ChemieXtra 11/2021 by SIGWERB GmbH

11 / 2021

November 2021

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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EDITORIAL

Ch romat ogra phie Alles wird organisch Früher unterteilten die Chemiker die Stoffe auf dieser Welt in zwei glasklare Kategorien: Entweder waren sie beseelt oder sie waren tot. Daraus entstand die Vorstellung, dass gewisse Moleküle nur von lebenden Organismen produziert werden können. Ein Laborant würde sie also künstlich nicht nachkochen können. Man nannte sie «die organischen Stoffe». Die anderen, die in der toten Materie vertreten waren, wie Wasser, Gase oder Kristalle, bezeichnete man als die «anorganischen Stoffe». Die Namen sind uns heute zwar erhalten geblieben – die Idee dahinter war hingegen völlig verkehrt. Gerade die organische Chemie hat in den letzten Jahren in der chemischen Produktion viel bewirkt. Es ist kein Zufall, dass in diesem Jahr der Nobelpreis für die Weiterentwicklung organischer Katalysatoren verliehen wurde. Zu lange stahlen ihnen die umweltschädlicheren «Kontrahenten» der anorganischen Chemie die Show. So ermöglichen die preisgekrönten Reaktionen der asymmetrischen Organokatalyse die Synthese von umweltfreundlicheren enantiomerenreinen Verbindungen, was in der Herstellung von Wirkstoffen essenziell ist und der Pharmaindustrie sowie der Feinchemie zugutekommt. Der Siegeszug der organischen Chemie geht aber noch viel weiter: Unzählige Produkte des täglichen Bedarfs benötigen Unmengen an anorganischen Stoffen. Man denke hier nur an die Milliarden von Smartphones weltweit. Diese anorganischen Verbindungen werden seltener und neue Ansätze sind gefragter denn je. Längst suchen Chemiker nach Wegen, diese anorganischen Verbindungen durch organische zu ersetzen. Österreichische Verfahrenschemiker entwickelten einen Prozess, mit dem organische Stoffe durch blosses Erhitzen im Wasser zu einem Hightechmaterial werden. Und das alles schonend und schadstofffrei. Auch in der Schweiz versuchen Materialwissenschaftler, anorganische Substanzen ins Abseits zu schiessen. So sollen Glasfasern durch organische Glycerinfasern ersetzt werden. Der Clou: Die neue Faser lässt sich um bis zu zehn Prozent dehnen und sie kehrt dann wieder in ihre Ursprungslänge zurück. Dies ist einzigartig und das vermag keine andere Festkernfaser. Die chemische Forschung fliesst immer stärker und immer schneller in den industriellen Alltag ein. Was gestern noch Grundlagenforschung war, ist heute in der Produktion bereits eine Selbstverständlichkeit. Die scheinbaren Gegensätze «Forschung» und «Praxis» verschmelzen sich immer mehr zu einem sich bedingenden Konstrukt – ganz organisch eben.

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

CHEMIE

Die Oberfläche von Bitumen

Obwohl die Geschichte des Bitumens bis ins dritte Jahrtausend v. Chr. zurückreicht, ist über seine Oberflächenstruktur nur wenig bekannt. Forschende klären die Beschaffenheit der Bitumenoberfläche auf.

Zellen haben eine eigene Qualitätskontrolle. Sie ist essenziell für die korrekte Embryonalentwicklung. Schweizer Forschende haben die fehlerhaften «Baupläne» katalogisiert.

LABOR Den angriffslustigen Endotoxinen auf der Spur

Gelangen bakterielle Endotoxine in die Blutbahn von Mensch oder Tier, können sie schweres Fieber auslösen, das bei geschwächten Patienten tödlich verlaufen kann.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 11. Jahrgang (2021) Druckauflage 8700 Exemplare

ERNÄHRUNG Farb- und Gerbstoffqualität bei Rotwein

Der Herstellungsprozess von Rotwein dauert und ist komplex. Chemische Prozesse tragen wesentlich zur Optik und Sensorik des Weins bei. Ein Einblick in eine Bachelorarbeit der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW).

NEWS

FORSCHUNGSWELT Organisches Arsen, wie giftig ist es?

Arsen ist wahrscheinlich das populärste Gift und Gegenstand unzähliger Kriminalromane. Weniger bekannt ist, dass es in Trinkwasser, Fisch und Reis vorkommt. Diese organischen Verbindungen galten bisher als unbedenklich.

Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com

Vorstufe Triner Media + Print Schmiedgasse 7 CH-6431 Schwyz +41 41 819 08 10 beratung@triner.ch www.triner.ch

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ISSN-Nummer 1664-6770

Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

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Alexander Jegge a.jegge@sigwerb.com

Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Redaktionelle Mitarbeit Dr. Kurt Hermann

WEMF / SW-Beglaubigung 2021 7689 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 127 Exemplare davon verkauft

Geheilte Hepatitis-C-Patienten haben eher Krebs

BIOWISSENSCHAFTEN Die fehlerhaften Baupläne der Zelle

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Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen.

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

UMWELT

Sensoren kalibrieren, Algorithmen trainieren

Daten fliessen durch Glycerin

Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet neue Wege. So auch in der Optimierung von Umweltsensoren. Doch Vorsicht: KI kann auch falsche Zusammenhänge errechnen und so Scheinrelationen produzieren.

WERKSTOFFE

Daten lassen sich mit Glasfasern schnell übertragen – solange die Faser nicht bricht. Forschende haben eine Faser mit flüssigem Glycerin entwickelt, die sehr viel robuster ist.

PUBLIREPORTAGE

MANAGEMENT Acht Tipps für die Lieferkette

Mehr als Pumpen und Schläuche Heute stehen den Unternehmen in der Chemie immer leistungsfähigere IT-Tools zur Automatisierung des Lieferkettenmanagements zur Verfügung. Was es zu beachten gilt.

VERANSTALTUNGEN 48

VERFAHRENSTECHNIK

VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

Organische Stoffe ohne Lösungsmittel

PRODUKTE

Die Herstellung von Materialien aus organischen Stoffen war nur mithilfe stark toxischer Lösungsmittel möglich. Österreichische Chemiker entwickelten nun ein neues Verfahren.

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dern auch ergänzende Komponenten wie Transferschläuche, Single-Use-Verbinder, Dichtungen und Ventile aus eigener Produktion. Die insgesamt zehn unternehmenseigenen Marken bieten so ein komplettes Lösungsangebot für alle Fragen rund um die Förderung von Flüssigkeiten in der biopharmazeutischen Industrie sowie aus der Chemie-, Nahrungsmittel- und Umweltindustrie. Bildquelle: NIBRT

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Watson-Marlow – Gehäuseschlauchpumpen und viel mehr

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29.10.21 11:10

CHEMIE

Physikochemische Analysen

Die Oberfläche von Bitumen Obwohl die Geschichte des Bitumens bis ins dritte Jahrtausend v. Chr. zurückreicht, ist über seine Oberflächenstruktur nur wenig bekannt. Forschende der Technischen Universität Wien klären die Beschaffenheit der Bitumenoberfläche nun mit physikochemischen Analysen auf.

Während in der Vergangenheit bereits Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskopie Aufschluss über die Morphologie von Bitumenoberflächen lieferten, war lange Zeit nicht bekannt, ob Oberflächen- und chemische Beschaffenheit miteinander korrelieren. Die chemische Zusammensetzung der Oberfläche ist jedoch von besonderem Interesse, da dort Oxidationsprozesse ablaufen, ausgelöst durch in der Luft enthaltene sauerstoffhaltige Moleküle wie Ozon, Stickoxide oder Hydroxyl-Radikale. Der Oxidationsprozess beschleunigt die Alterung des Materials – das Bitumen wird porös und es bilden sich Schäden aus. Dr. Ayse Koyun und Prof. Hinrich Grothe von der TU Wien untersuchten daher die Bitumenoberfläche mit verschiedenen physikochemischen Analysemethoden und verglichen die jeweiligen Ergebnisse miteinander. Die Forschenden publizierten die Daten am 29. Juni 2021 in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift «Scientific Reports».

Ein vielfältiges Material Bitumen wird aus Erdöl gewonnen und primär für die Herstellung von Asphalt verwendet. Seine Konsistenz hängt massgeblich von der Temperatur ab – bei heissen Temperaturen ist es zähflüssig und grössere chemische Verbindungen wie Aliphate, Erdölharze und Asphaltene bewegen sich frei in der Masse. Kühlt das Bitumen jedoch ab, erstarrt das Material und die einzelnen Moleküle ordnen sich charakteristisch an. Analysen konnten bereits zeigen, dass sich sogenannte Kern-Schale-Partikel an der Oberfläche ausbilden. Das sind Komposite, die aus mindestens zwei verschiedenen Komponenten bestehen. Da Asphalt und Bitumen im Strassenbau wie auch für Abdichtungsarbeiten eingesetzt werden, ist eine möglichst lange Pro4

Der Strassenbau ist ohne Bitumen kaum denkbar. (Bild: Envato)

duktlebensdauer erstrebenswert. Um die Alterung des Materials zu verlangsamen, gilt es Reaktionen zu minimieren, die von reaktiven Gasen, Licht und Wärme ausgelöst werden. «Wenn wir das Oxidationsverhalten von Bitumen besser verstehen, können wir nach geeigneten Massnahmen suchen, um die atmosphärische Alterung zu verhindern. Die Lebensdauer eines Bitumen-Produkts kann so um viele Jahre verlängert werden, was Energie und materielle Ressourcen spart», erklärt Koyun. In einer in «Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects» publizierten Studie konnte sie bereits zeigen, wie sich die chemische Zusammensetzung von Bitumen auf seinen Alterungsprozess auswirkt.

Methodenmix liefert neue Infos In enger Zusammenarbeit mit der Harvard University, der «Nano-Surfaces Division» von Bruker sowie der IONTOF GmbH untersuchte Ayse Koyun, Erstautorin der «Scientific Reports»-Studie, die Bitumenoberfläche mit drei verschiedenen Methoden:

nanoskalige Infrarotspektroskopie auf Basis photothermischer Expansion (AFM-IR), Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) und Fluoreszenzmikroskopie. In Kombination liefern diese Methoden wertvolle Einblicke in die mehrphasige Natur der Bitumenoberfläche. «Die Auflösung herkömmlicher Messmethoden, die zur Untersuchung der Oberflächenbeschaffenheit eingesetzt werden, sind für die chemische Charakterisierung zu gering. Einzelne Domänen der Oberfläche lassen sich so nicht bestimmen», erklärt Koyun. «Durch die Kombination verschiedener physikochemischer Methoden gelingt es uns jedoch, die Struktur bis auf zehn Nanometer genau abzubilden.» Das Ergebnis: Die Oberfläche ist heterogen. Die Ergebnisse mikroskopischer und spektroskopischer Methoden korrelieren und lassen sich schlüssig interpretieren.

Ein Gesamtbild entsteht «Bitumen war für uns Materialchemiker lange Zeit wie ein ungelöstes Puzzle», zieht Hinrich Grothe, Leiter der Forschungsgruppe Physikalische Chemie der Atmosphäre, seinen Vergleich. «Wir kennen viele Details, die sich bislang aber nicht zu einem Gesamtbild haben zusammenfügen lassen. Die Kombination mehrerer physikochemischer Methoden, wie wir sie angewendet haben, konnte uns aber schliesslich zeigen, wie sich die einzelnen Molekülverbünde im Bitumen verteilen.» «So konnten wir das Puzzle lösen und das Wissen über Bitumen vervollständigen», ergänzt Koyun, die im Rahmen eines Marshall-Stipendiums und mit Unterstützung der TU Wien zwei Forschungsaufenthalte an der Harvard University absolviert.

www.tuwien.at 11/2021

CHEMIE

Ungewöhnliche Struktur

Wärmeisolierendes Titanat Auf der Suche nach Leitmaterialien mit besonderen Eigenschaften haben Forschende mittels Künstlicher Intelligenz eine Keramikstruktur mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit entdeckt. Wie sie in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» schreiben, hat das Material einen ungewöhnlichen quasikristallinen Aufbau, der den Weg zu neuen wärmeisolierenden und thermoelektrischen Materialien ebnen könnte.

Keramiken mit niedriger Wärmeleitfähigkeit werden für Wärmeschutzbeschichtungen oder für thermoelektrische Anwendungen zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Wärme gesucht. Ausgangspunkt war für Matthew J. Rosseinsky von der University of Liverpool in Grossbritannien und seine Kollegen die Verbindungsklasse der Titanate. Durch Berechnung der Energien grenzten sie zunächst die Suche auf Titanate mit Anteilen von Yttriumoxid und Bariumoxid ein.

Chemische Intuition lag richtig Künstliche Intelligenz sollte nun herausfinden, welche Zusammensetzung ein Material mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit ergeben würde. Dafür wandte das Team maschinelle Lernmodelle an und trainierten sie an Keramiken mit bekannter Zusammensetzung und Wärmeleitfähigkeit. Das Ergebnis der Suche bestätigte die ursprüngliche chemisch-intuitive und berechnete Eingrenzung auf Barium-YttriumTitanate. Die Ergebnisse zeigten aber auch, dass die chemische Zusammensetzung die Wärmeleitfähigkeit weiter beeinflussen kann. «Die KI stiess uns auf genau eine der beiden Regionen mit vielversprechender Zusammensetzung aus der Energieberechnung», erläutert Rosseinsky. Die Forschenden synthetisierten daraufhin ein neues, bislang unbekanntes Oxid: Ba10Y6Ti4O27.

Quasikristalline Struktur Das neue Material war metastabil und besass eine überraschende Struktur. Die Atome waren nicht wie in «normalen» Kristallen periodisch angeordnet. Stattdessen beobachteten die Forscher eine «quasikristalline» Struktur. In Quasikristallen sind die Atome zwar regelmässig angeordnet, aber 11/2021

Keramiken mit niedriger Wärmeleitfähigkeit werden für Wärmeschutzbeschichtungen oder für thermoelektrische Anwendungen zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Wärme gesucht. (Bild: Envato)

eine vollkommene Periodizität im dreidimensionalen Raum fällt aus. Erst wenn man eine «Fernordnung» hinzuzieht, erkennt man die durchgehende, kristalltypische Periodizität. Das neue Barium-Yttrium-Titanat besass diese quasikristalline Struktur: aperiodisch, aber in Fernbeziehung geordnet. Was der Befund bedeutet, heben die Autoren hervor: «Oxidische Quasikristalle wurden an Grenzflächen bereits beobachtet. Das ist aber das erste Material, das durchgehend, also nicht nur an der Oberfläche, als Quasikristall identifiziert wird.» Eine Messung der Wärmeleitfähigkeit ergab dann tatsächlich niedrigere Werte als von fast allen anderen bekannten Übergangsmetalloxiden dieser Art. (Nur ein Mo-

lybdänoxid mit komplizierter Kristallstruktur leitete die Wärme noch weniger.) Das Team konnte die niedrige Wärmeleitfähigkeit auch theoretisch erklären. Demnach verhielt sich der Quasikristall glasähnlich. Gläser haben eine ungeordnete Materialstruktur und sind als gute Wärmeisolatoren bekannt. Die Autoren heben hervor, dass das neue Funktionsmaterial durch ein Verfahren unter Einbeziehung von Künstlicher Intelligenz gefunden wurde. «Unsere Studie zeigt, wie Künstliche Intelligenz bei wissenschaftlichen Entscheidungen hilft, die den wissenschaftlichen Entdeckungsprozess beschleunigen», sagt Rosseinsky. www.angewandte.de 5

CHEMIE

Optische Aktivität der Derivate.

Falsche optische Aktivität korrigieren Angew.

Verfälschte Analysen von Vitamin B12 Viele Naturstoffe sind kompliziert aufgebaute organische Moleküle. Häufig lassen sie sich aber mit spektroskopischen Techniken gut nachweisen. Ein Team von Forschenden hat herausgefunden, dass bei chiralen Molekülen bei der Analyse mit Raman-Spektroskopie Vorsicht geboten ist. Wie die Studie an Vitamin B12 in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift «Angewandte Chemie» zeigt, kann eine Interferenz mit zirkular polarisiertem Licht das Ergebnis verfälschen.

Malgorzata Baranska ¹ Vitamin B12 ist ein für viele Körperfunktionen wichtiges Vitamin. Es trägt zu einem funktionierenden Energiestoffwechsel bei und wird für den Aufbau des Nervensystems und für die Blutbildung benötigt. Gleichzeitig kann es variabel mit anderen Substanzen verknüpft werden, und es ist gesundheitlich unbedenklich. Manche Wissenschaftler halten es daher für eine gutes Transportmittel, um zum Beispiel bestimmte Medikamente «huckepack» zu ihrem Zielort zu bringen.

Auf der Suche nach Fehlerquellen Für ein solches Unterfangen sind jedoch besonders empfindliche, zuverlässige Analysemethoden wichtig. Im Fall von Vitamin B12 eignet sich unter anderem die UntersuMalgorzata Baranska, JagiellonenUniversität in Krakau (Polen)

chung der Raman-Aktivität, der Streuung von Lichtstrahlen durch Schwingungen im Molekül. Malgorzata Baranska von der Jagiellonen-Universität in Krakau (Polen) und Kollegen weisen nun auf eine mögliche Fehlerquelle hin.

Beliebtes Forschungsobjekt: Vitamin B12 Viele organische Substanzen, wie Vitamin B12, haben eine Händigkeit, die sich durch eine besondere Wechselwirkung mit polarisiertem Licht ausweist. Sie absorbieren und streuen links- und rechtsdrehend polarisiertes Licht unterschiedlich stark und zeigen charakteristische optische Aktivität in Raman-spektroskopischen Analysen. Das Forschungsteam wählte nun für seine Analyse mehrere Vitamin-B12-Präparate aus, die bei gleichem Grundaufbau funktionelle Gruppen aufwiesen, die sich nur wenig voneinander unterscheiden. Eigentlich dürften sich die Präparate in ihren Spektren kaum unterscheiden, weil ja

Optische Aktivität der Derivate.

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CHEMIE

Recognition of the True and False Resonance Raman Optical Activity

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Die in der Studie verwendeten Vitamin-B12-Präparate: Grün umrahmt sind diejenigen Moleküle, bei denen ein schwacher elektronischer Zirkulardichroismus (ECD) festzustellen war. Im gelben Rahmen befinden sich entsprechend Verbindungen mit starker ECD Chem. Int. Ed., Volume: 60, Issue: 39, Pages: 21205-21210, First diejenigen published: 02 July 2021, DOI: (10.1002/anie.202107600) je nach Konzentration. Die rot eingefärbten Gruppen illustrieren die Abweichung zu den natürlichen Vitamin-B12-Molekülen. (Bilder: Wiley-VCH, CC BY 4.0)

der Grundaufbau der Moleküle gleichblieb. Bei manchen Derivaten änderte sich die optische Aktivität jedoch deutlich mit der Konzentration des Stoffs in der Lösung. Wird das nicht bemerkt, könnten die Daten falsch interpretierten werden, warnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.

Fehler oft übersehen Wie Baranska und ihre Kollegen entdeckten, lag diese seltsame Konzentrationsabhängigkeit am sogenannten Zirkulardichroismus. «Das links und rechts zirkular polarisierte Licht wird in einem chiralen Medium vor und am Brennpunkt des Laserstrahls in der Messzelle unterschiedlich absorbiert», erklärt Baranska. Und dieser Effekt führe zu einer zusätzlichen, falschen optischen Aktivität des gelösten Moleküls. «Wir glauben, dass dieses Phänomen bei früheren Studien entweder übersehen wurde oder falsch interpretiert wurde», sagen die Autoren. Das Problem sei aber lösbar. Der Effekt lässt sich rechnerisch beschreiben und somit aus den Daten wieder herausnehmen, meinen die Autoren. Man könne aber auch die Messung selbst über die Ausrichtung des Laserstrahls anpassen. In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Vitamin-B12-Derivate. Der Effekt und die möglichen Ausgleichsverfahren seien aber auch auf andere chirale Moleküle anwendbar, betonen sie. www.angewandte.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Katalog von Abbau-Produkten in Zellen

Die fehlerhaften Baupläne der Zelle Zellen haben eine eigene Qualitätskontrolle. Damit können sie die Produktion und Anhäufung schädlicher Proteine verhindern. Diese Qualitätskontrolle ist essenziell für die korrekte Embryonalentwicklung in allen Säugetieren. Eine Gruppe von Forschenden der Universität Bern und der Universität Basel hat nun «Baupläne», die zu fehlerhaften Proteinen führen und normalerweise in den Zellen erkannt und abgebaut werden, sichtbar gemacht und katalogisiert.

Wenn Produkte eine Fabrik verlassen, müssen sie zuvor noch Qualitätskontrollen durchlaufen. In ähnlicher Weise gibt es bei der Expression unserer Gene mehrere solcher Qualitätskontrollen, die sicherstellen, dass die Endprodukte, die hergestellten Proteine, keine Fehler enthalten und funktionsfähig sind. In einer neuen Studie haben Professor Oliver Mühlemann und sein Team an der Universität Bern in Zusammenarbeit mit Forschenden aus dem Biozentrum in Basel neue Erkenntnisse über einen Qualitätskontrollmechanismus gewonnen, der fehlerhafte Genprodukte aus den Zellen entfernt und so die fehlerfreie Expression unserer Gene gewährleistet. Diese Studie wurde nun in der Fachzeitschrift «Genome Biology» veröffentlicht.

Qualitätskontrolle gegen schadhafte Proteine Jede Zelle enthält Tausende unterschiedliche Proteine (Eiweisse), von denen jedes eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Um ein spezifisches Protein zu produzieren, muss ein Gen zunächst in ein Molekül der Boten-RNA (mRNA) kopiert werden. Dieses wird weiterverarbeitet und dient schliesslich als Bauplan für die Proteinproduktion in der zellulären Proteinfabrik. «Es ist wichtig, dass diese mRNA korrekt hergestellt und verarbeitet wird – denn wenn der Bauplan Fehler enthält, entsteht ein fehlerhaftes Protein, das ein potenzielles Risiko für die Zelle darstellt», sagt Oliver Mühlemann vom Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie (DCBP) und NCCR RNA & Disease. Daher verfügt die Zelle über eine Reihe von Qualitätskontrollmechanismen, um fehlerhafte mRNAs aufzuspüren und zu entfer8

Der ausgeklügelte Prozess von der DNA bis zur fixfertigen mRNA birgt naturgemäss ein Fehlerrisiko. (Bild: Shutterstock)

nen. Einer dieser Mechanismen, der im Fachjargon als «Nonsense-mediated mRNA decay» (NMD) bezeichnet wird, zielt speziell auf mRNAs ab, welche die Produktion eines Proteins zu früh abbrechen. Diese mRNAs enthalten einen Code, welcher der Proteinfabrik zu früh signalisiert, die Produktion eines Proteins zu stoppen – noch bevor das Protein vollständig hergestellt wurde.

Komplexer Prozess erhöht Fehlerrisiko Solche fehlerhaften mRNAs entstehen meistens bei den Verarbeitungsschritten, welche eine mRNA durchlaufen muss, be-

vor sie als fertige Vorlage für die Proteinproduktion dient. Ein solcher Verarbeitungsschritt ist das Splicing, bei dem gewisse Sequenzen (die Introns) aus der ursprünglichen mRNA herausgeschnitten und die restliche mRNA (die Exons) wieder zusammengeschweisst werden. Denn in menschlichen Zellen liegt ein Gen auf der DNA nicht als durchgehender Abschnitt vor, sondern es ist durch DNA-Abschnitte unterbrochen, die für die Produktion eines Proteins nicht benötigt werden. Der modulare Aufbau eines Gens ermöglicht, dass aus ein und demselben Gen verschiedene mRNA-Varianten und somit auch Proteinvarianten entstehen können. 11/2021

BIOWISSENSCHAFTEN

Evan Karousis vom DCBP und NCCR RNA & Disease, Erstautor der Studie, erklärt, dass in der aktuellen Studie eine neue Methode angewandt wurde, die mRNAs von A bis Z an einem Stück entschlüsselt. «So kann jede detektierte mRNA eindeutig einer mRNA-Variante zugeordnet werden», so Karousis. Mit diesen technischen Kniffen gelang es den Forschenden erstmals, einen nahezu vollständigen Katalog von NMD-Abbauprodukten in menschlichen Zellen zu erstellen.

«Katalog» von mRNAs für neue Therapieansätze Dr. Evangelos Karousis und Prof. Dr. Oliver Mühlemann, Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie (DCBP) und NCCR RNA & Disease, Universität Bern. (Bild: zvg)

Dies ergibt eine Vielzahl möglicher Kombinationen und Proteine, was für die Evolution komplexer Organismen besonders wichtig ist. Dieser Prozess birgt jedoch auch das Risiko, fehlerhafte Proteine zu produzieren.

Abbauprodukte erstmals sichtbar gemacht In gesunden Zellen, in denen die NMDQualitätskontrolle aktiv ist, kann man fehlerhafte mRNAs kaum nachweisen, da sie nach der Produktion rasch erkannt und abgebaut werden. Wie lässt sich dann feststellen, welche mRNAs der NMD-Quali-

tätskontrolle zum Opfer fallen? Indem man die Hauptakteure des Qualitätskontrollprozesses ausschaltet. Damit häufen sich die falsch gespleissten mRNAs in den Zellen an. Aber hier liegt die nächste Herausforderung: Diese mRNAs kommen vom gleichen Gen wie die «korrekten» mRNA-Varianten und sind diesen daher sehr ähnlich. Mit bisherigen Sequenzier-Methoden waren sie kaum zu unterscheiden. Bisherige Methoden zum Aufspüren von mRNAs in Zellen beruhen auf der Sequenzierung vieler kleiner Abschnitte, die später mit bioinformatischen Tricks wieder zu einem Ganzen zusammengesetzt werden.

Durch diese Klassifizierung können Merkmale untersucht werden, welche NMDAbbauprodukte von «herkömmlichen» mRNAs unterscheiden. «Häufen sich gewisse mRNAs an, die in gesunden Zellen durch die NMD-Qualitätskontrolle abgebaut werden, kann dies zur Entstehung von Tumoren beitragen, wie dies beispielsweise bei Magenkrebs der Fall ist», erklärt Oliver Mühlemann. Versteht man also, wie die Qualitätskontrolle die fehlerhaften von korrekten mRNAs unterscheiden kann, trägt dieses Wissen wesentlich dazu bei, neue therapeutische Ansätze für Krankheiten zu entwickeln, bei denen die Qualitätskontrolle beeinträchtigt ist.

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Ein Guter Tipp

Laborchemikalien Bioanalytik Chromatographie Filtration Die Informationen eines Gens liegen auf der DNA «zerstückelt» vor und müssen während der Genexpression zusammengefügt werden. Während des Splicing-Prozesses werden Introns (blau) erkannt und herausgeschnitten. Nach dem Splicing und weiteren Reifungsprozessen dient die mRNA als Vorlage für die Proteinproduktion. Durch alternatives Splicing können vom gleichen Gen verschiedene mRNA-Varianten (Isoformen) entstehen. (Bild: Unibe / NCCR RNA & Disease)

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BIOWISSENSCHAFTEN

Natürliche Killerzellen steuern die Wundheilung

Wenn Heilung die Immunabwehr schwächt Natürliche Killerzellen töten nicht nur Krebszellen oder virusinfizierte Zellen ab. Sie steuern bei Hautverletzungen auch die Balance zwischen Wundheilung und Bakterienabwehr. Wird der Heilungsprozess beschleunigt, schwächt dies die Immunabwehr, wie Forschende der Universität Zürich zeigen. Relevant ist dies sowohl für die Behandlung von Hautverletzungen wie auch die Bekämpfung antibiotikaresistenter Keime.

Natürliche Killerzellen (NK) sind ein bestimmter Typ von Immunzellen. Sie erkennen abnormale Körperzellen wie Tumorund virusinfizierte Zellen und töten diese ab. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Christian Stockmann, Professor am Institut für Anatomie der Universität Zürich, hat nun herausgefunden, dass Killerzellen eine weitere, überraschende Funktion haben: Sie kontrollieren die Wundheilung in der Haut. «Wir konnten diese Zellen in Mäusen genetisch so verändern, dass das Wachstum von Blutgefässen beschleunigt wird und sich Hautwunden schneller schliessen. Allerdings wird dadurch die Immunabwehr abgeschwächt, was die Anfälligkeit für bakterielle Infektionen erhöht», sagt Stockmann. Die entsprechende Studie veröffentlichten die Wissenschaftler in «Nature Communications».

Die Immunzellen bei der Arbeit. (Bild: Shutterstock)

Beschleunigte Wundheilung birgt höheres Infektionsrisiko In der Biomedizin wird intensiv nach Möglichkeiten gesucht, um Wundheilungsprozesse zu beeinflussen. Versucht wird vor allem, die Gefässneubildung anzuregen und zu beschleunigen – entweder direkt oder indirekt über die Beeinflussung der Immunantwort. «Unsere Ergebnisse zeigen, dass man bei solchen Ansätzen möglicherweise ein erhöhtes Infektionsrisiko in Kauf nimmt. Daher ist hier Vorsicht geboten», so Stockmann. Eine weitere offene Frage ist, inwiefern Natürliche Killerzellen nicht nur das Tempo, sondern auch die Qualität der Wundheilung – etwa die Zusammensetzung des Bindegewebes oder die Regeneration von Haarfollikel, Drüsen und anderen Hautkomponenten – beeinflussen. «Die spannendste Frage ist, wie wir es schaf10

Immunhistochemische Darstellung von Blutgefässen in Hautverletzungen während einer bakteriellen Infektion: Verletzte Hautstellen von Mäusen, denen der Signalfaktor HIF-1α in den Natürlichen Killerzellen fehlt (Bild rechts), weisen eine höhere Gefässdichte auf als normale Mäuse (Bild links). Das führt dazu, dass Bakterien vermehrt aus der Haut in den Blutstrom übertreten. (Bild: UZH)

fen können, die Wundheilung zu beschleunigen und gleichzeitig die Immunabwehr gegen Wundinfektionen zu stärken», sagt der Anatom und Immunologe Stockmann.

Killerzellen gegen antibiotikaresistente Bakterien einsetzen Der Wissenschaftler sieht aber noch weiteres Potenzial: Bei Krebstherapien werden heute auch Therapeutika eingesetzt, 11/2021

BIOWISSENSCHAFTEN

Rätselhaftes Immunsystem Das Immunsystem birgt bis heute viele Rätsel. Es zeichnet sich durch ein hochkomplexes Zusammenspiel von Immunzellen, anderen Zellen, körpereigenen Bakterien und unterschiedlichen Umwelteinflüssen aus. Zahlreiche Faktoren können dieses System positiv wie auch negativ beeinflussen.

die Killerzellen aktivieren und stimulieren, sodass diese vermehrt die Krebszellen abtöten. «Unsere Daten weisen darauf hin, dass diese Medikamente auch bei bakteriellen Infektionen nützlich sein könnten – was angesichts der zunehmend antibiotikaresistenten Keime unbedingt weiter

erforscht werden sollte», sagt Stockmann. Natürliche Killerzellen kommunizieren laufend mit anderen Abwehrzellen und beeinflussen deren Aktivität. Dazu sondern sie Botenstoffe ab, sogenannte Zytokine. In ihrer Studie stellten die Forschenden fest, dass Killerzellen auch Hautverletzungen infiltrieren, in denen sehr niedrige Sauerstoffkonzentrationen herrschen. In solchen Geweben stellen Killerzellen ihre Genaktivität um und passen sich so dem Sauerstoffmangel an. Verantwortlich für diese Umstellung sind sogenannte HIFSignalfaktoren. Fehlt in Mäusen einer dieser Signalfaktoren namens HIF-1α, ist die Ausschüttung bestimmter Zytokine beeinträchtigt. Als Reaktion darauf wird das Wachstum von Blutgefässen in der Haut und damit die Wundheilung beschleunigt, während die Bekämpfung bakterieller In-

Die Immunzellen bei der Arbeit. (Bild: Shutterstock)

fektionen gedrosselt wird. Die Balance verschiebt sich so in Richtung Wundheilung.

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LABOR

Qualitätskontrolle pharmazeutischer und medizinischer Produkte

Den angriffslustigen Endotoxinen auf der Spur Vor der Markteinführung müssen Arzneimittel und Medizinprodukte auf die Sicherheit für den menschlichen Gebrauch überprüft werden und frei von bakteriellen Endotoxinen sein. Gelangen diese Zellmembran-Bestandteile gramnegativer Bakterien in Kontakt mit der Blutbahn von Mensch oder Tier, können sie schweres Fieber auslösen, das gerade bei geschwächten Patienten tödlich verlaufen kann.

Endotoxine – das sind Bestandteile der Zellmembran gramnegativer Bakterien – sind äusserst hitzestabil, widerstehen vielen gängigen Sterilisationsmethoden und benötigen auch keine lebensfähigen Bakterien für ihre Aktivität. Gelangen sie beispielsweise über Nadeln oder Infusionssäcke in den Blutkreislauf von Mensch und Tier, reagieren diese schnell mit Immunzellen und lösen eine starke Entzündungsreaktion mit Fieber aus. Insbesondere bei geschwächten Personen oder Dialysepatienten kann dies sogar zum Tod führen.

Ein Gel aus der Natur Der atlantische Pfeilschwanzkrebs (Limulus polyphemus) besitzt ein spezielles Immunsystem: Kommt das blaue Blut der Urzeitkrebse mit selbst kleinsten Mengen an Endotoxin in Kontakt, wird als Immunantwort ein Gel um das Pathogen herum gebildet, das eine weitere Infektion der verletzten Stelle verhindern soll. Dafür sorgt ein spezieller Faktor im Blut der Tiere, der als Grundlage für den BakterienEndotoxin-Test (BET) beziehungsweise den Limulus-Amöbozyten-Lysat-(LAL)-Test dient. Dieser wird im Rahmen der Chargenfreigabeprüfung für Medizinprodukte und Arzneimittel mit Kontakt zum HerzKreislauf-System und zum Lymphsystem durchgeführt. Der Gerinnungsfaktor aus den Blutzellen (Amöbozyten) der Pfeilschwanzkrebse wird den Tieren auf nachhaltige Weise entnommen. Die Tiere sind markiert, sodass ein und demselben Tier nur eine kleine Menge in grossen Abständen entzogen wird. Darüber hinaus werden sie regelmässig medizinisch untersucht und innerhalb von 24 bis 48 Stunden nach der Entnahme der Blutproben wieder an ihren angestammten Lebensort gebracht. Zum Schutz der Tiere hat sich das 12

Mit einem solchen Endotoxin-spezifischen Puffer lassen sich Interferenzen vermeiden. Wird dieser der Probe hinzugefügt, blockiert er unerwünschte Kaskaden und neutralisiert pHSchwankungen. (Bilder: Fujifilm Wako Chemicals Europe GmbH)

Unternehmen Fujifilm Wako zudem mehreren Organisationen, unter anderem dem «Horseshoe Crab Conversation Fund» und dem «US Fish and Wildlife Service» angeschlossen.

Kontamination ausschliessen «Pharmazeutische Produkte können während der Reinigungs-, Produktions- oder Verpackungsphasen kontaminiert werden, etwa durch ungenügende Reinigung der Prozessanlagen oder bereits kontaminierte Rohmaterialien wie Reagenzwasser», berichtet Dr. Vi Tran, Product Manager Laboratory Chemicals bei der Fujifilm Wako Chemicals Europe GmbH. «Mit dem Test soll eine Kontamination vor der Anwendung bei Mensch und Tier ausgeschlossen werden.»

Ohne falsch-positives Ergebnis Jedoch reagieren unbehandelte LAL-Reagenzien ebenso mit Pilzzellwandbestand-

teilen – genauer: mit (1→3) β-D-Glucan (Beta-Glucan) –, die ebenfalls die Gerinnungskaskade einleiten. In diesem Fall entsteht ein falsch-positives BET-Ergebnis. Auch Interferenzen wie ein schwankender pH-Wert der Probe, der etwa durch Zugabe eines sauren Mediums bei der Formulierung hervorgerufen wird, können die Genauigkeit des Endotoxin-Nachweises stören. Deshalb bietet die Fujifilm Wako Chemicals Europe GmbH, eine Schwesterfirma der US-amerikanischen Fujifilm Wako Chemicals U.S.A. Corporation, einen Endotoxin-spezifischen Puffer (ES-Puffer) an, der die Aktivierungskaskade der Pilze blockt und nur diejenige der gramnegativen Bakterien zulässt. So sind sehr präzise und quantitative Nachweise ohne falschpositive Ergebnisse sichergestellt. Der ESPuffer wird vor allem bei der Untersuchung von falsch-positiven Reaktionen eingesetzt, die durch das Vorhandensein von Beta-Glucanen hervorgerufen werden, 11/2021

LABOR

und ist daher ein wertvolles Hilfsmittel für alle, die in den Bereichen Hämodialyse und pharmazeutische Qualitätskontrolle arbeiten. «Es ist bekannt, dass falsch-positive Ergebnisse bei Patienten auftreten, die sich einer Hämodialyse mit Zellulosemembranen unterziehen», so Tran. Der Puffer ist dabei für alle gängigen und unbehandelten LAL-Verfahren verschiedener Hersteller als Zusatz geeignet. Eine Puffer-Lösung kann kleine Mengen an zugegebener Säure oder Base neutralisieren und so den pH-Wert einer Lösung stabil halten. «Damit bei unbehandelten LALReagenzien der Einfluss von Beta-Glucan auf die Endotoxin-Detektion vermieden wird, enthält unser Puffer zusätzlich einen speziellen Faktor, der die Kaskade für Beta-Glucan sättigt und so den Test unempfindlich gegenüber Beta-Glucan macht», so Tran. Sofern Endotoxin vorhanden ist, wird lediglich deren Aktivität zugelassen und eine Gerinnungsreaktion ausgelöst. Der Mechanismus beruht auf einer Kaskade von zwei Serinproteasen, die als Faktor B und Faktor C bezeichnet werden. Bei Aktivierung des gerinnungsfördernden Enzyms wandeln sie das Progerinnungsenzym in seine aktive Form um, was zur Spaltung des Koagulogens in ein unlösliches Gerinnungsgel und damit zur Erhöhung der Trübung der Lösung führt. Dieser Zusammenhang macht es möglich, qualitative oder quantitative Effekte zu beobachten, also zum einen Endotoxin nachzuweisen und zum anderen auch die genaue

Eine Kontamination mit Endotoxin während der Herstellung sollen Grenzwert-Tests (BET/LAL) ausschliessen, deren Grundlage ein spezieller Faktor aus dem Blut der Pfeilschwanzkrebse bildet.

Menge an vorhandenem Endotoxin zu bestimmen. Denn die Trübungsmessung und Farbänderung ist proportional zum Endotoxingehalt.

Die drei Methoden Der Test selbst kann mit einer von drei Methoden durchgeführt werden: Gelgerinnung, kinetisch-turbidimetrisch (KTA) oder kinetisch-chromogen (KCA). Bei der Gelgerinnung erfolgt die Bestimmung qualitativ, das Ergebnis zeigt lediglich das Vorhandensein von Endotoxin an. Mit den kinetischen Verfahren lässt sich der Endotoxingehalt hingegen quantitativ bestimmen. Dabei kann entweder ein Mikroplatten-Reader oder ein Tube-Reader verwendet werden, um automatisch die Absorptionsänderung,

Der atlantische Pfeilschwanzkrebs besitzt ein spezielles Immunsystem: Kommt das Blut der Urzeitkrebse in Kontakt mit Endotoxin, wird als Immunantwort ein Gel um das Pathogen herum gebildet, um eine weitere Infektion der verletzten Stelle zu verhindern. (Bild: Shubham Chatterjee, CC BY-SA 3.0)

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die über einen bestimmten Zeitraum auftritt, photometrisch zu erfassen. Die Zeit ist dabei umgekehrt proportional zum vorhandenen Endotoxin. Der ES-Puffer von Fujifilm Wako ist bereits für alle drei Verfahren formuliert. Jedes Fläschchen enthält eine Lösung für die Rekonstitution von 6 ml Reagenz. Die Vials sind vorgefertigt, sodass das LAL-Reagenz einfach hinein pipettiert werden kann, was zudem auch zu geringeren Kontaminationsquellen führt.

ES-Puffer bereits Bestandteil der LAL-Reagenzien Fujifilm Wako bietet den Puffer exklusiv als einzelne Lösung zum Zusetzen unbehandelter LAL-Reagenzien an. Darüber hinaus ist der Puffer bereits Bestandteil ihrer ESReagenzien. «Jedes Reagenz enthält Pufferkomponenten, die dazu beitragen, die meisten Testmischungen in den pH-Bereich zu bringen, der für genaue und zuverlässige Ergebnisse erforderlich ist», erklärt Tran. «Sie können einfach mit Endotoxin-freiem Wasser ohne Bedarf an weiteren Zusätzen oder einem Puffer für die BET-Tests eingesetzt werden.» Dabei ist lediglich auf die maximal gültige Verdünnung (MVD) zu achten: Je mehr Interferenzen auftreten, desto höher muss diese ausfallen. Dank dieser effektiven Formulierung mit den enthaltenden Pufferkomponenten sind Doppel- und Dreifachbestimmungen in gleichbleibend hoher Qualität zuverlässig durchführbar. www.wako-chemicals.de 13

LABOR

Neue Diagnostik für Alzheimer?

Analytiker erkennen Demenz im Blut Ein Forscher der Empa will Proteine in nie gekannter Präzision ablichten – und damit Einblicke in das molekulare Krankheitsgeschehen von Alzheimer gewinnen. Dies soll den Weg zu einer früheren und vereinfachten Diagnose der Demenzerkrankung über einen Bluttest ermöglichen.

Andrea Six ¹ Schleicht sich der Verdacht auf eine Alzheimer-Erkrankung ein, müssen sich die Betroffenen auf langwierige Prozeduren einstellen, bis der Fall klar ist. Ein Team der Empa und des Kantonsspital St. Gallen entwickeln einen Bluttest, der die Diagnose mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermöglichen soll. Es hat erste Ergebnisse einer Pilotstudie im «Science Advances» publiziert.

Die Suche nach neuen Wegen Am Anfang stand für den Physiker Peter Nirmalraj der Wunsch, das Krankheitsgeschehen von Alzheimer zu verstehen, um neue Wege in Diagnostik und Therapie zu ermöglichen. Einen Schritt weiter wäre man, wenn die genaue Rolle der BetaAmyloid-Peptide und der Tau-Proteine, die im Zusammenhang mit der neurodegenerativen Krankheit stehen, entschlüsselt wäre. Nirmalraj hatte sich daher vorgenommen, nicht nur die blosse Anwesenheit der verdächtigen Eiweisse zu registrieren, sondern auch ihre veränderbare Gestalt sowie ihre Anzahl zu bestimmen. Gängige Methoden ermöglichen es zwar, die Gesamtmenge der beiden Eiweisse in Körperflüssigkeiten zu bestimmen. Allerdings erlauben es diese Techniken nicht, Unterschiede in der Gestalt und dem Zustand der Proteinansammlungen sichtbar zu machen. Der Forscher arbeitet darum an Technologien, die Beobachtungen im Nanometerbereich im Blut ermöglichen und dennoch die Struktur der Eiweisse nicht zerstören. Gemeinsam mit Neurologen am Kantonsspital St. Gallen konnte er nun eine erste Studie abschliessen.

¹ Empa

Peter Nirmalraj untersucht Blutproben mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM). (Bild: Empa)

16 000 rote Blutkörperchen Für die Studie untersuchte Nirmalraj Blutproben von 50 Patienten und 16 gesunden Versuchspersonen. Mittels AFM-Technologie analysierte er hierzu die Oberfläche von rund 1000 roten Blutkörperchen pro Person, ohne jedoch Informationen über deren Gesundheitszustand zu kennen. «Nur so konnte garantiert werden, dass die Interpretation der Daten objektiv blieb», sagt der Wissenschaftler. Er vermass Grösse, Struktur und Beschaffenheit von Protein-Ansammlungen, die sich auf den Blutkörperchen befanden. Nach Tausenden von roten Blutkörperchen erwartete das Team gespannt den Abgleich der Ergebnisse aus Nirmalrajs Zählungen mit den klinischen Daten der Neurologen. Und tatsächlich konnten die Forscher ein Muster erkennen, das zum Krankheitsstadium der Versuchspersonen passt: Menschen, die an Alzheimer erkrankt waren, wiesen grosse Mengen von Proteinfasern aus Beta-Amyloid-Peptiden und Tau-Proteinen auf. Dabei konnten sich die Proteine zu Fasern von mehreren hundert Nanometern Länge zusammenfügen. Bei gesunden Personen oder jenen mit beginnenden Hirnleistungsstörungen

Das Gedächtnis und die kognitive Leistung nimmt generell im Alter ab (man beachte Pfeilrichtung in der Grafik). Bei schweren neurodegenerativen Veränderungen können rote Blutkörperchen mit grossen Mengen von charakteristischen Eiweissfasern überzogen sein, wie es in der Vergrösserung des rechten Blutkörperchens eindrücklich zu sehen ist. (Grafik: Empa)

zählte Nirmalraj hingegen lediglich wenige Fasern. Damit sei die Machbarkeit einer Blutanalyse mittels AFM-Technologie erwiesen: «Sollte sich mit dieser Methode ein zuverlässiger Bluttest entwickeln lassen, bliebe Menschen mit Verdacht auf Alzheimer die unangenehme Punktion des Rückenmarkkanals erspart, um die Krankheit eindeutig diagnostizieren zu können», so der Forscher. Bis ein einfacher Bluttest im Spital zur Verfügung steht, ist es allerdings noch ein weiter Weg. 11/2021

MEDIZIN

Forschende der Universität Basel haben in Versuchen mit Mäusen festgestellt, dass Zellen über Selbstheilungskräfte verfügen, um Viren zu eliminieren. Jedoch tragen sie langfristige Veränderungen davon. (Bild: Envato)

Neue Hinweise für bekannte Relation

Geheilte Hepatitis-C-Patienten haben eher Krebs Nicht immer töten Viren die befallenen Körperzellen. Forschende der Universität Basel haben in Versuchen mit Mäusen festgestellt, dass Zellen über Selbstheilungskräfte verfügen, um Viren zu eliminieren. Jedoch tragen sie langfristige Veränderungen davon. Die Erkenntnisse liefern womöglich einen Hinweis darauf, warum geheilte Hepatitis-C-Patienten noch jahrelang anfällig für Leberkrebs sind.

Viren brauchen die Infrastruktur von Körperzellen, um sich zu vermehren. Bei vielen Virusarten bedeutet das für die befallene Körperzelle letztlich das Ende, wenn sich ihre Membran auflöst und die neu gebauten Viren ausschwärmen, um neue Zellen zu befallen. Jedoch gibt es auch Viren, die die befallenen Zellen nicht abtöten – vermutlich mit dem Ziel, die Infektion möglichst lange aufrechtzuerhalten. Dazu zählen etwa die Hepatitis B- und CViren, die beim Menschen chronische Infektionen auslösen. Bisher ging man grundsätzlich davon aus, dass solche Viren dauerhaft in den befallenen Körperzellen verweilen. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Daniel Pinschewer von der Universität Basel berichtet nun jedoch im «Journal of Experimental Medicine», dass dem nicht so ist. Für ihre Experimente verwendeten sie ein Maus11/2021

Virus namens Lymphozytisches Choriomeningitis-Virus (LCMV), das bei Mäusen – ähnlich dem Verlauf bei Hepatitis C – eine chronische Infektionen auslöst und auch die Leber befällt.

Virus eliminiert, aber nicht spurlos Mit diesem Tiermodell konnten die Forschenden nachweisen, dass das Virus nach einer gewissen Zeit wieder aus den befallenen Leberzellen verschwindet. Wie genau dies geschieht, ist noch ungeklärt. Jedoch konnten die Forschenden ausschliessen, dass die Zellen dafür die Unterstützung von Immunzellen brauchen. «Die Leberzellen scheinen selbst über einen Mechanismus zu verfügen, ein Virus aus ihrem Inneren zu entfernen», sagt Dr. Peter Reuther, einer der beiden Erstautoren dieser Studie. Die chronische In-

fektion durch solche Viren beruhe also auf einem fortlaufenden Befall neuer Zellen. Trotz der erstaunlichen Selbstheilungskräfte der Zellen geht die Infektion nicht spurlos an ihnen vorbei. Wie weitere Analysen zeigten, blieb das genetische Profil der geheilten Zellen verändert: Es wurden nicht mehr die gleichen Gene in gleicher Menge abgelesen wie bei Zellen, die keine Infektion durchgemacht hatten. Besonders betroffen von der Veränderung waren Gene in Zusammenhang mit der Zellteilung und dem Zellstoffwechsel. Wie lange diese Veränderungen fortbestehen, ist allerdings noch unklar.

Parallelen mit Hepatitis C «Wir sehen da starke Parallelen mit anderen Studien bei geheilten Hepatitis-C-Patienten. Ihre ehemals infizierten Leberzel15

MEDIZIN

len weisen Veränderungen am Erbgut auf, Nobelpreis für die Entdeckung eines Virus 2020 wurde der Medizin-Nobelpreis an drei Wissenschaftler aus dem angelsächsischen Raum für die Entschlüsselung des Hepatitis-C-Virus verliehen: Harvey J. Alter, Michael Houghton und Charles M. Rice. Harvey J. Alter zeigte, dass ein unbekanntes Virus die häufigste Ursache der chronischen Hepatitis war. Michael Houghton konnte mit einer neuen Strategie das Genom des Virus isolieren, das schliesslich als Hepatitis-C-Virus bezeichnet wurde. Charles M. Rice lieferte den endgültigen Beweis dafür, dass das Hepatitis-C-Virus allein (ohne andere Faktoren) Hepatitis verursachen kann. Sie legten damit den Grundstein für die Behandlung dieser tückischen Leberentzündung. Heute lässt sich Hepatitis C medikamentös behandeln und ist heilbar. Ein wirksamer Impfstoff gibt es bis heute nicht. Zuvor war die Entdeckung der Hepatitis-A- und -B-Viren (1940er- bis 1960erJahre) ein entscheidender Schritt nach vorn gewesen, um eine Erklärung für Hepatitis zu finden. Mit ihrer Entdeckung der Hepatitis-C-Viren konnten sie schliesslich die Mehrheit der durch Blut übertragenen Hepatitis-Fälle erklären. www.nobelprize.org

die die genetischen Programme beeinflussen», erläutert Dr. Katrin Martin, ebenfalls Erstautorin der Arbeit. Das lasse stark ver-

muten, dass sich die nun an Mäusen gewonnenen Erkenntnisse zumindest in wichtigen Punkten auf den Menschen übertragen liessen. «Man könnte spekulieren, dass diese langfristigen Veränderungen eine Ursache dafür sind, dass geheilte Hepatitis-C-Patienten ein erhöhtes Leberkrebsrisiko haben.» In weiteren Studien möchten die Forschenden nun zum einen prüfen, ob solche Veränderungen an Genprogrammen nach vorübergehenden Virusinfektionen auch Zellen anderer Organe betreffen. Zum anderen wollen sie den Mechanismus aufklären, wie es den Körperzellen gelingt, Viren wieder loszuwerden.

«Aus medizinischer Sicht stellen sich nun zwei Fragen», fasst Pinschewer zusammen. «Wie kann man verhindern, dass sich diese Viren bei einer chronischen Infektion von Zelle zu Zelle fortpflanzen und somit eine Vielzahl an Zellen beeinträchtigen? Und kann man die Veränderungen des genetischen Profils rückgängig machen und dadurch Folgeschäden verhindern?» Nicht zuletzt betreffe die Frage nach langfristigen Veränderungen nach einer Virusinfektion auch andere Indikationen, wie zum Beispiel Asthma und möglicherweise Long-Covid. www.unibas.ch

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MEDIZIN

Schlafforschung

Besser schlafen mit den richtigen Worten Unsere Gedanken im Schlaf beeinflussen den Schlaf selbst. Das zeigen Forschende der Universität Freiburg (im Üechtland). Die Studie ist eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Interventionen zur Optimierung der Schlafqualität sogar während des Schlafs.

Bislang war noch unklar, wie Gedanken vor dem Schlaf den später auftretenden Tiefschlaf überhaupt beeinflussen können. Im Rahmen des ERC-Projekt «MemoSleep» von Prof. Björn Rasch entwickelten die Forschende eine Theorie, welche annimmt, das bestimmte gedankliche Konzepte wie «Schlaf», «Entspannung», «sichere Umgebung» oder auch «Stress», «Leistungsdruck» oder «ungewohnte Umgebung» während des unbewussten Schlafzustands weiter aktiv sind und einen Einfluss auf die Schlafqualität haben.

Gedankliche Konzepte mit Langzeitwirkung Werden die Konzepte beim Einschlafen aktiviert, können sie auch Stunden später noch die Schlaftiefe direkt beeinflussen. Dies liegt daran, dass diese Konzepte eng vernetzt sind mit körperlichen Entspannungsreaktionen, wie z. B. Verlangsamung der Herzrate oder Absenkung des Blutdrucks. In einer Studie, die im Fachjournal «Sleep» publiziert wurde, haben die Forscher erste Belege für eine Anwendung der Theorie im Schlaf gefunden: «Wir konnten zeigen, dass die Aktivierung von psychologischen Konzepten zu Entspannung während des Schlafs den Schlaf subjektiv und objektiv vertiefen kann, und somit die Erholungsfunktion des Schlafs verbessert», sagt Doktorand Jonas Beck, welcher die Studie am Departement für Psychologie der Universität Freiburg durchgeführt hat.

Tieferer Schlaf durch Entspannungswörter An der Studie nahmen 50 gesunde junge Personen teil, die für zwei Nächte im Schlaflabor übernachteten. In der einen Nacht spielten die Forschenden, während die Probanden schliefen, leise entspan11/2021

Die Ergebnisse der Studie liefern erste Belege dafür, dass die Aktivierung von gedanklichen Konzepten wie «Entspannung» in der Lage ist, die Schlafphysiologie und die subjektive Bewertung der Schlafqualität zu beeinflussen. (Bild: Adpic)

nende Wörter wie «entspannen» oder «Meer» über Lautsprecher ab. In der anderen Nacht wurden leise Kontrollwörter abgespielt. Für die objektive Messung des Schlafs wurde die elektrische Aktivität des Gehirns mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) gemessen. Dabei wurde der Fokus auf die Menge des Tiefschlafs gelegt. Zusätzlich untersuchten die Wissenschaftler die EEG-Signale in den 5 Sekunden nach der Einspielung eines Wortes im Schlaf. Am nächsten Morgen gaben die Probanden an, wie sie in der vergangenen Nacht geschlafen hatten und wie wach sie sich gerade fühlten. Die Schlafforscher Jonas Beck und Björn Rasch konnten belegen, dass während der Präsentation der Entspannungswörter die Probanden mehr Zeit im Tiefschlaf verbrachten im Vergleich zur Nacht mit Kontrollwörtern. Darüber hinaus konnten sie zeigen, dass in den 2 bis 3,5 Sekunden nach der Einspielung eines Entspannungswortes im Schlaf ein höherer Anteil an

langsamen EEG-Wellen auftrat, die essenziell für die erholsame Funktion des Schlafs sind. Das Hören von Entspannungswörtern im Schlaf vertiefte nicht nur objektiv messbar den Schlaf, sondern auch die subjektive Einschätzung am Morgen: Die Teilnehmenden schätzten sowohl ihre Schlafqualität als auch ihre Wachheit am Morgen signifikant höher ein. Die Ergebnisse der Studie liefern erste Belege dafür, dass die Aktivierung von gedanklichen Konzepten wie «Entspannung» in der Lage ist, die Schlafphysiologie und die subjektive Bewertung der Schlafqualität zu beeinflussen.

Mehr Erholung durch neue Interventionen «Wir gehen davon aus, dass die nachts präsentierten Wörter das Konzept ‹Entspannung› und die damit verbundenen Körperfunktionen aktiviert haben und dadurch die Schlaftiefe verändert wurde. Dies könnte auch erklären, warum wir, wenn wir am Abend z. B. über eine anstehende Prüfung grübeln, schlechter und weniger erholsam schlafen. Das gedankliche Konzept ‹Prüfung› bzw. ‹Stress› bleibt in der Nacht präsent und aktiviert die mit Stress verbundenen Körperreaktionen, was uns leichter schlafen lässt und sogar häufiger oder früher aufwecken könnte», so Beck. Die Studienergebnisse liefern damit vor allem einen Erklärungsansatz, wie gedankliche Aktivität vor dem Einschlafen den späteren Schlaf beeinflussen kann. Zusätzlich könnte diese Studie eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Interventionen bilden, um sogar während des Schlafs die Qualität und Erholsamkeit des Schlafs zu optimieren.

www.unifr.ch/unicom 17

MEDIZIN

Der grösste Teil dieser rechtswidrigen Produkte stammt aus den USA. (Bilder: Envato)

Gesetzesänderung

Vom Versuch, Tattoos sicherer zu machen In der Schweiz prüfen Kantonschemiker regelmässig die Inhaltsstoffe von Tätowierfarben. Es sind oft dieselben verdächtigen Produkte aus den USA, die schädliche Substanzen enthalten. Ab 2022 soll eine europaweite Regelung gefährliche Substanzen in den Tinten verbieten. Doch sie trifft den Nerv einer Branche und stösst auf Widerstand.

Roger Bieri 2020 kontrollierten Kantonschemiker in mehreren Kantonen stichprobenartig die Tattoostudios. Allein die Luzerner Kantonschemiker prüften 30 Lokale. Aber das Problem stellen nicht die Einrichtungen selbst dar. Es sind die Tätowierfarben, die die Chemiker genauer unter die Lupe nehmen mussten. Sind unerlaubte Stoffe in den Tinten enthalten? Sind die Chemikalien richtig deklariert? Es ist kein leichtes Unterfangen, einen Überblick über die verbotenen Verbindungen zu behalten. Und dennoch sind es die Tätowiererinnen und Tätowierer selbst, die dafür sorgen müssen, dass sie einwandfreie Produkte einkaufen. Weltweite oder zumindest europaweite Regulierungen bei den Produzenten gab es bislang nicht. Dies soll sich nun ändern. 18

Die Europäische Chemikalienagentur (Echa) greift in die Tattooszene ein.

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www.kantonschemiker.ch

Die Reach-Verordnung solls richten Nach jahrelangen Diskussionen soll nun eine europaweite Regelung für Tätowiertinten gelten. Die Europäische Chemikalienagentur (Echa) führt mithilfe der Europäischen Chemikalienverordnung (Reach) neue Richtlinien für die Tintenhersteller in der EU ein. Die Idee ist trügerisch einfach. Mögliche schädliche Verbindungen sollen vom Markt verschwinden. Ab Januar 2022 tritt die Verordnung endgültig in Kraft. Die Chemikalien, die von Produzenten oder Importeuren, in Verkehr gebracht werden, müssen dann registriert sein.

Widerstand aus der Branche Doch es gibt ein Problem. Unter anderem sollen die Pigmente Blau 15:3 (CAS Nr. 147-14-8) und Grün 7 (CAS Nr. 132853-6) aus dem Verkehr gezogen werden. Ohne diese Verbindungen würde die Arbeit als Tätowierer schwierig, denn gut zwei Drittel der gesamten Farbpalette bestünden aus Farbmischungen, in denen die beiden Pigmente Verwendung finden würden, schreibt der deutsche Verein Tätowierkunst e. V. zum Sachverhalt. Der Verein befürchtet, dass der «gut gemeinte Ansatz» des Verbraucherschutzes sich hier umkehre und dass «Gebende und Nehmende dieser Kunst» einen Raum dafür im «Untergrund» suchen werden. Sprich: Die Branche würde ab 2022 ihr Dasein vermehrt im kriminellen Milieu fristen oder der Verbraucher sucht sich andere Wege ausserhalb der EU. Und wie sieht es in der Schweiz aus? Der Verband der Schweizerischen Berufstätowierer (VST) sieht ebenfalls hier das grös11/2021

sere Problem der EU-Verordnung. Auf Anfrage schreiben sie, dass man eben die jenigen belohne, welche bis anhin schon im «Untergrund» gewesen seien und dass man diejenigen bestrafe, welche die höheren Standards erfüllten oder erfüllen wollten. Es sei aber abzuwarten, in welcher Form die Schweiz die neue Regelung umsetzen werde. Sie seien diesbezüglich im Kontakt mit dem Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV).

Ist das Verbot der Pigmente gerechtfertigt? Das deutsche Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) hat, nachdem das Verbot der Pigmente Blau 15:3 und Grün 7 öffentlich kritisiert worden war, die Risikoeinschätzung der Echa selbst beurteilt. Sie schreibt hierzu: «Das BfR kommt zu dem Ergebnis, dass die derzeit verfügbaren Daten für beide Pigmente nur eine vergleichsweise geringe Toxizität aufzeigen, die vorhandene Datenlage zu den gesundheitsgefährdenden Eigenschaften beider Pigmente jedoch unvollständig ist, so dass eine gesundheitliche Risikoeinschätzung für die Anwendung in Tätowiermitteln für das BfR zurzeit nicht möglich ist.» Doch angesichts der möglichen Gefahr, dass diese Stoffe durch noch weniger gut untersuchten Stoffe ersetzt werden können, empfiehlt das BfR eine befristete Ausnahme von der Beschränkung für die Pigmente Blau 15:3 und Grün 7. Tatsächlich gilt nun aktuell eine einjährige Sonderregelung für diese Verbindungen. Sie werden voraussichtlich erst 2023 verboten.

Und die Kantonschemiker kontrollieren weiter Laut dem Kantonalen Laboratorium BaselStadt wird auch in den kommenden Jahren die Kontrolle von Tätowiertinten hierzulande weiterhin von hoher Priorität sein, unabhängig davon, wie sich die Rechtslage in der Schweiz ändern wird. Denn sie haben zusammen mit anderen Kantonen vergangenes Jahr von 85 untersuchten Proben 52 Beanstandungen (64 %) erhoben. Der grösste Teil dieser rechtswidrigen Produkte stamme, wie in den letzten Jahren, aus den USA, schreibt das Labor in seiner Auswertung.

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Aufgaben der Kantonschemiker Die Kontrolle der Lebensmittel und Gebrauchsgegenstände ist Aufgabe der Kantone. Unter der Leitung der Kantonschemiker führen die zuständigen Ämter Inspektionen in den Betrieben und umfassende Laboruntersuchungen durch. Sie wachen über die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften und sorgen für eine hohe Lebensmittelsicherheit und einen umfassenden Verbraucherschutz.

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ERNÄHRUNG

Bestimmte chemische Vorgänge im Wein tragen massgeblich zur sensorischen Qualität des Weines bei. (Bild: Shutterstock)

Einfluss vom biologischen Säureabbau auf Rotwein

Farb- und Gerbstoffqualität bei Rotwein Der Herstellungsprozess von Rotwein (Vinifikation) dauert und ist komplex. Während der sogenannten Ausbauphase entwickeln sich die Farb- und Gerbstoffbeschaffenheit des Genussmittels, was schliesslich die optische und sensorische Wahrnehmung des Weins qualitativ beeinflusst. Schlüsselereignisse sind hierbei der biologische Säureabbau und die darauffolgende Beigabe von Schwefeldioxid (SO2). Ein Einblick in eine Bachelorarbeit an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW).

Stefanie Steinegger 1, Martin Häfele 2 Bei der Verarbeitung von Rotwein wird standardgemäss nach der alkoholischen Gärung ein biologischer Säureabbau im vergorenen Traubensaft eingeleitet. Der Abbau der im Jungwein enthaltenen Äpfelsäure zu Milchsäure dient der Harmonisierung der Gerbstoff-Säure-Balance und der Studentin Bachelor Lebensmitteltechnologie, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften 2 Wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschungsgruppe für LebensmittelProzessentwicklung, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften 1

mikrobiologischen Stabilisierung des Produkts. Durch den prozessbedingten Anstieg des pH-Werts und die nachfolgende Schwefelung der Weine nimmt der Zeitpunkt der Durchführung des biologischen Säureabbaus Einfluss auf die spätere Qualität der Weine.

Acetaldehyd, Schwefeldioxid und der pH-Wert Bei erfolgreicher Farb- und Gerbstoffstabilisierung bilden sich verzweigte Moleküle aus Monomeren der Gerbstoffe und der Anthocyane. Daraus resultiert eine intensivere rote Farbe sowie eine sensorisch feinere Gerbstoffwahrnehmung. Notwendig ist hierfür Acetaldehyd, das als Brückenbil-

dungssubstanz zwischen den Gerbstoffen und den Anthocyanen fungiert. Eine Schwefelung beeinträchtigt die Bildung dieser verzweigten Ketten negativ, da sich der Schwefel an das Acetaldehyd bindet, das für beschriebene Stabilisierungsvorgänge nicht mehr zur Verfügung steht. Ein tiefer pH-Wert beeinflusst darüber hinaus die Reaktivität der Anthocyane positiv und fördert die Farbvertiefung.

Vom Blauburgunder bis zum Merlot In ihrer Bachelorarbeit an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) untersuchte Stefanie Steinegger den Einfluss des Zeitpunktes des ein11/2021

ERNÄHRUNG

geleiteten biologischen Säureabbau und die damit verbundene Schwefelgabe auf die Farb- und Gerbstoffbeschaffenheit bei Rotweinen. Dazu wurden eine Auswahl von Blauburgunder- und Merlot-Rotweinen mit Jahrgang 2009 bis 2019 aus der Versuchskellerei des Instituts für Lebensmittel- und Getränkeinnovation analytisch sowie sensorisch untersucht. Die unmittelbare Einleitung des biologischen Säureabbaus in den Monaten Oktober/November verursacht einen Anstieg des pH-Wertes im vergorenen Jungwein. Ein Anstieg des pH-Wertes führt gleichzeitig zu einer Verlangsamung der Komplexbildung und die darauf resultierende Stabilisierung von beinhaltenden Farb- und Gerbstoffen im Wein, was sich später negativ auf die Intensität der Farbe und Gerbstoffe im Wein auswirkt.

Der verzögerte biologische Säureabbau Aber durch die verzögerte Einleitung des biologischen Säureabbaus bis in den März des Folgejahres und der daraus resultierenden Ausbauzeit bei höherem pH-Wert und Abwesenheit von Schwefel konnte eine deutlich verbesserte Bildung der Farb-Gerbstoffkomplexe festgestellt werden. Dies führte zu einer visuell deutlich dichteren Farbe mit höherem Rotanteil. Ausserdem zeigten die maischevergorenen Blauburgunder mit verzögertem bio-

Der Fokus der Analysen wurde auf die Quantifizierung von reaktivem Gerbstoff (Tannine) sowie auf die Anteile an freien und gebundenen Anthocyanen (rote Farbstoffe) eines jeweiligem Weinmusters gesetzt. Zusammen mit der Säuregradbestimmung sowie dem freien Anteil an SO2 im Wein konnten Rückschlüsse auf die Auswirkung des später eingeleiteten biologischen Säureabbaus auf die Qualität der Farb- und Gerbstoffe getroffen werden. Abgeglichen wurden die Analysen mit einer sensorischen Auswertung mit internem Sensorik-Panel. (Bild: Stefanie Steinegger)

logischen Säureabbau einen reaktiveren Gerbstoff im Vergleich zur Standardvariante. Bei maischeerhitzten Rotweinen war dieser Effekt gering. Sensorisch zeigen die Weine mit verzögertem biologischen Säureabbau unabhängig von der verwendeten

Rebsorte eine intensivere Farbe, eine aromatische Frische sowie einen als jugendlicher beschriebenen Wahrnehmung der Gerbstoffe. ww.zhaw.ch/lsfm

The Original Filter Papers since 1883 Protect what matters Food & Beverage Environment Diagnostic

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ERNÄHRUNG

Für das neue Verfahren werden Modelle mit stabilen Sauerstoffisotopenverhältnissen verwendet. (Bild: Envato)

Methode entlastet das Portemonnaie

Wenn die Herkunft falsch deklariert ist Durch gefälschte Lebensmittel, insbesondere durch falsche Angaben zur geografischen Herkunft, entsteht jährlich ein wirtschaftlicher Schaden in Milliardenhöhe. Botaniker der Universität Basel haben ein Modell entwickelt, mit dessen Hilfe die Herkunft von Lebensmitteln effizient und kostengünstig bestimmt werden kann.

Erdbeeren aus der Schweiz oder Olivenöl aus Italien können im Laden deutlich teurer verkauft werden, als wenn diese Produkte aus anderen Ländern stammen. Immer wieder kämpfen Behörden und die Lebensmittelindustrie deshalb gegen Falschdeklarationen der geografischen Herkunft von Produkten. Der jährliche wirtschaftliche Schaden wird auf 30 bis 40 Milliarden Dollar geschätzt. Eine Methode, um Lebensmittelbetrug aufzudecken, ist die Bestimmung stabiler Isotopen einer Produktprobe. In diesem Fall wird das Sauerstoffisotopenverhältnis mit dem Wert δ18O charakterisiert. Bislang war dieses Verfahren sehr aufwendig und kostspielig. Bei einem Betrugsverdacht müssen nicht nur Referenzdaten aus dem angeblichen Herkunftsland gesammelt werden, sondern auch Vergleichsdaten aus anderen Regionen, um die Herkunft des Produkts zu validieren oder zu widerlegen. Der Basler Botaniker Dr. Florian Cueni hat in Zusammenarbeit mit der auf Isotopen22

analytik spezialisierten Agroisolab GmbH ein Modell entwickelt, mit dem sie das Sauerstoffisotopenverhältnis in Pflanzen einzelner Regionen simulieren können, wodurch das aufwendige Sammeln von Referenzdaten entfällt. Das Modell basiert auf Temperatur-, Niederschlags- und Luftfeuchtigkeitsdaten und Informationen über die Wachstumszeit einer Pflanze. Diese Informationen beziehen sie aus öffentlich zugänglichen Datenbanken. Überprüft und validiert hat Cueni das Modell an einem einzigartigen δ18 OReferenzdatensatz für Erdbeeren, der europaweit über 11 Jahre zusammengetragen wurde. Die Fallstudie hat gezeigt, dass das Modell die Herkunft der Erdbeeren mit hoher Präzision simulieren kann.

Vielfältig einsetzbar «Mit geringfügigen Anpassungen der Parameter kann unser Modell zur Bestimmung aller pflanzlichen Produkte genutzt werden», sagt Prof. Dr. Ansgar Kahmen, der

das Forschungsprojekt geleitet hat. Somit liesse sich die herkömmliche Isotopenanalytik durch die präzise Simulierung der Herkunftsgebiete landwirtschaftlicher Lebensmittel vereinfachen und beschleunigen. Von Interesse ist das Modell der Basler Botaniker einerseits für die behördliche Lebensmittelforensik oder die Ermittlungsbehörden, wenn es beispielsweise um die Herkunft konfiszierter Drogen geht, aber auch für private forensische Institute, die Lebensmittel kontrollieren oder als Gutachter vor Gericht auftreten. Andererseits interessieren sich NGOs wie WWF oder Greenpeace dafür – vor allem im Hinblick auf die Bestimmung der Herkunft von illegal eingeschlagenem Holz – und schliesslich auch die Lebensmittelindustrie, für die der Verkauf potenziell falsch deklarierter Lebensmittel rufschädigend ist.

www.unibas.ch 11/2021

NEWS

Neuer Geschäftsführer bei Triplan

Martin Haase. (Bild: Triplan)

Zum 1. November übernimmt Martin Haase die Position als Geschäftsführer der Triplan GmbH. Er folgt damit Peter Stromberger, der das Unternehmen nach 20 Jahren verlässt. «Mit Martin Haase kommt ein erfahrener und international ausgerichteter Verfahrenstechniker und Sales Experte ins Board of Management der TTP Group», betont Andreas Bonhoff, CEO der TTP-Gruppe, zu der Triplan gehört. Seine Expertise bezüglich Geschäfts-

entwicklung, Transformationsmanagement und Geschäftsprozessoptimierung seien eine hervorragende Ausgangsbasis für weiteres Wachstum der Triplan, so Bonhoff weiter. Martin Haase, der einen Abschluss als Diplom-Ingenieur mit Spezialisierung auf Verfahrenstechnik besitzt, war zuvor sieben Jahre als Vertriebsleiter für Deutschland und der Schweiz bei VTU Engineering Deutschland GmbH, wo er den Aufbau des Kundennetzwerks verantwortete. 2018

wechselte er zu Exyte Central Europe GmbH, wo er als Verkaufsleiter die Sparte Life Sciences & Chemicals betreute und neben der Kundenentwicklung, die Strukturentwicklung von Vertriebsprozessen, Vertriebscontrolling und Risikobewilligungssytemen implementierte. Zuletzt leitete er zwei Jahre als Geschäftsführer die Aquen Solution GmbH.

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Novartis übernimmt Arctos Medical Der Basler Pharmariese schnappt sich einen Spezialisten für gentherapeutische Technologien in der Augenheilkunde. Damit will das Unternehmen die Optogenetik vorantreiben. Novartis möchte ihr Portfolio in der Augenheilkunde um das präklinische Gentherapieprogramm für Adeno-assoziierte Viren sowie die entsprechende Technologie von Arctos, wie der Konzern in seiner Mitteilung schreibt. Die Übernahme unterstreiche das Engagement des Konzerns, Behandlungsmöglichkeiten für Patienten mit Sehkraftverlust zu finden, und

verdeutliche das Potenzial der Optogenetik als Grundlage für erfolgreiche Therapien. Arctos habe die Technologie als potenzielle Behandlungsmethode bei hereditären Netzhautdystrophien und anderen Krankheiten wie der altersbedingten Makuladegeneration, die mit einem Verlust der Photorezeptoren einhergehen, entwickelt. Bestehende Gentherapien würden jeweils nur ein spezifisches Gen korrigieren, wovon nur eine kleine Gruppe von Patientinnen und Patienten profitieren könne, schreibt Novartis weiter. Die ArctosTechnologie beschränke sich

Die Arctos-Technologie beschränkt sich laut Novartis nicht auf ein bestimmtes Gen und könnte damit unabhängig von der zugrunde liegenden Mutation potenziell zur Behandlung zahlreicher Formen der erblichen Netzhautdystrophie eingesetzt werden. (Bild: Novartis)

nicht auf ein bestimmtes Gen und könne damit unabhängig von der zugrunde liegenden

Mutation potenziell zur Behandlung zahlreicher Formen der erblichen Netzhautdystrophie eingesetzt werden. Die Arctos-Technologie basiere auf Entdeckungen der wissenschaftlichen Mitbegründer von Arctos, Dr. Sonja Kleinlogel und Dr. Michiel van Wyk von der Universität Bern. Arctos sei ursprünglich von +ND Capital inkubiert worden und sei später im Rahmen einer von +ND Capital organisierten Finanzierungsrunde (Serie A) vom Novartis Venture Fund unterstützt worden. www.novartis.com

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NEWS

Chemie-Nobelpreis 2021: Die asymmetrische Organokatalyse

Benjamin List (l.) und David W.C. MacMillan. (Bild: Ill. Niklas Elmehed/Nobel Prize Outreach)

Benjamin List (Goethe-Universität Frankfurt) und David W.C. MacMillan (Princeton University) teilen sich den diesjährigen Nobelpreis für Chemie. Mit ihren Forschungen zur Katalyse ermöglichten sie nicht nur effizientere Synthesen im grossen Massstab, sie machten die Chemie auch umweltschonender. Denken wir an Katalysen in der Chemie, so kommen einem noch oft metallhaltige Katalysatoren, z. B. mit Platin, oder natürliche Katalysatoren wie En-

zyme in den Sinn. Die Gruppe der organischen Verbindungen (ohne Metalle), die ebenfalls die Aktivierungsenergie einer Reaktion senken und so die chemische Reaktion in vielen Situationen erst ankurbeln, geraten gedanklich in den Hintergrund. Aber sie spielen in der modernen Chemie schon lange eine herausragende Rolle. Seit der Jahrtausendwende Die beiden neuen Nobelpreisträger Benjamin List und David W.C. MacMillan haben wesentlich dazu beigetragen, dass die Forschung um solche organischen Verbindungen in der Chemie an Bedeutung gewann. Sie selbst senkten quasi die Hemmschwelle um dieses Thema und agierten, bildlich gesprochen, ebenso als Katalysatoren in der chemischen Forschung. Ihr Ver-

dienst: Seit dem Schlüsseljahr 2000 nahmen die Veröffentlichungen um asymmetrische Organokatalysen rasant zu. Und so kamen die positiven Eigenschaften der organischen Katalysen in der Industrie immer mehr zum Vorschein. Die ersten wichtigen Studien List und sein Team veröffentlichten eine asymmetrische Aldolreaktion zwischen einem Keton und einem Aldehyd. Sie liesssen die Reaktion mit einer organischen Verbindung katalysieren, genauer mit der Aminosäure L-Prolin. Die Studie ist 2000 im «Journal of the American Chemical Society» erschienen. W.C. MacMillan und sein Team zeigten eine enantioselektive Diels-Alder-Reaktion zwischen einem α,α-ungesättigten Alde-

hyden und Cyclopentadien. Ein chirales Imidazolidinon katalysierte die Reaktion. Diese Studie wurde ebenfalls im Jahr 2000 in derselben Fachzeitschrift publiziert. Umweltfreundlich und ideal für die Pharmaindustrie Reaktionen mit asymmetrischer Organokatalyse laufen im Vergleich zu ihren «metallischen Kontrahenten» unter wesentlich milderen Bedingungen ab. Sie tragen fundamental zur Idee der Grünen Chemie bei. Zudem ermöglichen sie die Synthese von enantiomerenreinen Verbindungen, was in der Herstellung von Wirkstoffen essenziell ist und der Pharmaindustrie sowie der Feinchemie zugute kommt. www.nobelprize.org Text: Roger Bieri

Medizin-Nobelpreis 2021: Wie wir Temperatur und Reize wahrnehmen Dieses Jahr wurde der Nobelpreis für Medizin für die Entdeckung von bestimmten Rezeptoren verliehen, die dafür sorgen, dass wir Temperatur und mechanische Reize wahrnehmen. Der Amerikaner David Julius (Universität von Kalifornien) und der libanesisch-amerikanischer Molekularbiologe Ardem Patapoutian (Scripps Research) teilen sich den diesjährigen Preis. Unsere Fähigkeit, Wärme, Kälte und Berührung zu spüren, ist in unserem Leben unabdingbar und bildet die Grundlage für unsere Interaktion mit der Welt um uns herum. Im Alltag nehmen wir diese Empfindungen als selbstverständlich hin, aber wie werden Nervenimpulse ausgelöst, damit Temperatur und Druck wahrgenommen 24

werden können? Diese Frage wurde schliesslich von den diesjährigen Nobelpreisträgern gelöst. Entscheidende Lücken geschlossen David Julius nutzte Capsaicin, eine scharfe Verbindung aus Chilischoten, die ein brennendes Gefühl hervorruft, um einen Sensor in den Nervenenden der Haut zu identifizieren, der auf Hitze reagiert. Ardem Patapoutian verwendete druckempfindliche Zellen, um eine neue Klasse von Sensoren zu entdecken, die auf mechanische Reize in der Haut und in inneren Organen reagieren. Diese bahnbrechenden Entdeckungen lösten intensive Forschungsaktivitäten aus, die zu einer raschen Erweiterung un-

David Julius (l.) und Ardem Patapoutian. (Bild: Ill. Niklas Elmehed/Nobel Prize Outreach)

seres Verständnisses darüber führten, wie unser Nervensystem Wärme, Kälte und mechanische Reize wahrnimmt. Die Preisträger identifizierten entscheidende Lücken in unserem Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen unseren Sinnen und der Umwelt. Eines der grossen Rätsel, vor denen die Menschheit steht, ist die Frage, wie wir unsere Umwelt wahrnehmen. Die Mechanismen, die unseren Sinnen

zugrunde liegen, haben unsere Neugier seit Jahrtausenden geweckt, z. B. wie Licht von den Augen wahrgenommen wird, wie Schallwellen auf unser Innenohr wirken und wie verschiedene chemische Verbindungen mit den Rezeptoren in unserer Nase und unserem Mund interagieren und so Geruch und Geschmack erzeugen. Vor den Entdeckungen von David Julius und Ardem Patapoutian gab es in unserem Verständnis, wie das Nervensystem unsere Umwelt wahrnimmt und interpretiert, noch eine grundlegende ungelöste Frage: Wie werden Temperatur und mechanische Reize im Nervensystem in elektrische Impulse umgewandelt? www.nobelprize.org 11/2021

NEWS

Schweizer Solartreibstoffproduzent wird internationaler

Durch die Übernahme expandiert Synhelion nach Deutschland. (Bild: Synhelion)

Das Unternehmen Synhelion SA übernimmt die deutsche Heliokon GmbH, eine Expertin auf dem Gebiet der hochkonzentrierenden Solartechnologie. Heliokon wird vollständig in Synhelion integriert. Durch den Zusammenschluss werden die komplementären Technologien der beiden Unternehmen zusammengeführt. Somit kann Synhelion als internationales Unternehmen ein Gesamtsystem für die Herstellung solarer Treibstoffe anbieten.

Synhelion stellt Solartreibstoffe her, die als Benzin, Diesel und Kerosin mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren und Flugzeugtriebwerken kompatibel sind. Für die Herstellung dieser synthetischen Treibstoffe wird Energie benötigt, die aus hochkonzentriertem Sonnenlicht gewonnen wird. Während Synhelions Hauptfokus auf dem Receiver des konzentrierten Sonnenlichts, dem Solarreaktor und einem Wärmespeicher zur kontinuierlichen Produktion von Solar-

treibstoffen liegt, fokussiert sich Heliokon auf hochkonzentrierende Spiegelsysteme, die hohe Prozesstemperaturen ermöglichen. Als Expertin auf dem Gebiet der hochkonzentrierenden Solartechnologie nutzt Heliokon konzentrierende Heliostate (Spiegel), um Sonnenlicht auf einen Receiver zu bündeln und das darin befindliche Wärmeträgermedium auf bis zu 1500 °C zu erhitzen.

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Zwei Pumpenspezialisten spannen zusammen Mit Almatechnik AG und TDF Schweiz AG bündeln zwei traditionsreiche, Schweizer Anbieter im Pumpenmarkt ihre Kräfte. Durch den Zusammenschluss

der zwei Firmen entsteht ein neuer Marktführer im Schweizer Pumpenmarkt. Kunden und Lieferanten können von den im neuen Unternehmen ge-

wonnenen Synergien im Angebot und Handling von Wartung und Reparatur profitieren. Die kundenorientierte Haltung und der Vertrieb von hochwer-

Die Almatechnik ist spezialisiert im Bereich der Pharmaindustrie und Biotechnologie. Die TDF Schweiz AG liefert Pumpen, Filter und komplett massgeschneiderte Pumpensysteme an die allgemeine Industrie, mit Schwerpunkten in der Chemie und Nahrungsmittelindustrie. (Bild: Shutterstock)

tigen, industriellen Pumpen bilden weiterhin die Basis, nach welcher sich die neue Geschäftsführung ausrichtet. Die Fusion ändert nichts an den bestehenden Kundenbeziehungen. Die bisherigen Mitarbeitenden werden neu als ein Team ihre Erfahrung und ihr Know-how bündeln. Von diesem Austausch profitiert sowohl das Unternehmen als auch die Kunden. Das sehr erfahrene und hochspezialisierte Team setzt sich im Schweizer Pumpenmarkt für umfangreiche Beratung und Service ein. Dabei stehen weiterhin die bewährten Produkte wie Almatec, Wilden, Quattroflow oder TDF Systems im Angebot.

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NEWS

Neues Start-up will Wasserstoff-Tankstellen für die ganze Schweiz bauen

Noch sind diese Tanksäulen selten in der Schweiz. (Bild: Adobe Stock)

Das in diesem August gegründete Unternehmen H2 Energy Solutions GmbH ist auf die Konstruktion und Unterhalt von Wasserstoff-Tankstellen spezialisiert. Selbsterklärtes Ziel: Eine schweizweite Infrastruktur mit Wasserstoff-Tankstellen für Personenwagen. Der Strassenverkehr in der Schweiz verursacht rund 38 Prozent der in der Schweiz verbrauchten Endenergie. Somit stellt der Strassenverkehr die grösste Energie-Verbrauchergruppe dar, noch vor den Haushalten und der Industrie.

Seinen Energiebedarf deckt der Verkehr zu 94 Prozent mit Erdölprodukten (Benzin, Diesel, Flugtreibstoffe). Mit Verbrennungsmotoren betriebene Fahrzeuge stossen das Treibhausgas Kohlendioxid aus und beeinflussen auf diese Weise das Klima. 2019 beliefen sich die CO2-Emissionen des Verkehrs auf insgesamt 14,7 Millionen Tonnen (ohne den internationalen Flugverkehr). Dies entsprach 40 Prozent der CO2-Emissionen der Schweiz. Zwischen 1990 und 2019 nahmen die verkehrsbedingten

CO2-Emissionen um 2 Prozent zu. Das in diesem August gegründete Schweizer Start-up-Unternehmen H2 Energy Solutions GmbH will wesentlich dazu beitragen, den vom Strassenverkehr verursachten CO2-Ausstoss zu reduzieren durch den Aufbau einer schweizweiten Tankstellen-Infrastruktur für die Betankung von PWs und LKWs mit Wasserstoff. Wasserstoff enthält als Kraftstoff dreimal mehr Energie als Kraftstoffe aus fossilen Rohstoffen wie Benzin oder Diesel. In der Schweiz verkehren derzeit rund 6 Millionen Fahrzeuge, die an einer der rund 3550 öffentlichen Tankstellen mit traditionellem Treibstoff tanken. Aktuell gibt es hierzulande äusserst wenige WasserstoffTankstellen, die auch nur eine bestimmte Region in der Schweiz abdecken. Das Autohaus Toyota hat die Absicht, 1600 Exemplare ihres Wasserstoff-Modells «Mirais Fuel Cell» in die Schweiz zu verkaufen. Doch dazu braucht es ein schweizweites Tankstellennetz für die Betankung mit Wasserstoff. Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus Wasser gewon-

nen wird, wird komprimiert und kann so gelagert oder transportiert werden. Ein sauberes Abfallprodukt Für die Herstellung von Wasserstoff wird zwar eine Menge Strom benötigt. Wird dieser Strom allerdings aus erneuerbaren Energien gespeist, ist der Antrieb nachhaltig. In diesem Zusammenhang spricht man auch von «grünem Wasserstoff». Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) produziert bereits Wasserstoff und gewinnt den dafür notwendigen Strom aus Photovoltaikzellen. Wasserstoff-Elektroautos haben einen speziellen und besonders stabilen Tank, in den der komprimierte Wasserstoff eingefüllt wird. Dieser Wasserstoff wird in Brennstoffzellen zu elektrischer Energie gewandelt. Bei der Wandlung reagieren Wasserstoff und Sauerstoff. Das «Abfallprodukt» der Stromproduktion ist Wasser.

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11/2021

FORSCHUNGSWELT

Die Studie weist daraufhin, dass epidemiologische Studien zur Untersuchung organischer Arsenverbindungen nötig sind. (Bild: Shutterstock)

Arsenverbindungen, die bisher als harmlos galten

Organisches Arsen, wie giftig ist es? Arsen ist das wahrscheinlich populärste aller Gifte und Gegenstand unzähliger Kriminalromane. Weniger bekannt ist, dass es in Trinkwasser, Fisch und Reis vorkommt. Während es in Reinform oder in anorganischen Verbindungen den Energiehaushalt der Zelle stört und sogar Krebs auslösen kann, galten in Lebensmitteln vorkommende organische Verbindungen bisher als unbedenklich, obwohl verlässliche Studien fehlten.

Der Grazer Chemiker Kevin Francesconi versuchte nun mit seiner Forschungsgruppe in einem vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) teilfinanzierten internationalen Projekt, diese Lücke zu schliessen. Erst kürzlich erkannte man, dass auch Fische und Krustentiere grosse Mengen von organischem Arsen in giftiger Form enthalten. Das könnte Auswirkungen auf den Menschen haben. «Unser Wissen über anorganische Arsenverbindungen, die in Nahrungsmitteln und Trinkwasser überall auf der Welt vorkommen, ist seit 30, 40 Jahren recht gut. Wir wissen, dass diese Verbindungen hochtoxisch sind und Herzerkrankungen oder Krebs auslösen können», erklärt Projektleiter Francesconi. «Doch erst kürzlich erkannte man, dass auch Meereslebewesen wie Fische und Krustentiere grosse Mengen von Arsen in giftiger Form enthalten», so der Forscher. 11/2021

Zum grössten Teil natürlichen Ursprungs Arsen in unserem Wasser und Essen – ist unser Planet wirklich so verschmutzt? «Nein, das Arsen ist zum Grossteil natürlichen Ursprungs», erklärt Francesconi. Es ist im Meerwasser gelöst und wird von Algen mit Phosphat verwechselt und aufgenommen. Über die Algen gelangt es in andere Meereslebewesen, die deshalb Strategien entwickelt haben, das Arsen in ihren Organismus einzubauen, und zwar in nicht toxischer Form.

Ungiftiges Arsen Diese Verbindung heisst Arsenobetain – dabei wird in dem körpereigenen Molekül Betain statt einem Stickstoffatom ein Atom des Metalls Arsen eingebaut. Die Harmlosigkeit von Arsenobetain ist seit längerer Zeit bekannt und vermittelte eine Sicherheit, die sich nun als trügerisch her-

ausstellt: «Forschungen über Arsen in Meereslebewesen wurden nicht weiterverfolgt. Erst kürzlich konnten wir mit unserer Arbeit in Graz zeigen, dass es allerdings noch eine ganze Reihe weiterer Arsenverbindungen in Meereslebewesen gibt, die sehr wohl toxisch sind», sagt Francesconi. Die Rede ist von Molekülen, bei denen Arsen an Lipide gebunden ist, die zum Fettstoffwechsel des Körpers gehören.

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FORSCHUNGSWELT

dieser Daten wurden weitere Kooperationen geschlossen, unter anderem mit norwegischen und japanischen Partnerinstitutionen. Beide Länder sind für hohen Konsum von Fisch und Meeresfrüchten bekannt. Gemeinsam mit den norwegischen Forschungspartnern konnten die Wissenschaftler schliesslich zeigen, dass die untersuchten Arsenverbindungen über die menschliche Muttermilch an Kinder weitergegeben werden.

Gefahr schwer einzuschätzen

Gewebeproben wurden zur Analyse nach Graz geschickt, um herauszufinden, wie sich das Arsen im Körper verhielt. Dabei zeigte sich etwa, dass Arsenolipid in Mäusen die Blut-HirnSchranke überwindet und sich im Gehirn ansammelt. (Bild: Shutterstock)

Die Gefährlichkeit dieser Arsenverbindungen besteht unter anderem darin, dass sie fettlöslich sind und daher Zellwände mühelos durchdringen können. Diese Arsenverbindungen untersuchte Francesconis Team in Graz nun gemeinsam mit einer Arbeitsgruppe der Universität Potsdam in dem Grundlagenprojekt. Dabei konnte gezeigt werden, dass diese Verbindungen anders als Arsenobetain hochgiftig sein können.

Fruchtbare Zusammenarbeit «Wir in Graz sind auf analytische Arbeit spezialisiert», so der Chemiker. «Wir entwickeln Methoden, diese Komponenten nachzuweisen. Ausserdem haben wir die Möglichkeit, die Verbindungen auch in Reinform herzustellen – eine besonders wertvolle Voraussetzung für toxikologische Studien», wie Francesconi betont. Er und

sein Team analysierten also Wasser- und Nahrungsmittelproben und produzierten die gefundenen Arsenverbindungen in reiner Form. Diese wurden zum Partnerinstitut nach Deutschland geschickt, das auf toxikologische Untersuchungen spezialisiert ist. «Das war eine enorm fruchtbare Zusammenarbeit», so der Chemiker. In Potsdam wurden Tests an menschlichen Zellen durchgeführt, später dann an Fruchtfliegen, Fadenwürmern und Mäusen.

Überwindung der Blut-Hirn-Schranke Gewebeproben wurden zur Analyse nach Graz geschickt, um herauszufinden, wie sich das Arsen im Körper verhielt. Dabei zeigte sich etwa, dass Arsenolipid in Mäusen die Blut-Hirn-Schranke überwindet und sich im Gehirn ansammelt. Aufgrund

Wie gefährlich die Verbindungen für den Menschen genau sind, lasse sich trotz der zahlreichen Ergebnisse noch nicht sagen. «Man weiss, dass die Effekte im Menschen ganz anders sein können als im Tierversuch», erinnert der Forscher. Francesconi betont daher, dass noch viel zu tun sei: Als 2016 von der Europäischen Union Grenzwerte für Arsen in bestimmten Nahrungsmitteln festgelegt wurden, klammerte man organische Arsenverbindungen sowie den gesamten Bereich von Fisch und Meeresfrüchten bewusst aus, mit dem Hinweis, dass noch nicht genügend Daten vorhanden seien. Die Ergebnisse des Projekts seien ein wichtiger erster Schritt, so Francesconi, aber: «Es braucht nun grosse epidemiologische Studien, um genau zu wissen, wie gefährlich diese Substanzen wirklich sind.» Dazu sind grosse Labors erforderlich, die mit den von Francesconi und seinem Team entwickelten Analysemethoden ausgestattet sind und in deren Entwicklung ein grosser Teil des Projektbudgets floss. Das macht solche Studien nicht nur kostspielig, sondern auch enorm aufwendig. Das Projekt, das Teil eines Dach-Projekts für Kooperationen zwischen Deutschland, Österreich und der Schweiz war, hatte eine Laufzeit von drei Jahren und endete 2019.

www.fwf.ac.at

11/2021

FORSCHUNGSWELT

Wer einen Beitrag für Wikipedia schreibt, erreicht viele Menschen – auch Wissenschaftler. (Bild: Shutterstock)

Die andere Seite der Medaille

Wikipedia beeinflusst die chemische Forschung Jeder kennt das: Plötzlich stolpert man über eine exotische Theorie. Also liest man das Wichtigste kurz auf der Wikipedia nach. Oft sind seriöse Studien zur Thematik ganz unten in den Beiträgen verlinkt. Praktisch. Doch, dass die Wikipedia nicht nur im Alltag hilft, sondern auch umgekehrt die Forschung beeinflusst, ist ein ganz anderes Kapitel.

Roger Bieri Was wäre das Internet ohne Wikipedia? Keine Frage, die Plattform ist nützlich und auch wichtig. Denn sie generiert frei zugängliches Wissen. Aber man kann die Enzyklopädie durchaus auch kritisieren. Vor allem die internen Strukturen der Wikipedia sind schwierig.

Das Problem mit der fehlenden Transparenz Die Autoren der Wikipedia-Beiträge sind anonym. Dies ist wichtig. Nur so sind die Verfasser geschützt, da auch über politisch oder gesellschaftlich heikle Themen geschrieben werden muss. Andererseits öffnet diese Ausgangslage Manipulationen und Fehlinformationen Tür und Tor. Daher führte man sogenannte Administratoren ein, die für Recht und Ordnung sorgen sollen. Administratoren sind Wikipedia-Autoren, die schon sehr lange und intensiv für die Plattform schreiben. Sie werden von den anderen Autoren gewählt. Nur die Administratoren dürfen beispielsweise ganze Beiträge löschen. 11/2021

Sie sind die «Hüter und Wächter» der Wissensplattform und haben sozusagen die letzte Stimme. Diese Struktur wird aber oft kritisiert: Wer sind denn diese Administratoren? Über welche Kompetenzen verfügen sie? Wie lange bleiben sie gewählt? Wer sind die Wähler? Alles offene Fragen.

Keine verlässliche Quelle Gerade wegen dieser Intransparenz bei den Autoren ist bei Wikipedia-Beiträgen immer Vorsicht geboten. Zudem fehlen oft Primärquellen und eine faire Beurteilung eines heiklen Themas ist nicht möglich. Für eine bewusste Falschaussage haftet niemand. Und dennoch: Gerade diese Plattform soll Einfluss auf die chemische Forschung nehmen. Neil C. Thompson von der MIT und Douglas Hanley von der Uni-

versity of Pittsburgh wollten diese Vermutung wissenschaftlich überprüfen.

Chemie und Wikipedia Dass wissenschaftliche Studien teilweise den Inhalt der Wikipedia-Beiträge liefern, ist schliesslich klar. Damit aber umgekehrt auch der andere Zusammenhang erkennbar wird, mussten die Forscher zuerst einmal eigene Wikipedia-Artikel erstellen. Zusammen mit Doktoranden der Chemie generierten sie unzählige Beiträge, die auf der Plattform thematische Neuheiten darstellten.

Gute Forschung, schlechte Forschung In ihrer Studie beschreiben Thompson und Hanley ihr datenbasiertes Vorgehen ganz genau. Um einen möglichen Effekt

Analyse der Studien

Produktion der Wikipedia-Artikel

Analyse der Studien

6 Monate vor der Publikation

3 Monate

6 Monate nach der Publikation

Die Zeitfenster der Untersuchungen: sechs Monate vor der Produktion der Artikel und sechs danach.

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ihrer Wikipedia-Artikel auf die Forschung zu messen, werteten sie die Themenlandschaft der chemischen Forschung vor und nach der Veröffentlichung aus. Wie misst man aber einen möglichen Einfluss? Schliesslich wird bei wissenschaftlichen Publikationen niemals «Wikipedia» als Quelle genannt. Bei ihren erstellten Wikipedia-Beiträgen positionierten die phDStudierenden am Schluss immer zwischen 2 und 3 bewusst ausgewählte Primärquellen. Die Idee: Anstelle von «Wikipedia» würden diese Primärquellen vermehrt in den wissenschaftlichen Publikationen zitiert, wenn die Enzyklopädie nun Einfluss auf die Wissenschaftscommunity nähme. Zusammen mit anderen Faktoren war schnell

klar: Ja, die Wikipedia-Artikel hatten eine messbare Resonanz auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen der folgenden sechs Monate. Ob dies nun gut oder schlecht sei, wollten Thompson und Hanley nicht schreiben. Die Bewertung der wissenschaftlichen Qualität eines Zeitschriftenartikels sei, auch abgesehen von diesem Experiment, schwierig, so die Autoren. Zu hoffen ist, dass die Chemiker, die diese Primärquellen aus den Wikipedia-Artikeln zitierten, auch wirklich die Primärquellen zuvor gelesen hatten und nicht nur das Wiki-Kurzfutter. Die Studie zeigt: Wer viele Menschen erreichen will, der schreibt am besten Beiträ-

ge für Wikipedia. Damit verschafft man sich nicht nur bei Otto Normalverbraucher Gehör, sondern spricht auch forschende Chemiker an. Dabei steuert man bis zu einem gewissen Grad die Richtung, wonach geforscht werden soll und welche Publikationen zitiert werden sollen – und welche eben nicht. Falschinformationen, Manipulationen und Fehler sind im Netz an der Tagesordnung. Deshalb ist es umso wichtiger: Forschende sollten selbst auch Beiträge auf Wikipedia verfassen. Ihre Forschung wird verstärkt wahrgenommen und Falschinformationen sowie Fehler werden eingedämmt. Vielleicht sollten die Forscher der Chemie auf diesen Umstand aufmerksam gemacht werden.

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FORSCHUNGSWELT

Hart und weich

Das Rätsel der biegsamen Schale Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) hat ein Geheimnis um die Schale eines Meerestiers gelüftet: Die Forschenden haben entschlüsselt, weshalb die Schutzhülle des Armfüssers Discinisca tenuis in Wasser extrem weich und an der Luft wieder hart wird. Die Studie ist im Fachblatt «Nature Communications» erschienen.

Brigitte Osterath 1 Der Armfüsser Discinisca tenuis lebt an der Westküste Afrikas und hat eine mineralreiche Schale, die ihn vor schädlichen Umwelteinflüssen schützt. Wird diese Hülle von Wasser umspült, führt das zu einer Strukturveränderung im Material: Die flache harte Schale wird so biegsam, dass sie sich sogar zusammenfalten lässt, ohne zu brechen. Wie genau diese Umwandlung vor sich geht, haben die Forschenden unter anderem mithilfe der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS entschlüsselt.

Der berühmte Zufall Vor einigen Jahren entdeckte der Materialchemiker Fabio Nudelman das Phänomen dieser Naturschale rein zufällig. Heute arbeitet er an der Fakultät für Chemie der Universität von Edinburgh in Schottland. Maggie Cusack, inzwischen Direktorin der Munster Technological University in Irland, hatte ihm Schalen des Armfüssers Discinisca tenuis zur Verfügung gestellt, welche ursprünglich aus Namibia stammten. Als er das harte Objekt waschen wollte, wurde es unter Wasserkontakt plötzlich weich und biegsam. Die Schale hatte Flüssigkeit aufgenommen und dadurch ihre Struktur verändert. Der Prozess war reversibel: Trocknete die Schale, wurde sie erneut hart und spröde.

Eine eigenartige Eigenschaft Gemeinsam mit Kollegen und Kolleginnen aus sechs Ländern machte sich Nudelman daran, herauszufinden, was genau bei dieser unerwarteten Veränderung passiert. «Die Schale ähnelt Knochen», erklärt er. «Knochen aber verändern nicht ihre Struk1

Paul-Scherrer-Institut

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Die Schale des Armfüssers Discinisca tenuis ist hart und spröde, wird aber weich und biegsam, wenn sie Wasser aufnimmt. Der Prozess ist reversibel. (Bild: Brookhaven National Laboratory)

tur, wenn sie nass werden.» Dasselbe gilt für Muscheln: Wollen die Tiere die Eigenschaften ihrer Schale an andere Umweltbedingungen anpassen, müssen sie normalerweise in einem langwierigen und energiereichen Prozess das Material umarbeiten, indem sie Mineralien resorbieren und neu verteilen. Alleine durch die Aufnahme von Wasser funktioniert das nicht.

Hybridmaterial mit besonderem Trick Insbesondere eine sogenannte Kryo-Tomografie an der SLS «öffnete die Tür, um das Geheimnis zu lüften», erzählt Johannes Ihli, Forscher an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. Mit der Technik schauten sich die Forschenden das Material wie unter einem Mikroskop mit sehr hoher Auflösung genau an, und zwar bei extrem kalten Temperaturen. «Bei Zimmertemperatur wäre das nicht möglich, da das hoch-

Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. (Bild: PSI)

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energetische Röntgenlicht die empfindliche Schalenstruktur sofort verändern würde», erläutert Ihli. Die maximal einen halben Millimeter dicke Schale des Armfüssers besteht aus einem Hybridmaterial: hauptsächlich anorganisches Mineral, in das organische Polymere aus Proteinen und Zuckern eingelagert sind. Aus einem ähnlichen Mix aus organischen und anorganischen Bestandteilen sind auch Knochen, Muschelschalen und Zähne aufgebaut. Das Mineral, das den Hauptbestandteil der Schale ausmacht, ist eine Art Fluorapatit – ähnlich dem Material, aus dem unser Zahnschmelz besteht.

Winzige Nanokristalle dieses Materials sind in Schichten angeordnet. Nudelman vergleicht es mit Ziegelmauern: «Dabei sind die Ziegel die Nanokristalle, und der Mörtel zwischen den Ziegeln besteht aus organischen Molekülen wie Chitin und Proteinen.» Wie die Forschenden beobachteten, kann dieser «Mörtel» grosse Mengen Wasser aufnehmen und quillt dabei auf. Durch die Einlagerung von Wasser verändert er seine Struktur: Er wird weich, und dadurch werden die Ziegel gegeneinander verschiebbar. «Wasser wirkt wie ein Gleitmittel zwischen den einzelnen Nanokristallen», erklärt Ihli. «Die Kristalle können sich dann gegeneinander verschieben.» Durch

Für Nudelman lässt sich das Phänomen mit Ziegelmauern gut erklären: Anorganische Verbindungen sind die Ziegel und die organischen stellt der Mörtel dar. Der Mörtel nimmt Wasser auf, die Ziegelsteine allerdings nicht. (Bild: Envato)

diese Bewegung wird die Schale biegsam. In der Schale fanden die Forschenden ein Netzwerk von Poren, welches Wasser besonders effektiv ins Innere leitet und es schnell überallhin verteilt.

Was sich die Evolution dabei gedacht hat Discinisca tenuis lebt in grossen Ansammlungen in Gezeitenzonen an der Küste, wo die Tiere je nach Gezeitenstand starken Wellen oder ruhigen Gewässern ausgesetzt sind. Es hat vermutlich Vorteile, wenn die Tiere die Weichheit ihrer Schale schnell an die jeweilige Situation anpassen können, spekulieren die Forschenden: «Das könnte Beschädigungen an der Schale verhindern und so ein Schlüssel fürs Überleben der Tiere sein», schreiben sie in der Studie. Möglicherweise ist das Phänomen sogar weiter verbreitet als gedacht: «Wir wissen nicht, wie viele andere Tierarten es noch gibt, die eine solche Eigenschaft aufweisen», sagt Nudelman. Abseits von Biologie und Evolution sind die gewonnenen Kenntnisse auch für die Materialwissenschaft interessant: Ein hartes, sprödes Material zu entwickeln, dessen Steifheit sich kontrollieren lässt, verspricht viele Anwendungen. Sport-Kleidung oder -Helme etwa könnten sich dann flexibel Bewegungen anpassen und immer den Schutz bieten, der je nach Aufschlag gerade erforderlich ist. Auch bei Knochenersatzmaterialien könnte das nützlich sein. www.psi.ch

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UMWELT

Für eine saubere Luft

Sensoren kalibrieren, Algorithmen trainieren Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet neue Wege. So auch in der Optimierung von Umweltsensoren. Doch Vorsicht: KI kann auch falsche Zusammenhänge errechnen und so Scheinrelationen produzieren. Methoden des experimentellen Designs reduzieren solche Fehler. Dank seiner langjährigen Erfahrung in der Gas- und PartikelMesstechnik bietet das Metas das meiste der nötigen Infrastruktur bereits an, damit solche anspruchsvollen Experimente möglich werden.

Georgi Tancev ¹ Laut der Weltgesundheitsorganisation WHO lassen sich weltweit 4,2 Millionen Tote pro Jahr auf die Luftverschmutzung zurückführen. Mehr als 91 Prozent der Menschen weltweit leben in Gebieten, in denen die Luftqualität nicht den Vorgaben der WHO entspricht. Allein in Europa könnten jährlich bis zu 70 000 frühzeitige Tode verhindert werden, wenn die Menge an Feinstaub auf die von der WHO empfohlenen Grenzwerte reduziert würden. Durch die Reduktion von Stickstoffdioxid wären es laut einer Lancet-Studie immerhin noch 2500 Menschenleben, die gerettet werden könnten. Damit ist und bleibt Luftqualität ein aktuelles Thema, selbst in Europa, wo im weltweiten Vergleich die Luft als eher rein gilt.

Bessere Auflösung in Raum und Zeit In den Städten sind die räumliche und zeitliche Auflösung der Messungen von Luftschadstoffmengen eher gering, deswegen besteht gegenwärtig grosses Interesse an preiswerten Lösungen, um diese Auflösung zu erhöhen. In den letzten Jahren wurde daher viel an potenziellen günstigen Produkten zur Luftqualitätsüberwachung geforscht und gearbeitet. Diese sollen Teil des sogenannten «internet of things» sein und in Echtzeit Ergebnisse liefern. Als essenzielle Bauteile dürfen hierbei Gas- (CO, NO, NO2, O3) und Aerosolsensoren (PM2.5, PM5, PM10) nicht fehlen. Solche Sensoren sind relativ günstig (zwischen 50 und 250 Franken), liefern dafür aber auch eher unzuverlässige Mess1

Metas, Bern-Wabern

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Bild 1: In der Schweiz führen Luftverschmutzungen zu erheblichen Gesundheitsbeschwerden. Je nach Quelle schätzt man, dass europaweit rund 700 000 Personen jährlich frühzeitig an den Folgen der Kontamination sterben. (Bilder: Metas)

Bild 2: Fehler der Künstlichen Intelligenz: Plötzlich hängen die CO- und NO2-Werte vermeintlich zusammen, nur weil sie gleiche Verläufe zeigen.

UMWELT

Bild 3: Für die Luftqualitätsüberwachung müssen die Gase CO, NO, NO 2 und O 3 mit unterschiedlichen Sensoren gemessen werden.

resultate. Beispielsweise sind Gassensoren anfällig für Interferenzen mit beliebigen Gasen, aber auch mit Umweltfaktoren wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur, wobei jeder Sensor etwas anders reagiert. Um dem entgegenzuwirken, werden meistens mehrere unterschiedliche Sensoren in einem einzelnen Gerät verbaut (der Fachbegriff lautet hierbei «sensor fusion») und die Effekte auskorrigiert. Aufgrund von raschen Alterungsprozessen müssen die Geräte allerdings auch im Vergleich öfter rekalibiert werden.

Vorausschauende Wartung Hierfür bedarf es jedoch einer Kalibrierung, die gegenwärtig meist mit Felddaten vollzogen wird, so zum Beispiel durch das Platzieren der Geräte neben Referenzstationen während einiger Tage oder Wochen. Mit den gesammelten Daten werden dann mathematische Modelle mittels der Trickkiste des maschinellen Lernens (eines Teilgebietes der künstlichen Intelligenz (KI) und Datenwissenschaft/«data science») erstellt und in die Software programmiert. Als Forschungspartner unterstützt das Metas gegenwärtig ein solches Unterfangen. Gemeinsam mit LNI Swissgas und der Dienststelle für Luft, Lärm und nichtionisierende Strahlung (Sabra) des Kantons Genf in einem durch Innosuisse 34

geförderten Projekt. Auf der einen Seite offeriert das Metas Kompetenz in der Evaluation der Sensoren; auf der anderen Seite werden neu auch Bereiche des maschinellen Lernens unterstützt, beispielsweise in der Evaluation von möglichen Algorithmen. Weiter wird ebenfalls an vorausschauender Wartung (auch prädiktiver Wartung vom Englischen «predictive maintanance») geforscht, womit Geräte die Nutzer informieren würden, sobald sie rekalibiert werden müssten. Das ist insofern interessant, da Rekalibrationsintervalle für jede Einheit optimiert werden könnten, wobei so im Betrieb von Sensornetzwerken die Kosten reduziert würden.

Richtige Korrelationen erkennen Neuere Studien vom Metas haben nun allerdings aufzeigen können, dass die Daten, die die Basis für die Korrekturmodelle bilden, räumlich und zeitlich gebunden sind und die Kalibrierungen selten repräsentativ sind, was zu unzuverlässigen Messresultaten führen kann. Das zugrundeliegende Problem sind die Korrelationen zwischen den verschiedenen Faktoren in der Atmosphäre. Das kann dazu führen, dass ein CO-Sensor plötzlich NO2 «messen» kann, weil beide Schadstoffe ähnliche Zeitverläufe aufweisen. Sobald sich die

Beziehungen zwischen den Stoffen ändern, sei es aufgrund von räumlicher oder zeitlicher Verschiebung, kommt es zu falschen Messergebnissen. Wenn die COMenge sinkt, sinkt dann scheinbar auch die NO2-Menge gemäss den Modellen. Dieses Problem ist allgegenwärtig im KIBereich. Die Rolle der Algorithmen liegt darin, die Information in den Daten zu einfachen Regeln zu komprimieren. Wenn nun CO und NO2 dieselben Verläufe aufweisen, dann ist das eine Regel, die gelernt wird (siehe Bild 2). Deswegen wird in diesem Bereich auch an Techniken geforscht, um solche Phänomene frühzeitig zu erkennen. Denn grundsätzlich gilt, dass jedes Modell nur so gut ist, wie die dafür verwendeten Daten. Um die beschriebenen Herausforderungen zu lösen, wird am Metas an neuen Anlagen und Messgeräten geforscht, die effizient, das heisst in möglichst wenigen Experimenten, solche Daten erzeugen sollen.

Lernen mit experimentellem Design Dies ist insofern von Bedeutung, da viele Faktoren gleichzeitig variiert werden müssen, beispielsweise Temperatur und Feuchtigkeit, aber auch die verschiedenen Gaskonzentrationen. Des Weiteren dürfen in diesen Daten natürlich keine künstlichen Korrelationen bestehen, daher bedient man sich der Methoden des experimentellen Designs, um optimale Kombination der Faktoren zu bestimmen und dies zu vermeiden. Dank seiner langjährigen Erfahrung in der Gas- und Partikel-Messtechnik bietet das Metas das meiste der nötigen Infrastruktur bereits an, um solche anspruchsvollen Experimente durchzuführen. Beispielsweise können Feinstäube nach Mass produziert werden. Die neue Anlage mit dem Namen Palma produziert «natürlichen» Feinstaub, wie er in der Umgebungsluft vorkommt. Bei den erzeugten Mehrkomponenten-Aerosole lassen sich Temperatur, Partikelgrössenverteilung, chemische Zusammensetzung und Massenkonzentration unabhängig variieren.

www.metas.ch 11/2021

UMWELT

Enzymen sei Dank

Bakterien gegen chemische Altlasten Bakterien aus einer indischen Mülldeponie könnten helfen, chemische Altlasten zu beseitigen. Im Fokus stehen Pestizide wie Lindan oder bromierte Flammschutzmittel, die sich in der Natur und in Nahrungsketten anreichern. Forschende der Empa und der Eawag erzeugten mithilfe dieser Bakterien Enzyme, die solche Chemikalien zerlegen können.

Rainer Klose ¹ Die Produktion von Chemikalien ist eine umständliche Sache. Oft entsteht in der Fabrik nur zu einem kleinen Teil das, was man eigentlich möchte. Der grosse Rest ist unbrauchbar – oder gar schlimmer. Beispiele? Das Entlaubungsmittel «Agent Orange», das die USA im Vietnamkrieg einsetzten, war in grosser Eile produziert. Es enthielt als Verunreinigung Dioxin. So verloren nicht nur Bäume in der Kampfzone ihr Laub, auch US-Soldaten und vietnamesische Zivilisten erkrankten Jahre später an Krebs. Auch aus der Landwirtschaft gibt es Beispiele: Bei der Herstellung des Insektizids Lindan, einem Hexachlorocyclohexan (HCH), entsteht nur zu maximal 15 Prozent der gewünschte Stoff. 85 Prozent der Reaktionsbrühe ist dagegen Sondermüll. In den 1950er-Jahren wurde diese giftige Mixtur noch komplett auf Felder und Obstplantagen verspritzt, danach trennte man das wirksame Lindan ab und verkaufte es rein, den Rest brachte man auf Mülldeponien. Dort liegen die Chemikalien oft heute noch. Seit 2007 ist Lindan in der EU verboten, in der Schweiz wird es schon länger nicht mehr eingesetzt. Das Flammschutzmittel Hexabromocyclodekan (HBCD) ist eine Mixtur aus mehreren Stoffen. Es wurde in den 1970er-Jahren erfunden, mehrere 10 000 Tonnen pro Jahr wurden produziert und in Polystyrol-Dämmplatten für Hausfassaden, in Textilien und in Plastik von Elektrogeräten verwendet. Seit 2014 ist es weltweit verboten. In der Schweiz wird HBCD-haltiger Kunststoff nicht rezykliert, sondern muss ¹ Rainer Klose, Empa

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in der Kehrrichtverbrennung vernichtet werden.

Im Blut nachweisbar Seit 2004 regelt das «Stockholmer Abkommen über persistente organische Schadstoffe» den Umgang mit solch langlebigen Umweltgiften. Die Schweiz ratifizierte die Vereinbarung 2003. Doch all diese Stoffe sind bereits in der Umwelt – und zwar fein verteilt. HBCD kommt in Klärschlamm, in Fischen, in Luft, Wasser und Boden vor. Die Umweltschutzorganisation WWF nahm 2004 Blutproben von elf europäischen Umweltministern und drei Gesundheitsministern und konnte HBCD und Lindan im Blut jedes Amtsträgers nachweisen. Es fragt sich: Können wir den Chemie-Müll der vergangenen Generationen wieder einsammeln oder unschädlich machen? Zum Glück schrecken Wissenschaftler auch vor ekligen Orten nicht zurück: 1991 entdeckten sie fast zeitgleich in Chemiemülldeponien in Frankreich, Japan und Indien drei Bakterienstämme, die Lindan und seine chemischen Geschwister verzehren: Sphingobium francense, Sphingobium japonicum und Sphingobium indicum. Könnten diese Saubermacher vielleicht auch das Flammschutzmittel HBCD und andere Gifte verdauen?

Die Probe aufs Exempel Der Chemiker Norbert Heeb von der Empa und der Mikrobiologe Hans-Peter Kohler von der Eawag machten gemeinsam mit Forschenden der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und zweier indischer Institute die Probe aufs Exempel. Gemeinsam modifizierten sie die Gene der indischen Bakterien und produzierten HCH-abbauende Enzyme in Reinform. Das Schadstoffmole-

Mülldeponie in Indien: Hier entstand ein äusserst nützliches Bakterium. (Bild: Empa)

kül HCH fügt sich in das Enzym ein, wie ein Schlüssel in ein Schloss. Dann wird ein Teil des Moleküls abgespalten. Die Bruchstücke werden wieder freigegeben, und das Enzym ist dann wieder bereit zur Aufnahme des nächsten Schadstoffmoleküls. Zusammen mit der Studentin Jasmin Hubeli untersuchte Heeb nicht nur die in den Deponien vorkommenden Enzym-Varianten, sondern auch ein Enzym, das aus einem genetisch veränderten Bakterienstamm gewonnen worden war. Hier hatten die Forschenden das «Schlüsselloch» absichtlich vergrössert, damit die grösseren HBCD-Moleküle besser zerlegt werden können. Das Ergebnis: Die genetische Modifikation an den Bakterien beeinflusste tatsächlich die Geschwindigkeit, mit der der Schadstoff abgebaut wurde. Heeb stimmen diese Resultate hoffnungsvoll: «Damit haben wir nun tatsächlich eine Chance, diese von der Menschheit produzierten und grossflächig verteilten, langlebigen Gifte mit biologischen Methoden unschädlich zu machen.» Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. www.empa.ch 35

UMWELT

Doktorandin Vivien Hotter demonstriert den Einfluss des Bakteriengifts Protegencin auf die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. In beiden Fläschchen wurden die Algen zusammen mit den Bakterien der Art Pseudomonas protegens kultiviert, einmal mit Wildtyp-Bakterien (rechts) und einmal mit einer Bakterien-Mutante. Letztere kann Protegencin nicht produzieren. Fehlt dieses Bakteriengift, sind die Algen intakt und intensiv-grün. (Bild: Jens Meyer/Universität Jena)

Chemische «Fingerabdrücke» überführen die «Tatwaffe»

Bakteriengift macht Algen blind Forschende der Universität Jena entdecken ein Bakteriengift, das die Farbpigmente im Augenfleck der einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii zerstört. Zusammen mit einer weiteren giftigen Substanz machen die Bak terien der Art Pseudomonas protegens die Grünalgen damit nicht nur orientierungs- und bewegungslos, sondern schicken sie in den sicheren Tod.

Ute Schönfelder ¹ Dem Gift mit Namen «Protegencin» kam das Forschungsteam mithilfe der RamanSpekt roskopie und der Naturstoffforschung auf die Spur. Ihre Studienergebnisse veröffentlichen die Forschenden im wissenschaftlichen Fachmagazins «Pnas».

Todbringendes Gift identifiziert Dass den Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii eine Begegnung mit den Bakterien Pseudomonas protegens nicht gut bekommt, wussten die Forschenden um Prof. Dr. Maria Mittag von der Universität Jena bereits aus früheren Studien. Nun konnten die Professorin für Allgemeine Botanik und Doktorandin Vivien Hotter gemeinsam mit den Teams um

¹ Ute Schönfelder, Universität Jena

Prof. Dr. Jürgen Popp (Institut für Physikalische Chemie der Universität Jena und Leibniz-Institut für Photonische Technologien) und Prof. Dr. Christian Hertweck (Institut für Mikrobiologie der Universität Jena und Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – HansKnöll-Institut) sowie mit Prof. Dr. Severin Sasso (Universität Leipzig) das todbringende Gift identifizieren.

Das primitive Auge «Die Grünalgen besitzen ein primitives Auge, den sogenannten Augenfleck, mit dem sie Licht wahrnehmen und sich orientieren können», erläutert Maria Mittag. Dieser ermöglicht es den rund zehn Mikrometer kleinen Einzellern, sich aktiv zum Licht zu bewegen, um optimale Bedingungen für die Photosynthese zu haben. Der Augenfleck enthält zwei Schichten von gelblichen carotinoidreichen Fett-Tröpfchen. «Die Carotinoide lassen sich mithilfe der

Raman-Spektroskopie gut untersuchen», so Prof. Mittag weiter. Dieses Verfahren analysiert die Streuung von Laser-Licht an Molekülen und liefert ein charakteristisches Spektrum, vergleichbar einem spektroskopischen «Fingerabdruck».

Raman-Spektroskopie sei Dank Mit diesem Instrument haben sich die Forscherinnen gemeinsam mit dem Team um Prof. Popp an ihre Detektivarbeit gemacht und die charakteristischen «Raman-Fingerabdrücke» aus Algenkulturen analysiert, denen Pseudomonas-Bakterien zugesetzt worden waren. «Den Ef fekt kann man bereits mit blossem Auge sehen», berichtet Vivien Hotter. Die grüne Algenkultur verliert über Nacht fast vollständig ihre Farbe. «Parallel dazu verringert sich das RamanSignal für die Augenfleck-Carotinoide.» Daraus lasse sich schliessen, dass die Algen ihre Fähigkeit, sich im Licht zu orientieren, 11/2021

UMWELT

verlieren, sagt Hotter. Doch nicht nur das. «Wir konnten auch zeigen, dass das Gift ihre Zellmembran auflöst. Das überleben die Algen nicht.»

taucht zusätzlich ein neues Signal im Spektrum auf, das zuvor nicht vorhanden war. Dessen «Fingerabdruck» nutzten die Naturstoff-Forscher um Prof. Hertweck, um die chemische Grundstruktur des Bakteriengiftes zu entschlüsseln, und so konnten schliesslich zusammen mit den anderen Forschenden die Substanz «Protegencin» als Todesursache ermitteln.

Das neue Signal Auf die Spur der «Tatwaffe», mit der es den Bakterien gelingt, die Algen zur Strecke zu bringen, kamen die Forscherinnen in Kooperation mit ihren Kolleginnen und Kollegen im Sonderfor schungsbereich (SFB) «ChemBioSys». Wie die Analyse der Raman-Spektren ergab, verringert sich im Laufe der Bakterienattacke nicht nur das Signal für die Augenfleck-Pigmente: Es

Ungenutzte Potenziale

men wie Mikroalgen und Bakterien beeinflussen. Sie möchten hierbei die zugrundeliegenden Kontrollmechanismen aufklären. Obwohl Mikroalgen ganz wesentlich zur weltweiten Sauerstoffproduktion beitragen und zusammen mit den Cyanobakterien rund 50 Prozent das Treibhausgas Kohlendioxid fixieren, sind die fundamentalen Kontrollmechanismen in den komplexen Biosystemen von Algen und Bakterien noch nicht hinreichend gut verstanden.

Mit ihrer Grundlagenforschung suchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im SFB «ChemBioSys» nach Naturstoffen, welche die Interaktion zwischen Biosyste-

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Flüssige Medien sicher und effizient verarbeiten

Mehr als Pumpen und Schläuche Die Watson-Marlow Fluid Technology Group – vor allem bekannt für innovative und vielseitige Schlauch(quetsch) pumpen – hat sich durch eine zielgerichtete Erweiterung des Produktangebots von einem Pumpen- zu einem Systemanbieter entwickelt. Das Unternehmen bietet nicht nur Pumpen- und Transferschläuche aus eigener Produktion, sondern ergänzende Komponenten wie Single-Use-Verbinder, Dichtungen und Ventile. Die insgesamt zehn unternehmenseigenen Marken bieten so ein komplettes Lösungsangebot für alle Fragen rund um die Förderung von Flüssigkeiten durch Verdrängerpumpen in der biopharmazeutischen Industrie sowie aus der Chemie-, Nahrungsmittel- und Umweltindustrie.

Dank seiner umfassenden, mehr als 60-jährigen Erfahrung und Expertise in den Bereichen Entwicklung und Prozesstechnik ist Watson-Marlow der weltweit führende Anbieter von Schlauchpumpen, dem am schnellsten wachsenden Pumpentyp auf dem Markt. Schlauchpumpen von Watson-Marlow bieten exaktes Dosieren, Fördern und Abfüllen und garantieren eine hohe Prozesseffizienz und maximale Anlagenverfügbarkeit selbst bei schwierigen Prozessbedingungen. Das Pumpenangebot umfasst Fördermengen von nur wenigen Mikrolitern bis hin zu mehr als 100 000 Litern pro Stunde. Durch konsequentes organisches Wachstum und gezielte strategische Unternehmensakquisitionen hat sich Watson-Marlow darüber hinaus zu einem führenden Systemanbieter im Bereich Fluid-Path-Lösungen entwickelt. Mit seinen insgesamt mehr als 1750 Mitarbeitern und seinen zehn etablierten Marken bietet WatsonMarlow die richtige Antwort auf alle Fragen rund um die Behandlung von Flüssigkeiten mittels Verdrängerpumpen, vom Beginn der Produktion bis zum Fill-Finish-Bereich.

Gehäuseschlauchpumpen von Watson-Marlow Pumps. (Bilder: Watson-Marlow)

Gehäuseschlauchpumpen von Watson-Marlow Die Schlauchpumpen der Kernmarke Watson-Marlow Pumps sind in vielen hygienischen und industriellen Anwendungen die erste Wahl bei der zuverlässigen und flexiblen Förderung von Flüssigkeiten. Die Gehäuseschlauchpumpen von Watson-Marlow vereinen Zuverlässigkeit, Präzision und eine einfache Bedienung. Als weltweit 38

Vollautomatisches Abfüllsystem Flexicon FPC60.

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PUBLIREPTORTAGE

einziger Hersteller von Schlauchpumpen verfügt die Watson-Marlow Fluid Technology Group mit seiner Marke Watson-Marlow Tubing über eine eigene Produktion von Präzisionsschläuchen. Anwender können sich so jederzeit darauf verlassen, dass Pumpe und Schlauch perfekt aufeinander abgestimmt sind.

Sterile Lösungen für die Biopharmazeutik Das aktuelle Produktangebot von WatsonMarlow beinhaltet neben Gehäuseschlauchpumpen und den passenden Schläuchen auch OEM-Pumpenköpfe von Alitea, AFLEX PTFE-Schläuche, BioPure Single-Use-Schlauchverbinder aus Kunststoff, hochreine Dichtungen von FlowSmart und Ventile von Asepco. Dank des umfassenden End-to-End-Lösungsangebotes profitieren Anwender und Kunden von einer schnellen und sicheren Produktintegration und geringen Validierungskosten.

Peristaltische Fill-FinishSysteme von Flexicon Seit 2017 bietet die Vertriebsniederlassung von Watson-Marlow das gesamte Sortiment des konzerneigenen Geschäftsbereiches Flexicon Liquid Filling für Kunden in der Schweiz direkt an. Die peristaltischen Abfüll- und Verschliessmaschinen von Flexicon bieten hochpräzises, effizientes und flexibles Abfüllen in der Pharma-, Biotechsowie der Diagnostikindustrie.

Bredel – Industrieschlauchpumpen für abrasive Medien Vorher von einem Distributor vertrieben, bietet Watson-Marlow seit zwei Jahren die robusten und zuverlässigen Bredel Schlauchpumpen für hohe Fördermengen in der Schweiz ausschliesslich im Direktvertrieb an. Die Pumpen verarbeiten selbst abrasive, korrosive ausgasende Medien ohne Probleme und mit hundertprozentiger volumetrischer Genauigkeit. Dabei bieten sie eine sanfte Förderung mit geringen Scherkräften. Bredel Schlauchpumpen sind trockenlauffähig und selbstansaugend, leisten bis zu 108 000 Liter pro Stunde bei einem Druck von bis zu 16 bar und eignen sich vor allem für Anwendungen in der chemischen Industrie, Wasserund Abwasserindustrie, Umweltindustrie und der Lebensmittel- und Getränkeindus11/2021

Industrieschlauchpumpen der Marke Bredel.

trie. Dank des innovativen Designs ohne Dichtungen und Ventile sowie der präzisionsgefertigten Bredel Schlauchelemente garantieren Bredel Pumpen einen minimalen Wartungsbedarf und geringe Ersatzteilkosten. Die Produkte der Watson-Marlow Fluid Technology Group werden in zehn modernen, umfassend zertifizierten Produktionsstätten in Europa und den USA gefertigt und über eigene Vertriebsorganisationen in mehr als 40 Ländern und Vertriebspartner in über 50 Ländern vermarktet. Der Hauptsitz befindet sich in Falmouth (Cornwall, Grossbritannien). Die Schweizer Vertriebsniederlassung befindet sich in Zollikon im Kanton Zürich. Die Watson-Marlow Fluid Technology Group ist eine hundertprozentige Tochter-

gesellschaft der Spirax-Sarco Engineering Group, die weltweit circa 5000 Mitarbeiter beschäftigt.

Kontakt Watson-Marlow Switzerland Gustav-Maurer-Strasse 9 CH-8702 Zollikon +41 44 552 17 00 info.ch@wmftg.com www.wmftg.ch

PUBLIREPORTAGE

PUBLIREPTORTAGE

Die Flüssigkeitsintegrität spielt eine entscheidende Rolle

Ihre alltäglichen Herausforderungen Jeden Tag setzen Pharmahersteller eine Vielzahl mobiler Geräte ein, um ihre Produkte vorzubereiten, zu lagern, zu mischen, zu fermentieren und zu transportieren. Die Geräte müssen sowohl an die Flüssigkeits- als auch elektrische Energieversorgung angeschlossen werden, um eine optimale Prozessleistung zu erzielen.

Die Kreuzkontamination stellt eines der Hauptrisiken in diesem Sektor dar. Die Hersteller müssen die Flüssigkeitsintegrität garantieren und sicherstellen, dass alles zwischen den einzelnen Schritten gereinigt wird, während sie den Prozess vollständig kontrollieren. Die Verwendung von Schnellsteckkupplungen für alle Anwendungen hat ein entscheidender Vorteil, da es nicht nur wertvolle Zeit spart, sondern auch die Produktivität

erhöht und die Sicherheit für Bediener und Anlagen verbessert.

Unsere Lösung Stäubli bietet ein komplettes Sortiment an Lösungen für die Flüssigkeitskupplung, die auf Ihre spezifischen Herausforderungen zugeschnitten sind. Dazu gehören sterilisierbare Schnellkupplungen ohne Rückhaltebereiche, um die Produktintegrität zu gewährleisten, und tropffreie Flatface-Sys-

Unser Experte: Sébastien Pollet – Sales Manager Pharma und Chemie Märkte. (Bild: Stäubli)

teme, die für korrosive Atmosphären geeignet sind und sowohl in Reinräumen als auch in Arbeitsbereichen eingesetzt werden können. Unsere zentralisierte Multi-Kupplungs-Systeme sind DIE Lösung, um alle Energieversorgungen Ihrer mobilen Geräten mit Ihren Steuereinheiten oder Überwachungssystemen in einer einzigen Bewegung zu verbinden, ohne das Risiko, die verschiedenen Medien zu vertauschen. Unsere Produkte erfüllen die strengsten Industrienormen, und wir können Ihnen alle Informationen zur Verfügung stellen, die für die Erstellung Ihrer Validierungsdokumente erforderlich sind. Sie können auf STÄUBLI zählen, um Exzellenz und höchste Effizienz zu erreichen.

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VER ANSTALTUNGEN

Teilnehmer aus 49 Ländern

Fast 900 User zählte die Chemspec Digital 2021 Zum zweiten Mal, vom 29. bis 30. September 2021, traf sich die Fein- und Spezialchemiebranche zur Chemspec Digital.

28 Konferenzen und fünf Schwerpunktbereiche deckten die relevantesten Branchenthemen ab. (Bild: Chemspec)

Insgesamt 888 Teilnehmer aus 49 Ländern nutzten die Gelegenheit, sich auf der Plattform einzuloggen, um zu Kontakte zu knüpfen, Geschäfte zu tätigen und sich über ak-

tuelle Entwicklungen und Trends auf dem Laufenden zu halten. 180 Ausstellerunternehmen haben das Online-Angebot für sich genutzt und konnten den Besuchern mit virtuellen Ausstellerständen und Produktpräsentationen neue Produkte und Dienstleistungen detaillierter vorstellen. Das ausgeklügelte Matchmaking-System half Anbietern und Käufern dabei, erfolgreich Kontakte aufzubauen und mehr als 692 Meetings während der zwei Messetage zu führen. Darüber hinaus bot die Chemspec Digital 2021 die Möglichkeit, sich über die neuesten Entwicklungen, Anwendungen und Lösungen sowie aktuelle Forschungs- und

Entwicklungsprojekte auf dem Laufenden zu halten. 28 Konferenzen und fünf Schwerpunktbereiche deckten die relevantesten Branchenthemen ab, wie beispielsweise «Global Crop Protection Industry Market Overview», «What is new in the chemistry startup scene?», «UK Reach – current requirements and emerging landscape» und viele mehr. Die Live-Sessions wurden bereits während der Veranstaltung mehr als 247 Stunden lang angesehen. Weitere Informationen rund um Chemspec Digital 2021 sind unter www.chemspeceurope.com/digital2021 verfügbar. www.chemspeceurope.com

Die erste Ausgabe

Eine neue Fachmesse für Wasser und Gas An der ersten Ausgabe der Aqua Suisse zeigen 85 Anbieter den neusten technischen Stand zur Versorgung mit Wasser und Gas und allen dazugehörigen Komponenten, Technologien und Produktneuheiten. Die Fachmesse findet vom 17. bis 18. November 2021 in Zürich statt.

Den Besuchern bietet sich auf der Messe ein fliessender Übergang zwischen dem Gewerbe für Wasser, Abwasser und Gas. (Bild: Shutterstock)

Rund 190 Aussteller, gemeinsam mit Pumps & Valves und der Maintenance 11/2021

Schweiz werden im November 2021 einen breiten Querschnitt durch den Industriezweig der Schweizer Wasser- und Abwasserwirtschaft abbilden. Dazu werden die Premium-Partner der Messe wie vonRoll Hydro (Suisse) AG, die Sirnacher Hawle Armaturen AG, der Gussspezialist TMH Hagenbucher AG, der Hydrant Spezialist Hinni AG oder die Wild Armaturen AG aus Jona ihre Innovationen und Dienstleistungen zusammen mit einem interessanten Programmquerschnitt an Expertenvorträgen im SolutionCenter der Branche präsentieren. Die Aqua Suisse 2021 bildet

durch die aktive Zusammenarbeit und Unterstützung mit dem Schweizer Verband des Gas- und Wasserfaches SVGW/SSIGE, dem VSA und«aqua suisse» sowie dem Verband der Maschinen-, Elektro- und Metall-Industrie Swissmem ein starkes Netzwerk. Die Deutschschweizer Leitmesse ergänzt sich mit der Partnermesse «Aqua pro» in der französischsprachigen Schweiz, um die gesamtschweizerische Branche abzubilden.

www.aqua-suisse-zuerich.ch 41

VERFAHRENSTECHNIK

In einem Gramm des hergestellten Stoffs erstrecken sich Hohlräume von insgesamt 7250 Kubikmillimetern.

Für Hochleistungsmaterialien

Organische Stoffe ohne Lösungsmittel Die Herstellung von Materialien aus organischen Stoffen war bis dato nur mithilfe stark toxischer Lösungsmittel möglich. Ein Team um Chemikerin Miriam Unterlass, Professorin der Universität Konstanz und Forscherin am Forschungszentrum für Molekulare Medizin (CeMM) in Österreich, entwickelte ein Verfahren, mit dem organische Stoffe nur durch das Erhitzen in Wasser völlig schadstofffrei für die Verwendung als Hochleistungsmaterialien nutzbar gemacht werden.

Zahlreiche Produkte unseres täglichen Bedarfs wie Akkus und Elektronikmaterialien werden mithilfe anorganischer Stoffe hergestellt – Stoffe, die nach und nach seltener werden auf unserem Planeten. Chemiker

Interdisziplinarität am CeMM Rund 140 Forscherinnen und Forscher aus 49 Nationen forschen am Forschungszentrum für Molekulare Medizin in Wien. Interdisziplinarität bildet dabei ein wichtiges Kernelement. Forschende aus Biologie, Medizin, Bioinformatik, Chemie und Physik arbeiten an die Verbesserung von Diagnose und Therapie von Erkrankungen und betreiben zudem Grundlagenforschung. Die Studie ist Teil des FWF-Start-Projekts «Hydrothermal zu funktionellen organischen Gerüststrukturen».

suchen nach Möglichkeiten, anorganische durch organische Stoffe zu ersetzen. Um diese für die gewünschten Anwendungen brauchbar zu machen, werden bis heute hochtoxische Lösungsmittel genutzt. Genau dieser Problematik widmet sich Chemikerin Miriam Unterlass, Professorin an der Universität Konstanz und Forscherin am Forschungszentrum für Molekulare Medizin (CeMM) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), in ihrer aktuellen Studie. Sie erklärt: «Organische Stoffe haben sehr viele positive Eigenschaften: Sie sind aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnbar, umweltfreundlich und vor allem extrem leicht. Mit unserem Verfahren können wir sie nun auch komplett frei von giftigen Lösungsmitteln, sehr einfach und kostengünstig herstellen und nutzbar machen. In unserer aktuellen Studie haben wir uns der Erzeugung besonders poröser Stoffe gewidmet, die für Herstellung von Hoch-

leistungsmaterialien gebraucht werden, vor allem in der Industrie, zum Beispiel für Filteranlagen, Membranen für Brennstoffzellen, aber auch für Feuerwehrschutzbekleidung oder sämtliche Isolationen in der Elektronik.»

Die Verbindung mit Wasser Während anorganische Stoffe wie Salze wasserlöslich sind, sind organische Stoffe meist apolar und lösen sich in herkömmlichem Zustand nicht in Wasser. Für ihr neues Verfahren erhitzten die Studienautorin Marianne Lahnsteiner, PhD-Studentin am CeMM, und Projektleiterin Miriam Unterlass Wasser und stellten fest, dass dieses dabei auch seine Fähigkeit veränderte. «Durch das Erhitzen von Molekülen, die lediglich Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff enthalten, in Wasser zwischen 180 und 250 Grad und unter Druck, können sich diese Moleküle verbinden. Je 11/2021

VERFAHRENSTECHNIK

nach Temperatur und Dauer dieses Prozesses erzielen wir damit unterschiedliche Strukturen, die wir in hunderten Versuchen genau erforschen konnten», so Unterlass, «so wissen wir jetzt genau, welche Strukturen durch welche, bei welcher Temperatur und Bearbeitungszeit entstehen. Die Stoffe in unserer Studie wurden gezielt als Hochleistungsmaterialien entwickelt, sind dementsprechend besonders temperaturstabil und robust.»

entstehenden Strukturen besser beobachtbar zu machen, arbeiteten die Forscherinnen mit der Forschungsgruppe von Netzwerkwissenschaftler Jörg Menche, Professor an der Universität Wien und ebenfalls Forschser am CeMM, zusammen. Menches Forschungsgruppe konnte anhand der Mikroskopie-Bilder die entstehenden Strukturen und Muster analysieren. «Mithilfe von Künstlicher Intelligenz konnten wir rasch eine Vielzahl an entstandenen Strukturen so kategorisieren, dass wir wissen, wie wir das Entstehen bestimmter Strukturen erreichen», so Lahnsteiner.

Sieben, Filtern, Leiten In einem Gramm von des von Lahnsteiner und Unterlass hergestellten Stoff sind enorme 7250 mm3 Hohlraum. Er bietet demnach – je nach Form – die perfekten Eigenschaften für Anwendungen wie Filtern, Sieben und Leiten, und das bei geringem Gewicht. Um die durch das Verfahren

sind tatsächlich leider mitverantwortlich für dessen Entstehung, durch die Verwendung giftiger Lösungsmittel. Mit unserer neuen Herstellungsmethode schaffen wir eine enorm wichtige Alternative für die Verarbeitung organischer Stoffe, die ganz ohne solche giftigen Lösungsmittel auskommt. Gleichzeitig werden sehr häufige statt seltener Elemente verwendet», so Unterlass. «Ausserdem ist das Verfahren sehr kostengünstig. Die Verwendung von Wasser im Vergleich zu giftigen Lösemitteln bei der Herstellung von porösen Materialien erspart rund 25 Prozent der Kosten. Und wir produzieren keine Schadstoffe.»

Grünes Verfahren mit rund 25 Prozent Kostenersparnis «Smog ist ein zentrales Zeichen von Umweltverschmutzung. Chemische Prozesse

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VERFAHRENSTECHNIK

Grüner Wasserstoff

Die Katalysatorenoberfläche im Blick Wasserstoff, der mit Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt wird, gilt als Schlüsselelement der Energiewende: Er kann aus Wind und Sonne gewonnene Energie CO2 -neutral chemisch speichern. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forschende die Prozesse an der Oberfläche des Iridiumoxid-Katalysators für die WasserElektrolyse untersucht. Ihren Forschungsbeitrag zur Entwicklung verbesserter und effizienterer Katalysatoren stellen sie im «Journal ACS Catalysis» der American Chemical Society vor.

Die Energie aus Solarmodulen und Windrädern ermöglicht es, Wasser durch Elektrolyse ohne schädliche Emissionen in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Da die Verfügbarkeit der Energie aus erneuerbaren Quellen für die Erzeugung des grünen – das heisst CO2neutral erzeugten – Wasserstoffs schwankt, sei es sehr wichtig, das Verhalten der Katalysatoren unter hoher Auslastung und unter dynamischen Bedingungen zu kennen, so die Verfasser der Studie.

Sauerstoffblasen erschwert Messung «Bei hohen Strömen gibt es eine starke Entwicklung von Sauerstoffblasen an der Anode, was die Messung erschwert und es bislang nahezu unmöglich machte, ein zuverlässiges Messsignal zu erhalten», erläutert der Erstautor der Studie Dr. Steffen Czioska vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) des KIT. Die

Kombination verschiedener Techniken ermöglichte es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern nun, die Oberfläche des Iridiumoxid-Katalysators unter dynamischen Arbeitsbedingungen grundlegend zu erforschen. «Es ist uns zum ersten Mal gelungen, das Verhalten des Katalysators auf atomarer Ebene trotz starker Blasenentwicklung zu untersuchen», sagt Czioska. Die American Chemical Society (ACS) wertet die Bedeutung der Veröffentlichung aus dem KIT für die internationale Wissenschaftsgemeinschaft so hoch, dass sie sie mit dem «ACS Editor‘s Choice» ausgezeichnet hat.

Alles Unregelmässige herausgefiltert Die Karlsruher Forschenden des ITCP, des Instituts für Katalyseforschung und des Instituts für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien haben die für die Katalyse einzigartige Röntgenabsorptionsspektroskopie, die es erlaubt, Änderun-

Grüner Wasserstoff ist ein Hoffnungsträger für die Energiewende. Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz ist das detaillierte Verständnis der Prozesse bei seiner Herstellung. (Bild: Pascal Armbruster, KIT)

gen auf atomarer Ebene besonders präzise zu untersuchen, und weitere Analysemethoden kombiniert. «Wir konnten die regelmässigen Abläufe an der Katalysatorenoberfläche während der Reaktion sehen, weil alles Unregelmässige herausgefiltert wurde – ähnlich wie bei der Langzeitbelichtung einer nächtlichen Autostrasse – und dennoch die dynamischen Vorgänge erkennen», sagt Czioska. «Unsere Untersuchung zeigt, dass gerade bei sehr hohen Spannungen und unter dynamischen Bedingungen höchst unerwartete Strukturänderungen auftreten, die im Zusammenhang mit einer Stabilisierung des Katalysators stehen», sagt der Chemiker. Das Iridiumoxid löse sich weniger auf, das Material bleibe stabil.

Ergebnisse sollen zu besseren Katalysatoren beitragen Die Erforschung der Vorgänge an der Katalysatoroberfläche ebne den Weg für die weitere Untersuchung von Katalysatoren bei hohen elektrischen Potenzialen und könne dazu beitragen, verbesserte und effizientere Katalysatoren für die Anforderungen der Energiewende zu entwickeln, betont Czioska. Die Untersuchung ist Teil des Schwerpunktprogramms «Dynakat» der Deutschen Forschungsgemeinschaft, in dem deutschlandweit über 30 Forschungsgruppen zusammenarbeiten und vom KIT unter Federführung von Professor Jan-Dierk Grunwaldt vom ITCP koordiniert wird. Grüner Wasserstoff gilt als umweltfreundlicher chemischer Energiespeicher und damit als wesentliches Element der Dekarbonisierung von Branchen wie der Stahlund Chemieindustrie. www.kit.edu 11/2021

WERKSTOFFE

Flüssigkern-Fasern

Daten fliessen durch Glycerin Daten und Signale lassen sich mit Glasfasern schnell und zuverlässig übertragen – solange die Faser nicht bricht. Eine starke Biegung oder Zugbelastung kann sie schnell zerstören. Forschende der Empa haben eine Faser mit flüssigem Glycerin-Kern entwickelt, die sehr viel robuster ist und Daten ebenso sicher übertragen kann. Und aus solchen Fasern lassen sich sogar mikrohydraulische Bauteile und Lichtsensoren bauen.

Rainer Klose ¹ «In Sachen optisch leitender Polymerfasern haben wir schon alles Mögliche ausprobiert», sagt Rudolf Hufenus von der Empa. «Aber selbst mit den besten festen Faserkernen erreichen wir nie eine solche Elastizität wie mit unserer flüssig gefüllten Faser.» Die besondere Kombination aus optischen und mechanischen Eigenschaften könnte der Zweikomponentenfaser der Empa nun neue Marktnischen eröffnen.

Glasfasern und Co. Glasfaserkabel sind für die Datenübertragung über lange Strecken ideal. Die Technik ist erprobt und wird in grossem Massstab eingesetzt. Doch Glasfasern lassen sich nur bedingt biegen und reagieren sehr empfindlich auf Zugbelastung. Denn wenn der gläserne Kern der Faser reisst, ist es mit der Datenübertragung vorbei. Kunststofffasern werden typischerweise für kürzere Übertragungsstrecken eingesetzt: für einzelne Gebäude, Firmenareale oder in Fahrzeugen. Der Kern dieser Fasern besteht oft aus Polymethylmethacrylat (PMMA) – bekannt auch als Plexiglas – oder aus dem Kunststoff Polycarbonat. Diese transparenten Materialien sind zwar biegsamer als Glas, aber fast ebenso empfindlich gegen Zugkräfte, was ein Problem für die Datenübertragung darstellt.

Der flüssige Kern Seit sieben Jahren steht in den Labors der der Empa eine Maschine, die kilometerlange, mit Flüssigkeit gefüllte Fasern herstellen kann. Könnte man diesen flüssigen Kern nicht auch zur Lichtübertragung nutzen? Mit dieser Frage steht der Forscher in ¹ Rainer Klose, Empa

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Der Kern der kilometerlangen optischen Faser besteht durchgehend aus Glycerin. (Bild: Empa)

guter schweizerischer Tradition: Der Genfer Physiker Jean-Daniel Colladon leitete 1842 erstmals Licht im Inneren eines Wasserstrahls entlang. Für die Lichtleitung in Hohlfasern mit Flüssigkern muss nun aber wieder alles zusammenpassen. Entscheidend ist der Unterschied des Brechungsindex zwischen der Flüssigkeit und dem transparenten Mantelmaterial: Der Brechungsindex der Flüssigkeit muss deutlich grösser sein als der des Mantelmaterials. Nur dann wird das Licht an der Grenzfläche sauber gespiegelt wird und bleibt innerhalb des Flüssigkerns gefangen. Zugleich müssen alle Zutaten temperaturstabil sein. «Die beiden Komponenten der Faser müssen zusammen unter hohem Druck und bei 200 bis 300 Grad Celsius durch unsere Spinndüse laufen», sagt der Spezialist. «Wir brauchen also eine Flüssigkeit mit passendem Brechungsindex für die Funktionalität und mit möglichst geringem Dampfdruck für die Herstellung der Faser.» Das Team entschied sich für einen Flüssigkern aus Glycerin und eine Hülle aus einem Fluoropolymer.

Bis zu 10 Prozent reversible Dehnung Die so erzeugte Faser hält bis zu zehn Prozent Dehnung aus und findet dann wieder in ihre Ursprungslänge zurück – das kann keine andere optische Festkernfaser. Die Faser ist nicht nur extrem dehnbar, sie kann auch messen, wie weit sie gedehnt wurde. Das Team versetzte das Glycerin mit einer kleinen Menge fluoreszierenden Farbstoffs und untersuchte die optischen Eigenschaften dieser Leuchtfaser während des Dehnungsvorgangs. Ergebnis: Beim Dehnen der Faser verlängert sich der Weg des Lichts, die Zahl der Farbstoffmoleküle in der Faser bleibt hingegen konstant. Dies führt zu einer kleinen Farbänderung des abgestrahlten Lichts, die man durch geeignete Elektronik messen kann. «Wir erwarten, dass sich unsere flüssig gefüllten Fasern nicht nur für Signalübertragung und Sensorik, sondern auch für Kraftübertragung in der Mikromotorik und Mikrohydraulik einsetzen lassen», sagt Hufenus.

www.empa.ch 45

MANAGEMENT

Wie bei allen IT-Fragen gibt es viele Fallen, in die man tappen kann. Tools für das Lieferkettenmanagement bilden hierbei keine Ausnahme. (Bild: Envato)

IT-Tools für die Planung

Acht Tipps für die Lieferkette Im Zuge der Digitalisierung stehen den Unternehmen in der chemischen Industrie immer leistungsfähigere IT-Tools zur Automatisierung des Lieferkettenmanagements zur Verfügung. Durch die Planungssysteme des Supply Chain Management (SCM) können Entscheidungen auf strategischer, taktischer und operativer Ebene automatisiert und Prozesse optimiert werden. Sie sorgen zudem für Transparenz in der Lieferkette und visualisieren die Leistung der gesamten Supply Chain anhand von ausgewählten Kennzahlen.

Aufgrund der Komplexität dieser Tools hat Höveler Holzmann als Spezialist für Supply Chain und Einkaufsoptimierung acht Tipps zur Auswahl und Einführung von SCMPlanungssystemen zusammengestellt. Die Empfehlungen richten sich speziell nach den Bedürfnissen der chemischen Industrie.

1. Anforderungen umfassend und präzise aufnehmen Je konkreter die Anforderungen eines Unternehmens an die Software beschrieben werden, desto leichter lässt sich der geeignete Anbieter für die neue Software finden. Im Lastenheft werden Anforderungen an das System, Zielsetzungen und Aufgaben dokumentiert und z. B. das Mengengerüst, technische Schnittstellen, potenzielle Erweiterungen und der Zeit- und Kostenrahmen dargelegt. Später überführt 46

das Softwareunternehmen die Anforderungen in ein Pflichtenheft und macht Vorschläge für die Umsetzung des Projekts.

2. Mögliche Module in die Ausschreibung aufnehmen Die Entwicklung einer Roadmap kann Unternehmen dabei helfen, die Digitalisierung ihrer SCM-Organisation gezielt voranzutreiben, Analytics-Anwendungen aufeinander abzustimmen und zukünftige Transformationsprojekte zu antizipieren. So sollten in die Ausschreibung nicht nur die Anforderungen der aktuellen Prozesse, sondern auch erwartbare Herausforderungen aus anderen Bereichen aufgenommen werden. Dadurch erfahren Unternehmen inwieweit sich die Software auf andere Teilbereiche skalieren lässt und mögliche Schnittstellenprobleme können im Voraus erkannt werden.

3. Multifunktionales Arbeiten Bei der Besetzung der Projektteams gilt es neben Mitarbeitern aus IT und dem Supply Chain Management auch Personal aus anderen Abteilungen wie Einkauf, Controlling und Vertrieb an einen Tisch zu setzen. Durch interdisziplinäre Teams lässt sich von Anfang an eindimensionales Silodenken vermeiden. Die Nutzer sollen die Möglichkeit erhalten, ihre eigenen Vorstellungen und Wünsche einzubringen.

4. Strukturierter Ausschreibungsprozess Eine grosse Herausforderung bei der Implementierung von SCM-Software liegt in der Identifizierung geeigneter Anbieter. Hierbei kann zwischen Anbietern von integrierten SCM-Suiten und Best-of-BreedLösungen unterschieden werden. Bei 11/2021

MANAGEMENT

SCM-Suiten handelt es sich um Komplettlösungen, die nahezu alle Prozesse entlang der Lieferkette abdecken. Best-of-BreedLösungen sind dagegen spezialisiert auf bestimmte Herausforderungen. Sie sind günstiger als die Komplettpakete und können den Suiten qualitativ in einzelnen Bereichen überlegen sein. Mithilfe einer Bewertungsmatrix können die verschiedenen Planungssysteme anhand zuvor festgelegter Parameter verglichen werden. Zusätzlich sollte abgefragt werden, wie häufig ein Softwaremodul in der chemischen Industrie bereits implementiert wurde.

6. Anbindung an die aktuelle IT-Infrastruktur klären

5. Die Lösungen sind umfassend

7. Die Kosten im Blick halten

Immer mehr Softwareunternehmen bieten potenziellen Kunden zeitlich begrenzte Demoversionen an, mit denen die Software getestet werden kann. Um einen guten Einblick in die Leistungsfähigkeit von Softwaresystemen zu bekommen, ist es hilfreich, sich die Systeme mit Echtdaten vorführen zu lassen. So kann zum Beispiel die Prognosequalität von Software für Nachfrageprognose mit der Prognosequalität aktueller Methoden verglichen werden.

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Folgende Fragen sollte sich die IT-Abteilung vor der Ausschreibung von Planungssoftware vor Augen führen: Werden vom ERP-Hersteller Lizenzgebühren aufgerufen, wenn Drittsysteme angebunden werden und diese im ERP-System Dokumente erstellen? Sind Softwarelösungen bezüglich ERP-Hersteller flexibel? Welche Schnittstellen sind einzurichten? Wer wartet dieses? Welche spezifische Version einer Software wird benötigt? Sind kundenspezifische Anpassungen notwendig?

Um eine Vergleichbarkeit der Anbieter sicherzustellen, ist es sinnvoll, den Anbietern im Auswahlprozess feste Preisraster vorzugeben. Denn Softwarehersteller bieten eine immer grössere Bandbreite von Lizensierungsmodellen an: Lizenzkosten können beispielsweise für namentlich benannte User («named user») oder gleichzeitig im System arbeitende User («concurrent user») anfallen, in beiden Fällen als Einmalkosten und als jährliche Lizensierungskosten. Hinzu kommen z. B. Kosten für Cloud-Lösungen, Wartungskosten, Im-

plementierungs- und Beratungskosten, Kosten für Hardware und Schnittstellen.

8. Vertragsgestaltung mit Fachanwalt Insbesondere IT-Projekte, die die Entwicklung von Software beinhalten, bergen zahlreiche Risiken. Bei Softwareverträgen besteht die Gefahr, dass vom Anbieter Vertragsregelungen eingebaut werden, die die Anbieterseite einseitig begünstigen. Darüber hinaus sind erfahrungsgemäss oftmals Leistungsgegenstände in IT-Verträgen unzureichend definiert. Grundlage hierfür sollte das Pflichtenheft sein, in dem die Pflichten für Auftraggeber und -nehmer so präzise wie möglich beschrieben werden sollten. www.hoeveler-holzmann.com Kontakt Höveler Holzmann Consulting GmbH Bahnstrasse 16 D-40212 Düsseldorf +49 211 56 38 75 0 info@hoeveler-holzmann.com www.hoeveler-holzmann.com

VERBANDSSEITE

■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509 CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch

■ Präsident Kurt Bächtold Bodenackerstrasse 15F CH-4334 Sisseln praesident@cp-technologe.ch

■ Höhere Fachprüfung ■ Termine Alle Termine online Chemietechnologe Siegfried AG, Daniel Müller anschauen: Untere Brühlstrasse 4 www.cp-technologe.ch CH-4800 Zofingen weiterbildung@cp-technologe.ch

SEKTION FRICKTAL Brau Workshop «Brew your Own»

Bild: Shutterstock

In den Tiefen des Teufelhofs, entlang der alten Basler Stadtmauern aus dem 11. und dem 13. Jahrhundert, befindet sich die Werkstatt der Stadtmauer Brauer, wo die handcrafted Biere gebraut werden. Braue nun während sechs Stunden dein eigenes Bier. Zusammen werden wir in die Kunst des Brauens eingeführt und erleben gemeinsam einen grossartigen Tag.

Jetzt anmelden Datum: 15. Januar 2022 Beginn: 10 Uhr Ende: ca. 16 Uhr Anfahrt: Selbstorganisation Teilnehmerzahl ist limitiert. Anmelden bei Dieter Brunner oder E-Mail: dieter.brunner@dsm.com Sektion Fricktal, der Vorstand

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Bowling – Event 2021 . . . wo der Spass ins Rollen kommt! Komm – nimm auch du teil am Bowling-Event 2021! Wir treffen uns am 3. Dezember 2021 um 18.45 Uhr im Bowling Restaurant Vicino in Muttenz. Datum: Freitag, 3. Dezember 2021 Treffpunkt: Restaurant Vicino, Rössligasse 1, 4132 Muttenz Beginn: 19 Uhr Teilnehmer: Mitglieder des SCV aus allen Sektionen Kosten für Apéro und Bowling: 48

Für Lehrlinge ist die Teilnahme gratis. Für Mitglieder des SCV 10 Franken/Person, für Nichtmitglieder 15 Franken/Person. Weitere Getränke und Speisen gehen zulasten der Teilnehmenden. Anmeldung bis zum 21. November 2021 via E-Mail an: SCV-Sektion-NWS@bluewin.ch SCV Sektion Nordwestschweiz, Felice Bertolami (078 799 64 90)

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PRODUKTE

Neue manuelle Pipettierhilfe: Besonders leicht und präzise Der neue «Profiller manual 437» von Socorex ist eine robuste und einfach zu bedienende manuelle Pipettierhilfe. Seine ergonomische Form und das geringe Gewicht bieten besten Anwenderkomfort beim Pipettieren von Reagenzien und Chemikalien. Die manuelle Pipettierhilfe verfügt über einen quetschbaren Saugball mit grossem Ansaugvolumen sowie einem sanft zu betätigenden Ausblashebel, welcher leicht und

präzise mit dem Daumen betätigt werden kann. Das effiziente Ausblassystem ist hilfreich beim Pipettieren mit graduierten serologischen Glas- oder Plastikpipetten. Zudem schützt der integrierte, austauschbare Membranfilter das Instrument und die Probe vor Kontaminationen. Die leicht zu reinigende Pipettierhilfe verfügt über einen Pipettenhalter aus Silikon, welcher bei 121 °C autoklavierbar ist. Der «Profiller manual 437» und das

elektronische Modell «Profiller electro 447» eignen sich für das Pipettieren mit einem Volumen von bis zu 100 ml. Sie bieten hohe Flexibilität für den Anwender und sind dank des attraktiven Preises für jedes Labor erschwinglich.

Socorex Isba SA CH-1024 Ecublens socorex@socorex.com www.socorex.com

Ein Abzug auf engstem Raum Arbeitsflächen sind Mangelware, noch dazu wird im Umgang mit Gefahrstoffen zusätzlicher Platz für einen Abzug gebraucht. Besonders in Apotheken oder in kleinen Betrieben kommt es deshalb auf Produktlösungen an, die extra für knappe Raumverhältnisse konzipiert wurden. Der Apothekenabzug von Köttermann bietet genau das: Fertig montiert geliefert, lässt er sich entweder mit einem Gestell frei im Raum positionieren oder auf einem vorhandenen Tisch aufstellen. Geeignet ist der nach DIN 12924 Teil 4 zertifizierte Laborabzug für den sicheren Umgang mit staubenden

Präparaten und flüchtigen Chemikalien. Das Innere des Apothekenabzugs wurde anwenderfreundlich optimiert. LED- Beleuchtung sorgt für bestmögliche Sicht, der bewährte Werkstoff Stahl für ideale Hygiene. Damit den Nutzern so viel Arbeitsfläche wie möglich zur Verfügung steht, wurde das optional wählbare Ausgussbecken in der Seitenwand platziert. Im Vergleich zum Wettbewerb ergibt diese Modifikation zehn Prozent mehr Arbeitsfläche. Zusätzlich zum eingesparten Platz ist das Thema Nachhaltigkeit ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung. Eine Reduktion

des Luftverbrauchs durch eine herausnehmbare Rückleitwand verringert auch das Abluftvolumen – der Abzug benötigt für einen sicheren Betrieb nur 250 m3/h. Für die Ausstattung stehen sowohl Wasserund Gasanschlüsse als auch ein Ventilator zur Verfügung – der Apothekenabzug passt sich individuell den Bedürfnissen an.

Köttermann GmbH D-31311 Uetze pexploris@koettermann.com www.koettermann.com

Temperaturdatenlogger für grosse Warenmengen Der Temperatur-Einweg-Datenlogger EnviroLog der Serie LogTag verfügt über einen integrierten USB-Anschluss und automatischen PDF-Report. Er eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen grosse Mengen an Waren z. B. Lebensmittel oder Pharmazeutika überwacht werden müssen. Die Datenlogger zeichnen sich durch ihr robustes und langlebiges ABS-Gehäuse aus und können direkt in einen USB-Port eines PCs eingesteckt werden. Hierdurch wird automatisch ein detaillierter PDFReport erstellt, damit am Zielort einfach und unkompliziert eine Datenauswertung stattfinden kann – es ist keine spezielle Software er-

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forderlich. Zusätzlich können die Daten optional mit der kostenlosen LogTag-Analyzer-Software zur detaillierteren Analyse heruntergeladen werden. Er misst und speichert Temperaturwerte in Echtzeit in einem Messbereich zwischen –30 °C und +70 °C, die Batterielebensdauer von ungefähr sechs Monaten ab dem Aktivierungszeitpunkt und seine Aufzeichnungsleistung bis 16 000 Messwerte sind selbst für Langstreckentransporte geeignet. CiK Solutions GmbH D-76131 Karlsruhe info@cik-solutions.com www.cik-solutions.com

PRODUKTE

Pulsationsarme und anpassungsfähige Drehkolbenpumpe Das Unternehmen Börger präsentiert eine neue Generation von Drehkolbenpumpen, den Blueline Nova. Der neu entwickelte, einteilige DiusDrehkolben ermöglicht ein nahezu pulsationsfreies Fördern bei Drücken bis 12 bar. Die breiten Dichtflächen des gewendelten Drehkolbens verhindern ein Rückströmen der Flüssigkeit. Um die volle Wirkung des zweiflügeligen Drehkolbens nutzen zu können, hat Börger den Pumpenraum überarbeitet. Hier wurde vor allem an der Geometrie der Ein- und Auslässe und dem Umschlingungswinkel des Gehäuses Optimierungen vorgenommen. Börger bietet die die Pumpe mit und komplett ohne Gehäuseschutzauskleidung an. Die clean-Ausführung kommt ohne Ge-

häuseschutzauskleidung aus. Die totraumarme Pumpe kann gemäss den Hygieneverfahren CleaningIn-Place (CIP) und Sterilization-InPlace (SIP) gereinigt werden. Für die Förderung von abrasiven, feststoffbeladenen Medien ist die Pumpe in der tough-Variante mit einer Gehäuseschutzauskleidung ausgestattet. Dank eines neuen Befestigungssystems weist die sie auch in der tough-Variante einen

bisher unerreichten volumetrischen Wirkungsgrad auf. Im Verschleissfall wird die Auskleidung dank Maintenance-in-Place-Aufbau schnell und einfach erneuert. Der grosse Dichtungsraum der Drehkolbenpumpe bietet Platz für diverse Dichtungssysteme. Ein Anschluss von externen Versorgungssystemen ist problemlos möglich. Die Pumpe kann durch verschiedene Motoren angetrieben werden.

Auf Wunsch wird der Antrieb direkt an die Pumpe montiert. Durch den Wegfall der Kupplung ist das Aggregat noch kompakter. Zudem kann in dieser Variante auf den Grundrahmen verzichtet werden. Wie alle Börger-Pumpen können auch die neue Pumpe gemäss den europäischen Atex-Richtlinien zur bestimmungsgemässen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen gefertigt werden. Ein API 676-konformer Aufbau, eine Fertigung gemäss der FDA-Bestimmungen runden die vielfältigen Möglichkeiten ab.

Börger GmbH D-46325 Borken-Weseke info@boerger.de www.börger.de

Industrietaugliche, smarte Infrarotsensoren Fluke Process Instruments erweitert seine Pyrometerbaureihe Thermalert 4.0 um eigensichere Ausführungen und Hart-Protokoll als zusätzliche Schnittstellenoption. Die robusten, intelligenten und kompakten Infrarotsensoren im IP65-Edelstahlgehäuse lassen sich einfach per 2-Draht-Installation anschliessen. Sie bieten eine Industrie-4.0-taugliche Lösung zur berührungslosen, automatischen Echtzeit-Temperaturüber wachung. Diverse Spektralmodelle decken einen Messtemperaturbereich von –40 °C bis 2300 °C ab und eignen sich für zahlreiche indus trielle An-

wendungen, wie in der Herstellung und Verarbeitung von Metall, Glas

und Kunststoff. Mit den neuen eigensicheren Modellen in Zünd-

schutzart Ex ib stehen nun auch Infrarotthermometer zum Einsatz in gas- und staubexplosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 21 zur Verfügung. Entsprechend sind mit Ausnahme der Sensoren mit Kunststofflinse alle Modelle optional mit Atex/IECEx/CCC-ISZertifizierung erhältlich.

Fluke Process Instruments GmbH D-13127 Berlin info@flukeprocessinstruments.de www.flukeprocessinstruments.com

Kolben-Vakuumpumpe für neutrale Gase Die kompakte Kolben-Vakuumpumpe Rotilabo CR-KP292 von Roth Selection für Vakuum- und Druckanwendungen ist zum Fördern von Luft und neutralen Gasen geeignet. Einsatzgebiete sind die Druckfiltration von wässrigen Lösungen, der Einsatz in Vakuumöfen, die Vakuumtrocknung und die Gasprobenentnahme. Die Förderleistung beträgt 9,2 l/ min. Das absolute Endvakuum liegt

bei 292 mbar, der Überdruck bei 3,3 bar. Ein Schlauchanschluss für Innendurchmesser von 6 mm ist vorgesehen. Der Motor leistet 25 W.

Roth AG CH-4144 Arlesheim info@carlroth.ch www.carlroth.ch

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PRODUKTE

Berghof Hoch& Nieder-DruckReaktoren mit & ohne PTFE-Lining

Proben kontrolliert auftauen Dabei handelt es sich um eine äusserst schnelle Auftaustation – sie taut bis zu 10 Racks in nur 9 Minuten auf. Darüber hinaus werden die Proben mit gleichbleibender Geschwindigkeit und Temperatur aufgetaut, wodurch ungleichmässiges Auftauen auf weniger als 20 % der Proben pro Rack reduziert wird. Normalerweise sind ungleichmässige Auftauraten von mehr als 50 % üblich. Der SPL Guard Florida sichert somit die Qualität und Integrität der Proben für die nachfolgende Forschung.

Mini-Reaktor

bis 25 ml oder bis 40 ml

NBS Scientific Germany +49 6201 398 7000 info@nbsscientific.de www.nbsscientific.de Die Auftaustation SPL Guard Florida wurde für das kontrollierte Auftauen von Proben in Multi-Rack-Kapazität konzipiert. Die Station kann als Einzelgerät verwendet oder in

eine robotisierte Arbeitsstation, z. B. einen Liquid-Handler, integriert werden. Mit der Florida-Auftaustation können ganze Probenracks gleichmässig aufgetaut werden.

NBS Scientific France +33 777 69 78 57 info@nbsscientific.fr www.nbsscientific.fr

Doppelwellenmischer für Scaling-up-Prozesse

BR-Reaktoren 75 ml bis 5700 ml

Die Doppelwellenmischer der GMS-Familie von Gericke eignen sich für schnelles und schonendes Mischen. Der neue GMS-Labormischer bringt die gewohnte Mischqualität und Geschwindigkeit der GMS-Familie mit. Er wurde speziell auf Labor- und FuE-Chargengrössen mit Nutzvolumen von 1 bis 20 l konstruiert. Die GMS-Labormischer basieren auf dem Mischprinzip der grösseren GMS-Mischer (für Massstäbe von bis zu 5000 Litern). Mit zwei horizontal angeordneten, übereinanderliegenden Mischwerkzeugen wird eine fluidisierte Zone erzeugt. Dies ermöglicht ein schnelles, aber schonendes Mischen. Er arbeitet mit der optimalen Froude-Zahl von 1,1. Durch das geringe minimale Füllvolumen reduziert der GMS-Labormischer die FuE-Kosten. Der modulare Aufbau ermöglicht austauschbare Mischkammern und eine einfache Demontage der Mischwerkzeuge. Das gibt zusätzliche Flexibilität, und macht den Mischer zudem sehr

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Reaktor-Systeme - Edelstahl - Hastelloy

www.berghof.com leicht zu reinigen. Die Mischkammer kann sogar ausserhalb des Gerätes sterilisiert werden. Der GMS-Labormischer kann für viele verschiedene Aufgaben eingesetzt werden. Typische FuE-Anwendungen sind die Entwicklung neuer Rezepturen oder als Teil eines Scaling-up-Prozesses. Aber auch der direkte Prozesseinsatz ist möglich, zum Beispiel für Vormi-

schungen oder kleine Chargen. Optional ist der GMS auch in einer mobilen Ausführung erhältlich, was ihn noch flexibler macht.

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