräuschentwicklung durch drehzahlgeregelte und besonders laufruhige Lüfter minimiert. Alle Minichiller und Unichiller sind für einen unbeaufsichtigten Dauerbetrieb bei Raumtemperaturen bis +40 °C konzipiert. Mit den Optionen Wetterschutz und Winterbetrieb können Unichiller auch im Aussenbereich aufgestellt werden. Über den abnehmbaren Regler ist eine Fernsteuerung mittels Datenleitung möglich. Kontakt Peter Huber Kältemaschinenbau AG Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg +49 7819 60 30 info@huber-online.com www.huber-online.com

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PUBLIREPORTAGE

Bilder: Heidolph

Ich forsche an Lösungen.

#HeidolphStories Anwenderin M. Sc. Nina Hentzen, Doktorandin am AK Prof. Dr. Helma Wennemers, Department Chemie und Angewandte Biowissenschaften, ETH Zürich.

Die neuen Hei-VAP Rotationsdampfer

Mit Anwendern entwickelt Die Rotationsverdampfer der neuen Hei-VAP Serie wurden gemeinsam mit Anwendern entwickelt. So wurden über einen Zeitraum von nahezu zwei Jahren Befragungen, Ideenworkshops und Prototypentests mit Anwendern aus aller Welt durchgeführt, um die neuen Rotationsverdampfer nach deren Bedürfnissen zu entwickeln. Das Ergebnis sind Geräte mit durchdachten Details, die ihren Fokus auf das Wesentliche richten – den Laboralltag zu erleichtern.

Ob in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, der Chemie- und Pharmaindustrie oder in vielzähligen universitären Forschungsbereichen. Die Branchen, in denen die Rotationsverdampfer eingesetzt werden, sind ebenso vielseitig wie die Anwendungsfelder. Diese reichen vom Abrotieren von Lösungsmittel bis hin zur Extraktion von Aromen in der Sternegas tronomie.

Innovative Bedienkonzepte Die neue Hei-VAP Serie bietet für alle Anwendungen das passende Bedienkonzept, ob mit digitaler Anzeige oder innovativem Touchdisplay, welches auch mit Laborhandschuhen problemlos zu bedienen ist. Das abnehmbare Panel mit optionaler Kabelverlängerung und Halterung ermöglicht 36

Die Elektronik wird in einem abgedichteten Gehäuse (Schutzklasse IP42) vor Flüssigkeiten und aggressiven Dämpfen geschützt.

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PUBLIREPORTAGE

eine schnelle und bequeme Bedienung auch ausserhalb geschlossener Abzugshauben. Über die beiden Drehregler kann im laufenden Betrieb direkt auf die wichtigsten einzustellenden Parameter wie Rotation, Heizbadtemperatur und Vakuum zugegriffen werden. Bei der Anwendung verwendete Lösungsmittel können ganz bequem in der erweiterbaren Lösungsmittelbibliothek ausgewählt werden. Die Elektronik wird in einem abgedichteten Gehäuse (Schutzklasse IP42) vor Flüssigkeiten und aggressiven Dämpfen geschützt.

Ergonomisches Sicherheitsheizbad Alle Hei-VAP Rotationsverdampfer verfügen über ein Sicherheitsheizbad mit Überhitzungs- und Trockenlaufschutz, doppelter Wand sowie einem integrierten Ausgiesser. Die Griffe wurden über diverse Prototypentests ergonomisch optimiert und so genau auf die Bedürfnisse der Anwender zugeschnitten. Die Hei-VAP Serie enthält fünf verschiedene Ausführungen, darunter Standard- und Control-Modelle.

Standard-Modelle ohne Kompromisse Bei den bewusst einfach gehaltenen Standard-Modellen (Hei-VAP Core, Hei-VAP Expert und Hei-VAP Ultimate) wurden kei-

Ergonomisches Sicherheitsheizbad.

ne Kompromisse hinsichtlich Qualität, Bedienkomfort und Sicherheitsstandards eingegangen. Alle Geräte der Serie verfügen über die patentierte Klemmhülse, eine langlebige PTFE-Vakuumdichtung sowie eine IP67 zertifizierte Anschlussleitung, die sowohl vor Korrosion schützt, aber auch eine mögliche Zündquelle im Labor eliminiert.

Highend Control-Modelle Die Highend Geräte der Control-Modelle (Hei-VAP Expert Control und Hei-VAP Ultimate Control) verfügen über einige zusätzliche Funktionen gegenüber den Standard-Modellen. So besitzen die Controlgeräte eine integrierte Vakuum- und Umlaufkühlersteuerung. Zudem kann im optimierten DAA-Modus komplett automatisiert verdampft werden.

Integrierbar in jegliche Peripherie

Innovatives Bedienpanel.

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Sowohl Standard- als auch Control-Modelle können in jegliche Peripherie im Labor integriert werden. Die Standard-Modelle

Hei-VAP Expert und Hei-VAP Ultimate können nachträglich zu Control-Modellen upgegradet werden. Weitere Informationen zur neuen Hei-VAP Serie erhalten Sie unter www.heidolph-instruments.com. Die Mitarbeiter von Heidolph Instruments beraten Sie gerne persönlich bei der Auswahl der für Sie geeigneten Konfiguration. Bei einer kostenlosen 14-tägigen Probestellung können Sie das Gerät unter Laborbedingungen testen.

Kontakt Susanne Zech Heidolph Instruments GmbH & Co. KG Walpersdorfer Strasse 12 D-91126 Schwabach +49 9122 9920 67 susanne.zech@heidolph.de www.heidolph.com

FORSCHUNGSWELT

Erkenntnisse zur Fortbewegung von Spins

Stromlose Computer sind möglich

Der Hintergrund: Elektronen drehen sich um ihre eigene Achse, man spricht dabei vom Spin. Ihn nutzt man etwa in Festplatten, um Informationen zu speichern – der Spin ist somit eine absolut zwingende Voraussetzung der heutigen Elektronik. Die Molekularelektronik wiederum ist eine Weiterentwicklung der Mikroelektronik, bei der einzelne Moleküle die Bauelemente bilden. Dafür lassen sich beispielsweise Polymere nutzen. «Kleine Änderungen in der Struktur lassen sich bei diesen Polymeren sehr, sehr viel einfacher und präziser realisieren als entsprechende Änderungen von traditionellen Halbleitermaterialien», erklärt Dr. Erik R. McNellis, Gruppenleiter am Institut für Physik der JGU, die Vorteile. Denn die Polymere lassen sich Atom für Atom designen. Was jedoch bisher noch nicht klar war: Wie bewegen sich die Spins in diesen Materialien? «Bislang ging man davon aus, dass sich die Spins mit den Elektronen bewegen – also an den Ladungstransport, sprich den Strom, gekoppelt sind», sagt McNellis. «Diese Annahme konnten wir nun widerlegen: Die Spins wandern keineswegs nur mit den Elektronen, sondern hüpfen vor allem durch Vibrationen von einer Polymerkette zur nächsten. Das eröffnet eine ganz neue Dimension der Technologie.» Diese Vibrationen können durch das Design der Moleküle, die Gerätegeometrie sowie die Kontrolle der Temperatur beeinflusst werden. Bei der Untersuchung führten McNellis und

Bild: Sam Schott

Was die Schnelligkeit von Computern angeht, so stossen die herkömmlichen Technologien an ihr Limit. Sollen Rechner künftig noch schneller werden, sind daher neue Technologien gefragt. Forscher des Instituts für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben nun eine Entdeckung gemacht, die eine mögliche Basis für solche neuartigen Technologien legt – etwa den nahezu stromlosen Rechner.

Links: Experimentell aufgenommene (durchgezogene Linie) und theoretisch vorausgesagte (gestrichelte Linie) Spin-Relaxationszeiten. Die Diskrepanz zeigt die begrenzte Kupplung der Bewegung von Ladung und Spin. Rechts: Vibrationsspektrum von einem Polymer mit Spin-übertragenden Modi eingekreist.

sein Team die Simulationen zu den an der Universität Cambridge gemachten Experimenten durch. Die Ergebnisse veröffentlichte das internationale Forscherteam im Magazin «Nature Physics». Doch worin genau besteht nun die neue Dimension, die diese Entdeckung eröffnet? «Zum einen können wir mit den Spins Informationen übertragen, ohne Strom zu nutzen. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel energieeffiziente, ja nahezu stromlose Computer herstellen», nennt McNellis ein Anwendungsbeispiel. Wichtig ist das etwa für Integrierte Kreise, die die Bausteine des Gehirns nachahmen und für die künstliche Intelligenz genutzt werden. Aus einer weiteren Perspektive bietet der Einsatz von molekularen Komponenten in der Festkörpertechnologie oft einzigartige Vorteile, wie zum Beispiel organische Leucht-

dioden (Oleds) in Bildschirmen. Dieses Ziel rückt mit dieser Veröffentlichung näher. In einer vorhergehenden Veröffentlichung konnten die Forscher der JGU bereits zeigen, dass sich die Spins in einem Polymer extrem viel weiterbewegen als in traditionellen Halbleitern – und das zu weit geringerem Herstellungsaufwand und höherem Designpotenzial.

Kontakt Dr. Erik R. McNellis Institut für Physik Johannes Gutenberg-Universität Mainz Staudingerweg 7 D-55128 Mainz +49 6131 39 23326 emcnelli@uni-mainz.de www.uni-mainz.de

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UMWELT

Eine gefährliche Kombination

Milbe attackiert Honigbiene Dass gewisse Chemikalien die Bienen negativ beeinflussen können scheint leicht nachvollziehbar. Nun konnten Forschende allerdings einen verblüffenden Zusammenhang aufzeigen. Es besteht ein Zusammenspiel zwischen einer parasitären Milbe und bestimmten Pflanzenschutzmitteln (Neonikotinoiden). Erst diese zwei Faktoren zusammen beeinträchtigen die Lebensdauer von Honigbienen. Die Forschenden plädieren für eine nachhaltigere Landwirtschaft und Imkerei.

Die Westliche Honigbiene Apis mellifera ist der mit Abstand wichtigste von Menschen gehaltene Bestäuber weltweit. In den vergangenen Jahren kam es global zu hohen Verlusten von Honigbienenvölkern. Es wird seit Längerem vermutet, dass ein Zusammenwirken von verschiedenen Stressfaktoren hinter diesen Verlusten steht.

N H3C O

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Bedrohung ursprünglich aus dem Osten Zwei Stressfaktoren, die einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit von Honigbienen haben, sind Insektizide und die nahezu überall vorkommende Milbe Varroa destructor. Diese Milbe stammt ursprünglich aus Asien, wo sie die Östliche Honigbiene (Apis cerana) befällt. Schliesslich wechselte sie den Wirt – sie suchte sich die Westliche Honigbiene aus. Der negative Effekt von weit verbreiteten Insektiziden, speziell den Neonikotinoiden, ist ebenfalls bereits bekannt. Bislang existierten jedoch noch keine Daten, welche ein solches Zusammenwirken zwischen diesen beiden Faktoren aufzeigen konnten.

Insektizide erst bei Milbenbefall schädlich In den untersuchten Honigbienen-Kolonien hatte die Behandlung der Arbeiterinnen mit zwei ausgewählten Neonikotinoiden (siehe Bild 1) keinen Einfluss auf das Gewicht und die Langlebigkeit der Insekten. Sobald allerdings ein Befall mit der Milbe V. destructor hinzukam, konnte ein schädliches synergistisches Zusammenwirken der beiden Stressfaktoren nachgewiesen 10/2019

werden. Davon waren besonders die langlebigen Winterhonigbienen betroffen, die im Herbst geboren werden, um das Überleben der Kolonie im Winter zu sichern. Der negative «Kombi-Effekt» führte nicht nur zu einer kürzeren Lebensdauer der Winterbienen-Arbeiterinnen, sondern auch zu einer reduzierten Körpergrösse. Die Körpergrösse ist ein wichtiger Faktor für die Leistungsfähigkeit der Winterbienen. Davon hängt unter anderem ab, wie gut sie ihre Körpertemperatur gegen die Kälte verteidigen können. «Imkerinnen und Imker in vielen Regionen dieser Welt sind von viel zu hohen Völkerverlusten betroffen», sagt Prof. Peter Neumann vom Institut für Bienengesundheit der Universität Bern, Co-Autor der Studie und Präsident des Coloss-Netzwerkes. Für die Forschenden sind mit dem Nachweis eines solchen Zusammenwirkens zwischen Insektiziden und Milben entsprechende nachhaltige Lösungen in der Landwirtschaft und Imkerei zum Schutz der Honigbienenvölker von zentraler Bedeutung. «Ein reduzierter Einsatz von Insektiziden sowie eine verbesserte Kontrolle der Milbe Varroa destructor sind dringend erforderlich», sagt Dr. Lars Straub, Erstautor und Post-Doktorand am Institut für Bienengesundheit.

Bild: Shutterstock

Bild 1: Clothianidin und Thiamethoxam sind die in der Studie verwendeten Neonikotinoiden.

Bild 2: Die Westliche Honigbiene bei der Arbeit.

Originalpublikation L. Straub, G. R. Williams, B. Vidondo, K. Khongphinitbunjong, G. Retschnig, A. Schneeberger, P. Chantawannakul, V. Dietemann, P. Neumann, «Neonicotinoids and ectoparasitic mites synergistically impact honeybees» Nature Scientific Reports (2019); DOI: 10.1038/s41598-019-44207-1 Kontakt Dr. Lars Straub Universität Bern Vetsuisse Fakultät Länggassstrasse 120 CH-3012 Bern +41 31 631 57 65 lars.straub@vetsuisse.unibe.ch www.vetsuisse.unibe.ch

Bild: Anna Schroll

UMWELT

Markus Lange (links) und Gerd Gleixner analysieren die organischen Stoffe, die im Bodenwasser enthalten sind und viel über Prozesse in einem Ökosystem verraten.

Über biogeochemische Vorgänge im Boden

Alles fliesst im Ökosystem Ein Wissenschaftlerteam, geleitet vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, ist den Geheimnissen der im Boden gelösten organischen Verbindungen ein grosses Stück nähergekommen. Die Studie zeigt, dass die gelösten Moleküle nicht etwa stabile Abbauprodukte darstellen. Sie werden als kontinuierliche Zwischenprodukte verschiedenster mikrobieller Auf- und Abbauaktivitäten gebildet, während sie mit dem Wasser den Boden passieren.

Unsere Böden sind von grosser Bedeutung für das Klima. Sie spielen eine Schlüsselrolle beim Zusammenspiel zwischen Atmosphäre, Pflanzen und den bodenb ewohnenden Mikroorganismen und kontrollieren dadurch den Austausch von Kohlendioxid zwischen der Landoberfläche und der Atmosphäre. Abhängig von Klima und Bewirtschaftung ändert sich die Aktivität von Bodenmikroorganismen, welche Pflanzenreste zersetzen und damit Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freisetzen. Die biogeochemischen Prozesse zwischen den Pflanzen, der Atmosphäre und den Boden-Mikroorganismen werden durch tausende verschiedene, im Wasser gelöste organische Stoffe vermittelt, die 40

dabei als Träger von Energie und Nährstoffen wirken. Eine detaillierte Analyse dieser gelösten organischen Stoffe kann Informationen über die Vorgänge im Ökosystem liefern. Im Bodenwasser sind diese Informationen verfügbar: Die Biosphäre auf der Landoberfläche ist durch den Boden bis hin zum Grundwasser durch Wasserflüsse miteinander verbunden. In Analogie zum Blutkreislaufsystem tierischer Organismen sind daher die Stoffflüsse des Ökosystems und die daran beteiligten Prozesse im Bodenwasser nachvollziehbar. Um diese Informationen «lesen» zu können, untersuchten die Wissenschaftler Bodenwasser mittels ultrahochauflösender Massenspektrometrie in

der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thorsten Dittmar an der Universität Oldenburg. Dr. Vanessa-Nina Roth, ehemalige Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Erstautorin der Studie, erklärt: «Mit dieser hochsensiblen Technik können wir erstmals bis zu zehntausend verschiedene Moleküle in einer Wasserprobe erfassen; zusätzlich können wir auch bestimmen, aus welchen Atomen die verschiedenen Moleküle bestehen.» Über ihre Zusammensetzung werden auch Eigenschaften der Moleküle, wie Grösse und Struktur erkannt und damit deren Klassifizierung und wahrscheinliche Funktion. Roth und ihre Kollegen konnten erstmals zeigen, dass die gelösten organischen Mo10/2019

UMWELT

ONLINE AUCTION leküle ständigen Veränderungen unterliegen und neu eingetragene organische Verbindungen während ihrer Passage im Boden kontinuierlich ab- und umgebaut, aber auch wieder zusammengesetzt werden. Die frühere Lehrmeinung, dass sich im Bodenwasser hauptsächlich stabile, nicht mehr umsetzbare Abbauprodukte anhäufen, war somit widerlegt. Dr. Markus Lange, federführender Autor der Studie am Max-Planck-Institut führt aus: «Sobald wir wissen, wie sich die gelösten organischen Moleküle verändern, können wir auf die Prozesse rückschliessen, die zu diesen Veränderungen beigetragen haben. So bekommen wir einen tieferen Einblick in das Zusammenspiel von Pflanzen und Bodenorganismen.» Letzteres ist für die Forscher von grossem Interesse, da es Aufschluss über wichtige Umweltprozesses gibt. Die Mikroorganismen zersetzen die pflanzlichen Abfälle, recyceln die organischen Verbindungen und stellen neue Moleküle zur Verfügung. Dabei gehen sie selektiv vor, indem sie den Pflanzen stickstoffhaltige Verbindungen liefern und Kohlenstoff an Mineralien binden. Damit sind sie ein zentrales Bindeglied im Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf der Böden. Lange resümiert: «Die Entschlüsselung der im Bodenwasser gelösten organischen Stoffe auf molekularer Ebene ist deshalb ein bedeutender Schritt, um die Funktionsweise von Ökosystemen zu verstehen.» Nach Meinung der Forscher ist die hier verwendete ultra-hochauflösende Massenspektrometrie ein wichtiges Werkzeug in der Umweltforschung und Analytik, welches zukünftig entscheidend dazu beitragen wird, Stoffkreisläufe und Veränderungen in Ökosystemen besser zu verstehen. Prof. Dr. Gerd Gleixner, Leiter der Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut und Initiator der Studie, erläutert: «Dass wir nun auf molekularer Ebene besser erkennen können, wie Pflanzen, Mikroorganismen und der Boden miteinander interagieren, ermöglicht uns, genauer und viel schneller abzuschätzen, wie Ökosysteme mit den sich verändernden Umweltbedingungen wie extremer Hitze oder Trockenheit umgehen. Damit sind wir dem Etablieren eines Frühwarnsystems für Ökosystem-Veränderungen einen grossen Schritt nähergekommen.»

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VERFAHRENSTECHNIK

Industrie 4.0

Einen «blauen Zahn» zulegen Begriffe wie Digitalisierung oder Industrie 4.0 sind heute in aller Munde. Was aber steckt dahinter? Mit IoT, dem «Internet of Things», ist in diesem Zusammenhang der Einzug des Internets in den Bereich der Konsumgüter gemeint, also die Vernetzung von Haushaltsgeräten, Unterhaltungselektronik oder Autos. Die Industrie schafft ihr eigenes «Internet der Dinge», das sogenannte IIoT. Eine Schlüsselrolle in der Anwendung dieses neuen Internets kommt dem Bluetooth zu.

IIoT bezieht sich auf vernetzte Maschinen oder Produktionseinrichtungen inklusive der dazu gehörenden Messtechnik. Zu seinen wichtigsten Vorteilen zählen die Aussicht darauf, schneller auf ineffiziente Vorgänge oder Probleme reagieren zu können sowie Zeit zu sparen und mit smarten Maschinendaten die Herstellungs-, Betriebsabläufe sowie ganze Wertschöpfungsketten effizienter zu steuern. Das alles soll mithilfe intelligenter Monitoring- und Entscheidungsprozesse nahezu in Echtzeit möglich sein. Soweit die Theorie. Wie aber sieht die Umsetzung – ganz konkret – aus der Perspektive eines Feldgeräteherstellers wie Vega aus?

Das Rad neu nutzen statt neu erfinden Im Bereich Messen und Überwachen von Füllstand und Druck ist Vega für die individuellen Anforderungen der Prozessindus trie startbereit. «Wir sind konsequent modular aufgestellt. Das ist ein grosser Vorteil, denn auf dieser Basis können wir jederzeit loslegen», ist sich Produktmanager Stefan Kaspar sicher. «Um die derzeitigen Anforderungen unserer Kunden flexibel zu bedienen, müssen wir das Rad nicht neu erfinden.» Vega setzt auf Brückentechnologien, wie etwa Bluetooth. Dies sind zukunftsfähige, erweiterbare Systeme und lassen sich in bestehende Anlagen inte grieren oder bescheren neuen eine massgeschneiderte Security-Grundausstattung. Eine, die mit neuen Aufgaben weiter-

¹ Vega Grieshaber KG, Schiltach

Bilder: Vega

Claudia Homburg ¹

Bei Bluetooth reagiert Vega auf unterschiedlichste Sicherheitsanforderungen.

wächst. «Wichtig ist», so Kaspar, «dass Betreiber nicht gleich grosse Summen investieren müssen und sich die Lösung nahtlos in bestehende Systeme integrieren lässt, ohne deren Sicherheit zu gefährden.»

Drahtlos in die digitale Transformation Vega bietet Bluetooth sehr umfassend und beinahe für sein gesamtes Sensorik-Portfolio in einem durchdachten, mehrstufigen Konzept an. So will das Unternehmen flexibel auf unterschiedliche Sicherheitsanforderungen reagieren. In diesem Sinne ist etwa das universelle Anzeige- und Bedienmodul Pliscom sowohl mit als auch ohne Bluetooth erhältlich. Bei der Ausführung mit Bluetooth ist die Funktion vorübergehend oder auch dauerhaft mittels Hardwareschalter deaktivierbar. Sie kann jedoch problemlos zu einem späteren Zeitpunkt erneut aktiviert werden. Ist sie an mehreren Sensoren eingesetzt, kann man sie sowohl mit als auch ohne Funk-Option verwenden. Bluetooth ist bereits auf der Interface-Ebene über PC, Laptop, Smartphone und auch Tablet sicher verschlüsselt. Darü-

ber hinaus ist ein Sensorzugriff über Bluetooth nur mit Zugangscode möglich. Die Drahtlos-Technologie ist im Übrigen auch etwas für ältere Anlagen: Pliscom ist abwärtskompatibel für die Mehrzahl der bereits im Feld befindlichen Vega-Sensoren – und zwar zurück bis zum Baujahr 2002.

Sicher durch den zweiten Datenkanal Das Anzeige- und Bedienmodul Pliscom ist die komfortable und wirtschaftliche Lösung, wo immer bestehende Anlagen, die heute meist nur über analoge 4 … 20 mA-Schnittstellen verfügen, schrittweise und doch nachhaltig digital vorangebracht werden sollen. Stefan Kaspar unterstreicht dies: «Das Spektrum entspricht ganz den Anforderungen von Namur nach Open Architecture.» Der Verband fordere, dass IT-Komponenten schnell und flexibel intergrierbar sein müssten, da diese kurzlebiger seien als industrielle Prozessbausteine. Nur so schaffte es die Verfahrenstechnik, Schritt mit der 4.0-Entwicklung zu halten. «Die Vega-Initiativen setzen genau hier an: bei bestmöglicher Anlagenverfügbarkeit, Sicherheit und schlanken 10/2019

VERFAHRENSTECHNIK

Lösungen, die sich bei Bedarf unkompliziert hochrüsten lassen.» Bluetooth bietet eine Kommunikationsform, die über einen separaten, zweiten Datenkanal, und damit unabhängig vom Nutzkanal, läuft. Somit können Feldgeräte parallel zur bestehenden Prozesssteuerung analysiert werden, ohne in die Anlagensicherheit und Verfügbarkeit einzugreifen. Diese lokale Bluetooth-Kommunikation kann künftig zum kompletten Diagnosenetzwerk erweitert werden. So, dass auch für bestehende analoge Feldgeräte von Vega ein Diagnosezugriff von der Leitwarte bis hinunter in die Feldebene möglich sein wird. Damit können Anlagenbetreiber künftig schneller und zielgerichteter auf Störungen reagieren und durch Aufzeichnung der zahlreichen im Feldgerät verfügbaren Informationen Abweichungen im Prozess frühzeitig erkennen und angemessen gegensteuern.

Raus aus dem Feld: Daten besser verwerten Auf dem Weg zur Industrie 4.0 steht der Mehrwert für Mensch, Anwendung und Unternehmen im Mittelpunkt. Wichtige Messdaten dafür seien in jedem Sensor vorhanden, fasst Kaspar zusammen: «Es geht darum, das Meiste aus ihnen he rauszuholen.» Dabei sieht die beste Vernetzung von Daten und deren Nutzern in jedem industriellen Prozess anders aus. Wo für eine Anwendung die verschlüsselte Datenübertragung per Funk wie gemacht ist, da übernimmt das Vega Inventory System, oder künftig APL, diese Aufgabe für andere. Die kommunikativen Voraussetzungen sind grundverschieden, doch zielen alle darauf ab, wertvolle Sensordaten nicht länger ungenutzt im Feld zu belassen. Von der Konfigurierung über die Messwertaufzeichnung und -diagnose bis zur Fehleranalyse geht es darum, wichtige Informationen transparent zu machen und auf diese Weise die digitale Verbindung zwischen Automations- und klassischen IT-Netzwerken einen grossen Schritt voranzubringen.

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Das Vega Inventory System liefert die Datenbasis für eine effiziente Logistikplanung – bis hin zur automatischen Nachbestellung.

Nie wieder leere Behälter Ebenso flexibel im Einsatz, wenngleich in punkto digitaler Intelligenz einen grossen Schritt voraus, ist das Vega Inventory System. Es bietet eine ideale Zustandsüberwachung, welche für eine effiziente Prozessregelung, bis hin zur automatischen Nachbestellung, die Datenbasis bildet. Oder wenigstens bilden kann. Denn auch das Vega Inventory System folgt in seinen Funktionen der jeweiligen Anwendung. Soll es den Lieferanten automatisch benachrichtigen, sobald Mindestfüllmengen unterschritten sind? Soll es «nur» die Verläufe von Produktionszyklen über verschiedene Zeiträume, Standorte, Medien zuverlässig visualisieren und dem Anwender die Basis für seine weiteren Massnahmen liefern? Sollen «einfach» Wege zu entfernten Behältern verkürzt werden und Abfragedaten über längere Distanzen nutzbar sein? Oder geht es darum, den Bestand direkt in ein ERP-System zu integrieren? Die Optionen sind vielfältig und immer zu einem späteren Zeitpunkt erweiterbar. Ein Plus in punkto Sicherheit ist dabei die freie Wahl des Netzwerkbetreibers. Diese Aufgabe kann beim Anwender selbst liegen oder sie wird an die geschützte, immer aktuelle Vega-Cloud übertragen. «Wir wollen dem Kunden das Leben leichter machen, deshalb funktionieren unsere Messgeräte nach dem Prinzip der Einfachheit», erklärt Kaspar. Das Vega Inventory System steht für wenig Aufwand und viel Kompatibilität – immer nach dem Baukasten-Prinzip.

Hat Potenzial zum künftigen Standard: APL Es ist alles andere als einfach, Feldgeräte über digitale Feldbusse, wie zum Beispiel Profibus PA oder Foundation Fieldbus, miteinander zu vernetzen und der Leitebene die Analyse- und Auswertdaten zur Verfügung zu stellen. Aufgrund ihrer hohen

Komplexität und Kosten konnten diese Technologien bis heute die analoge 4 … 20 mA-Schnittstelle, auch Jahrzehnte nach deren Einführung, als meistverwendete für Füllstand- und Druckmesstechnik, nicht verdrängen. Bluetooth weist innerhalb dieser Lücke als Brückentechnologie in die richtige Richtung. Es vermittelt zwischen der analogen Stromschnittstelle eines Feldgerätes und den Ethernet-basierten IT-Netzwerken, wie sie in nahezu allen Unternehmen heute Standard sind. Doch weshalb werden Feldgeräte in der Prozessindustrie nicht schon heute für die direkte Anbindung an die bestehende IT-Infrastruktur fit gemacht? Etwa durch eine Ethernet-Schnittstelle? Die bisherige Zweidraht-Technologie, auf Basis der 4 … 20 mA-Schnittstelle, hat einen entscheidenden Vorteil: Messwert und Versorgungsspannung können gleichzeitig über nur zwei Leitungen bereitgestellt werden. Sie sind dabei in der Zündschutzart «eigensicher» auch Ex-geschützt. Einen Ausweg zeigt hier der neue Standard Advanced Physical Layer (APL) auf. Auf Basis der Industrial Ethernet-Technologie soll eine eigensichere Zweidraht-Ethernet-Kommunikation künftig anspruchsvolle Anwendungen in der Prozessautomatisierung lösen. Ausgelegt sein wird sie, so der Plan, auf eine Reichweite von bis zu 200 m und eine Bandbreite von 10 Mbit/s – Stromversorgung inklusive. Unter dem Dach der Profibus Nutzerorganisation engagieren sich derzeit elf namhafte Indus triepartner, darunter auch die Vega sowie die Organisationen FieldComm und ODVA. Ihr gemeinsames Ziel ist es, das Kommunikations-Nadelöhr zwischen Feldgeräten und Leitebene zu beseitigen. Gesetzt den Fall, dass bis zu den ersten am Markt verfügbaren APL-Geräten noch Jahre ins Land ziehen sollten: Gelingt es, Aufbau und Administration solcher Netzwerke radikal zu vereinfachen, dann hat diese Technologie das Potenzial zum künftigen Standard für die Prozessautomation. Kontakt Vega Messtechnik AG Barzloostrasse 2 CH-8330 Pfäffikon ZH +41 44 952 40 00 info.ch@vega.com www.vega.com

Bilder: Capua 1880

VERFAHRENSTECHNIK

Bergamotten während der Verarbeitung.

Qualität dank Vakuumpumpen

Herstellung von ätherischen Ölen Diese Öle finden wir im Alltag in vielen Bereichen wieder. Beispielsweise werden sie bei der Herstellung von Parfümen als Kopfnote verwendet. Das ist die kurzzeitige Duftnote, die direkt nach dem Auftragen des Parfüms auf die Haut wahrnehmbar ist. Schliesslich finden wir die Öle auch in Nahrungsmitteln, wo sie das Aroma beeinflussen. Werfen wir einen Blick in die Produktion von hochwertigen ätherischen Ölen aus Zitrusfrüchten: Wir befinden uns in Süditalien.

Die italienische Firma Capua 1880 stellt, wie es der Name bereits verrät, seit 1880 hochwertige ätherische Öle her. Der erste Produktionsschritt beginnt bei den Früchten – genauer bei den Fruchtschalen. Aus ihnen gewinnen die Mitarbeitenden zuerst eine Öl-Wasser-Emulsion. Daraus werden Rohöle separiert. Destillationsprozesse verfeinern anschliessend die Öle. Dadurch werden sie äusserst rein und haben eine genau definierte Duftnote. Andere Inhaltsstoffe beeinflussen nun die Öle nicht mehr im Duft noch in der Farbe. Bei den Destillationsprozessen, die je nach Fruchtart in Dünnschichtverdampfern oder Kurzwegdestillatoren durchgeführt werden, verlässt sich das Unternehmen auf die Vakuumtechnik von Busch Vakuumpumpen und Systeme und setzt an allen Destillatoren ausschliesslich nur betriebsmittelfreie 44

Schrauben-Vakuumpumpen des Typs Co bra ein. Die frequenzgeregelten Vakuumpumpen garantieren exakt und zuverlässig das gewünschte Druckniveau, das – zusammen mit der Temperatur – die gewünschte Produktqualität gewährleistet. Die beiden Produktionswerke liegen in Kalabrien, inmitten des weltgrössten Anbaugebiets von Bergamotten, einer Kreuzung von Zitrone und Bitterorange, die speziell zur Gewinnung von ätherischen Ölen gezüchtet wurde. In Kalabrien werden über 96 Prozent der Weltproduktion von Bergamotten angebaut und Capua 1880 ist der weltweit grösste Produzent von natürlichen Essenzen aus dieser Frucht. Aber auch aus Zitronen, Orangen, Blutorangen und Mandarinen werden Öle gewonnen. Die Bauern ernten die Zitrusfrüchte in den Monaten Oktober bis Mai,

Bild 1: Kurzwegdestillator zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Zitrusfrüchten.

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VERFAHRENSTECHNIK

Bilder: Busch Dienste GmbH

im selben Zeitraum auch verarbeiten die Mitarbeitenden im Werk in Reggio Calabria die Früchte. Die Gewinnung des Öls ist bei allen Zitrusfrüchten ähnlich. Auf zwölf Produktionslinien werden die wasserhaltigen ätherischen Öle mechanisch aus den Fruchtschalen gewonnen. Aus dieser Emulsion werden in den nachgeschalteten mehrstufigen Zentrifugalseparatoren erst die restlichen Feststoffe und anschliessend das Wasser separiert. Die so extrahierten Rohöle werden während des ganzen Jahres im Werk in Campo Calabro raffiniert und für die einzelnen Kunden nach der gewünschten Rezeptur gemischt, um immer die gleiche Duftnote zu erhalten. Neben einer hochmodernen Produktion sorgt eine sorgfältige Qualitätskontrolle dafür, dass die ätherischen Öle exakt den Vorgaben der verschiedenen Kunden entsprechen. 95 Prozent der so produzierten Essenzen aus Bergamotte gehen in die Parfümherstellung. Die restlichen fünf Prozent werden in der Getränkeindustrie zur Aromatisierung eingesetzt. Auf insgesamt fünf Destillationslinien werden die im ersten Schritt extrahierten Rohöle raffiniert, um danach unter kontrollierter Atmosphäre zwischengelagert zu werden. Die Destillation der ätherischen Rohöle muss möglichst schonend durchgeführt werden, damit die Düfte nicht beeinflusst werden. Bereits Ende der 1990er-Jahre hat man sich deshalb bei Capua 1880 dazu entschieden, die Vakuumversorgung der Dünnfilmverdampfer und Kurzwegdestillatoren auf die trockene Schrauben-Vakuumtechnologie von Busch umzustellen. Die zuvor verwendeten Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen erreichten nur ein Vakuum von 40 bis 60 Millibar. Deshalb musste mit einer höheren Temperatur verdampft werden. Diese lag bei Dünnfilmverdampfern, je nach Fruchtart bei 80 bis 90 Grad Celsius. Alle Dünnschichtverdampfer sind nun mit

Bild 2: Schrauben-Vakuumpumpen des Typs Cobra arbeiten ohne Betriebsmittel.

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Schrauben-Vakuumpumpen des Typs Cobra ausgestattet, die ein weitaus höheres permanentes Vakuum aufrechterhalten. Dies hat den Vorteil, dass die Destillationsprozesse bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden können. Unterschiedliche Umgebungstemperaturen oder auch unterschiedliche Öle können feine Justierungen des Betriebsvakuums und des Saugvermögens der Vakuumpumpe notwendig machen. Dies ist einfach über die Steuerung des frequenzgeregelten Antriebsmotors der Vakuumpumpe möglich. Kurzwegdestillatoren (Bild 1) arbeiten mit niedrigeren Drücken. Deshalb sind den dort installierten Schrauben-Vakuumpumpen Vakuum-Booster vorgeschaltet. Auch diese Vakuum-Booster werden mit frequenzgeregelten Motoren angetrieben, können also bedarfsabhängig geregelt werden. Bei der Kurzwegdestillation sind die genauen Betriebsdrücke ebenso von den zu destillierenden Ölen abhängig. Die gefahrenen Temperaturen liegen üblicherweise leicht über der Umgebungstemperatur aber deutlich niedriger als bei der früheren Verwendung von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. Der grosse Unterschied zu den ehemals verwendeten Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen liegt darin, dass die verwendeten Schrauben-Vakuumpumpen keine Betriebsmittel zur Verdichtung des Prozessgases benötigen. Man spricht deshalb von der «trockenen» Schrauben-Vakuumpumpe.

Kontamination ausgeschlossen In Schrauben-Vakuumpumpen des Typs Cobra drehen sich zwei schraubenförmige Rotoren in entgegengesetzte Richtungen (Bild 2). Die abgesaugten Dämpfe werden zwischen den einzelnen Schraubenwendeln eingeschlossen, verdichtet und zum Gas auslass transportiert. Die beiden Schraubenrotoren berühren sich beim Verdichtungsprozess weder gegenseitig noch den Zylinder. Eine präzise Fertigung und eine ganz schmale Spalte, die sich zwischen den sich bewegenden Teilen befindet, ermöglichen dieses Funktionsprinzip und garantieren darüber hinaus einen niedrigen Enddruck von weniger als 0,1 mbar. Die Schrauben-Vakuumpumpen arbeiten mit einer Wasserkühlung, die für eine

Bild 3: Hochreines, klares Öl nach der Destillation.

gleichmässige Wärmeverteilung über den gesamten Pumpenkörper sorgt, so dass die thermische Stabilität während des ganzen Prozesses gewährleistet ist. Durch die variable Steigung in den Schraubenwendeln erfolgt eine Vorverdichtung des Prozessgases. Dies hat den Vorteil, dass sowohl Gastemperaturen als auch die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe deutlich gesenkt werden. Grundsätzlich arbeiten trockene Schrauben-Vakuumpumpen mit höheren Betriebstemperaturen als Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. Somit wird eine Kondensation der Dämpfe in der Pumpe ausgeschlossen, eine Kontamination mit einem Betriebsmittel ist also nicht möglich. Dank der Umstellung auf Schrauben-Vakuumpumpen ist die Qualitätssicherung der hergestellten ätherischen Öle wesentlich vereinfacht worden. Qualitätsbeeinträchtigungen durch höhere Temperaturen beim Destillationsprozess sind vollkommen auszuschliessen. Durch die Destillation bei den niedrigen, exakt auf das Produkt eingestellten Drücken läuft der Prozess unter optimalen Bedingungen ab und garantiert beste Ergebnisse bei der Duftnote. Ausserdem entsteht dadurch ein völlig klares, farbloses Öl (Bild 3). Durch den Wegfall der Flüssigkeitsring-Vakuumtechnik entfiel auch das Betriebsmittel Wasser. Kosten und Mehraufwand durch Wartungsarbeiten sanken. Kontakt Busch AG Waldweg 22 CH-4312 Magden +41 61 845 90 90 info@buschag.ch www.buschvacuum.com

WERKSTOFFE

Implantate aus Nanozellulose

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose lässt sich in zähflüssiger Form hervorragend mit dem Bioplotter zu komplexen räumlichen Formen gestalten.» Einmal ausgehärtet, bleibt die produzierte Struktur trotz ihrer Zartheit stabil. Hausmann untersucht derzeit die Charakteristika des Nanocellulose-Hydrogels, um die Stabilität und den Druckprozess weiter zu optimieren. Wie die Zellulose in dem Biopolymerkomposit verteilt und organisiert ist, ermittelte der Forscher bereits durch röntgenanalytische Untersuchungen. Momentan besteht das ausgedruckte Ohr zwar lediglich aus Nanocellulose und einer zusätzlichen Biopolymerkomponente. Ziel ist es jedoch, das Grundgerüst mit körper eigenen Zellen und Wirkstoffen zu bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen. Wie sich beispielsweise Knorpelzellen in das Gerüst integrieren lassen, wird derzeit in einem neuen Projekt erforscht. Sobald die Besiedlung des Hydrogels mit Zellen etabliert ist, könnten die Nanocellulose-basierten Komposite in Ohrform Kindern mit einer angeborenen Ohrmuschel-

¹ Empa, Dübendorf

Bilder: Empa

Andrea Six ¹

Ohr aus dem 3-D-Drucker: Empa-Forscher Michael Hausmann nutzt Nanocellulose als Basis für neuartige Implantate.

fehlbildung als Implantat dienen. Bei der so genannten Mikrotie etwa sind die äusseren Ohren nur unvollständig ausgebildet. Mit einer Rekonstruktion der Ohrmuschel wird die Fehlbildung kosmetisch, aber auch medizinisch behoben, da die Hörfähigkeit ansonsten stark eingeschränkt sein kann. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die Nanocellulose enthaltenden Hydrogele auch für Kniegelenksimplantate bei Gelenkverschleiss etwa durch chronische Arthritis eingesetzt werden.

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ZENTRALVORSTAND

Die angehenden Diplomanden mussten sich bereits Ende August 2018 an der Infoveranstaltung über den Prüfungsablauf informieren. Die folgende Zeit bis zum Januar 2019 nutzten sie, um ein würdiges Projekt in ihrem Arbeitsumfeld zu suchen, das darauf beantragt werden konnte. Nach erfolgreicher Prüfung des Projektantrages durch die Experten wurden die Anträge freigegeben oder mussten nochmals überarbeitet werden. Nach Revision des Projektantrages folgte am 8. Februar das Kick-off zur Diplomprüfung. Die Diplomanden lernten bei dieser Gelegenheit ihre Experten kennen und diese überreichten ihnen den Projektauftrag. Adressen wurden ausgetauscht sowie erste Termine vereinbart. Während der eigentlichen Erarbeitungsphase vom Kick-off bis zur Abgabe der Dokumentation am 3. Mai 2019 wurden die Teilergebnisse an zwei Meilensteinsitzungen dem Experten und dem Co-Experten vorgestellt. Die oben erwähnten Positionen Projektantrag, Projekt48

auftrag sowie die zwei Meilensteinsitzungen wurden benotet und zählten zusammen mit der Dokumentation zur Note der Prüfung. Bis zur Präsentation der Di plomarbeit vergingen vier Wochen. Diese Zeit nutzten die Diplomanden, um ihr Projekt in einer 15-minütigen Präsenta tion dem Expertengremium vorzustellen. Darauf ging es in die Fragerunde, in der die Experten mit Fragen den Kandidaten auf den Zahn fühlten. Als Gast des SBFI besuchte Frau Stucki zusammen mit dem Präsidenten des Qualitätssicherungskommission (QSK) zwei Präsenta tionen bzw. Fachgespräche. Sie attestierte nicht nur den Diplomanden eine grosse Kompetenz, sondern lobte auch den Prüfungsablauf als solchen. Zwei Tage nach der Präsenta tion war die Erleichterung bei den Diplomanden gross, vom Präsidenten des QSK per Mail vom Erfolg ihrer Prüfung zu hören. Die Zeugnisse und Diplome wurden anlässlich der Di plomfeier im Garten des Restaurants Solbad in Schweizerhallle überreicht. Vorgängig

(Bild: Daniel Müller)

Sechs frisch diplomierte Chemietechnologen

An der Diplomfeier im Restaurant Solbad waren vier der sechs Teilnehmer anwesend: Renato Karlen (von links), Daniele Vilardo, Tobias Böhler und Manuel Hartmann. Sebastian Furrer und Gionatan Mero fehlten.

lud der SCV zum Besuch des Salzmuseums ein. Im Anschluss wurde zusammen mit dem eigenen Anhang fein gegessen. Manch einer erzählte von dem, was ihn während der Prüfungszeit geprägt hat. Ein schöner Abend mit stolzen Absolventen des Lehrganges ging dem Ende entgegen, die frisch gebackenen diplomierten Chemietechnologen durften, sofern nicht schon geschehen, verdient in die Ferien reisen. Wir gratulieren: Tobias Böhler, Sebastian Furrer, Manuel Hartmann, Renato Karlen, Gionatan Mero und Daniele Vilardo zur bestandenen Diplomprüfung. Die nächste Diplomprüfung fin-

det, mit der Infoveranstaltung im August 2020, erst wieder 2021 statt. Der nächste Lehrgang startet im August 2020 mit einer neuen Bildungsverordnung. Für Fragen und Anregungen rund um die Ausbildung zum diplomierten Chemietechnologen stehen Marcel Dürr seitens QSK oder Daniel Müller, Ressort Weiterbildung des SCV gerne zur Verfügung. Weitere Informationen können auch auf www.cp-technologe.ch unter der Rubrik Chemietechnologe HFP entnommen werden. Marcel Dürr, Präsident QSK HFPC 10/2019

PRODUKTE

Zuverlässige Messungen mit tragbarem Rotations-Viskosimeter

Die seit Jahrzehnten etablierten, tragbaren Haake ViscoTester gehen mit dem ViscoTester VT 3 von Thermo Scientific in die nächste Generation. Erhöhte Messsicherheit, einfachere Bedienung, vielseitigere Einsatzmöglichkeiten und Rückwärtskompatibilität waren die Entwicklungsziele. Das neue Design stellt automatisch eine korrekte Ausrichtung im Stativ oder im Handbetrieb sicher. Das erste Viskosimeter mit «Select Assist»-Funktionalität. Das heisst, im Farbdisplay wird der verwendete farbcodierte Rotor inkl. Messbereich in entsprechender Farbe angezeigt. Dadurch werden Anwenderfehler reduziert.

Die Einstellungen können für einzelne Benutzer angepasst werden und eine Bedienerführung macht den Einsatz intuitiv. Ein Referenzwert kann mit der «Memory Assist»-Funktion gespeichert werden. Durch mitgelieferte wiederaufladbare Batterien als auch einem Netzkabel, werden Betriebsausfälle zwischen den Messeinsätzen verhindert und das Gerät kann entweder als netzunabhängiges Handgerät verwendet oder für den Dauerbetrieb im Labor eingesetzt werden. Die beiden Typen decken einen Viskositätsbereich von 1,5 mPas bis 400 000 mPas ab. Der ViscoTester VT 3 ist mit allen früheren Haake ViscoTester Handviskosimetern kompatibel, um einen zuverlässigen Vergleich zwischen älteren und neuen Messergebnissen zu gewährleisten.

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Neuer Katalog – Rohre und Rohrzubehör

Als bedeutender Lagerhalter für Edelstahlprodukte in der Schweiz präsentiert die Hans Kohler AG ihren neuen Katalog, welcher mit mehr als 700 neuen Positionen bzw. Artikeln erweitert wurde. Eine kleine Auswahl der wichtigsten Neuheiten: – In der Steriltechnik ist der Aseptikbereich mit über 400 neuen Positionen bzw. Artikeln erweitert worden – Gewindefittings: Kupplungen R-134 – leichte Ausführung,

konisch/flach dichtend – neu auch mit reduzierten Einlegeteilen sowie in Kombination mit Press-Anschlüssen erhältlich – Isolierverschraubungen: Inox/ Inox, Inox/Stahl und Stahl/Stahl sowie Isoliermuffen und Isolier-Flanschverbindungen zur galvanischen Trennung und Verhinderung von Kriechströmen – Straub-Rohrkupplungen: Straub-Square-Flex-Rohrkupplungen für Quadratrohre Gedruckte Kataloge können kostenlos angefordert werden. Der neue Katalog steht ausserdem als «PDF- Blätterkatalog» mit verlinkten Kapiteln zur Verfügung (www.kohler.ch).

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PRODUKTE

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Aufsatz für Gefriertrockner

Der Gefriertrockner-Aufsatz Lyocube von Martin Christ ist in zwei Versionen verfügbar: Er besteht entweder aus Acrylglas (PMMA) oder aus Edelstahl. Die Variante aus Acrylglas ist ideal für die Nutzung von unbeheizten Stellflächen oder Racks für bis zu 90 Mikrotiter-Platten. Die zweite Version hingegen eignet sich für die Verwendung von Stellflächen, die beheizt sind. Dank der rechteckigen Geometrie der Stellflächen und dank der Schwenk-

tür, die sich vollständig nach vorne öffnen lässt, ist die Bedienung besonders einfach und schnell. Zudem bietet der Aufsatz eine grosszügige Nutzfläche von bis zu 0,6 m². Der Lyocube ist für alle Martin Christ Gefriertrockner der neuen Gerätegeneration mit LSCplus-Steuerung erhältlich. Ebenso dient er als Upgrade-Möglichkeit für Gefriertrockner mit LSCbasic-Steuerung. Dank der intuitiv aufgebauten Software auf dem Touchscreen ist die Bedienung der Gefriertrockner besonders einfach.

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Der neue Dispenser mit der Bezeichnung Dispensman stellt eine weitere innovative Ergänzung zur Gilson-Liquid-Handling-Linie dar. Der Dispenser verfügt über einen innovativen Abgabehahn mit drei Positionseinstellungen. Er ermöglicht die kontrollierte Abgabe von Flüssigkeiten, das verlustfreie Spülen des Systems mit Flüssigkeit sowie die Entfernung von Luft im System. Ausserdem verfügt er über eine Anti-Tropf-Sicherheitsfunktion, die die Flüssigkeit in die Flasche zurückführt und ohne Schutzkappe auskommt. Volumenänderungen lassen sich schnell und einfach mit nur einer Hand einstellen, indem man den Regler durch Drücken entriegelt und auf das gewünschte Volumen schiebt – dabei bleibt die Flasche sicher geschlossen und somit das Kontaminationsrisiko minimiert. Der Dispenser lässt sich einfach kalibrieren und ist geeignet für die meisten Flüssigkeiten, darunter viele Säuren, Basen und Lösungsmittel. Das System ist autoklavierbar und erfordert keine Ver-

20.05.19 13:37

brauchsmaterialien wie Pipettenspitzen. Fünf Dispensman-Modelle decken verschiedene Volumenbereiche von 0,25 ml bis 50 ml ab. Alle erfüllen die Spezifikationen nach ISO 8655. Eine Vielzahl von Adaptern gewährleistet die Verwendung des Dispensers mit den meisten gängigen Flaschentypen.

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10/2019

PRODUKTE

Neuer Kugelhahn mit PFA-ausgekleideter Armatur

Industriearmaturen, die im Umgang mit hoch aggressiven Medien ein-

gesetzt werden, müssen hohe Anforderungen erfüllen, um sichere und langfristige Lösungen zu garantieren. Die ChemValve-Schmid AG entwickelt und produziert seit Jahrzehnten hochwertige Armaturen für anspruchsvolle Industriebereiche. Neu ist der speziell für den Umgang mit korrosiven Stoffen entwickelte ChemBall|CSB mit patentierter Technologie. Dabei wird der bewegliche Metallkugelkern von einem einteiligen PFA-Mantel umschlos-

sen. Durch diese schwimmende Kugellagerung mit metallener Verbindung zwischen Welle und Kugel bleibt die Armatur abriebfrei. Die Standzeit wird deutlich verlängert und Anlagenbesitzern bleiben Folgekosten erspart. Selbst bei hohen Schaltzyklen ist eine komplette Dichtigkeit ohne PFA-Verschleiss gewährleistet. Das PFA wird mittels «Schwalbenschwanz-Nut» festgehalten und eignet sich auch für Vakuum anwendungen. Der ChemBall|CSB

wird zukünftig in Nennweiten von DN 15 bis 200 erhältlich sein und kann in Temperaturbereichen von –20 °C bis 200 °C eingesetzt werden.

Membran angetrieben, ohne Schmiermittel oder Öl und benötigen daher keine Wartung. Die hochwertige, vibrationssichere Montage lässt die Pumpe auf niedrigem Geräuschpegel (weniger als 50 dB) laufen. Es steht eine Vielzahl an Modellen zur Verfügung, um all die verschiedenen Bedürfnisse des Labors zu erfüllen, und dies mit einem Mindestvakuum von bis zu 2 mbar. Jeder Pumpenmotor verfügt über eine eingebaute Wärmeschutzvorrichtung, um die Pumpe bei Überhitzung automatisch abzuschalten und dann wieder in Betrieb

zu nehmen, wenn die Temperatur gesunken ist. Diese Pumpen können mit Rotationsverdampfern, Vakuumreglern, VDM-Vakuum-Digitalzählern und Filtersystemen kombiniert werden. Die Produkte von Wiggens werden in der Schweiz von der Schmidlin Labor + Service AG vertrieben (siehe Kontaktangaben).

ChemValve-Schmid AG Dünnernstrasse 540 CH-4716 Welschenrohr +41 32 639 50 10 sales@chemvalve-schmid.com www.chemvalve-schmid.com

Chemisch beständige Membranpumpen

Wiggens führt die C-Serie von chemisch beständigen Membranpumpen ein, welche in den chemischen, pharmazeutischen, petrochemischen und weiteren Industrien eingesetzt werden können. Wichtigste

10/2019

Anwendungen für: Saugfiltration, Vakuumdestillation, Rotationsverdampfung, Vakuumkonzentration, Zentrifugalkonzentration und Festphasenextraktion. Pumpen der C-Serie können weiter für starke Säuren, Basis- und Lösungsmitteldämpfe verwendet werden, da auf allen benetzten Oberflächen korrosionsbeständiges PTFE verwendet wird. Vakuumkammer und Antriebskammer sind getrennt abgedichtet, was eine optimale Lebensdauer der mechanischen Komponenten gewährleistet. Die Pumpen der C-Serie werden durch

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