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Juni 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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EDITORIAL

«Wer baut, bleibt», sagte Franz B. Humer Am 9. Mai fand bei Roche die Grundsteinlegung für das neue Bürohochhaus mit dem Namen

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«Bau 1» statt. Zahlreich war die Prominenz, die sich zu dieser Veranstaltung an der Grenzacherstrasse in Basel einfand. Auch Regen vermochte bei der abschliessenden Zeremonie in der riesigen Baugrube (siehe dieses Heft Seite 23) die gute Laune der mit Schaufeln Hantierenden nicht zu trüben. Über die Architektur des 41 Stockwerke hohen Bürohochhauses kann man sicher streiten. Das vom Architekturbüro Herzog & de Meuron konzipierte 178 Meter hohe Gebäude soll sich, so der Leiter des RocheStandorts Basel Matthias M. Baltisberger bereits im Dezember 2009, «harmonisch in seine Umgebung einfügen». Ich habe da angesichts der Grössenunterschiede meine Zweifel. Das leider aus verschiedenen Gründen nicht realisierte Doppelhelix-Projekt «Twist 2 Spirals» der kreativen Architekten war nicht nur vom ästhetischen Gesichtspunkt her wesentlich attraktiver. Wie dem auch sei: Für Roche gereicht es sicher zum Vorteil, dass mit der im Jahr 2015 geplanten Fertigstellung von Bau 1 moderne Arbeitsplätze

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für rund 2000 der 2300 Mitarbeiter geschaffen werden, die ihre Büros an verschiedenen Orten in der Stadt haben. (Dass man nebenbei das aktuell höchste Schweizer Gebäude in Zürich, den Prime-Tower, übertreffen wird, wurde nur am Rande erwähnt, ist aber sicher gut für die Basler Seele.) Roche hat in den letzten fünf Jahren mehr als eine Milliarde Franken in Sachanlagen investiert. Der Bau 1 wird nochmals mehr als eine halbe Milliarde Franken kosten. Unbestreitbar ist, dass sich Roche damit eindrücklich zum Standort Basel bekennt. Und dies ist gut so.

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Ionische Flüssigkeiten zur Synthese von Materialien

Ionische Flüssigkeiten sind Salze mit besonderen Eigenschaften. Bei Raumtemperatur flüssig, eignen sie sich besonders gut als Lösungsmittel zur Herstellung von Nanopartikeln. Denn die grossen Ionen, aus denen sie bestehen, ummanteln kleine Partikel und hindern sie am Weiterwachsen. Die flüssigen Salze sind zumeist nicht brennbar, verdampfen nicht und lassen sich einfach handhaben und recyceln.

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BIOWISSENSCHAFTEN

FORSCHUNGSWELT Spektakuläre Einblicke ins Unsichtbare

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Eine optische Sinnesreise der besonderen Art können die Besucher des Bayer-Kommunikationszentrums (BayKomm) bis zum 1. Juli 2012 erleben: Als Weltpremiere präsentiert der preisgekrönte Schweizer Molekularbiologe und Wissenschaftsfotograf Martin Oeggerli über 40 rasterelektronenmikroskopische Arbeiten. Die Ausstellung «Einblicke ins Unsichtbare» liefert spektakuläre Aufnahmen aus der Welt des Mikrokosmos und zeigt, dass die Natur eine wahre Künstlerin ist.

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FIRMEN BERICHTEN

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VERFAHRENSTECHNIK

Biotechnologisch hergestellte Seidenproteine

Was am seidenen Faden hängt, ist vor Feinden sicher. Nach diesem Prinzip schützen die Florfliegen ihren Nachwuchs, wenn sie ihre Eier an selbst produzierten, hochgradig belastbaren Seidenfäden herabhängen lassen. Diese Eierstiele künstlich nachzubauen, ist jetzt erstmals einem Team an der Universität Bayreuth gelungen. Die neuen Seidenfäden sind wie ihre natürlichen Vorbilder ausserordentlich zugfest und biegesteif.

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NEWS

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Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

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

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Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189 Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 Telefax +41 (0)56 619 52 50 info@sigimedia.ch Chefredaktion Dr. Kurt Hermann Neumattstrasse 60 CH-3400 Burgdorf Telefon +41 (0)34 423 35 61 Telefax +41 (0)34 423 35 62 redaktion@sigwerb.com

100 Jahre Chlorproduktion in Leverkusen

Im April 1912 fiel der Startschuss für die Chlorproduktion im Chempark Leverkusen. Mit der Inbetriebnahme der Anlage schuf Bayer die Basis für die erfolgreiche Herstellung hochwertiger Kunststoffe. Die Bedeutung von Chlor hat in den folgenden Jahrzehnten weiter zugenommen und ist heute für 80 Prozent aller Produkte von Bayer MaterialScience ein unverzichtbarer Einsatzstoff.

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ANALYTIK

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MEDIZIN/PHARMA

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ERNÄHRUNG

Belastete Grundwässer in Südostasien

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) spricht von einer Massenvergiftung: 100 Millionen Menschen weltweit sind von Arsen-verunreinigtem Grundwasser betroffen, besonders in Südostasien. Wasser und Böden verschiedener Regionen sind auch mit Selen belastet.

Hundert Liter Wasser für einen Liter Milch

Wer morgens die Milch in sein Müsli kippt, denkt wahrscheinlich nicht an drohende Umweltprobleme – daran zum Beispiel, dass 2025 laut Aussage der Vereinten Nationen zwei Drittel der Weltbevölkerung unter Wasserknappheit leiden werden. Der Müsliesser wird sich nicht bewusst sein, dass er mitten im Thema ist und gerade einen riesigen Wasserfussabdruck hinterlässt, einen sogenannten «Water Footprint».

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WERKSTOFFE Eine neue Materialklasse

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VERANSTALTUNGEN

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PANORAMA Fossile Vorläufer der ersten Tiere

Einzellige Organismen, die vor über einer halben Milliarde Jahre gelebt haben und deren Fossilien in China gefunden wurden, sind die unmittelbaren Vorläufer der frühesten Tiere. Die amöbenartigen Einzeller haben sich in zwei, vier, acht usw. Zellen geteilt, wie es heute tierische (und menschliche) Embryonen tun.

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Mit der Herstellung einer standfesten kristallinen Metaflüssigkeit, einem Pentamode-Metamaterial, realisierte ein Forschungsteam am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine neue Materialklasse. Mit neuartigen Methoden der Nanostrukturierung können diese Materialien erstmals mit allen denkbaren mechanischen Eigenschaften verwirklicht werden.

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

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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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Bilder: RUB

Bild 1. Anja-Verena Mudring bereitet einen Glaskolben vor, der in Rotation versetzt wird, damit sein Inneres von einer Ionischen Flüssigkeit benetzt wird. Zeitgleich wird der Leuchtstoff in der Mitte verdampft. Bei der Kondensation des Leuchtstoffs in die Ionische Flüssigkeit hinein bilden sich Nanopartikel.

Ionische Flüssigkeiten zur Synthese von Materialien

Leuchtende Nanopartikel aus der Mikrowelle Ionische Flüssigkeiten sind Salze mit besonderen Eigenschaften. Bei Raumtemperatur flüssig, eignen sie sich besonders gut als Lösungsmittel zur Herstellung von Nanopartikeln. Denn die grossen Ionen, aus denen sie bestehen, ummanteln kleine Partikel und hindern sie am Weiterwachsen. Die flüssigen Salze sind zumeist nicht brennbar, verdampfen nicht und lassen sich einfach handhaben und recyceln. Die Arbeitsgruppe von Anja-Verena Mudring nutzt solche Flüssigkeiten, um leistungsfähige neue Leuchtstoffe für umweltfreundliche Energiesparlampen herzustellen, im European Research Council-Starting Grant geförderten Projekt Emil – Exceptional materials via ionic liquids. Anja-Verena Mudring 1) Ionische Flüssigkeiten haben in den letzten zehn Jahren grosse Aufmerksamkeit erfahren. Im Gegensatz zu Kochsalz, das wie viele klassische Salze einen hohen Schmelzpunkt von mehr als 800 °C hat, sind Ionische Flüssigkeiten nach einer allgemeinen Definition Salze, die unterhalb von 100 °C schmelzen. Viele von ihnen sind schon bei Raumtemperatur flüssig; die Erstarrungspunkte können bei knapp –100 °C liegen. 1) Prof. Dr. Anja-Verena Mudring, Anorga nische Chemie I, Festkörperchemie und Materialien, Ruhr-Universität Bochum

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Diese dramatische Absenkung der Schmelzpunkte kann man erreichen, indem man viel grössere Ionen nimmt als im Kochsalz, welches aus Natriumkationen und Chloridanionen besteht (Bild 2). Häufig genutzte Kationen Ionischer Flüssigkeiten sind grosse organische Kationen wie bestimmte Ammoniumionen. Als Anionen eignen sich grosse Ionen wie Tetrafluoroborat oder Hexafluorophosphat. Je grösser die beteiligten Ionen, desto geringer ist die Anziehung zwischen den geladenen Teilchen und umso niedriger der Schmelzpunkt, da weniger Energieaufwand notwendig ist, um die Teilchen voneinander zu lösen.

Obwohl diese Verbindungsklasse schon über ein Jahrhundert bekannt ist, hat man erst in den letzten Jahren ihr Potenzial erkannt. Zunächst hat man den Einsatz Ionischer Flüssigkeiten für Batterie-Anwendungen untersucht, weil sie Ionenleiter sind. Da es sich um Salze handelt, sind die Stoffe nur schwer entflammbar. Dies hat zum Beispiel Vorteile beim Einsatz als Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien. Durchschlägt man mit einem Nagel einen konventionellen Lithium-Ionen-Akku, wie man ihn in Handys oder Laptops findet, dann fängt dieser an zu brennen. Der Grund ist, dass elementares Lithium mit Luft heftig reagiert und im Akku andere Stoffe die Ver6/2012


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Bild 2. Ionische Flüssigkeiten kann man erzeugen, indem man wesentlich grössere Ionen nutzt als im Kochsalz. Die Anziehung zwischen den Ionen wird dann kleiner, die Schmelztemperatur sinkt. Während sich Kochsalz bei rund 800 °C verflüssigt, sind viele Ionische Flüssigkeiten bei Raumtemperatur flüssig.

brennung noch unterstützen. Ein LithiumIonen-Akku, der auf einer Ionischen Flüssigkeit basiert, entzündet sich nicht, da das Salz nicht brennt und einen Verbrennungsprozess sogar noch hemmt. Eine weitere besondere Eigenschaft Ionischer Flüssigkeiten: Ihr Dampfdruck – das heisst die Tendenz, in die Gasphase überzugehen (zu verdampfen) – ist so gering, dass man ihn kaum messen kann, was man auch daran merkt, dass man sie wie auch Kochsalz nicht riechen kann. Grund für den geringen Dampfdruck ist, dass es keine Moleküle sind, die in die Gasphase gehen müssten, sondern gegensätzlich geladene Ionen. Also müssten immer mindestens zwei Teilchen in die Gasphase gehen. Diese Eigenschaft ist ein grosser Vorteil, wenn man bedenkt, dass der Austritt von Chemikalien in die Umwelt und damit die

Verschmutzung der Umwelt zu etwa 70 Prozent über die Gasphase erfolgt. Ist eine Chemikalie einmal in der Atmosphäre, ist ihre Verbreitung kaum zu kontrollieren.

Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel Aus diesem Grund hat man vor rund zehn Jahren angefangen zu erforschen, ob es möglich ist, in chemischen Prozessen, beispielsweise bei der Herstellung von wichtigen organischen Chemikalien und Pharmazeutika, Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel einzusetzen und damit klassische, flüchtige Lösungsmittel wie Alkohole, Aceton, Benzen oder Acetonitril zu ersetzen (siehe Kasten). Trotz der Furore, die Ionische Flüssigkeiten in den letzten zehn Jahren gemacht haben,

haben sie erstaunlicherweise im Bereich der Anorganischen Materialsynthese bislang wenig Beachtung gefunden. Als ausgebildete Festkörperchemikerin war mir der Einsatz von Salzschmelzen zur Synthese anorganischer Materialien wie Supraleitern wohlbekannt, und es hat mich gereizt, in diesem Kontext Ionische Flüssigkeiten zu untersuchen. Mit ihnen liegt ja ebenfalls eine Salzschmelze vor, aber eben bei viel niedrigeren Temperaturen als für klassische Salze typisch. Dadurch sollte nicht nur eine Synthese bei viel milderen Bedingungen in einem ionischen Medium möglich sein, sondern auch die Herstellung vieler neuer Verbindungen, die bei hohen Temperaturen nicht stabil sind. Als wir das Feld betraten, war überhaupt noch nicht verstanden, wie sich Ionische Flüssigkeiten in der anorganischen Chemie verhalten. Wir mussten viel Grundlagenforschung betreiben, um zum Beispiel zu verstehen, wie sich ein einfaches Metallsalz in einer Ionischen Flüssigkeit löst und wie die Komponenten darin vorliegen.

Fundamentale Eigenschaften Ionischer Flüssigkeiten Als wir unser erstes Projekt bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vorstellten, wurden wir gefragt, ob es überhaupt möglich sei, etwas in einer Ionischen Flüssigkeit aufzulösen, da man doch für Ionische Flüssigkeiten gerade schwachwechselwirkende Teilchen nimmt. Diese

Industrielle Anwendung Ionischer Flüssigkeiten Es ist gelungen, einige industrielle Prozesse durch den Einsatz von Ionischen Flüssigkeiten zu verbessern. Als eine der ersten grossen Chemiefirmen hat die BASF die grosstechnische Anwendung von Ionischen Flüssigkeiten untersucht und den sogenannten Basil-Prozess (Biphasic Acid Scavenging utilizing Ionic Liquids) entwickelt: Bei vielen chemischen Reaktionen werden Säuren freigesetzt, die abgefangen werden müssen. Klassischerweise geschieht das durch Zugabe von Basen, im einfachsten Fall von Aminen. Dabei fallen grosse Mengen an festen Salzen an, die schwer

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zu handhaben sind, weil man sie mit mechanischen Transportschnecken entfernen muss. Rohrleitungen werden leicht verstopft. Wählt man aber ein Amin, das eine Ionische Flüssigkeit bilden kann, so entsteht ein flüssiges Nebenprodukt, das sich sehr viel einfacher handhaben lässt, da man es ohne Probleme abpumpen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich das Amin aus der Ionischen Flüssigkeit recyceln lässt. So konnte die BASF zeigen, dass der Basil-Prozess nicht nur umweltfreundlicher und ressourcenschonender ist, sondern auch noch preiswerter und effizienter, also insgesamt ökoeffizient.

Schon bald hat man erkannt, dass sich das Potenzial Ionischer Flüssigkeiten nicht auf den Einsatz in Batterien oder in der organischen Synthese beschränkt. In den letzten Jahren hat die Substanzklasse Eingang in Produkte gefunden, die uns umgeben. Evonik nutzt Ionische Flüssigkeiten beispielsweise zur Verbesserung von Lacken und Farben. Sie sorgen dafür, dass die Farbpartikel sich einheitlicher verteilen und sich die Farbe gleichmässiger auftragen lässt. Denn die Ionen legen sich dank elektrostatischer Anziehung wie ein Mantel um die Farbpartikel und verhindern, dass sie zusammenklumpen können.

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könnten doch gar nicht mit dem zu lösenden Stoff wechselwirken. Also haben wir zunächst erforscht, wie solche schwachen Wechselwirkungen aussehen, und ein Paradigma umgestossen: Die Ionen Ionischer Flüssigkeiten wechselwirken sehr wohl mit dem gelösten Stoff, wenn auch viel schwächer als in wässeriger Lösung. Aber wenn der Konkurrent Wasser nicht da ist, nehmen die zu lösenden Stoffe auch mit den Ionen Ionischer Flüssigkeiten vorlieb. Wir beschäftigen uns auch mit der Struktur von Ionischen Flüssigkeiten. Viele dieser Stoffe bilden auch flüssigkristalline Phasen aus. Ein Flüssigkristall ist ein Zwischending zwischen einem Kristall, in dem alle Teilchen im Raum exakt angeordnet sind, und einer Flüssigkeit, in der alle Teilchen vollkommen ungeordnet vorliegen. In einem Flüssigkristall kann Ordnung in nur eine Raumrichtung herrschen oder auch in zwei Richtungen. Den Grad der Ordnung kann man nachweisen, wenn man sich die Stoffe mit einem Mikroskop zwischen zwei Polarisationsfiltern anschaut. So erkennt man Muster, die auf die innere Struktur des Stoffes hinweisen. Viele dieser Bilder sehen aus wie kleine Kunstwerke (Bild 3). Flüssigkristalle sind die Basis von Notebook- und Handy-Displays (LCD = liquid crystal display). Ihre Funktion beruht darauf, dass sie die Polarisationsrichtung von Licht beim Anlegen einer bestimmten Spannung verändern. Auch Duschgels und Haarwaschmittel, die irisieren, enthalten Flüssigkristalle. Zu der Zeit, als wir uns mit den fundamentalen Eigenschaften Ionischer Flüssigkeiten beschäftigten, kam mir die Idee, dass Ioni-

Bild 3. Flüssigkristalle sind weder fest noch flüssig. Zwischen zwei Polarisationsfiltern unter dem Mikroskop betrachtet, offenbart sich ihre Struktur, die in eine oder zwei Richtungen geordnet sein kann. Die Bilder zeigen smetische Phasen, in denen in zwei Richtungen Ordnung herrscht.

sche Flüssigkeiten als salzartiges, ionisches Lösungsmittel bei tiefen Temperaturen viel mehr Potenzial haben als zunächst angenommen – insbesondere, wenn man ihre ungewöhnlichen Eigenschaften bei der Synthese ausnutzt. Zum einen haben sie ja so gut wie keinen Dampfdruck. Daher kann man sie einerseits nicht verdampfen wie klassische Lösungsmittel, aber andererseits sollte es möglich sein, sie unter Vakuum zu handhaben, eben ohne dass sie verdampfen.

Reaktionen in der Haushaltmikrowelle Eine zweite Eigenschaft Ionischer Flüssigkeiten ist, dass sie, weil es sich um Salze handelt, extrem gut Mikrowellenstrahlung aufnehmen und sich somit effizienter erhitzen lassen als andere Lösungsmittel.

Bild 4. Funktionsprinzip von Energiesparlampen. Der Glaskolben ist mit einem QuecksilberGasgemisch gefüllt. Fliesst ein Strom durch die Elekt roden der Lampe, kollidieren die Elektronen mit den Atomen des Gasgemischs, das in einen angeregten Zustand übergeht (Plasma). Dabei sen den die Quecksilberatome UV-Strahlung aus. Da diese nicht sichtbar ist, müssen Leuchtstoffe an der Innenseite des Glases sie in sichtbares Licht umwandeln. Die Leuchtstoffpartikel müssen so klein sein, dass sie das Licht nicht zurück in die Lampe reflektieren können.

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Wir hatten in einem Fachjournal einen ersten Bericht über die Herstellung von Nanomaterialien aus Ionischen Flüssigkeiten in einer Haushaltsmikrowelle gelesen. Ionische Flüssigkeiten eignen sich besonders gut zur Herstellung von Nanopartikeln, weil sich die Ionen um kleinste Partikel herumlegen wie ein Mantel und so verhindern, dass die Partikel weiter wachsen können – der gleiche Effekt, den man sich bei Farben zunutze macht (siehe Kasten). Inspiriert vom Bericht ist ein Mitarbeiter in den nächsten Supermarkt gegangen und hat dort die preiswerteste Haushaltsmikrowelle gekauft, die er finden konnte. Wir wollten Nickeloxid-Nanopartikel herstellen, ein magnetisch interessantes Material. Also haben wir die nötigen Startmaterialien in einer Ionischen Flüssigkeit gelöst, in einem kleinen Gefäss in die Mikrowelle gestellt und den Timer auf zwei Minuten eingestellt. Doch kaum lief die Mikrowelle an, gab es einen Schlag, und es war klar, dass da eine ziemlich schnelle Reaktion vonstattengegangen war. Wir haben die Mikrowelle sofort gestoppt. Ein Blick in die Mikrowelle zeigte: Die Nanopartikel hatten sich tatsächlich gebildet – die Wand der Mikrowelle war fein mit dem Produkt ausgekleidet. Da war klar, dass das Prinzip funktioniert, aber noch viel Arbeit in die Entwicklung einer Synthese gesteckt werden musste – und dass wir vor allem doch Geld für eine ausgefeiltere Labormikrowelle brauchten. Zu dieser Zeit war gerade der Europäische Forschungsrat (ERC) gegründet worden, und die ersten Ausschreibungen für Pro6/2012


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Bild 5. Unter UV-Licht leuchten verschiedene Seltenerdelemente in verschiedenen Farben. Hier Angaben für Europium (Eu) und Terbium (Tb). Die Oxidationsstufe des Seltenerdelements, das heisst, die Anzahl der Elektronen, die es aufgenommen bzw. abgegeben hat, bestimmt die Farbe.

jekte in der Grundlagenforschung waren veröffentlicht. Die Projekte sollten absolute Grundlagenforschung beinhalten und durften durchaus risikobehaftet sein. Neuland sollte betreten werden. Also habe ich ein Forschungsvorhaben eingereicht, in dem das Potenzial Ionischer Flüssigkeiten als neuartige Lösungsmittel zur Herstellung von Leuchtstoffen auf der Nanoskala ausgelotet werden soll. Das Projekt heisst «Emil» – Exceptional materials via ionic liquids – ungewöhnliche Materialien über Ionische Flüssigkeiten. Die Synthese sollte aber nicht einfach über Erwärmen laufen, sondern speziell die ungewöhnlichen Eigenschaften Ionischer Flüssigkeiten ausnutzen.

der Lampe befinden sich Elektroden, zwischen denen Strom fliesst, sobald der Zünder betätigt wird. Die Elektronen, die durch die Lampe fliessen, prallen auf das Quecksilber-Gasgemisch und erzeugen ein Plasma, versetzen das Gas also in einen elektronisch angeregten Zustand. In diesem Zustand senden die Quecksilberatome UVStrahlung aus. Da man diese Strahlung nicht sehen kann, ist die Innenseite der Lampe mit Energiekonversionsleuchtstoffen beschichtet, die UV-Strahlung in sichtbares Licht umwandeln (Bild 4). Damit das Licht optimal aus der Energiesparlampe austreten kann, müssen die Leuchtstoffpartikel so klein sein, dass sie das Licht nicht streuen, denn sonst würde ein Grossteil des Lichts zurück ins Innere der Lampe reflektiert. Übliche Leuchtstoffe sind Sauerstoff-basiert (oxidisch) und enthalten Seltenerdelemente, die in den Grundfarben Rot, Grün und Blau leuchten (Bild 5). Die Mischung aus den drei Farben ergibt dann weisses Licht. Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören insgesamt 17 chemische Elemente. Die wenigsten Seltenerdelemente sind wirklich selten, einige kommen in der Erdkruste häufiger vor als Blei oder Arsen. Für künftige Energiesparlampen wäre es wünschenswert, wenn man das Quecksilber durch einen weniger giftigen Stoff ersetzen könnte. In der Tat könnte man Edelgase wie Xenon verwenden. Nur ist Xenon-UV-Licht energiereicher als Quecksilber-UV-Licht. Damit die Lampe eine Energiesparlampe bleibt, muss die energierei-

chere UV-Strahlung von Xenon besser ausgenutzt werden. Dazu bräuchte man viel effizientere Leuchtstoffe – am besten solche, die aus einem UV-Photon zwei sichtbare Photonen machen. In QuecksilberLampen wird aus einem UV-Photon nur ein sichtbares gemacht. Dabei gehen selbst in der Energiesparlampe rund 60 Prozent Energie verloren. Kollegen aus den Niederlanden, Andries Meijerink und Mitarbeiter, hatten schon an grossen Kristallen gezeigt, dass es solche Materialien gibt, die aus einem UV-Lichtquant zwei sichtbare machen. Es handelt sich um eine Kombination von Gadoliniumfluorid mit Europium, die UV-Strahlung in sichtbares, rotes Licht umwandeln. Gadolinium wie auch Europium gehören zu den Seltenerdelementen. Unsere Idee war, solche Stoffe auf der Nanoskala auf zwei unterschiedlichen Wegen aus Ionischen Flüssigkeiten herzustellen. Und zwar einmal über einen sogenannten top-down approach, bei dem man vom Volumenmaterial (also von grösseren Partikeln) ausgeht und dieses klein macht, und zum anderen über einen bottom-up approach, bei dem man aus chemischen Vorläufern die Verbindung aufbaut.

Top-down approach Für den top-down approach war der Ansatz, Seltenerdfluoride, die als Feststoff vorliegen, in Ionische Flüssigkeiten hinein zu verdampfen. Eine effiziente Verdampfung ist

Leuchtstoffpartikel für Energiesparlampen Leuchtstoffe, zum Beispiel in Energiesparlampen, funktionieren nur dann, wenn ihre Teilchengrösse im Nanometerbereich liegt. Warum, wird klar, wenn man sich anschaut, wie eine Energiesparlampe aufgebaut ist: Im Inneren des Glaskörpers solcher Lampen befindet sich ein mit Quecksilber versetztes Edelgas. Beim Einschalten der Lampe betätigt man einen Zünder, der anfangs eine hohe Spannung in die Lampe leitet und den Strom dann drosselt. An jedem Ende 6/2012

Bild 6. Den Forschern ist die Herstellung von Leuchtstoffen in allen Grundfarben gelungen. Erst unter UV-Bestrahlung zeigen sie ihre leuchtenden Farben.

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nur unter hohem Vakuum möglich. Unter diesen Bedingungen gehen die Seltenerdfluoride als Moleküle in die Gasphase. Die Nanopartikel sollten sich beim Kondensieren der Seltenerdfluoride in der Ionischen Flüssigkeit bilden. Das Ganze funktioniert aber nur, wenn es tatsächlich möglich ist, mit Ionischen Flüssigkeiten unter Vakuum zu arbeiten. Wir haben dazu ein Gerät angeschafft, das aussieht wie ein grosser Rotationsverdampfer (Bild 1). Im Rundkolben wird die Ionische Flüssigkeit vorgelegt. Der Kolben wird in Rotation versetzt, damit sich ein Film Ionischer Flüssigkeit auf seiner Innenseite bildet, in den die Seltenerdfluoride kondensiert werden. Und es hat geklappt: Uns ist die Herstellung von Nanoleuchtstoffen in allen Grundfarben gelungen (Bild 6 und Bild 7). Die Nanopartikel fallen als Feststoff aus. Sie werden mit einem gewöhnlichen Lösungsmittel wie Aceton oder Dichlormethan aus der Ionischen Flüssigkeit ausgewaschen. Beim Zentrifugieren lassen sie sich als feines Pulver gewinnen.

Bottom-up approach Bei der zweiten Synthesestrategie, bottomup, gehen wir von einfachen Seltenerdsalzen wie Gadolinium- und Europiumacetat aus. Diese werden in einer fluoridhaltigen Ionischen Flüssigkeit gelöst. Die Reaktionsmischung wird dann in einer Labormikrowelle erhitzt – zehn Minuten, 120 °C –, und wir haben die gewünschten Nanopartikel erhalten. Die Ionische Flüssigkeit steuert Fluoridionen zu den Nanopartikeln bei. Die festen Partikel werden ausgewaschen wie beim top-down-Verfahren. Ganz so einfach, wie es hier klingt, war es natürlich nicht wirklich. Es hat ein bisschen gedauert, bis wir die richtige Ionische Flüs-

Bild 8. Vergleich der Effizienz eines in der Arbeitsgruppe von Mudring auf verschiedenen Wegen hergestellten Leuchtstoffs (Europium-dotiertes Gadoliniumfluorid, GdF 3:Eu) bei Bestrahlung mit UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge. Bei UV-Strahlung mit 202 nm Wellenlänge (rot) liegt die Effizienz nahe am theoretisch möglichen Wert von 200 Prozent. Xenon-Plasmen senden UV-Strahlung mit 170 nm Wellenlänge aus.

sigkeit als Lösungsmittel gefunden hatten: Bei mehr als einer Million möglicher Ionischer Flüssigkeiten war das zu erwarten. Beim Kation, dem positiv geladenen Teilchen der Ionischen Flüssigkeit, haben wir viele ausprobiert. Beim Anion brauchten wir eines, das Fluorid freisetzt, und da kamen nur zwei in Frage. Schliesslich haben wir tatsächlich eine Flüssigkeit gefunden, die ein Nanomaterial lieferte, das eine Effizienz nahe am theoretisch Möglichen hat: Die theoretische Obergrenze ist die Umwandlung von einem UV-Photon in zwei sichtbare Photonen, was einer Lichtquantenausbeute von 200 Prozent entspricht. Die Effizienz unseres Leuchtstoffs, Europium-dotiertem Gadoliniumfluorid, liegt bei 194 Prozent (Bild 8).

Auf dem Weg zur Marktreife?

Bild 7. Hier leuchtet Natriumgadoliniumfluorid dotiert mit Erbium und Ytterbium grün.

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Die Synthese ist schnell und effizient. Vor allem aber müssen keine korrosiven oder toxischen Verbindungen benutzt werden, was ein grosser Fortschritt ist. Er lässt hoffen, dass in der Zukunft tatsächlich solche Materialien, hergestellt aus Ionischen Flüssigkeiten, im grösseren Massstab produziert und in Leuchtmitteln wie Energiesparlam-

pen und LED eingesetzt werden können. Um das auszutesten, haben wir gerade den zweiten ERC-Grant bekommen. Dieser «Proof of Concept»-Grant soll es uns ermöglichen, die Idee zur Marktreife zu bringen. Natürlich gibt es da noch einen besonderen Trick, über den wir noch nicht berichten können. Mithilfe der Verwertungsgesellschaft der Ruhr-Universität Rubitec sind wir gerade dabei, die Erfinderrechte abzusichern. Leuchtmittel zu verbessern, ist bedeutend, wenn man bedenkt, dass 19 Prozent des globalen Energieverbrauchs auf Beleuchtung entfallen, das entspricht etwa sieben Prozent der Kohlendioxidemissionen. Schon allein der Ersatz konventioneller Glühlampen durch Energiesparlampen würde den Energieverbrauch weltweit pro Jahr um zwei Prozentpunkte senken – so viel Energie wie Grossbritannien im ganzen Jahr verbraucht. Wenn man den Verbrauch noch weiter senken könnte, wäre das fantastisch. Dafür braucht man aber neue Technologien – und manchmal verrückte Ideen und mutige Sponsoren. Quelle: «Rubin» Frühjahr 2012, Seiten 7–13 6/2012


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Billiges Zink ersetzt teures Ruthenium

Nachhaltige Solarzellen aus häufigen Metallen Nach Fukushima wird die Notwendigkeit von Alternativen zur Kernenergie immer deutlicher. Viele Technologien werden gegenwärtig intensiv erforscht, wobei oft vernachlässigt wird, wie nachhaltig die verwendeten Materialien sind. Ein Prozess, der auf teuren und seltenen Rohstoffen basiert, wird sich in der Massenproduktion kaum durchsetzen. Chemiker der Universität Basel beschreiben einen Ansatz zum Bau günstiger und nachhaltiger FarbstoffSolarzellen auf der Basis von Zink – eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste.

Laut der Projektleiterin Biljana Bozic war entscheidend, ein Verfahren für die gleichzeitige Synthese des Farbstoffs und dessen Verankerung auf der Halbleiteroberfläche zu entwickeln.

Bild 1. Der aud Titandioxid verankerte zinkhaltige Farbstoff ist orange.

Farbstoff-Solarzellen oder DSC (Dye-sensitized Solar Cells) bestehen aus dem Halbleiter Titandioxid, auf dem ein Farbstoff verankert ist. Dieser Farbstoff absorbiert Sonnenlicht und überträgt Elektronen an den Halbleiter, wodurch ein Stromfluss entsteht. Den Forschern Nik Hostettler und Ewald Schönhofer aus der Gruppe von Edwin Constable und Catherine Housecroft an der Universität Basel sind zwei Durchbrüche gelungen: Erstens haben sie eine neue Strategie zur Herstellung und Verankerung von Farbstoffen an der Oberfläche von Titandioxid-Nanopartikeln entwickelt und zweitens konnten sie erstmals zeigen, dass dazu einfache Verbindungen des reichlich verfügbaren Metalls Zink verwendet werden können. 10

Die Entdeckung, dass Zinkfarbstoffe zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden können, war äusserst unerwartet. Laut Constable wird Zink von den meisten Chemikern als eher «langweiliges» Element angesehen, da die meisten seiner Verbindungen farblos sind. Bei Forschungsarbeiten im Hinblick auf neuartige Beleuchtungssysteme hatten er und sein Team organische Verbindungen entdeckt, die an Zink gebundenneuartige, intensiv-farbige Materialien bilden (Bild 1). Obwohl die mit farbigen Zinkverbindungen bestückten Solarzellen noch nicht besonders effizient arbeiten, öffnet diese Beobachtung den Weg für eine neue Generation von Solarzellen, die mit bisher unberücksichtigten Farbstoffen arbeiten. Herkömmliche Farbstoff-Solarzellen verwenden Farbstoffe auf der Basis von Ruthenium. Ruthenium ist ein seltenes Metall und mit rund 3500 Franken pro Kilogramm entsprechend teuer. Kürzlich demonstrierte das Basler Forscherteam die Leistungsfähigkeit von Farbstoffen aus dem reichlich vorkommenden und relativ preisgünstigen Kupfer (7.5 Fr. pro Kilogramm). Durch die Verwendung von billigem Zink (1.8 Fr. pro Kilogramm) erhöht sich die Nachhaltigkeit der Technologie zusätzlich. «Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung unseres Traums, Photovoltaik und Beleuchtung in intelligenten Vorhängen zu verbinden, die tagsüber Sonnenenergie speichern und

Bilder: Edwin Constable

Bunte Farbstoffe aus grauem Zink

Bild 2. Vergleichende Prüfung von Farbstoffsolarzellen mit Ruthenium- und Zinkverbindungen

nachts als Beleuchtungselemente dienen», so Constable. «Dieses Vorhaben steht im Zentrum unseres Forschungsprogramms ‹ Light-In, Light-Out ›, das vom Europäischen Forschungsrat ERC finanziert wird.» Quelle: Universität Basel Originalpublikation Biljana Bozic-Weber, Edwin C. Constable, Nik Hostettler, Catherine E. Housecroft, Ralf Schmitt and Ewald Schönhofer, «The d10 route to dye-sensitized solar cells: step-wise assembly of zinc(II) photosensitizers on TiO2 surfaces», Chemical Communications 48, 5727–5729 (2012). Kontakt Prof. Dr. Edwin C. Constable Universität Basel, Department Chemie Telefon +41 (0)61 267 10 01 Edwin.Constable@unibas.ch www.unibas.ch 6/2012


CHEMIE

Sonnenlicht zur Herstellung aromatischer Verbindungen

FĂźr die Herstellung komplexer Aromaten nutzt man bislang unter anderem ein Verfahren, das auf den Chemiker Robert Pschorr zurĂźckgeht und in den 1930erJahren von Hans Meerwein zu einer speziellen Reaktionsmethode (Meerwein-Arylierung) weiterentwickelt wurde (Bild 1 oben). Der SchlĂźssel des Verfahrens ist die Ăœbertragung eines Elektrons, wodurch das Ausgangsmaterial, ein Diazoniumsalz, zur Reaktion aktiviert wird. Das Elektron wird dabei aus Kupfersalzen bereitgestellt. Auf diese Weise wird die Meerwein-Arylierung schon seit längerer Zeit erfolgreich in der Praxis angewendet. Allerdings ist die Prozedur nicht nur teuer, sondern belastet auch die Umwelt. Forscher der Universität Regensburg haben eine neue Methode entwickelt, die Sonnenlicht anstelle von giftigen Kupfersalzen fĂźr die Aktivierung bzw. Anregung der Meerwein-Arylierung verwendet. Die Wissenschaftler um Burkhard KĂśnig vom Institut fĂźr Organische Chemie nutzen dafĂźr den Umstand, dass sich die fĂźr die MeerweinArylierung notwendigen ElektronenĂźbertragungen auch durch sichtbares Licht erzeu-

Bild: Kurt Hermann

Aromaten gehĂśren zu den wichtigsten chemischen Rohstoffen. Sie werden zum Beispiel bei der Synthese von Medikamenten, der Produktion von Kunststoffen, als LĂśsungsmittel in Farben, Lacken und Klebstoffen oder sogar in der Elektrotechnik verwendet.

Bild 1. Die klassische und die fotokatalytische Meerwein-Arylierung

gen lassen. So kÜnnen die in der klassischen Variante in grosser Menge benÜtigten Kupfersalze bei der Fotokatalyse durch einfache organische Farbstoffe und Sonnenlicht ersetzt werden (Bild 1 unten). Auf diese Weise wird die Reaktion effizienter und umweltfreundlicher. Darßber hinaus erÜffnen sich so auch neue EinsatzmÜglichkeiten in den Materialwissenschaften. Quelle: Universität Regensburg Originalpublikation Peter Schroll, Durga Prasad Hari, Burkhard KÜnig,

Photocatalytic Arylation of Alkenes, Alkynes and Enones with Diazonium Salts, ChemistryOpen 2012, Article first published online: 27 Apr, doi: 10.1002/open.201200011 Kontakt Prof. Dr. Burkhard KÜnig Universität Regensburg Institut fßr Organische Chemie Universitätsstrasse 31 D-93053 Regensburg Telefon +49 (0)941 943 4575 4576 Burkhard.Koenig@chemie.uni-regensburg.de www.uni-regensburg.de

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Bild 1. Durchsichtige Flügel und ein hellgrüner Rumpf sind charakteristisch für Florfliegen.

Attraktives Material für neue technologische Anwendungen

Biotechnologisch hergestellte Seidenproteine Was am seidenen Faden hängt, ist vor Feinden sicher. Nach diesem Prinzip schützen die Florfliegen ihren Nachwuchs, wenn sie ihre Eier an selbst produzierten, hochgradig belastbaren Seidenfäden herabhängen lassen. Diese Eierstiele künstlich nachzubauen, ist jetzt erstmals einem Team um Thomas Scheibel und Felix Bauer an der Universität Bayreuth gelungen. Die neuen Seidenfäden sind wie ihre natürlichen Vorbilder ausserordentlich zugfest und biegesteif: ein attraktives Material für neue technologische Anwendungen.

Christian Wissler Die Florfliegen sind eine in Mitteleuropa weitverbreitete Fliegenart, die besonders durch ihre hellgrüne Farbe und ihre durchsichtigen länglichen Flügel auffällt. Weil die aus den Eiern geschlüpften Larven sich von Blattläusen ernähren, werden Florfliegen in der Landwirtschaft gezielt zur biologischen Schädlingsbekämpfung eingesetzt. Um einen Eierstiel zu produzieren, sondert die Florfliege aus ihren Drüsen einen Tropfen Spinnlösung ab, der fest an der Unterseite eines pflanzlichen Blattes haften bleibt. Dann drückt sie ein Ei in diesen Tropfen und zieht das Ei nach unten. So entsteht ein Seidenfaden, der innerhalb weniger Sekunden aushärtet. Die Eierstiele der Florfliege haben einen Durchmesser von nur 10 Mikrometern. Zum 12

Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen fünfmal grösseren Durchmesser. Und dennoch erweisen sich die Eierstiele als ausserordentlich biegesteif. Denn wenn man die pflanzlichen Blätter, an denen sie herabhängen, herumdreht, zeigen die Eierstiele senkrecht nach oben. Trotz des Gewichts der an ihrer Spitze befindlichen Eier werden sie nicht gekrümmt oder zusammengepresst.

Natürlicher Bauplan, künstliche Herstellung Thomas Scheibel und Felix Bauer konnten jetzt erstmals im Labor Eierstiele aus Seidenproteinen nachbauen, die an das natürliche Vorbild in vieler Hinsicht heranreichen. Der zentrale Baustein der künstlich hergestellten Seidenproteine besteht aus

48 Aminosäuren und wiederholt sich achtmal, ähnlich den Gliedern einer Kette. Genauso wie bei natürlichen Seidenproteinen befindet sich am Anfang der Proteinkette eine aminoterminale Domäne und an deren Ende eine carboxyterminale Domäne. Diese Endstücke steuern massgeblich die Eigenschaften der Seidenproteine. Für die Herstellung der Seidenproteine haben Scheibel und Bauer ein biotechnologisches Verfahren angewendet, das sie in ähnlicher Form schon bei der Produktion von Spinnenseidenproteinen eingesetzt haben. Ein im Labor synthetisiertes Gen wird in ein ringförmiges Stück DNA eingebaut und in lebende E. coli-Bakterien eingeschleust. Durch Zugabe eines speziellen Zuckers wird die Produktion der Seidenproteine angeregt. Die auf diese Weise biotechnologisch hergestellten Seidenproteine 6/2012


Bilder: Universität Bayreuth

BIOWISSENSCHAFTEN

teine sind nämlich innerhalb des senkrechten Eierstiels so angeordnet, dass ihre Längsachsen horizontal verlaufen; also im rechten Winkel zur Faserachse des Eierstiels stehen. Daher können sie wie die Falten einer Ziehharmonika auseinandergezogen werden, ohne dass der Stiel zerreisst. Diese sogenannte «Cross-Beta-Struktur» der Eierstiele wird von den rekombinanten Seidenproteinen bisher noch nicht gebildet. «Aber wir sind zuversichtlich, dass es uns bald gelingen wird, die Natur auch in dieser Hinsicht nachahmen zu können. Dann werden unsere neuen Seidenfasern noch belastbarer, noch leistungsstärker sein», erklärt Scheibel. Bereits jetzt zeichnet sich ein breites Anwendungsfeld der künstlich erzeugten Seidenproteine ab. Sie können nicht nur zu neuartigen Fasern, sondern auch zu Beschichtungen, hauchdünnen Filmen oder winzigen Kapseln weiterverarbeitet werden. In diesen Formen sind sie beispielsweise für Anwendungen in der Kosmetik, Medizintechnik oder der pharmazeutischen In-

dustrie, aber auch in technischen Anwendungen der Kunststoffindustrie von hohem Interesse. Quelle: Universität Bayreuth

Originalpublikation Bauer, F. and Scheibel, T., «Artifizielle Eierstiele, hergestellt aus rekombinant produziertem Florfliegenseidenprotein», Angew. Chem., Article first published online: 16 May 2012, doiI: 10.1002/ange.201200591 Kontakt Prof. Dr. Thomas Scheibel Universität Bayreuth Lehrstuhl für Biomaterialien Universitätsstrasse 30 D-95447 Bayreuth Telefon +49 (0)921 55 7361 homas.scheibel@bm.uni-bayreuth.de www.fiberlab.de

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werden auch als rekombinante Seidenproteine bezeichnet. Die aus den rekombinanten Seidenproteinen geformten Eierstiele erweisen sich als ausserordentlich belastbar. Bei einer Luftfeuchtigkeit von 30 Prozent sind sie genauso zugfest und dehnbar wie ihre natürlichen Vorbilder. Das bedeutet: Es muss die gleiche Kraft wie bei natürlichen Eierstielen aufgewendet werden, um die künstlichen Seidenfäden auseinanderzureissen. Erst bei einer hohen Luftfeuchtigkeit um 70 Prozent ändert sich das Bild. Dann sind die Eierstiele der Florfliege den Kopien aus dem Labor klar überlegen. Sie lassen sich bis auf das Sechsfache ihrer ursprünglichen Länge ausdehnen, ohne dabei zu reissen. Die Bayreuther Wissenschaftler arbeiten jedoch daran, die Belastbarkeit der künstlichen Eierstiele auch bei höheren Luftfeuchten weiter zu steigern. Die Natur bleibt dabei ein Vorbild. Denn die Eierstiele der Florfliegen verdanken ihre extreme Dehnbarkeit und Zugfestigkeit vor allem ihrer inneren Struktur. Die einzelnen Seidenpro-

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Bild 3. Rechts ein Florfliegenei an der Spitze eines natürlichen Eierstiels, den das Ei trotz seines Gewichts nicht zusammendrückt. Links ein künstlicher Eierstiel mit einem Stück Aluminiumfolie an der Spitze.

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Bild 2. Florfliegeneier hängen an Eierstielen herab.

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BIOWISSENSCHAFTEN

Funktion des bakteriellen Transportsystems

Energielieferanten für die Proteinsekretion Um mit der Umwelt zu interagieren, scheiden Bakterien ein ganzes Arsenal von Proteinen aus. Wie eines der dafür verwendeten Transportsysteme – das Typ VI-Sekretionssystem – funktioniert, haben Forscher für den Einzeller Agrobacterium tumefaciens herausgefunden. Sie identifizierten die relevanten Transportproteine und ihren Energielieferanten. «Die beteiligten Proteine kommen auch in anderen Sekretionsapparaten vor», erklärt RUBBiologe Franz Narberhaus vom Lehrstuhl für Biologie der Mikroorganismen.

Bakterien nutzen die ausgeschiedenen Proteine, um Nährstoffe zugänglich zu machen, Konkurrenten abzuwehren und menschliche, tierische oder pflanzliche Wirtszellen zu infizieren. «Agrobacterium tumefaciens ist faszinierend. Es kann Pflanzen genetisch verändern und zur Tumorbildung anregen», sagt Narberhaus. Fünf bakterielle Sekretionssysteme sind schon lange bekannt. Das Typ VI-System entdeckten Forscher erst vor wenigen Jahren. Es transportiert unter anderem das Protein Hcp durch zwei Membranen in die Umgebung – zu welchem Zweck ist bislang unklar. Fraglich war auch, wie der Export von Hcp angetrieben wird. Genau das hat das deutsche Team zusammen mit Kollegen der Academia Sinica in Taiwan entschlüsselt.

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Bild: RUB

Julia Weiler

Bild 1. Um nach aussen zu gelangen, muss Hcp zwei Zellmembranen überwinden. Das gelingt nur, wenn es einen Komplex mit den beiden Membranproteinen TssM (grau) und TssL (weiss) eingeht. Die Energie für den Export entsteht durch Interaktion von TssM mit dem Energiespeicher-Molekül ATP. (Modifiziert nach Journal of Biological Chemistry.)

Membranprotein TssM: der Motor für den Proteinexport Narberhaus zeigte mit seinen Kollegen, dass zwei Proteine in der Zellmembran der Bakterien für den Export von Hcp entscheidend sind, genannt TssL und TssM. Als Kraftstoff für den Transportvorgang dient das Molekül ATP, ein zellulärer Energiespeicher. Das Membranprotein TssM bindet den Energielieferanten ATP, ändert dadurch seine eigene Struktur und spaltet ATP. Die dabei freiwerdende Energie ermöglicht es dem anderen Membranprotein TssL, seine Fracht (Hcp) zu binden, sodass ein Dreierkomplex aus TssM, TssL und Hcp entsteht. Nur wenn sich dieser Komplex bildet, gelangt Hcp aus der Bakterienzelle in die Umgebung. «Grosse Membranproteine wie TssM sind schwer biochemisch zu untersuchen. Unsere Kollegen in Taiwan haben tolle Arbeit geleistet», erläutert Narberhaus. «Es wird nun besonders interessant sein, die biolo-

gische Bedeutung des Systems zu erforschen.» Die Analysen zur ATP-Spaltung, auch Hydrolyse genannt, etablierte Lay-Sun Ma im Labor von Narberhaus während eines Forschungsaufenthalts. Quelle: Ruhr-Universität Bochum Originalpublikation Lay-Sun Ma, Franz Narberhaus, and Erh-Min Lai, «IcmF Family Protein TssM Exhibits ATPase Activity and Energizes Type VI Secretion», J. Biol. Chem. 287, 15610–15621. Kontakt Prof. Dr. Franz Narberhaus, Ruhr-Universität Fakultät für Biologie und Biotechnologie Universitätsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 23100 franz.narberhaus@rub.de www.ruhr-uni-bochum.de 6/2012


BIOWISSENSCHAFTEN

Wie molekulare Motoren sich bewegen

Minitransporter auf Abwegen Kinesine übernehmen in unseren Zellen eine lebenswichtige Funktion: Die kleinen Laufmaschinen transportieren entlang langer Proteinfasern wichtige Substanzen und sorgen für eine effektive Infrastruktur. Biophysiker der Technischen Universität München (TUM) und der Ludwig Maximilians Universität München (LMU) haben herausgefunden, dass manche Transporter beim Laufen ähnlich wie Autos auf einer mehrspurigen Autobahn auch die Spur wechseln können.

Molekulare Motoren sind der Schlüssel zur Entwicklung höherer Lebewesen. Entlang langer Proteinfasern transportieren sie Proteine, Signalmoleküle, Organellen oder sogar ganze Chromosomen gezielt von einem Ort der Zelle zum anderen. Ähnlich wie Lastwagen auf Autobahnen sind ständig Tausende der kleinen Motorproteine gleichzeitig unterwegs – ein hochkoordinierter und äusserst schneller Transport. Nur mit dieser höchst effektiven Infrastruktur konn-

HPLC & UHPLC

ten sich grössere, komplexere Zellen und vielzellige Organismen bilden – eine Fähigkeit die beispielsweise Bakterien fehlt, da diese weder molekulare Motoren noch ein Cytoskelett besitzen. Eine besondere Klasse molekularer Motoren sind die Kinesine. Sie bestehen aus zwei miteinander verdrillten Eiweissketten. Jede Kette besitzt einen Kopf, der an der Oberfläche des Mikrotubulus andocken kann, eine Halsdomäne sowie eine Stiel-

GC & GC/MS

und eine Schwanzdomäne, an deren Ende die Fracht angehängt wird. Das Kinesin bewegt sich, indem es abwechselnd einen Kopf vor den anderen setzt. Das erste umfassend erforschte Kinesin ist das Kinesin-1, das viele aufeinanderfolgende Schritte ausführt, ohne sich vom Mikrotubulus abzulösen. Dabei bewegt es sich auf seinem langen Weg exakt geradeaus und bleibt dabei stets auf einer einzigen Faser des Mikotubulus, der sich aus 13 röh-

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BIOWISSENSCHAFTEN

ersten Mal die trudelnde Bewegung eines Kinesin-2 Proteins sahen, lachten wir alle – die Bewegung war so klar und deutlich, man musste einfach nur hinschauen und alle Zweifel waren verflogen.» Dieser Versuchsaufbau erlaubt den molekularen Motoren sich frei zu bewegen und kommt so den realen Verhältnissen in der Zelle sehr viel näher als frühere Untersuchungsmethoden.

Bild: Melanie Brunnbauer

Spiralbewegungen in vielfältigen Variationen

Bild 1. Kinesine laufen auf einem Proteinfaserbündel

renförmig angeordneten Einzelfasern zusammensetzt.

Kinesine können Spur wechseln Wissenschaftler um Zeynep Ökten am Lehrstuhl für Biophysik der Technischen Universität München und Melanie Brunnbauer am Lehrstuhl für Biophysik haben erstmals demonstriert, dass Kinesine während des Transports auch ihre Spur wechseln können. Die Wissenschaftlerinnen haben die Stelle im Kinesin-Protein identifiziert, die bestimmt, ob ein Kinesintyp geradeaus läuft oder sich spiralförmig bewegt. Es ist ein Strukturelement der Halsdomäne. «Ist die Halsregion stabil, haben die beiden Köpfe des Kinesins nur eine geringe Reichweite. Das Kinesin kann keine Seitenschritte machen und läuft geradeaus», sagt Ökten. «Destabilisiert man jedoch die verantwortliche Region, vergrössert sich die Reichweite der Köpfe und das Motorprotein kann die Faser wechseln und sich spiralförmig um den Mikrotubulus herum bewegen.» Um die neue Erkenntnis zu überprüfen bauten die Wissenschaftlerinnen bestimmte Aminosäurereste in die verantwortliche Region ein, eine Art molekularer Schalter, mit dem sie die Reichweite der beiden Köpfe regulieren können. Das Ergebnis war deut16

lich: Destabilisierten sie die Halsregion des Kinesin-1 Motors und vergrösserten so die Reichweite der beiden Köpfe, geriet das sonst so vorbildlich geradeaus laufende Kinesin-1 plötzlich von seiner Bahn und lief spiralförmig. Ahmten sie durch eine chemische Querverbindung eine stabile Halsregion nach, konnten sie das Protein wieder dazu bringen geradeaus zu laufen.

Einzigartiger Versuchsaufbau Zu den neuen Ergebnissen gelangten Ökten und Brunnbauer durch einen einzigartigen Versuchsaufbau: Sie brachten zwei 3 Mikrometer grosse Kunststoffperlen in eine Lösung ein und fi xierten jede mit einem Laserstrahl, einer sogenannten optischen Pinzette. Dann legten sie in Präzisionsarbeit ein Mikrotubulusstück dazwischen. Im letzten Schritt fi xierten sie ein mit Motorproteinen eines bestimmten Kinesin-Typs umhülltes weiteres Kügelchen ebenfalls mit einem Laserstrahl und setzten es vorsichtig auf den Mikrotubulus auf. Sobald sie nun den dritten Laserstrahl deaktivierten lief das Motorprotein los und die Wissenschaftlerinnen konnten den Weg des Moleküls unter dem Mikroskop live mitverfolgen. «Auf diese Weise konnten wir erstmals die Bewegung eines Motortyps direkt beobachten», erklärt Ökten. «Als wir zum

Mit dem neuen Versuchsaufbau untersuchten Ökten und Brunnbauer die Laufbahnen einer ganzen Reihe verschiedener Kinesin2-Proteine aus unterschiedlichen Organismen – mit überraschendem Ergebnis: Entgegen der bisher in der Wissenschaft vorherrschenden Annahme, dass sich Kinesine typischer Weise geradeaus bewegen, zeigten fast alle Kinesine Spiralbewegungen, in vielfältigen Variationen. «Dies zeigt uns, dass die Spiralbewegung in der Natur keineswegs eine Ausnahme ist, sondern die Regel», erklärt Ökten. «Man sollte sich vielmehr fragen, warum die Evolution überhaupt eine Geradeausbewegung hervor gebracht hat, wie wir sie beim Kinesin-1 beobachten können. Das ist wirklich aussergewöhnlich.» In weiteren Forschungen möchten die Wissenschaftler um Ökten und Brunnbauer den Sinn der unterschiedlichen Bewegungsarten genauer untersuchen. Quelle: TU München Originalpublikation Melanie Brunnbauer, Renate Dombi, Thi-Hieu Ho, Manfred Schliwa, Matthias Rief, Zeynep Ökten, «Torque Generation of Kinesin Motors Is Governed by the Stability of the Neck Domain», Molecular Cell 46 [2], 147–158 (2012). Kontakt Dr. Zeynep Ökten Technische Universität München Physik Department E22 James-Franck-Strasse 1 D-85748 Garching Telefon +49 (0)89 2180 75898 zoekten@ph.tum.de www.portal.mytum.de 6/2012


BIOWISSENSCHAFTEN

Studie zur Funktionsweise von P-TEFb

Neue Details der Genregulation aufgeklärt Wird genetische Information von der Erbsubstanz DNA abgelesen, übersetzt die RNA-Polymerase II sie in RNA-Moleküle. Die C-terminale Domäne, kurz CTD, übermittelt der Polymerase Informationen darüber, wie der genetische Code abgeschrieben und weiter verarbeitet werden soll. Dazu heftet das Enzym P-TEFb molekulare Botschaften in Form von Phosphatresten an bestimmte Positionen innerhalb der CTD. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie zeigten, nach welchem Muster P-TEFb dabei vorgeht. Die Ergebnisse helfen, die Genregulation im gesunden Organismus besser zu verstehen. Sie sind auch medizinisch von Interesse: So spannt etwa HIV das Enzym für seine Zwecke ein, um die Produktion neuer Virusproteine zu beschleunigen.

Bild: Art For Science

tet und sind wichtig dafür, dass eine Abschrift der Basensequenz erstellt werden kann. Die Forscher haben gezeigt, nach welchem Schema P-TEFb die Phosphatreste anbringt und wie bereits bestehende Markierungen die Aktivität des Enzyms beeinflussen. «Wie wir herausgefunden haben, kann P-TEFb bestimmte Phosphorylierungsmuster so, wie sie in der Literatur beschrieben sind, gar nicht erzeugen», erklärt Geyer. Der Grund dafür ist, dass sich manche Markierungen scheinbar gegenseitig beeinflussen: Ist eine bestimmte Stelle schon markiert, muss eine andere freibleiben – ähnlich wie bei einem Online-Fragebogen, bei dem man jeweils nur ein Kästchen anklicken kann.

Gängiges Lehrbuchwissen widerlegt Bild 1. Die RNA-Polymerase liest die genetische Information des DNA-Strangs ab und übersetzt sie in Boten-RNA-Moleküle. Phosphatanhänge an einzelnen Aminosäure-Gruppen der CTDDomäne regulieren die Aktivität der Polymerase.

Mit nur 25000 Genen besitzt der Mensch nicht viel mehr Gene als eine Taufliege – und das, obwohl er deutlich komplexer aufgebaut ist. Information wird aber nicht nur über die Basenabfolge der Erbsubstanz weitergegeben, sondern auch epigenetisch in Form von kleinen Molekülanhängen. So vermitteln etwa «molekulare Haftnotizen» in Form von Phosphatanhängen der Übersetzungsmaschinerie der Zelle, welche Abschnitte des Erbguts abgelesen werden sollen. Spezielle Enzyme, die solche Markierungen an der richtigen Stelle anbringen, sind deshalb entscheidend dafür, dass die 6/2012

Zelle den genetischen Code korrekt interpretiert.

Auf der Spur des Transkriptionsfaktors P-TEFb Matthias Geyer und sein Team am Dortmunder Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie haben die Arbeitsweise eines solchen Enzyms – des Transkriptionsfaktors P-TEFb – nachverfolgt. P-TEFb bestückt das Ablese-Enzym RNA-Polymerase II mit Phosphatbotschaften. Diese werden reversibel an die C-terminalen Domäne (CTD) gehef-

Damit haben die Forscher gängiges Lehrbuchwissen widerlegt. «Bisher hat man angenommen, dass P-TEFb innerhalb einer Wiederholungseinheit von sieben Aminosäuren die Serine an den Positionen zwei und fünf phosphorylieren kann», sagt der Wissenschaftler. «Tatsächlich kann das Enzym Position zwei aber gar nicht phosphorylieren und Position fünf auch nur dann, wenn Position zwei noch keinen Phosphatrest trägt. Eine Kombination von Phosphatresten an den Positionen zwei und fünf kann das Enzym also auf keinen Fall erzeugen.» Eine weitere Überraschung für die Forscher war, dass das Enzym seine Aktivität um das Vierfache steigert, wenn das Serin an Position 7 bereits vorphosphoryliert ist. Warum das so ist, wissen die Forscher bisher noch nicht. 17


BIOWISSENSCHAFTEN

Die CTD ist ein evolutionär alter Teil der RNA-Polymerase II. Beim Menschen besteht dieser Bereich aus 52 hintereinandergeschalteten Wiederholungen eines Motivs aus sieben Aminosäuren. Die meisten dieser Aminosäuren können mit Phosphatanhängen versehen werden, was vielfältige Möglichkeiten ergibt, Informationen zu verschlüsseln und weiterzugeben. Die Forscher gehen davon aus, dass auf diese Weise sogar Botschaften zwischen dem Ablese-Enzym und den Histonen ausgetauscht werden − jenen Verpackungsproteinen, die als Spulen dienen, um die fadenförmige Erbsubstanz aufzuwickeln und im Zellkern zu verstauen. Die Histone tragen ebenfalls kleine chemische Anhängsel, so dass Wissenschaftler von einem eigenen Histon-Code sprechen. Während des Ablesevorgangs liegen die Histone eng benachbart zur CTD, was den Informationsfluss erleichtert. Die molekularen Botschaften, die P-TEFb innerhalb der C-terminalen Domäne an-

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bringt, sind nicht nur für die Genregulation im gesunden Organismus wichtig, sondern spielen auch bei verschiedenen Krankheiten eine wichtige Rolle. Dazu gehören bestimmte Krebsarten, Erkrankungen des Herzmuskels sowie HIV: So spannen HIViren das Enzym für ihre Zwecke ein, um das Ablesen des genetischen Codes zu beschleunigen und die Zelle dazu zu bringen, möglichst schnell mit der Produktion von Virusproteinen zu beginnen. Um den Krankheitsmechanismen auf die Spur zu kommen, wollen Forscher die Funktionsweise des Enzyms daher möglichst genau verstehen. Die Studie der Dortmunder Wissenschaftler ist die bisher detaillierteste zur Funktionsweise von P-TEFb. Die genaue Analyse der Phosphatmuster gelang ihnen mithilfe von genetisch veränderten RNA-Polymerase IIMolekülen, die sie mit definierten Mengen des Enzyms versetzt haben. Daraufhin konnten sie exakt bestimmen, welche Positionen innerhalb der CTD mit Phosphat-

Markierungen bestückt wurden und wie hoch die Aktivität des Enzyms war. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation Nadine Czudnochowski, Christian A. Bösken & Matthias, «Serine-7 but not serine-5 phosphorylation primes RNA polymerase II CTD for P-TEFb recognition», Nature Communications 3, Article number: 842 (2012), doi:10.1038/ncomms1846 Kontakt PD Dr. Matthias Geyer Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie Otto-Hahn-Strasse 11 D-44227 Dortmund Telefon +49 (0)231 133 2366 matthias.geyer@mpi-dortmund.mpg.de www.mpi-dortmund.mpg.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Wichtige Rolle des Hitzeschockproteins 90

Wie Umwelteinflüsse Gene regulieren ETH-Forscher haben nachgewiesen, dass ein Protein im Zellkern als eine Art Sensor auf Umweltreize reagiert, Gene entsprechend reguliert und darüber mit dem Zellgedächtnis Informationen austauscht. Der Clou: Krebsmedikamente, die aktuell getestet werden, hemmen genau dieses Protein – dank der neuen Erkenntnisse vielleicht schon bald spezifischer.

Wird uns zu heiss, reagiert unser Körper: Er erhöht die Durchblutung der Haut, damit mehr Wärme nach aussen transportiert und abgegeben werden kann. Er schwitzt, um uns durch die Verdunstungskälte zu kühlen. Doch auch im Körperinnern startet eine Art SOS-Programm: In den Zellen werden unter anderem sehr schnell sehr viele Hitzeschockproteine gebildet. Diese helfen als sogenannte Chaperone anderen Proteinen, ihre dreidimensionale Form zu behalten. Das ist wichtig, denn nur ein Protein, das richtig «gefaltet» ist, wie das in der Fachsprache heisst, kann in der Zelle auch richtig arbeiten. Ohne die Hilfe der Chaperone würden viele Proteine bei erhöhten Temperaturen verklumpen und unbrauchbar werden.

Beteiligung an der Genregulation Eines dieser Chaperone ist das Hitzeschockprotein 90, abgekürzt Hsp90. Hsp90 ist überaus vielseitig und hat, neben seiner Chaperon-Funktion, noch weitere bekannte lebenswichtige Funktionen in den Zellen der meisten Lebewesen. Bisher sind allerdings vor allem seine Funktionen im Zytoplasma, also ausserhalb des Zellkerns erforscht worden. Forscher der Epigenetik-Gruppe von Renato Paro, Professor für Biosysteme am Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE), konnten nachweisen, dass Hsp90 auch im Zellkern – der Schaltzentrale der Zelle, wo die Erbsubstanz aufbewahrt und abgelesen wird – eine wichtige Rolle spielt. Überraschenderweise beteiligt sich Hsp90 dort direkt an der Genregulation. Das heisst, 20

Bild: David Goodsell

Maja Schaffner

Bild 1. Das Hitzeschockprotein Hsp90 schlägt eine Brücke zwischen Umwelteinflüssen und Zellgedächtnis.

es bestimmt mit, welche Gene abgelesen und in Proteine übersetzt werden sollen und welche nicht. Und das besonders bei Stresssituationen wie eben dann, wenn die Temperaturen über den Komfortbereich steigen.

Eine Antenne für Umwelteinflüsse Paros Team konnte mithilfe von modernsten Hochdurchsatz-Sequenziergeräten und dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Biologen und Biostatistikern am Modell der Fruchtfliege und an menschlichen Zellen zeigen, dass Hsp90 auf einer Art Maschinerie im Anfangsbereich vor vielen Genen sitzt. Diese wartet dort auf ein Zeichen von aussen, um auf ein Startsignal hin sofort loszulegen und das Gen abzulesen, damit es anschliessend schnellstmöglich in Proteine übersetzt werden kann. Hsp90 funktioniert dabei wie ein Sensor, der das Signal aus der Umwelt aufnimmt

und das Startzeichen gibt. Wird es also zu warm, «merkt» dies Hsp90. Es löst sich von der Maschinerie ab, die es bis dahin im Zaum gehalten hat, und setzt sie damit in Gang. Die Folge: Proteine, welche die Zelle bei einem Hitzestress braucht, werden vermehrt gebildet. Und zwar sehr schnell und sehr viele, darunter Hsp90 selbst.

Der Link zum Zellgedächtnis Bisher gingen Forscher davon aus, dass Zellen nach überstandenem Stress auf Normalbetrieb zurückschalten und weiterfunktionieren als sei nichts gewesen. Doch Epigenetiker wissen, dass auch Zellen ein Gedächtnis haben. Und, so Paro: «Dieses Zellgedächtnis muss mit Umwelteinflüssen gekoppelt sein». Nur so kann sich ein Lebewesen ein Stück weit an seine Umwelt anpassen. Die Brücke zwischen Umwelteinflüssen und Zellgedächtnis schlägt ebenfalls Hsp90. Das Protein kontrolliert nämlich auch Gene, die 6/2012


sowohl auf Stress reagieren als auch mit dem Gedächtnis der Zellen gekoppelt sind. Hsp90 kommuniziert dadurch direkt mit dem Zellgedächtnis. Als Folge von stressigen Umwelteinflßssen, wie einem Hitzeschock, kÜnnen Gene unter Umständen dauerhaft mit bestimmten Molekßlen, sogenannten epigenetischen Markierungen, versehen werden. Diese entscheiden darßber, wie gut oder schlecht diese Gene in Zukunft abgelesen werden kÜnnen. In dem Fall als Vorbereitung auf einen mÜglichen späteren Hitzestress. Die Markierungen, die ßber die zukßnftige Genaktivität mitentscheiden, werden bei der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben. Und damit nicht genug: Sie werden in einigen Fällen, sogar an Nachkommen vererbt, wie frßhere Experimente von Paros Gruppe zeigen.

Kleiner, leichter, preiswerter: GEMĂœ R690 Das kompakte ËÄÉÊÉÊÅŎĆ–ÂťĂƒÂ¸ĂˆÂˇĂ„ĂŒÂťĂ„ĂŠÂżĂ‚ ĂƒÂżĂŠÂžÄŹÂšÂžĂ‰ĂŠÂťĂˆ¿ÉÊËĽƔ

Neue Erklärung fßr Wirkung von Krebsmedikamenten Paros Forschungsresultate sind auch deshalb interessant, weil einige vielversprechende neue Krebsmedikamente Hsp90 hemmen, die sich aktuell in klinischen Testphasen befinden. Bisher nahm man an, dass die Wirkung gegen Krebs mit der Chaperon-Funktion von Hsp90 in den ausser Kontrolle geratenen Zellen zu tun haben muss, dass sie dort nämlich an der Faltung von Krebsproteinen beteiligt seien. Mit den neuen Resultate von Paros Gruppe muss die Wirkungsweise der neuen Medikamente nun aber mÜglicherweise vÜllig anders interpretiert werden. Nämlich, dass die Substanzen durch die Hemmung von Hsp90 im Zellkern direkt in die Genregulation eingreifen. Mit dem neuen Wissen kÜnnen mit etwas Forscherglßck Medikamente gegen Krebs entwickelt werden, die ausschliesslich beim Hsp90 im Zellkern ansetzen. Dadurch kÜnnten die heute noch recht starken Nebenwirkungen dieser Medikamente reduziert werden, hofft Paro. Bis es allerdings so weit ist, ist noch viel Entwicklungsarbeit nÜtig. Quelle: ETH Life vom 14. Mai 2012 Originalpublikation Ritwick Sawarkar, Cem Sievers, Renato Paro, Hsp90 Globally Targets Paused RNA Polymerase to Regulate Gene Expression in Response to Environmental Stimuli, Cell 149 [4], 807–818 (2012).

ÂťĂˆĂ‰ĂŠĂˆÄŹĂƒĂ‹Ă„Â˝Ă‰Ă…Ă†ĂŠÂżĂƒÂżÂťĂˆĂŠÂťÄŹĂˆĂ†ÂťĂˆºÉGEMĂœ R690 ÂťĂˆĂƒÄŹÂ˝Ă‚ÂżÂšÂžĂŠ¿Ä¿šžÊĂ‹Ă„ÂşĂ Ă…ĂƒĂ†ÂˇĂ ĂŠÂťĂˆÂť¡ËĂ?¿ÉƔ ÂťĂˆĂ…Ă‚Ă‹ĂƒÂťĂ„Ă‰ĂŠĂˆĂ…Ăƒ¿Éʺ¡¸¿½Ä¡ËÉŞŚžĂ?¿¸¿ºÄ Ă…ĂˆÂ˝ĂšĂ„Â˝ÂťĂˆĆ–źÂÄ —Ë Ë„ĘťĆ” Ă„Âşº¡É¸¿ºËÊ¿šžĂƒÂżĂ„ÂżĂƒÂżÂťĂˆĂŠÂťĂƒÂˇĂ‹ĂƒÂ¸ÂťÂşÂˇĂˆÂźĆ” Weitere VorzĂźge des GEMĂœ R690 sind: ơ ÂşÂťĂˆĂ?Ă‹ĂŒÂťĂˆĂ‚ĂšĂ‰Ă‰ÂżÂ˝ÂťÂťĂƒÂ¸ĂˆÂˇĂ„ÂˇĂ„ĂŠĂˆÂżÂťÂ¸ ơ º¿ĂŒÂżÂťĂ‚ÂźĂšĂ‚ĂŠÂżÂ˝ÂťĂ„Ă‹Â¸ÂťÂžÄŹĂˆĂ…Ă†ĂŠÂżĂ…Ă„ÂťĂ„Ć“ ÂťĂ‚ÂťĂ ĂŠĂˆÂżĂ‰ÂšÂžÂťĂŠÂťĂ‚Ă‚Ă‹Ă„Â˝Ă‰ĂˆĹŽÂšĂ ĂƒÂťĂ‚ÂşÂťĂˆĆ‘ʝÂÂËĽÉƖĂ…ÂşÂťĂˆ ĂˆĂ…Ă?ÂťĂ‰Ă‰ĂˆÂťÂ˝Ă‚ÂťĂˆĆ‘ Ă‹Â¸Â¸ÂťÂ˝ĂˆÂťĂ„Ă?ËĽƑÊšƔ ơ º¿ºËà Ê¿ÅĺÉĂŠÂťĂ‹ÂťĂˆĂ‚Ă‹ÂźĂŠĂŒÂťĂˆÂ¸ĂˆÂˇĂ‹ÂšÂžĂ‰

Alles ist relativ Wenn ich mit meiner Relativitätstheorie recht behalte, werden die Deutschen sagen, ich sei Deutscher, und die Franzosen, ich sei Weltbßrger. Erweist sich meine Theorie als falsch, werden die Franzosen sagen, ich sei Deutscher, und die Deutschen, ich sei Jude.

ơ º¿ÂżĂ„Ă‰Ă†ÂˇĂˆĂ‹Ă„Â˝ĂŒĂ…Ă„ Ă„ĂŒÂťĂ‰ĂŠÂżĂŠÂżĂ…Ă„Ă‰Ć–Ă‹Ă„ÂşÂťĂŠĂˆÂżÂťÂ¸Ă‰Ă Ă…Ă‰ĂŠÂťĂ„ ơ º¿½Â¿šžÄŸÉÊ¿½ËĽɝ¸ÄÄĹŽÂ¸ÂťĂˆĂƒÂťÂžĂˆÂťĂˆÂť ÄÄĂ?¿ÊÄž¿ÄĂ?½ ACHEMA

Halle 8, Stand F4

Albert Einstein (1879 – 1955)

6/2012

www.gemu-group.com 21


NEWS

Ausschreibung: «KGF-SCS Industrial Science Awards» 2012 In Zusammenarbeit mit der Kontaktgruppe für Forschungsfragen (KGF) lanciert die Schweizerische Chemische Gesellschaft (SCG) eine neue Serie von Auszeichnungen für Forscher im industriellen Umfeld. Die Auszeichnungen werden erstmals im Jahr 2013 verliehen. Industrial Investigator Award Für erfolgreiche Forscher/innen, welche bedeutende und weitreichende Forschungsergebnissen erzielt haben. Auszeichnung

und Preisgeld von CHF 7000. Der Preis wird jährlich verliehen. Senior Industrial Investigator Award Für etablierte und erfolgreichen Forscher/innen, welche über Jahre bedeutende und weitreichende Forschungsergebnissen erzielt haben. Auszeichnung und Preisgeld von CHF 10 000. Der Preis wird jährlich verliehen. Distinguished Industrial Investigator Award Für erfahrene Forscher/innen auf dem Höhepunkt ihrer For-

schungskarriere und für die Wertschätzung der Lebenswerke. Auszeichnung und Preisgeld von CHF 15 000. Der Preis wird auf Entscheid des Preiskomitees verliehen. Richtlinien Die Preise werden ausschliesslich an Einzelpersonen vergeben. Kandidaten müssen zum Zeitpunkt der Auszeichnung aktiv in der industriellen, chemischen Forschung in der Schweiz tätig sein. Nominierungen werden von Einzelpersonen oder Organisationen/Firmen

entgegengenommen. Selbstnominierungen sind nicht zulässig. Die Dossiers von Kandidaten müssen bis am 30. September 2012 vollständig bei der SCG eingereicht werden (info@scg. ch). Weitere Informationen unter www.scg.ch/awards. Die Preise werden gesponsert von Novartis, Roche, Syngenta, BASF und Merck Serono. Kontakt Schweizerische Chemische Gesellschaft (SCG) Schwarztorstr. 9, CH-3007 Bern www.scg.ch, info@scg.ch

Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz Wenn es um das Thema Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz geht, ist die Messe Arbeitsschutz Aktuell als Informationsplattform für Wirtschaft und Wissenschaft unverzichtbar. Seit 1972 wandern Fachmesse und Kongress im ZweiJahres-Rhythmus durch die wesentlichsten Wirtschaftsräume Deutschlands. Die Arbeitsschutz Aktuell findet in diesem Jahr 16. bis 18. Oktober in Augsburg auf über 20 000 Quadratmeter Fläche statt. Abgedeckt werden die Themen

Persönliche Arbeitssicherheit, Corporate Health, Sicherheit im Betrieb, Arbeitsschutz-Medien. Zudem finden Foren und Präsentationen statt. Vertreten sind in erster Linie die Marktführer der Branche. Die Veranstaltung bietet jedoch auch eine gute Live-Marketing-Basis für junge Unternehmen und Start-Ups. Im Herzen der Messehalle 5 werden Trends und visionäre Vorträge präsentiert. Es geht um Lösungen zu allen aktuellen Themen in der Arbeitswelt. Das Informationsforum für kleine

und mittlere Unternehmen ist in Messehalle 3 zu finden. Neben der Vorstellung von BestPractice-Beispielen erfolgreicher Gesundheits-Management-Konzepte beschäftigt sich das Forum mit den besonderen Arbeitsbelastungen der einzelnen Branchen und zeigt Lösungen für Unternehmen aus Handwerk, Handel, Dienstleistung und Produktion auf. Die Veranschaulichung von Arbeitsplatzlösungen anhand von verschiedenen Szenarien sowie die Sensibilisierung der Besu-

cher für ein gesundes und sicheres Arbeiten im Büro- und Produktionsumfeld ist Ziel der Aktionsfläche und des Vortragsforums ErgonomieLive in Messehalle 6. Der dreitägige Fachkongress im Tagungscenter sorgt für Knowhow-Transfer auf höchstem Niveau. Das Kongressprogramm mit allen Details und Buchungsmöglichkeiten zu den Vorträgen wird im Juni verfügbar sein. Weitere Informationen www.arbeitsschutz-aktuell.de

Eisenoxid für die Entschwefelung von Biogas Lanxess hat mit Bayoxide E 16 ein hochwirksames synthetisches Eisenoxid zur Reduzierung von Schwefelwasserstoff in Biogas entwickelt, das direkt in den Fermenter gegeben werden kann. «Unser neues Produkt ist eine kosteneffiziente Alternative zu herkömmlichen Entschwefelungsverfahren wie etwa dem Einsatz von Aktivkohle. Bayoxide E 16 entfernt be22

reits im Fermenter den entstehenden Schwefelwasserstoff (H2S) weitgehend und ist aufgrund seiner fast 100-prozentigen Reinheit sehr effektiv. Im Gegensatz zu vergleichbaren Produkten wird eine Dosieranlage nicht benötigt; somit ist die Anwendung sehr einfach», erläutert Gregor Hermanns, Experte für technische Oxide in der Business Unit Inorganic Pig-

ments von Lanxess. Je nach Ausgangsmaterialien enthält Biogas schwankende Mengen an H2S – durchschnittlich etwa 500 Milligramm pro Kubikmeter. Dieser muss wegen seiner Giftigkeit, seines Geruches und vor allem wegen der korrosiven Wirkung der Schwefelverbindungen auf Fermenter und Generator abgetrennt werden. Auch würden ohne Entschwe-

felung die Formaldehydgrenzwerte wegen der Inaktivierung des Abgaskatalysators überschritten. Bayoxide E 16 reagiert mit H2S zu Eisensulfid und Schwefel, die als natürlich vorkommende Bodenbestandteile zusammen mit dem Gärrückstand als Dünger auf Felder und Äcker ausgebracht werden können. Quelle: Lanxess 6/2012


NEWS

Roche hat mit dem Rohbau des neuen Bürohochhauses begonnen

IN KÜRZE ■ Roche hat Ende April in Kaiseraugst ein neues Laborgebäude für Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung eröffnet. In diesem Gebäude werden die in Roche Basel und Kaiseraugst hergestellten und für den weltweiten Vertrieb verpackten Medikamente analysiert und geprüft. ■ Georg Fischer hat den Rohrund Fitting-Hersteller Independent Pipe Products Inc. (IPP) in Dallas (Texas, USA) übernommen. IPP ist auf dem US-amerikanischen Markt der führende Hersteller von Rohren und Fittings aus Polyethylen mit grossen Durchmessern. Die Akquisition stärkt die Führungsstellung von GF Piping Systems in Nordamerikas wachsendem Markt für Wasserinfrastruktur. Georg

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Grundlage jeder Innovation. Wir sind davon überzeugt, dass die räumliche Nähe entscheidend ist für eine erfolgreiche Zusammenarbeit. Deshalb werden wir den Grossteil der über 2000 Mitarbeitenden, deren Büros in der ganzen Stadt verteilt sind, zurück an den Hauptsitz holen.» «Die Investition in das neue Hauptgebäude ist ein klares Bekenntnis zum Standort Basel. Wir sind sehr zufrieden mit dem Verlauf der Bauarbeiten», so Matthias M. Baltisberger, Leiter des Roche-Standorts Basel: «Wir möchten uns an dieser Stelle bei allen Beteiligten für die gute Zusammenarbeit bedanken.» Bei der Grundsteinlegung wurde eine Schatulle vergraben, die unter anderem eine Papierrolle

IN KÜRZE

Fischer wird 100 Prozent der ausstehenden Aktien von Independent Pipe Products Inc. (IPP) in Dallas (Texas, USA) erwerben. Beide Parteien haben über die finanziellen Details Stillschweigen vereinbart ■ Avalanche Biotechnologies, Inc., und Lonza, haben eine Produktionszusammenarbeit bekannt gegeben, deren Schwerpunkt auf der Prozessentwicklung und dem Scale-up zur Herstellung Adeno-assoziierter viraler (AAV) Vektoren für die Gentherapie liegt. AAV-Vektoren haben sich schnell zu einem der vielversprechendsten Gen-Delivery-Vehikel für die Behandlung verschiedener Krankheiten entwickelt, darunter erbliche Netzhauterkrankungen, altersbedingte Makuladegeneration (AMD),

Bild: Roche

Roche feierte am 9. Mai die Grundsteinlegung des neuen Bürohochhauses Bau 1. Das Gebäude wird es ermöglichen, dass weitere rund 2000 Mitarbeitende, deren Büros zur Zeit in der Stadt verteilt sind, auf dem Roche-Areal an der Grenzacherstrasse arbeiten können. Der Rohbau wird bis Ende 2014 fertiggestellt sein. Parallel dazu ist geplant, Anfang 2013 mit dem Innenausbau zu beginnen. Die Investition beläuft sich auf rund 550 Millionen Schweizer Franken. «Im neuen Bürohochhaus werden Mitarbeitende aus den Bereichen Forschung, Entwicklung, Produktion und Marketing arbeiten», führte Roche CEO Severin Schwan aus: «Austausch ist

Die Grundsteinlegung wird in vielen Metern Tiefe vorbeitet.

mit allen Namen der Mitarbeitenden vom Standort Basel sowie Baupläne des neuen Gebäudes enthält. Nach dem Baubeginn im Februar 2011 wurden die Tiefbau-

IN KÜRZE

Hämophilie B, kongestive Herzinsuffizienz, Parkinson-Krankheit und andere. ■ Die Schweizerische Gesellschaft für Ernährung SGE hat ihre neue Website aufgeschaltet. Sowohl Fachleute, Konsumenten und Behörden als auch Unternehmen und Medien finden auf www.sge-ssn.ch Empfehlungen, Tipps, Grundlagen, Tests und vieles mehr zum ausgewogenen und genussvollen Essen und Trinken – zielgruppengerecht und aktuell aufbereitet. ■ Personen, die viel koffeinhaltige Getränke zu sich nehmen, weisen einen niedrigen Blutdruck auf. Dieser neu entdeckte Zusammenhang gilt nur für Nichtraucher, wie eine vom

arbeiten im April 2012 abgeschlossen. Im Jahr 2015 wird das neue Bürohochhaus bezugsbereit sein. Quelle: Roche

IN KÜRZE

Schweizerischen Nationalfonds (www.snf.ch) unterstützte Studie zeigt. Obwohl Kaffee dafür bekannt ist, dass er kurzfristig den Blutdruck erhöht, wirkt er sich auf die Dauer umgekehrt aus. ■ Forschern von Osram Opto Semiconductors ist es erstmalig gelungen, Gallium-Nitrid-LEDChips auf Siliciumträgern statt auf teuren Saphirsubstraten herzustellen. Durch das Verfahren wird es möglich, grossflächige Siliciumscheiben für die LEDHerstellung zu verwenden. Osram gelingt schon jetzt, die Hochleistungs-LED-Chips auf einer 150-Millimeter-Scheibe zu fertigen. Daraus können theoretisch 17 000 LED-Chips mit einer Grösse von einem Quadratmillimeter hergestellt werden.

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Bild: R. Güsten

Bild 1. Hightech an Bord: Das Ferninfrarot-Spektrometer Great ist auf der Gegenseite in der Druckkabine an den Teleskopflansch angeschlossen. Während des Flugs bewegt sich das Instrument in einem Winkelbereich von plus/minus 20 Grad von der Senkrechten.

Wissenschaftsflüge in grosser Höhe

OD und SH – zwei neue Moleküle im All Zwei neue Moleküle entdeckt und verschiedene Stadien der Sternengeburt detailliert untersucht – das ist die Bilanz des Observatoriums Sofia nach der ersten Serie von Wissenschaftsflügen mit dem Instrument Great. Die Ergebnisse werden nun in einer Ausgabe der europäischen Fachzeitschrift «Astronomy & Astrophysics» veröffentlicht. Entwickelt hat Great ein Konsortium deutscher Forschungseinrichtungen unter Leitung von Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Viele der in einer Spezialausgabe von «Astronomy & Astrophysics» präsentierten 22 Veröffentlichungen internationaler Wissenschaftler befassen sich mit dem Sternentstehungsprozess in seinen allerfrühesten Phasen, in denen der embryonale Stern (Protostern) noch in heftiger Wechselwirkung mit den umgebenden Molekülwolken steht. Dabei zerstört er seine Geburtswolke, heizt das umgebende Material auf und ionisiert es. Die hohe spektrale Auflösung von Great ermöglicht es, durch die Untersuchung der Emission des ionisierten Kohlenstoffs in 24

einer Reihe von Sternentstehungsgebieten, das Geschwindigkeitsfeld des Gases in der umgebenden Molekülwolke aufzulösen. So gelang dem Instrument an drei Babysternen der direkte Nachweis des Kollapses der protostellaren Hüllen, was unmittelbar Rück schlüsse auf die dynamischen Prozesse bei der Sternengeburt erlaubt. Weiterhin untersuchten die Forscher mit Great die Hülle eines Sterns in der Spätphase seiner Entwicklung, die durch den heissen Stern im Innern aufgeheizt und ionisiert wird, sowie die heftige Wechselwirkung eines Supernova-Überrests mit dem umgebenden interstellaren Medium.

Ausserdem nahm Great die Gasscheibe im Zentrum der Milchstrasse unter die Lupe, die das massereiche schwarze Loch mit Materie füttert. Und schliesslich blickte das Instrument auch in andere Milchstrassen und beobachtete die Sternentstehung im Zentralbereich der nahen Galaxie IC342. Als wichtige Entdeckung gilt auch der erste Nachweis von zwei neuen Molekülen im Weltraum: OD, eine isotopische Variante von Hydroxyl (OH), bei der das Wasserstoffatom durch sein schwereres Isotop Deuterium ersetzt wurde, sowie das Sulfanylradikal SH. Eine technische Meisterleistung stellen erste spektroskopische Beob6/2012


Bild: Nasa

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achtungen bei einer Frequenz von 2,5 Terahertz (entsprechend einer Wellenlänge von 0,120 Millimeter) dar; damit wird neues astrophysikalisches Territorium erkundet. «Die hohe Auflösung unseres Spektrometers ist speziell dafür ausgelegt, die Physik und Chemie des interstellaren Gases und den Lebenszyklus der Sterne zu erforschen, von ihrer frühen embryonalen Phase noch innerhalb der Geburtswolke bis zum Tod des entwickelten Sterns, bei dem die Hülle wieder zurück in den umgebenden Raum geschleudert wird», sagt Great-Projektleiter Rolf Güsten vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. «Diese phantastischen Ergebnisse sind der Lohn für unsere langjährige Entwicklungsarbeit.» «Die reiche Ernte von wissenschaftlichen Resultaten bereits aus der allerersten Beobachtungskampagne mit Sofia und unserem Great-Empfänger gibt einen guten Eindruck des gewaltigen wissenschaftlichen Potenzials, das in diesem Flugzeug-Observatorium steckt», ergänzt der stellvertretender Projektleiter Jürgen Stutzki von der Universität Köln. Im Gegensatz zum Betrieb von Satelliten erlaubt Sofia, den rasanten Fortschritt insbesondere im Bereich der Terahertz-Beob-

Bild: Spektrum: MPIfR/B. Parise; Hintergrund-Foto: ESO/S. Guisard

Bild 2. Sofia im Beobachtungsmodus: das Stratosphären-Observatorium für Infrarotastronomie beim Flug über Südkalifornien mit geöffneter Teleskoptür. Zu sehen ist das Teleskop mit 2,70 Meter Öffnung. Bei einer Flughöhe bis 13 700 Meter arbeitet das Observatorium oberhalb von 99,8 Prozent des Wasserdampfs der irdischen Atmosphäre.

Bild 3. Farbenprächtige Geburt: Die Aufnahme zeigt das Sternentstehungsgebiet um den Stern Rho Ophiuchi in etwa 400 Lichtjahren Entfernung. Die Position des massearmen Protosterns IRAS16293-2422 ist mit einem roten Kreis markiert; in dieser Richtung konnte das Molekül OD, erstmals im Weltraum nachgewiesen werden. Das mit dem Great-Empfänger an Bord von Sofia beobachtete Spektrum zeigt die Moleküllinie bei einer Frequenz von 1,3915 Terahertz (oder 0,215 Millimeter Wellenlänge). OD markiert einen wichtigen Zwischenschritt auf dem Weg zur Bildung von Wasser im Universum und dient als chemische Zeitmarke in den Frühphasen der Sternentstehung. Der helle, gelblich leuchtende Stern unten links ist Antares in der Konstellation Skorpion. Rechts von Antares der Kugelsternhaufen M 4.

achtungen unmittelbar zu nutzen. Instrumente wie Great können – fortlaufend an den neuesten technischen Stand angepasst – stets im Grenzbereich des technisch Möglichen fliegen und versprechen so aufregende astronomische Entdeckungen für die kommenden Jahre. Die erste Serie wissenschaftlicher Flüge wurde im November 2011 erfolgreich ab-

geschlossen. Die nächste Flugserie ist für den Spätherbst dieses Jahres geplant, dann ist Sofia bereits mit Detektoren ausgestattet, die bei bis zu 4,7 Terahertz (0,063 Millimeter Wellenlänge) arbeiten.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

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REM-Bilder des Molekularbiologen Martin Oeggerli

Spektakuläre Einblicke ins Unsichtbare

Bilder: Bayer

Eine optische Sinnesreise der besonderen Art können die Besucher des Bayer-Kommunikationszentrums (BayKomm) vom 20. Mai bis zum 1. Juli 2012 erleben: Als Weltpremiere präsentiert der preisgekrönte Schweizer Molekularbiologe und Wissenschaftsfotograf Martin Oeggerli über 40 rasterelektronenmikroskopische Arbeiten. Die Ausstellung «Einblicke ins Unsichtbare» liefert spektakuläre Aufnahmen aus der Welt des Mikrokosmos und zeigt, dass die Natur eine wahre Künstlerin ist. Vier der REM-Bilder sind im neuen BayKomm-Themenraum «Faszination Forschung» auf einer überdimensionalen Leuchtwand zu sehen.

Bild 1. Die Netzhaut des Auges. Sie ist ein komplexes neuronales Netzwerk und die erste Stufe der visuellen Wahrnehmung. Über 100 Millio nen Sehzellen wird dort ein Abbild der Aussenwelt in ein einfaches neuronales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird zum optischen Nerv und von dort über Nervenzellen an das Sehzentrum des Gehirns weitergeleitet.

Bild 3. Martin Oeggerli, dessen REM-Bilder bei Bayer zu sehen sind.

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Bild 2. Der Rostpilz ist ein Pflanzenparasit, der besonders in der Landwirtschaft gefürchtet ist. Soja- und Weizenrost können ganze Ernten ver nichten. In bewässerten und gedüngten Monokulturen finden sie per fekte Wachstumsbedingungen und die Nähe zur nächsten Wirtspflanze macht es diesen pathogenen Pilzen leicht, sich in kürzester Zeit flächendeckend auszubreiten.

Martin Oeggerli, der unter dem Pseudonym Micronaut arbeitet, ist kein Fotograf im klassischen Sinn. Seine Kamera ist das Rasterelektronenmikroskop (REM). Es liefert Bilder von speziell präparierten Objekten, die im Hochvakuum analysiert und mit einem feinen Elektronenstrahl Punkt für Punkt – wie in einem Raster – abgetastet werden. So entstehen stark vergrösserte Oberflächenabbildungen. Sie bieten Einblicke in Strukturen, welche mit dem blossen Auge nicht zu sehen wären. Theoretisch ist mit dem REM eine bis zu 500 000-fache Vergrösserung möglich. Zum Vergleich: Lichtmikroskope liefern nur 2000-fache Vergrösserungen. Für Wissenschaftler sind REM-Aufnahmen heute unverzichtbar. Eingesetzt werden sie zum Beispiel in der Material- und Wirkstoff-

forschung. Die Bilder liegen aus technischen Gründen immer in schwarz-weiss vor. Damit gibt sich der Micronaut allerdings nicht zufrieden: Martin Oeggerli hat sich darauf spezialisiert, REM-Aufnahmen naturgetreu zu kolorieren. Durch diese Koloration erschliessen sich komplexe wissenschaftliche Zusammenhänge auch dem Laien. Gleichzeitig entstehen so aus Abbildern der Realität wahre Kunstwerke. Die Ausstellung stellt eine Weltpremiere dar. Noch nie wurden so viele preisgekrönte Werke des Schweizers gemeinsam präsentiert. Die Bilder sind eine Hommage an die Natur, die selbst kleinste Strukturen mit atemberaubender Schönheit ausstattet. Da wirkt die Retina (Netzhaut) eines Auges wie ein leuchtendes Korallenriff. Bakterienkolonien erinnern an bizarre Fantasieland6/2012


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schaften, und Insekteneier schimmern wie Edelsteine. Viele Bilder geben somit Einblick in hochkomplexe Vorgänge auf der Mikroebene.

Zum Beispiel, wenn sich rote Blutkörperchen zu einem Blutgerinnsel (Thrombus) zusammenklumpen. Oder wenn die Spore eines Rostpilzes ihren Keimschlauch aus-

Bild 4. Blutgerinnsel werden bei der Blutgerinnung gebildet. Tritt ein Blutgerinnsel innerhalb eines Gefässes oder der Herzhöhlen auf, spricht der Mediziner von einem Thrombus. Wird das Gefäss von einem Blutgerinnsel verschlossen, entsteht eine Thrombose. Diese Erkrankung ist lebensgefährlich und kann beispielsweise zu einer Lungenembolie führen.

treibt und versucht, damit ins Innere eines Sojablattes einzudringen. Quelle: Bayer

Bild 5. Polyurethane (PUR) bilden die vielseitigste aller Kunststoffklassen. Entwickelt wurde die Polyurethanchemie 1937 in Leverkusen von Otto Bayer. Neben dem Massenmarkt für Weich- und Hartschäume sind besonders hochwertige Formulierungen für Spezialanforderungen heute von Interesse. PUR-Schäume zeichnen sich vor allem durch ihre feinen Poren aus.

Wie ein REM-Bild entsteht Bei einem Lichtmikroskop legt man die Probe einfach auf den Probentisch und schaut ins Okular. So einfach ist das bei einem Rasterelektronenmikroskop (REM) nicht. Das Untersuchungsobjekt wird dort mit einem Elektronenstrahl abgetastet, also mit einem Teilchenstrahl. Und das geht nur im Hochvakuum, weil die Elektronen sonst mit Luftteilchen zusammenstossen und abgelenkt würden. Jede Probe muss daher über eine Art Schleuse von aussen in das Innere des REM bugsiert werden. Während der eigentlichen Aufnahme rastert ein Elektronenstrahl die Probe Punkt für Punkt und Zeile für Zeile ab. Dabei kommt es an jedem Punkt (= Pixel) zu charakteristischen Wechselwirkungen der Elektronen mit der Probenoberfläche. Unter anderem werden weitere Elektronen aus dem Probenmaterial herausgeschlagen und von einem Detektor registriert. Auf die Art entsteht

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ein kontrastreiches und sehr tiefenscharfes Bild der Oberfläche. Der permanente Beschuss mit Elektronen bringt eine weitere Besonderheit mit sich. Elektronen sind negativ geladen. Daher würden nichtleitende Objekte sich während der Untersuchung elektrisch aufladen. Damit das nicht geschieht, müssen solche Proben vor der Untersuchung mit einer Metallschicht überzogen werden. Martin Oeggerli etwa bedampft seine Objekte deshalb mit einer hauchdünnen Gold-Palladium-Schicht. Über diese können die Elektronen aus dem Strahl dann zum Probentisch abgeführt werden – die Probe selbst lädt sich nicht auf. Bei metallischen Materialien ist dieser Vorbereitungsschritt nicht notwendig. Je nachdem was untersucht werden soll, erfordert die Vorbereitung weiteren Aufwand. Biologische Proben etwa bestehen aus Zellen, die viel Wasser enthalten. Im

Hochvakuum würde dieses Wasser verdampfen. Die Zellen würden schrumpfen – und das Probenmaterial wäre verfälscht. REM-Benutzer greifen daher in die Trickkiste. Oeggerli etwa unterzieht seine Proben einer Gefriertrocknung. Ein mehrstufiges Verfahren, das viel Geduld und Fingerspitzengefühl verlangt. Eine andere Möglichkeit ist die Untersuchung bei extrem tiefen Temperaturen noch unter minus 100 Grad Celsius. Da ein REM lediglich Hell-Dunkel-Verteilungen liefert, sind die Bilder zunächst immer schwarz-weiss. Oeggerli koloriert seine Aufnahmen daher noch nach. Das ist zum Teil sehr aufwendige Handarbeit. Der Biologe versucht dabei, den tatsächlichen Farben so nah wie möglich zu kommen. Quelle: Bayer

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Experimente mit der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS

Aufspaltung eines Elektrons in einem Festkörper

Bild: Scanderbeg Sauer Photography

Physiker eines internationalen Forschungsteams konnten beobachten, wie sich ein Elektron in zwei voneinander getrennte Teile aufspaltet, die jeweils eine bestimmte Eigenschaft des Elektrons tragen: Das sogenannte «Spinon» trägt dann den Spin des Elektrons, also seine Eigenrotation, die das Elektron zu einer winzigen Kompassnadel macht. Das «Orbiton» ist der Träger des orbitalen Moments – der Bewegung um den Atomkern. Die neu hergestellten Teilchen können das Material, in dem sie erzeugt wurden, aber nicht verlassen.

Bild 1. PSI-Forscher Thorsten Schmitt (links) mit Post-doc Kejin Zhou (rechts) am RIXS Messplatz der Adress-Strahllinie an der SLS beim Einbringen einer Materialprobe in die Messapparatur. Hier können Materialien mithilfe von Röntgenstrahlung mit sehr hoher Präzision analysiert werden.

Alle Elektronen besitzen eine als «Spin» bezeichnete Eigenschaft: Man kann sich die Elektronenspins als winzige atomare Magnete vorstellen, die den Magnetismus der Stoffe und Materialien erzeugen. Gleichzeitig bewegen sich die Elektronen auf bestimmten Bahnen, den Orbitalen, um den Atomkern. In der Regel gehören diese beiden quantenphysikalischen Eigenschaften (Spin und Orbitalmoment von der Bahnbewegung) zu einem bestimmten Elektron. Jetzt gelang es in einem am Paul Scherrer Institut durchgeführten Experiment, diese Eigenschaften des Elektrons zu trennen. 28

Röntgenstrahlung spaltet Elektron in zwei Teile Die Wissenschaftler konnten die Aufspaltung des Elektrons in zwei neue Teilchen bei Messungen am Strontium-Kupferoxid Sr2CuO3 feststellen. In diesem Material ist die Bewegung der Teilchen auf eine Dimension beschränkt; sie können sich nur entlang einer Achse fortbewegen, entweder voroder rückwärts. Mithilfe von Röntgenstrahlung konnten die Wissenschaftler einige Elektronen der Kupferatome in Sr2CuO3 auf Orbitale höherer Energie heben, was einer

schnelleren Bewegung um den Atomkern entspricht. Nach dieser Anregung durch Röntgenstrahlung spalteten sich die Elektronen in zwei Teile auf. Eines dieser neu erzeugten Teilchen, das «Spinon», trägt den Elektronenspin, also die magnetischen Eigenschaften. Das andere Teilchen, das «Orbiton», trägt das orbitale Moment, also die Eigenschaft der nun erhöhten Bahnenergie. In dieser Studie konnte man diese beiden fundamentalen Momente des Elektrons erstmals in voneinander getrenntem Zustand beobachten. Im Experiment richtete man Röntgenlicht der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS auf das spezielle Kupferoxid und beobachtete, wie sich Energie und Impuls der Röntgenstrahlung bei der Kollision mit der Substanz verändert. Aus der Veränderung lassen sich die Eigenschaften der neu erzeugten Teilchen bestimmen. «Für diese Experimente benötigen wir nicht nur Röntgenlicht mit sehr hoher Intensität und äusserst genau bestimmter Energie, um die gewünschte Wirkung auf die Kupferatome zu erzielen», erklärt Thorsten Schmitt, der Leiter der Experimentatorengruppe, «sondern auch extrem präzise Röntgendetektoren.» In dieser Hinsicht ist die SLS am Paul Scherrer Institut zurzeit weltweit führend.

Elektronenspaltung in vielen Materialien nachweisbar? «Schon seit einiger Zeit weiss man, dass sich ein Elektron in bestimmten Materialien prinzipiell aufspalten kann», erklärt Jeroen van den Brink, der Leiter der Theoretikergruppe am IFW Dresden, «aber bisher fehlte die empirische Bestätigung dieser Trennung in voneinander unabhängige Spinonen und 6/2012


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Quelle: PSI

Originalpublikation J. Schlappa, K. Wohlfeld, K J. Zhou, M. Mourigal, M. W. Haverkort, + et al.,

«Spin–orbital separation in the quasione-dimensional Mott insulator Sr2CuO3», Nature 485, 82–85 (2012). Kontakte Experimente: Dr. Thorsten Schmitt Paul Scherrer Institut Labor für Kondensierte Materie CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 37 62 thorsten.schmitt@psi.ch www.psi.ch Theorie: Prof. Dr. Jeroen van den Brink IFW Dresden Institut für Theoretische Festkörperphysik Helmholtzstrasse 20 D-01069 Dresden Telefon +49 (0)351 4659 400 j.van.den.brink@ifw-dresden.de www.ifw-dresden.de

Bild: David Hilf, Hamburg

Orbitonen. Jetzt wissen wir genau, wo wir diese neuen Teilchen suchen müssen, und werden sie in zahlreichen weiteren Materialien finden.» Die beobachtete Aufspaltung der Elektronen könnte ausserdem wichtige Schlüsse auf einem anderen Forschungsgebiet ermöglichen, nämlich der HochtemperaturSupraleitung. Elektronen verhalten sich in Sr2CuO3 und in Supraleitern auf Kupferbasis ähnlich. Somit eröffnet das Verständnis der Aufspaltung eines Elektrons in dem hier betrachteten Material möglicherweise neue Wege zu einem erweiterten theoretischen Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung.

Bild 2. Künstlerische Darstellung des Zerfalls eine Elektrons in ein Spinon und ein Orbiton.

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FIRMEN BERICHTEN

Glastradition, die verbindet

Hochgenaue Durchflussmesstechnik Präzision und Zuverlässigkeit sind die Hauptanforderungen bei der Herstellung von Glaskapillarviskosimetern. Um den hohen Ansprüchen der Analysentechnik gerecht zu werden, muss die Kombination aus Material, Fertigungskompetenz und langjähriger Erfahrung stimmen. Dieses Zusammenspiel garantiert eine gleichbleibend hohe Qualität, die bis heute sichergestellt ist: Der Spezialglashersteller Duran Group liefert KPG-Kapillaren an SI Analytics, die diese in ihren Viskosimetern einsetzen. Die ehemaligen Kollegen kooperieren heute als Partner.

Die vielfältigen Anwendungen von DuranPräzisionsglas spiegeln die Qualität und Präzision dieser Spezialgläser aus Borosilikatglas 3.3 wieder. Das Material zeichnet sich durch herausragende chemische und physikalische Eigenschaften aus. Dank der minimalen Wärmeausdehnung und der Unempfindlichkeit gegenüber schnellem Temperaturwechsel ist der Einsatz von Duran-Borosilikatglas 3.3 besonders variabel und vielfältig. Die Fertigung des kalibrierten Präzisionsglases (KPG) der Duran Group erfolgt am Standort Wertheim. In einem speziellen Heissumformungsprozess werden Glasrohre erhitzt und unter Vakuum auf Präzisionswerkzeuge aufgeschrumpft. Durch diesen Prozess erreichen die kalibrierten DuranZylinder einen definierten Innendurchmesser mit kleinstmöglichen Toleranzen bis in den µm-Bereich. Die Besonderheit hierbei ist die Sortimentsbreite und Produktvielfalt dieser Gläser. Vom kleinsten Kapillarinnendurchmesser von 0,15 mm bis zum Grossrohr mit Innendurchmesser 240 mm können die DuranZylinder gefertigt werden. Die kundenspezifische Weiterverarbeitung dieser Zylinder findet ebenfalls am Standort Wertheim statt.

Einsatz in den unterschiedlichsten Industrien Die Fertigungskompetenzen umfassen zusätzlich eine präzise individuelle Kalt- oder Heissbearbeitung der Duran-Rohre. Die Vielfältigkeit der KPG-Rohre und -Kapillaren zeigt sich durch den Einsatz in den unterschiedlichsten Industrien. Neben der Chemie- und Analysentechnik werden die Gläser auch im Maschinen- und Anlagenbau, 30

Bild 1. 4-fach AVS 370-Messplatz von SI Analytics GmbH

in der Medizintechnik sowie der elektrotechnischen Industrie angewendet. Der Präzisionsanspruch hingegen ist genau definiert. Weil SI Analytics und die Duran Group mit der Schott AG gemeinsame Wurzeln haben, wissen die beiden Unternehmen um die hohen Anforderungen der Kunden. Heute fertigt die Duran Group KPG-Kapillaren für SI Analytics, welche diese in ihre Kapillarviskosimeter integrieren. Die Kapillarviskosimetrie, die zur Bestimmung der Eigenviskosität eingesetzt wird, findet in verschiedenen Industrien Anwendung. So zum Beispiel in der Lebensmittelprüfung: Die unterschiedliche Herkunft und Zusammensetzung von Milch und Milch-

produkten ergibt ein verschiedenartiges rheologisches Verhalten der Milchprodukte. Die Viskosität von Milch, Rahm, Kondensmilch usw. wird vom Fettgehalt, der Trockenstoffkonzentration und in starkem Masse von den Verarbeitungsbedingungen beeinflusst, zum Beispiel der Homogenisierung. Der Zusatz von Hydrokolloiden (Dickungs-/, Binde-/ und Geliermittel) sowie von Stabilisatoren wirkt stark viskositätserhöhend. Zur Aufklärung ihrer chemischen Struktur und Wirkung in Verbindung mit den Milchkomponenten gibt die Viskositätsmessung wertvolle Informationen. Denn: Wer möchte schon seinen erfrischenden Trinkjoghurt bereits nach zwei Tagen Kühlschrank aus der Flasche löffeln? 6/2012


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Haupteinsatzgebiet: Polymerindustrie

Bild 2. DIN-Ubbelohde-Viskosimeter

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Bild 3. Kalibrierte Präzisionsglaskapillaren aus Duran

beiden Unternehmen zu idealen Partnern, um den hohen Qualitätsstandards der chemischen Analysetechnik gerecht zu werden. Kontakte Schott Schweiz AG CH-9001 St. Gallen Telefon +41 (0)71 274 42 14 renata.di-stefano@schott.com Duran Group GmbH D-55122 Mainz Telefon +49 (0)93 42 802 191 praezisionsglas@duran-group.com SI Analytics GmbH D-55122 Mainz Telefon +49 (0)61 31 66 5111 support@si-analytics.com

DISCOVER NEW SOLUTIONS FOR LIQUID CHROMATOGRAPHY

Das Haupteinsatzgebiet der Viskosimeter von SI Analytics ist allerdings die Polymerindustrie. Hier wird durch Viskositätsmessungen an Lösungen des Kunststoffs in geeigneten Lösemitteln die Viskositätszahl ermittelt. Dadurch kann die mittlere Kettenlänge, Verarbeitbarkeit und Qualität des Polymers analysiert werden. So werden in der Polymerforschung, Polymerherstellung und Polymerverarbeitung neben der Analyse von chemischen und physikalischen Eigenschaften, optimale Prozessparameter festgelegt sowie die Charakterisierung des Endprodukts vorgenommen. Um eine universelle Austauschbarkeit gewährleisten zu können, werden die Viskosimeter von SI Analytics in Vergleichsmessungen zu Referenzviskosimetern in der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig geprüft. Hohe qualitative Anforderungen werden bei einem Viskosimeter in erster Linie an die Kapillare gestellt. Eine konstante Masshaltigkeit sowie eine hochwertige Qualität des Glases müssen gewährleistet sein, da der signifikante Bereich der Messung in der Kapillare stattfindet. Die Transparenz ist neben der besseren Kontrolle und Handhabung hauptsächlich für die Messung der Durchlaufzeit notwendig. Hier wird der Durchfluss des zu untersuchenden Liquids mittels eines optischen Sensors gemessen. Hierbei spielt auch die geringe Tolerierung am Aussendurchmesser eine Rolle. Nur bei relativ konstanter Wandstärke können Referenzmessungen bei der Kalibrierung standardisiert werden. Ebenso liegt der Anspruch auf dem verwendeten Material. Duran ist durch die ausgezeichnete chemische Resistenz gegen Säuren und Laugen prädestiniert für den Einsatz mit hochaggresiven Lösungen, die zum Beispiel gelöste Kunststoffe enthalten. Letztendlich können die präzisen Messungen massgeblich durch die geringen InnendurchmesserToleranzen der kalibrierten Duran-Kapillaren sichergestellt werden. Das Zusammenspiel der Duran Group mit dem ebenfalls traditionsreichen Unternehmen SI Analytics birgt daher viele Vorteile. Jahrzehntelange Erfahrung mit dem Werkstoff Duran kombiniert mit umfassendem Know-how in der Viskosimetrie machen die

Geissbrunnenweg 14 · CH-4452 Itingen BL Tel. 061 971 83 44 · Fax 061 971 83 45 E-Mail: info@sebio.ch · www.sebio.ch

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FIRMEN BERICHTEN

Kleiner, leichter und preiswerter

Fortschritte im Kunststoffanlagenbau

Bilder: Gemü

Im Anlagenbau sind anwendungsspezifische Komponenten mit hohem Funktionsumfang gefragt, die Platz und Gewicht sparen und sich leicht montieren lassen. Kompakte, leichte Kunststoff-Membranventile bieten kostengünstige Alternativen zu herkömmlicher Ventiltechnik.

Bild 1. R677

Energie sparen, die Umwelt schonen und den Verbrauch an Ressourcen reduzieren bringt wirtschaftliche Vorteile – auch im Anlagenbau. Die Konsequenz: Prozesse werden verschlankt, Funktionen zusammengefasst und automatisiert, das Anlagendesign minimiert und aufs Wesentliche reduziert. Intelligente, konstruktive Ventillösungen kommen mit weniger Platz aus, reduzieren den Materialverbrauch, verkürzen die Montagezeit und sparen dadurch Kosten.

Leichte Bauteile schaffen Kapital-Ressourcen Das hat Folgen für die Auswahl und Auslegung der beim Bau einer Anlage einzusetzenden Apparate, Bauteile und Materialien. Gefordert sind vor allem anwendungsspezifische Lösungen, die dem jeweiligen Design angepasst sind, wobei unterschiedliche Zusatzfunktionen wie beispielsweise eine Stellungsrückmeldung bei Ventilen oder eine Schliesshubbegrenzung eines Handventils integraler Bestandteil einer Gesamtlösung darstellen. Bei der Kombination von Komponenten in verfahrenstechnischen Anlagen sind dabei nicht mehr nur die reinen Funktionen ausschlaggebend, sondern neben Funktions32

umfang verstärkt auch Kriterien wie Grösse, Gewicht, Bauweise, Materialeinsatz, Montagefreundlichkeit und der Beitrag der jeweiligen Komponente im Energiehaushalt des Gesamtsystems. Kompakte, gewichtsreduzierte Anlagen sparen Platz und Material und schaffen damit letztendlich KapitalRessourcen, die andersweitig genutzt werden können. Leichte Bauteile vereinfachen die Montage und senken die Transportkosten. Schnelle Montage verkürzt die Durchlaufzeit und spart Personalkosten. Im Fokus der Verfahrenstechniker stehen deshalb leichte, kompakte Bauteile, die sich schnell und unkompliziert montieren lassen und die gleichzeitig einen hohen Funktionsumfang aufweisen. Denn der Kostendruck in der Industrie zwingt die Anlagenbauer dazu, immer mehr Grundoperationen in einem Prozessschritt zusammenzufassen. Bei der mess- und regelungstechnischen Planung werden deshalb Komponenten mit grösserem Funktionsumfang und flexiblen Einsatzmöglichkeiten bevorzugt.

Kompakteres Design bei gleichem Volumenstrom Die neuen 2/2-Wege Kunststoff-Membranventile R690 und R677 des Ingelfinger Spezialisten für Ventil-, Mess- und Regeltechnik Gemü bieten Vorteile für einen wirtschaftlichen Einsatz: Sie sind klein und kompakt, leicht und von der Bauweise her so ausgelegt, dass sich Kombinationen über mehrere Nennweiten auf der gleichen Befestigungsebene realisieren lassen. Des Weiteren lassen sich diese Ventilantriebe auch auf Sonderventilkörpern wie T-Ventile und Ventilblöcke einsetzen. Für Anlagenbauer sind das schlagkräftige Argumente. Die Komponenten sparen nicht nur Platz und Gewicht, sondern lassen sich auch einfach und schnell einbauen. Aus-

gleichsplatten sind nur beschränkt notwendig. Das spart Materialkosten und Montageaufwand. Für die Montage stehen die Ventile in allen gängigen Anschlussarten wie Armaturverschraubung, Schweiss- oder Klebestutzen oder Flansche zur Verfügung und sind in den unterschiedlichen Standards und Normen erhältlich. Das gibt Planungssicherheit und spart Zeit, weil nicht erst noch passende Verbindungen realisiert werden müssen. Die nach einem Redesign strömungsoptimierten Ventilkörper stellen trotz ihrer kompakten Bauweise und kleineren Abmessungen gleich hohen – und zum Teil auch höheren – Durchfluss wie die Vorgängermodelle sicher und sind zudem preislich attraktiv. Sie arbeiten je nach Ventilausführung zuverlässig bei Temperaturen von – 20 bis + 80 °C und bei Drücken bis zu 10 bar. Das Programm umfasst Nennweiten von DN 15 bis 100. Im Rahmen des Redesigns ist es zudem gelungen, beim Automatikventil Typ R690 den Steuerluftverbrauch deutlich zu reduzieren.

Bild 2. R690

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Zu den Ausstattungsmerkmalen gehÜren neben standardmässig integrierten optischen Stellungsanzeigen Optionen wie elek trische Stellungsrßckmeldung, Stelloder Prozessregler, Handnotbetätigungen, Vorsteuerventile sowie Schliess- und Hubbegrenzungen. Diese Flexibilität im Funktionsumfang, in der Instrumentierung und im ZubehÜr lässt Anlagenbauern grÜsstmÜglichen Freiraum fßr anwendungsspezifische LÜsungen. Je nach Anforderung und Anwendungsgebiet sind die VentilkÜrper in unterschiedlichen Kunststoffen (PVC, PP, ABS etc.) und mit verschiedenen Dichtwerkstoffen (EPDM, PTFE, FPM, NBR) lieferbar.

Anwendung in fast allen Industriebereichen mÜglich Die kompakten Kunststoff-Membranventile eignen sich fßr ein breites Anwendungsspektrum in ganz unterschiedlichen Branchen. Es reicht vom wirtschaftlichen Einsatz in Anlagen fßr chemische Prozesse ßber AnlagenlÜsungen in der Oberflächen-, Lackier- und Galvanotechnik, der kommunalen und industriellen Wasseraufbereitung bis hin zu LÜsungen bei Kraftwerken und Abluftreinigungsanlagen. Auch bei sensiblen Verfahren und Technologien wie Umkehrosmose, Neutralisation, bei Schwimmbädern mit Mikrofiltrationsanlagen oder bei chemischen Prozessen mit aggressiven und korrosiven Medien bieten die Gemß-Komponenten wirtschaftliche Alternativen zu herkÜmmlicher Ventiltechnik. Ebenso eignen sich Kunststoff-Membranventile bei Anwendungen in der Umwelttechnik, Elektronikindustrie oder auch bei Produktionsprozessen wie bei der Herstellung von Dßngemitteln oder Waschmitteln. Aber natßrlich auch ßberall dort, wo neutrale Medien und Prozesse gesteuert werden oder wo die Anforderungen nicht so hoch liegen wie beispielsweise in der Pooltechnologie. Die kompakte Bauweise kommt dabei den Trends zur Komprimierung von Anlagen und zu mobilen Einheiten entgegen. Kleine, mobile Wasseraufbereitungsanlagen beispielsweise kommen heute nicht nur bei der Trinkwassergewinnung vor Ort in Krisenund Katastrophengebieten zum Einsatz, sondern auch in der Industrie. 6/2012

Bei Compact-Plastic-Valves alles aus einer Hand Die Kunststoff-Membranventile R690 und R677 sind Teil der Compact-Plastic-ValvesSerie von Gemß. Dazu gehÜren beispielsweise die flexiblen MehrwegeventilblÜcke P600. Sie eignen sich fßr multifunktionale, kundenspezifische Anwendungen. MehrwegeventilblÜcke bieten die komfortable MÜglichkeit, mehrere Ventile auf kleinstem Raum zusammenzufassen. Dabei kÜnnen unterschiedliche Funktionen wie Mischen, Teilen, Leiten, Entleeren, Zufßhren oder Reinigen kompakt in einem Block platzsparend zusammengefasst werden. MehrwegventilblÜcke bilden die Basis fßr integrierte SystemlÜsungen. In der Realisierung befindet sich auch ein intelligentes Handmembranventil R617 mit optional integrierter elektrischer Stellungsrßckmeldung und optischer Sichtanzeige mit LED-Technologie. Beim Compact-Plastic-Valves-Programm bietet Gemß alles aus einer Hand – vom Einzelventil ßber Systemkomponenten bis hin zum gesamten ventiltechnischen ZubehÜr. Das beinhaltet beispielsweise auch das Schalten von Regelkreisen. Bei der Weiterentwicklung der Serie fliessen jahrelange Erfahrungen im Bereich Kunststofftechnologie und seit vielen Jahren bewährte Erfahrungen im Membranventilbau ein. Mit der Kunststoffventil-Produktreihe verfßgt das Unternehmen ßber ein Portfolio, das fßr anwendungsspezifische LÜsungen im Anlagenbau preiswerte Alternativen zu herkÜmmlicher Ventiltechnik erÜffnet und in der Kombination der einzelnen Komponenten deutliche Vorteile in der Raumnutzung, beim Gewicht, bei der Montage – und letzten Endes bei den Gesamtkosten bringt. Ein grosser Schritt und ein Muss fßr jeden Anlagenbauer und -betreiber.

Kontakt GemĂź GmbH Urs Zgraggen Leiter Fachbereich Kunststoff Lettenstrasse 3 CH-6343 Rotkreuz Telefon +41 (0)41 799 05 19 plastic@gemue.de www.gemu-group.com

     



  

   

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VERFAHRENSTECHNIK

100 Jahre Chlorproduktion in Leverkusen

Sicherheit und Umweltschutz auf hohem Niveau Im April 1912 fiel der Startschuss für die Chlorproduktion im Chempark Leverkusen. Mit der Inbetriebnahme der Anlage schuf Bayer die Basis für die erfolgreiche Herstellung hochwertiger Kunststoffe. Die Bedeutung von Chlor hat in den folgenden Jahrzehnten weiter zugenommen und ist heute für 80 Prozent aller Produkte von Bayer MaterialScience ein unverzichtbarer Einsatzstoff.

Bilder: Bayer MaterialScience AG

Science zusammen mit ThyssenKrupp Uhde. Am Bayer-Standort Krefeld-Uerdingen wird sie seit 2011 im Grossmassstab getestet und hat das Potenzial, die Chlorproduktion um ein Vielfaches energiesparender zu machen und damit Treibhausgasemissionen zu vermindern. Andreas Amling, Leiter Basic Chemicals und weltweit verantwortlich für die Versorgung von Bayer MaterialScience mit Grundchemikalien, freut sich: «Wir sind stolz auf die 100-jährige Erfolgsgeschichte unserer Chlorproduktion in Leverkusen und vor allem auf die Leistung der Mitarbeiter, die diese möglich gemacht haben. Für die Zukunft sind wir gut gerüstet.» Quelle: Bayer MaterialScience AG Bild 1. So geht Chlor heute: Die Leverkusener Membrananlage zur Chlorherstellung mit Mitarbeiter Klaus Schulz beim Überprüfen der Chlorkonzentration.

Die Produktion begann 1912 mit einer Anlagenkapazität von 1000 Tonnen Chlor pro Jahr. Heute können mehr als 300 000 Tonnen davon jährlich hergestellt werden. Grundstoff ist Kochsalz, das mithilfe von elektrischem Strom in Chlor, Natronlauge und Wasserstoff umgewandelt wird. In den 100 Jahren ihres Bestehens wandelte sich die Chlorproduktionsanlage gemäss dem wirtschaftlichen Bedarf und dem technischen Fortschritt. Dank kontinuierlicher Investitionen wurde sie nicht nur schrittweise vergrössert, sondern auch umwelt- und sicherheitstechnisch ständig verbessert. Die grösste Änderung erfuhr sie im Jahr 2002: Mit einer Investition von 140 Millionen Euro wurde sie komplett auf das moderne Membranverfahren umgerüstet und konnte dadurch ihren Strombedarf um rund 30 Prozent reduzieren. «Die Leverkusener Chloranlage ist heute mehr denn je ein wichtiges Standbein für 34

unseren Chempark. Sie liefert wichtige Grundchemikalien nicht nur für Bayer MaterialScience, sondern auch für die dort ansässigen Chemiefirmen», betont Tony Van Osselaer, Vorstandsmitglied von Bayer MaterialScience. Zahlreiche Produkte des täglichen Lebens wie Dämmstoffe, Computergehäuse, energiesparende Kühlschränke oder Sitzpolster basieren auf Polyurethan- oder Polycarbonat-Werkstoffen von Bayer MaterialScience. Dabei verbleibt kein Chlor in den Endprodukten.

Kontakt Jochen Klüner Bayer MaterialScience AG D-51368 Leverkusen Telefon +49 214 30-38204 jochen.kluener@bayer.com

SauerstoffverzehrkathodenTechnologie Im Technikum der Leverkusener Chlorproduktion steht auch die Wiege des weltweit neuesten Verfahrens zur Chlorherstellung, der Sauerstoffverzehrkathoden-Technologie, eine Entwicklung von Bayer Material-

Bild 2. Innenansicht der Chlorfabrik im Leverkusener Gebäude R17. Das Bild ist im Original undatiert, gilt aber als eines der ersten Fotos des Betriebs überhaupt. Denn es stammt aus der Anfangszeit der Produktion – also etwa aus den Jahren 1912/1913.

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VERFAHRENSTECHNIK

Gewinnung von Trinkwasser

Windeln als Meerwasserfilter

Dass das Prinzip funktioniert, haben Manfred Wilhelm und Johannes Höpfner vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des KIT bereits nachgewiesen. Mit ihrem Verfahren können sie den Salzgehalt in einem Durchlauf um mehr als ein Drittel reduzieren. Als Quellmaterial dient ein Hydrogel auf Acrylsäurebasis: kugelförmige, vernetzte Polymere, die in Wasser aufquellen und das 100-fache ihrer Masse aufnehmen können. Das Besondere daran sind die geladenen Gruppen in den Polymeren: Beim trockenen Material ist die Ladungsdichte hoch und sorgt dafür, dass das Salz zunächst abgestossen wird und vor allem Wasser eindringt. Quillt das Netz weiter auf, wird die Ladungsdichte geringer und Salz dringt ein. «An diesem Punkt drehen wir den Prozess um: Wir pressen das aufgequollene Hydrogel mechanisch wieder aus, ähnlich wie einen Schwamm», sagt Höpfner. «Das Wasser hat dann gegenüber Meerwasser bereits einen deutlich reduzierten Salzgehalt.»

Trinkswasserqualität nach drei Durchläufen Der Salzgehalt von Meerwasser entspricht 35 Gramm Natriumchlorid pro Liter. «Wir wollen im ersten Durchlauf auf zehn Gramm kommen, im zweiten auf drei und im dritten schliesslich auf ein Gramm pro Liter – das ist eine Menge, die man trinken kann», so Wilhelm. Zurzeit arbeitet Höpfner daran, den Superabsorber genau auf diese Verwendung anzupassen. «In Windeln muss das Material auch unter Druck, wenn das Baby darauf sitzt, trocken bleiben. Bei uns soll es – um Energie zu sparen – die Flüssigkeit gerade 6/2012

mit möglichst wenig Druck wieder abgeben.» Erreichen will er dies etwa über eine chemisch ideal eingestellte Vernetzungs- und Ladungsdichte der Hydrogele. «Setze ich die Knotenpunkte und damit die Ladungen sehr eng, sind die Kugeln sehr hart: Das hat den Vorteil, dass das Salz sehr gut abgestossen wird, allerdings brauche ich dann viel Energie, um das Hydrogel auszupressen. Hier geht es darum, das Optimum zu finden», erläutert Höpfner. Um das Verfahren anhand detaillierter Analysedaten weiterzuentwickeln, hat er einen präzisen Teststand konstruiert: eine Halbliter-Hydraulikpresse, die Polymer und Wasser voneinander trennt, und an der sich der Stempelweg, der Druck und der Salzgehalt genau messen lassen. Die Daten fliessen dann auch in Computersimulationen, die in Kooperation mit der Universität Stuttgart durchgeführt werden.

Energiebilanz entscheidend für Realisierung Mit ihrer Idee stiessen Wilhelm und Höpfner bereits bei mehreren Firmen auf grosses Interesse. Ob sie den Weg in die Anwendung findet, hängt unter anderem von der Energiebilanz ab. «Für die gängigen Verfahren Destillation und Umkehrosmose, die unter Druck über eine Membran Süsswasser von salzhaltigerem Wasser trennt, benötigt man in der Praxis zwischen drei und zehn Kilowattstunden pro Kubikmeter Wasser. Ob wir besser sind, wissen wir noch nicht – aber wir arbeiten aktuell an der Abschätzung», sagt Wilhelm. Destillation und Umkehrosmose werden in der Regel aber durch Dieselgeneratoren angetrieben, beim Verfahren der Karlsruher

Bild: Johannes Höpfner, KIT

Für 700 Millionen Menschen weltweit, so die UN, ist Trinkwasser knapp. Abhilfe kann in Küstengebieten die Entsalzung von Meerwasser schaffen. Die gängigen Methoden, vor allem Destillation und Umkehrosmose, benötigen jedoch viel Energie – und sind für die oft armen Regionen zu teuer. Chemiker des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeiten an einem völlig neuen Verfahren. Quellfähige Kunststoffpartikel (Superabsorber), ähnlich denen in Windeln, dienen dabei als Filter: Beim Quellen nehmen sie nur einen Teil des Salzes auf, beim Auspressen geben sie salzarmes Wasser ab.

Bild 1. Aufbau zum Entsalzen von Meerwasser mithilfe von Druck

Chemiker wäre ein direkter Antrieb über ein Windrad denkbar – rein mechanisch und somit sehr effektiv. Die Polymerpresse könnte damit eine besser skalierbare Alternative zu den herkömmlichen Verfahren darstellen, die technische Umsetzung ist aber noch offen. «Wir schaffen die naturwissenschaftlichen Grundlagen, eine entsprechend grössere Anlage zu entwickeln, wäre dann Aufgabe für Chemieingenieure und Maschinenbauer», sagt Wilhelm. Bei möglichen Anwendungen denkt er aber vor allem an Nischen, beispielsweise eine Kartusche, die es ermöglicht, Meerwasser von Hand auszupressen und so mobil und unkompliziert Trinkwasser zu gewinnen. Lohnen könnte sich das Verfahren insbesondere bei der Aufbereitung von Brackwasser, da es umso besser funktioniert, je niedriger der Salzgehalt ist.

Weitere Informationen www.itcp.kit.edu/wilhelm/577.php 35


VERFAHRENSTECHNIK

Mehr Sicherheit mit Mikroreaktoren

Reaktoren für die Synthese gefährlicher Stoffe Je grösser das Reaktionsgefäss, desto schneller lassen sich Produkte herstellen – würde man meinen. Wie falsch man damit liegt, zeigen Mikroreaktoren: In ihnen lassen sich beispielsweise explosive Stoffe wie Nitroglycerin etwa zehnmal schneller fertigen als auf herkömmliche Art, und zudem viel sicherer. Dies haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal gezeigt.

Sicherer zum Sprengstoff Eine Methode, Nitroglycerin sicherer zu fertigen, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal entwickelt: Einen Mikroreaktorprozess, der für diese Reaktion massgeschneidert ist. Der Grund für die bessere Sicherheit liegt in den winzigen Mengen. Denn sind die Mengen kleiner, entsteht auch weniger Wärme. Zudem ist die Oberfläche im Verhältnis zum Volumen sehr gross – das System lässt sich daher sehr gut kühlen. Ein weiterer Vorteil: Der kleine Reaktor stellt den explosiven Stoff um ein Vielfaches schneller her als man es in Rührkesseln könnte. Denn im Gegensatz zum Rührkessel, der gefüllt wird und in dem dann langsam die Reaktion abläuft, arbeitet der Mik roreaktor kontinuierlich: Durch kleine Kanäle fliessen «am laufenden Band» die Ausgangsstoffe in die Reaktionskammer, wo sie einige Sekunden lang miteinander reagieren, und dann durch weitere Kanäle 36

Bild: Fraunhofer ICT

Sollen Tunnel in einen Berg getrieben werden, greifen die Arbeiter zu Sprengstoffen: Der 15 Kilometer lange Gotthardtunnel beispielsweise wurde mit Sprenggelatine «gebaut», die zu einem grossen Teil aus Nitroglycerin – besser bekannt als Dynamit – besteht. Bei der Herstellung der Sprengstoffe ist äusserste Vorsicht geboten, schliesslich sollen sie ihre Sprengleistung nicht im Labor entfalten. Da bei ihrer Produktion Wärme entsteht, muss es langsam gehen: Tropfen für Tropfen fliessen die Reaktionspartner in die Rührkessel, in denen sich die Ausgangssubstanz befindet. Denn erwärmt sich das Gemisch zu stark, kann es zu Explosionen kommen. Es darf daher nicht mehr Wärme entstehen, als abgeführt werden kann. Bild 1. Mit speziell angepassten Mikroreaktoren lassen sich beispielsweise explosive Stoffe wie Nitorglycerin schneller und sicherer herstellen.

in einen zweiten Mikroreaktor strömen, wo sie aufbereitet, also gereinigt werden. Denn das entstandene Produkt enthält noch Verunreinigungen, die aus Sicherheitsgründen entfernt werden müssen. Die Reinigung im Mikroreaktor funktioniert einwandfrei: Das hergestellte Produkt entspricht den Pharmaspezifikationen und kann in abgewandelter Form sogar in Nitrokapseln für Herzkranke verwendet werden. «Es ist bisher einmalig, dass Mikroreaktoren in einem Prozess sowohl für die Synthese eines Stoffes als auch für seine anschliessende Aufarbeitung eingesetzt werden», sagt Stefan Löbbecke, stellvertretender Hauptabteilungsleiter am ICT. Der Mikroreaktorprozess wird bereits erfolgreich in der Industrie angewendet. Bei der Entwicklung eines Mikroreaktors passen die Forscher die Reaktoren jeweils an die gewünschte Reaktion an: Wie gross dürfen die Kanäle sein, damit die Wärme

noch gut abgeführt werden kann? Wo müssen die Forscher Hindernisse in die Kanäle bauen, um die Flüssigkeiten gut zu durchmischen und die Reaktion gut ablaufen zu lassen? Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeiten durch die Kanäle strömen: Sie müssen zum einen genügend Zeit haben, um miteinander zu reagieren, andererseits soll die Reaktion beendet werden, sobald sich das Produkt gebildet hat. Sonst können zu viele unerwünschte Nebenprodukte entstehen.

Polymere für organische Leuchtdioden Auch wenn sich Mikroreaktoren für explosive Stoffe anbieten, ist ihr Anwendungsbereich damit keineswegs erschöpft: Die Forscher am ICT stellen Reaktoren für alle erdenklichen chemischen Reaktionen her 6/2012


Flüssigkeitsdosierung ist jetzt einfacher denn je. Das ist unmöglich!

Bild 2. Nitroglycerin

– jeweils massgeschneidert für die entsprechende Reaktion. Ein weiteres der zahlreichen Beispiele ist ein Mikroreaktor, der Polymere für OLED herstellt. OLED sind organische Leuchtdioden, die vor allem für Displays und Bildschirme verwendet werden. Die Polymere, aus denen sie bestehen, leuchten farbig. Bei ihrer Synthese entstehen jedoch leicht Fehlstellen, die den Polymeren einen Teil ihrer Leuchtkraft nehmen. «Über eine genaue Prozessführung können wir die Zahl dieser Fehlstellen minimieren», sagt Löbbecke. Dazu haben die Forscher die Reaktion zunächst ganz genau analysiert: Wann bilden sich die Fehlstellen aus? Wie schnell muss der Prozess laufen? «Viele Reaktionsvorschriften, die man von den grossen Prozessen, den Batch-Prozessen, kennt, entpuppen sich als unnötig. Die Ausgangsstoffe brauchen oftmals nicht stundenlang zu kochen, stattdessen reichen ein paar Sekunden«, weiss der Forscher. Denn durch das lange Kochen können sich die Produkte wieder zersetzen oder ungewünschte Nebenprodukte bilden. Um einen Mikroreaktor für eine neue Reaktion zu entwickeln und zu optimieren, sehen die Forscher sich die laufende Reaktion in Echtzeit an, sie schauen quasi in den Reaktor hinein. Hilfsmittel sind verschiedene Analyseverfahren: Einige, beispielsweise spektroskopische Verfahren, verraten ihnen, welche Stoffe im Mikroreaktor entstehen – und damit auch, wie sie die Ausbeute des gewünschten Produkts gezielt erhöhen können und Nebenprodukte nach Möglichkeit gar nicht erst entstehen lassen. Andere Verfahren wie die Kalorimetrie geben den Wissenschaftlern Informationen über die Wärme, die sich bei der Reaktion entwickelt. Diese Messmethode verrät ihnen, wie schnell und vollständig die Reaktion abläuft. Sie gibt auch Hinweise darauf, wie die Prozessbedingungen gewählt werden müssen, um die Reaktion auf sichere Art ablaufen zu lassen. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Dr. Stefan Löbbecke Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Joseph-von-Fraunhofer-Strasse 7 D-76327 Pfinztal Telefon +49 (0)721 4640 230 stefan.loebbecke@ict.fraunhofer.de www.ict.fraunhofer.de 6/2012

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A N A LY T I K

Bestimmung in Kunststoffverpackungen

Bisphenol A ist allgegenwärtig Die Möglichkeit, Bisphenol A (BPA) mit erhöhter Empfindlichkeit sowohl in GCMS als auch in LCMS zu quantifizieren, ist eine notwendige Voraussetzung bei der Analyse von Proben verschiedenster Herkunft. Aufgrund erster Nachforschungen scheint BPA in vielen Gegenständen des täglichen Lebens verbreitet zu sein – wenn auch in geringen Konzentrationen. Erst mit einer effizienten Quantifizierung des vorhandenen BPA in seinen verschiedenen Quellen kann man das tatsächliche Niveau der Gefährdung des Menschen und die Wirkung von BPA als Endokriner Disruptor abschätzen.

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1)

Troisi Jacopo, Di Fiore Raffaele Laboratorio Chimico Merceologico, Az. Spec. CCIAA Napoli Palumbo Giancarlo Università Federico II, Dottorando di Ricerca in «Scienza dell’Alimentazione e della Nutrizione», XXV ciclo, coordinatore: Prof. Franco Contaldo, Tutor: Prof. Maria Valletrisco

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Bild 1. Gas-Chromatogramm (TIC) eines BPAund eines BPA-d16-Standards

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Konzentrationsverhältnis

Bild 2. GCMS-Kalibrierungskurve von BPA

zahlreicher weiterer Krankheitsbilder im Bereich des Fortpflanzungsapparats, der Prostata und der weiblichen Brust in Verbindung gebracht. Die durchgeführten Studien zeigen eine klare Evidenz endokriner Folgen und erlauben es, eine tägliche Maximaldosis von 0,05 mg/kg Körpergewicht zu definieren [1]. Das U.S. National Institute of Environmental Health Sciences hat im September 2008 einen Entwurf zur Bewertung des Gesundheitsrisikos für den Menschen ausgegeben, das sich aus den komplexen Berührungspunkten durch Lebensmittel, Konsumprodukte und die Lebensumstände ergibt [2]. Im Dokument werden die Effekte von BPA in experimentellen Studien und die dazugehörigen Dosis-Wirkungs-Daten mit den vorhandenen Informationen über das Niveau der Gefährdung des Menschen durch den Stoff verglichen, einschliesslich der bis heute limitierten epidemiologischen Studien und biologischen Überwachungen. Die Schlussfolgerungen schliessen jegliches Risiko für die Fortpflanzungsgesundheit von Erwachsenen und Schwangerschaft aus. Dennoch bleibt die Sorge um ein langfris6/2012

Bilder: Shimadzu/Kurt Hermann

Bisphenol A (BPA) wird hauptsächlich zur Kunststoffproduktion verwendet, seine Nebenprodukte sind seit über 50 Jahren im Handel. Es wird auch bei der Synthese von Polyestern und von Polysulfonaten eingesetzt, dient in einigen Plastifizierungsmitteln als Antioxidationsmittel. Vor allem aber ist BPA das Schlüsselmonomer bei der Herstellung von epoxidischen Harzen und den allermeisten Polycarbonaten. Da absolut transparent und fast unzerbrechlich, ist Polycarbonat in zahlreichen Produkten für Kinder zu finden sowie in Flaschen, in Sportartikeln, in medizinischem, zahnmedizinischem und optischem Gerät, sowie in Brillengläsern, in Haushaltsgeräten und in Schutzhelmen – überall dort, wo widerstandsfähiges und langlebiges Material gefragt ist. Die epoxidischen, BPA-haltigen Harze werden auch als Innenverkleidung in vielen Metalldosen für Lebensmittel und Getränke verwendet. BPA ist ausserdem ein Vorläufer von Flammschutzmitteln und wurde in der Vergangenheit auch als Fungizid angewandt. Seit den 30er-Jahren verdächtigt, schädlich für den Menschen zu sein, erhöhten sich die Vorbehalte gegenüber BPA-haltige Kunststoffmaterialien im Jahr 2008 erheblich, als viele Regierungen Studien über die

Sicherheit von BPA in Auftrag gaben. Einige Distributoren zogen Produkte mit diesem Inhaltsstoff aus dem Verkehr. Vor allem scheint BPA für zahlreiche Krankheiten der männlichen und weiblichen Geschlechtsentwicklung im Fetenstadium sowie für einen Rückgang der Fruchtbarkeit im Erwachsenenalter verantwortlich zu sein. Die Weltproduktion von BPA wurde für 2010 auf zwei Millionen Tonnen geschätzt. BPA verändert die Aktivität des endokrinen Apparats, indem es Hormonrezeptoren aktiviert. Erhöhte Dosen können sich negativ auf die Gesundheit auswirken. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass BPA die Aktivitäten von Östrogenen (die existenziell für die Hirnentwicklung sind) soweit nachahmt, dass schon kleinste Dosen seine Aktivität und seine Wirkung auf das neuronale Wachstum vollständig verhindern. Obwohl die auf Basis von BPA polymerisierten Verpackungsmaterialien unter normalen Umständen als ausreichend stabil angesehen werden, können sie dennoch kleine, aber toxikologisch signifikante Mengen BPA abgeben, sodass ein erhöhtes Risiko besteht, dass Getränke oder Lebensmittel mit der Substanz vermengt werden. BPA wurde ausserdem mit der Entwicklung

Flächenverhältnis

Ein Autorenteam 1)


A N A LY T I K

Basispeak 213/1, 251,33

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Konzentrationsverhältnis [x103 ]

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Bild 5. LCMS-Kalibrationskurve von BPA

100

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Bild 3. Massenspektrum von BPA (a) und von BPA-d16 (b)

tiges Risiko bei der endokrinen, neurologischen und reproduktiven Entwicklung in Folge einer Exposition im Mutterleib und/ oder während der Kindheit nicht aus. Europa hat BPA-haltige Babyflaschen mit der Richtlinie 2011/8/ UE der Europäischen Union vom 28. Januar 2011 verbannt. Seit dem 1. März 2011 ist die Herstellung von BPAhaltigen Babyflaschen verboten, für den Verkauf und den Import gilt dies seit 1. Juni 2011. Gemeinsam haben die Verbände American Chemistry Council, Plastics Europe und die Japan Chemical Industry Association eine Polycarbonat-/BPA-Forschungsgruppe (www.bisphenol-A.org) gegründet. Die Gruppe hat auch die Bestimmung von BPA in unterschiedlichen Umgebungen festgelegt (Umwelt, biologische und Plastikmaterialien) [3]. Nach diesen Kriterien ist die Methode der Wahl zur Bestimmung von BPA die Gaschromatografie, gekoppelt an die Massenspektrometrie (GC-MS), wobei die Bestimmung auf Basis des Verhältnisses zwischen dem Signal auf m/z 228 und m/z 213 erfolgt.

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Minuten

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Bild 4. LCMS-Chromatogramm eines BPAund eines BPA-d16-Standards

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Trotzdem wird in einem grossen Teil der publizierten wissenschaftlichen Untersuchungen die HPLC-MS-MS-Technik zur BPABestimmung eingesetzt. Diese Diskrepanz ist vielleicht dadurch bedingt, dass noch niedrigste Mengen erfasst werden müssen, was mit den auf dem Markt befindlichen GC-MS-Systemen schwer erreichbar ist.

Materialien und Methoden Hier werden zwei Bestimmungsmethoden von BPA vorgestellt: mit GC-MS, wobei ein GCMS-QP2010 genutzt wird, und eine Methode, die auf Flüssigchromatografie basiert in Verbindung mit dem LC-MS Single Quad Detektor LCMS-2020. In beiden Fällen liegt die Nachweisgrenze bei rund 0,1 µg/l.

BPA-Bestimmung mit GC-MS Die GC-Methode beruht auf einer SLB-5msSäule von Supelco von 15 m Länge und einem Innendurchmesser von 0,1 mm und einem Film von 0,1 µm. Das GC-Ofenprogramm sieht zunächst eine erste Phase von 1,5 min auf 160 °C und zwei Heizraten vor: zuerst 20 °C/min bis 260 °C, dann 40 °C/ min bis 320 °C. Die Injektionstemperatur ist 260 °C und die Lineargeschwindigkeit des Trägergases (Helium) ist 50 cm/s. Diese Einstellung erfordert einen Druck von über 700 kPa und eine Linearströmung von 0,86 ml/min. Die Gesamtzykluslaufzeit beträgt 8 min, die maximale Retentionszeit 5,9 min. Die schnellen Analysezeiten erfordern natürlich eine hohe Datenaufnahmegeschwindigkeit. Es wurden zwei Datenerfassungskanäle benutzt, einer im SIM-, der andere im SCAN-Modus zwischen m/z = 50 und m/z = 500. Die sogenannte «event time» für den SCAN-Modus wurde auf 0,1 s festgelegt (entspricht einer Scangeschwindigkeit von 5000 amu/s, was die Hälfte der erreichbaren Höchstgeschwindigkeit bei QP2010 ist).

Im SIM wurden die Ionen m/z = 213 und m/z = 228 für das BPA und m/z = 224 für den internen Standard gemessen. Die Kalibrierung erfolgte mittels acht Standardlösungen in einer Konzentration von 0,1 bis 1000 µg/l. Die Methode hat sich als extrem verlässlich erwiesen. Die Messung wurde unter Verwendung eines internen deuterierten Standards (BPA-d16) durchgeführt.

Bestimmung von BPA mit HPLC-MS Die HPLC-MS-Methode hingegen basiert auf einer Shim-Pack XR-ODS-Säule mit 50 mm Länge und 2 mm Durchmesser. Die Chromatografie wurde mittels eines Gradienten Wasser/Methanol durchgeführt, das Gradientenprogramm sieht eine erste Phase von einer Minute mit 20 % Methanol vor, gefolgt von einer Steigung bis 50 % in fünf Minuten, dann eine weitere Rampe bis auf 100 % in weiteren fünf Minuten, sodann einen Rückgang auf die Anfangskonditionen (20 % Methanol) in weiteren zwei Minuten und schliesslich eine Wiederherstellung des Gleichgewichts in drei Minuten. Die gesamte Analyse dauert 15 Minuten. Der Fluss beträgt 0,2 ml/min. Auch in diesem Fall wurde die Datenerfassung sowohl im SCAN-Modus (die negativen Ionen messend) zwischen m/z = 180 und m/z = 480 als auch im SIM-Modus (negative Ionen) m/z = 227,20 und m/z = 241,30 durchgeführt. Die Ionenquelle ist eingestellt auf –3,5 kV, die Desolvation Line auf 250 °C. Der Fluss des Verneblergases beträgt 1,5 l/min. Bibliografie [1] «EFSA panel on food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with foods» – Efsa Journal Jan 2007, doi:10.2903/jefsa.2007.428 [2] «NTP-CERHR monograph on the potentional human reproductive and developmental effect of Bisphenol A» – NIH Publication No. 08 - 5994 Set 2008. [3] www.bisphenol-a.org/pdf/ criteria_102002.pdf Kontakt Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 717 93 33 info@shimadzu.ch, www.shimadzu.ch 39


A N A LY T I K

TSQ 8000 Triple Quadrupole GC/MS

Triple Quadrupole GC/MS setzt neue Massstäbe Nur kurze Zeit nach der Markteinführung der Trace 1300/1310-Gaschromatografen von Thermo Fisher Scientific ergänzt die Brechbühler AG ihr Sortiment mit einem neuen Triple Quadrupole GC/MS vom selben Hersteller. Beim TSQ 8000 trifft innovativste Technik auf ein Maximum an Bedienerfreundlichkeit und eröffnet damit selbst weniger geübten Anwendern den Zugang zu den zahlreichen Vorteilen der Tandem-Massenspektrometrie.

heit und eine hohe Bedienerfreundlichkeit aus. Zusammen mit dem Triplus RSH Autosampler und dem Trace 1300/1310 Series GC erhält der Kunde ein komplettes System, welches durch fortschrittliche Technik aber auch in punkto Design überzeugt.

Produktivität auf höchstem Niveau

Bild 1. TSQ 8000 mit Trace 1310 und Triplus RSH

mischer Ionisation umzuschalten. Es erlaubt dem Anwender, die Quellenreinigung dann vorzunehmen, wenn sich die Zeit dafür bietet. Der Verlust kostbarer Messzeit durch Abkühlen, Belüften, Demontieren und Reinigen des Systems gehört damit der Vergangenheit an.

Schnelle Methodenentwicklung dank AutoSRM Obwohl im Vergleich zur Single Quadrupole GC/MS mit der Triple Quadrupole GC/MS meist wesentlich tiefere Bestimmungsgrenzen erreicht werden, zeigen die Anwender

Bilder: Brechbühler AG

Aufgrund ihrer Vorteile wie tieferer Bestimmungsgrenzen, einfacherer Probenaufarbeitung und schnellerer Analysenzeiten nimmt die Triple Quadrupole GC/MS in den heutigen Labors eine immer zentralere Rolle ein. Seit über 30 Jahren führt die Firma Thermo Fisher Scientific mit ihren Triple Quadrupole GC/MS-Systemen den Markt an und hat es dabei stets verstanden, durch innovative Technik Kunden weltweit von der besonderen Leistungsfähigkeit der Geräte zu überzeugen. Das Triple Quadrupole GC/ MS TSQ 8000 zeichnet sich durch Robust-

Die Ionenquelle des TSQ 8000 ist identisch mit jener des ISQ Single Quadrupole Massenspektrometers, welches sich in den letzten zwei Jahren erfolgreich im Markt etabliert hat. Sie besteht aus einer Hülse, in der Repeller, Ionenvolumen und die Linsen aufeinander gestapelt angeordnet sind. Die gesamte Ionenquelle kann mit wenigen Handgriffen und innert Minuten über eine auf der Vorderseite des Geräts angebrachte Schleuse dem System entnommen werden, ohne dass dabei das Vakuum unterbrochen werden muss. Dies ermöglicht es, jederzeit mit einer sauberen Quelle und maximaler Performance zu arbeiten sowie schnell zwischen Elektronenstoss- und che-

Bild 3. Automatische Optimierung der Kollisionsenergie mit AutoSRM

Bild 2. «Wireless» ExtractaBrite Ionenquelle

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Bild 4. Einfache Methoden-Programmierung mit timed-SIM und timed-SRM

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A N A LY T I K

immer wieder Respekt vor dem Zeitaufwand, welcher die Entwicklung einer MS/ MS-Methode erfordert. Die Software zum TSQ 8000 führt den Anwender auf einfache Weise durch den gesamten Prozess der Methodenentwicklung und übernimmt den zeitaufwendigsten Teil gleich vollständig: Die AutoSRM Funktion optimiert die analytspezifischen Kollisionsenergien automatisch und stellt die resultierenden Daten zum direkten Import in die InstrumentMethode bereit. Auf diese Weise gelangt der Anwender schneller, einfacher und besser ans Ziel.

Bestleistungen auch als Single Quad Das TSQ 8000 überzeugt auch beim Betrieb als Single Quadrupole GC/MS und gewährleistet eine hohe Massengenauigkeit selbst bei extrem schneller Datenaufnahme von bis zu 65 Scans pro Sekunde. Das integrierte Target Tuning sorgt für hohe Spektrenqualität und gute Übereinstimmung mit kommerziellen Spektrenbibliotheken. Was bei MS/MS-Methoden vom Modell TSQ Quantum unter dem Begriff «timed-SRM»

bekannt und von Anwendern geschätzt ist, bietet das TSQ 8000 jetzt zusätzlich für SIM-Methoden an (timed-SIM). Damit entfällt das aufwendige Programmieren von Zeitsegmenten für die Datenaufnahme und macht die Handhabung komplexer SIMMethoden einfacher und effizienter. Das Aufsetzen einer Methode reduziert sich auf die Eingabe von Retentionszeit und Masse. «Das TSQ 8000 ist ein äusserst vielseitig einsetzbares Gerät mit herausragendem Leistungsausweis und intelligenten Lösungen. Es wird in der Triple Quadrupole GC/ MS neue Massstäbe setzen und durch seine Bedienerfreundlichkeit diese Technik einem noch breiteren Anwenderkreis zugänglich machen», erklärt Thomas Frey, Produkt Manager GC/MS bei der Brechbühler AG in Schlieren.

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

Qualität von Lebensmitteln schnell überprüft Ist die Ananas reif? Oder stellt man zu Hause genervt fest, dass das gekaufte Exemplar weder süss noch saftig ist? Und wie steht es um die Qualität des Fleischs? Enthält es zu viel Wasser und wird beim Braten zäh? Beim Einkauf von Lebensmitteln muss der Kunde sich oft auf sein Glück verlassen. Das soll künftig ein Ende haben: Dann reicht es, ein Smartphone an das Produkt zu halten, die entsprechende App und die entsprechende Menüauswahl, zum Beispiel «Birne», zu starten – und schon gibt das Gerät eine Empfehlung: Der Fruchtzuckergehalt dieser Birne ist hoch, grünes Licht für den Kauf. Grundlage dieser Anwendung ist ein Nahinfrarot-Spektrometer, das den Anteil von Wasser, Zucker, Stärke, Fett und Proteinen in den Produkten misst. Dabei «schaut» das System einige Zentimeter tief in das Lebensmittel hinein – so kann es etwa bei einem Apfel erkennen, ob das Kerngehäuse fault. Auch dünne Verpackungsfolien sind kein Hindernis. 6/2012

Doch wie funktioniert das Gerät? Es strahlt breitbandiges Licht auf die Probe, etwa ein Stück Fleisch. Je nach seiner Zusammensetzung reflektiert dieses das Licht verschiedener Wellenlängen im Nahinfrarot-Bereich unterschiedlich stark. Das Spektrum verrät den Forschern, wie viel von welchem Stoff in dem Lebensmittel enthalten ist. Das Besondere am Spektrometer, das im Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden entwickelt worden ist: Mit einem Volumen von nur 2,1 Kubikzentimeter ist es etwa 30 Prozent kleiner als ein Stück Würfelzucker. Die Geräte eignen sich für die Massenfertigung und lassen sich kostengünstig produzieren. In etwa drei bis fünf Jahren könnte das Gerät auf den Markt kommen.

Eine Rohrkennzeichnung ist nur so gut wie der, der sie plant. Eine Rohrkennzeichnung ist ein komplexes Thema. Sie soll helfen, s Bedienfehler zu vermeiden s Arbeitssicherheit zu gewährleisten, s die regelmässige Wartung zu erleichtern. Deshalb ist CSF Wunderle der richtige Ansprechpartner für Ihr Unternehmen. Sicherheit in drei Stufen Als Experte in Sachen Kennzeichnungssysteme bietet CSF Wunderle ein dreistufiges Konzept. Phase eins ist die Bestandsaufnahme mit Analyse, Überprüfung der vorhandenen Dokumentation und Soll-/Ist-Vergleich. Hierbei wird der aktuelle Ist-Zustand Ihrer Anlage erfasst. Die Dokumentation erfolgt in Stufe 2 und 3. Spezifikation und Auswahl Eine plausible, funktionelle Rohrkennzeichnung erfüllt viele Faktoren. CSF Wunderle übernimmt 1. die Suche nach einem Schildmaterial, das den jeweiligen thermischen, chemischen und mechanischen Anforderungen standhält. 2. Die Auswahl der richtigen Schildergröße, die Informationsinhalte und Leseabstand berücksichtigt. Qualität des Kennzeichnungsmaterials Gute Kennzeichnungssysteme müssen langfristig Kosten senken. Deshalb arbeitet CSF Wunderle mit Textbändern, Rohrmarkierern, Blanko-/Pfeilbändern und Gefahrstoffbändern von Stell. Sie sind schwer entflammbar, haben eine extrem hohe Klebekraft, sind weitgehend säure-, laugen- und UV-beständig, sind einsetzbar von -20°C bis 110°C und bieten eine Garantie auf 5 Jahre. Gute Schilder. Gute Beratung. Mit CSF Wunderle haben Sie einen Partner mit Erfahrung und Expertise. Kontaktieren Sie uns noch heute.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Weitere Informationen www.ipms.fraunhofer.de

Telefon: 052 6434665 www.csfwunderle.com

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PHARMA/MEDIZIN

Eine Million für eine innovative Idee

Parasiten in der Sackgasse

Das Grand Challenges Explorations Program der Bill & Melinda Gates Foundation (BMGF) sucht seit 2008 unorthodoxe und kreative Ideen zur Lösung von grossen globalen Gesundheitsproblemen. Tausende von Ideen sind eingereicht worden, und weltweit wurden bisher rund 600 Projekte mit je 100 000 Dollar unterstützt. Als eines von 32 Vorhaben erhalten die Schweizer Forscher eine weiterführende Unterstützung von einer Million Dollar, um ihre Idee weiterzuverfolgen. Ihr Ziel ist es, Wirkstoffe für neue Medikamenten zu identifizieren, die dringend gegen verschiedene Tropenkrankheiten gebraucht werden. Als Modell dienen afrikanische Trypanosomen, die parasitären Erreger der Schlafkrankheit, einer schweren, ohne Behandlung tödlich verlaufenden Erkrankung, deren Therapie mit vielen Nebenwirkungen behaftet ist. Diese Parasiten durchlaufen während ihres Lebenszyklus verschiedene Entwicklungsformen. Im Menschen sind sie im Blut angesiedelt, wo sie eine dichte Hülle von Glykoproteinen vor dessen Immunsystem schützt. Trypanosomen sind zudem in der Lage, ihren Schutzmantel zu verändern, um so der Immunantwort zu entgehen. Erst wenn die Parasiten durch eine «Blutmahlzeit» in den Überträger, die Tsetsefliege, gelangen, werfen sie den schützenden Mantel ab, da sie ihn im Insekt nicht mehr benötigen.

100 000 Stoffe auf dem Prüfstand Ein eleganter Wirkmechanismus eines Medikaments wäre, die Blutformen des Parasiten bereits im Menschen dazu zu bringen, sich in die schutzlosen Insektenformen 42

Bild: Universität Basel

Schweizer Forscher haben eine bahnbrechende Hypothese entwickelt, die neue Strategien gegen Parasitenerkrankungen verspricht: Die krankmachenden Parasiten könnten eliminiert werden, indem sie in eine Sackgasse ihres Lebenszyklus geführt werden. Für ihr Projekt erhalten der Parasitologe Reto Brun vom mit der Universität Basel assoziierten Schweizerischen Tropen- und Public Health-Institut (Swiss TPH) und die Molekularbiologin Isabel Roditi vom Institut für Zellbiologie der Universität Bern von der Bill & Melinda Gates Foundation eine Million Dollar. Das Projekt hat die erste Förderungsphase bereits erfolgreich durchlaufen.

Bild 1. Tanja Wenzler, Reto Brun (beide Swiss TPH) und Isabel Roditi (Universität Bern) erhalten für ihr Forschungsprojekt eine Million Dollar von der Bill & Melinda Gates Foundation.

umzuwandeln. Das Projekt der Forscher zielt genau darauf ab: Sie statten die Parasiten mit einem genetischen Marker aus, der anzeigt, wenn sie ihre Weiterentwicklung einleiten – was sie unter natürlichen Umständen erst dann tun, wenn sie von einer Tsetsefliege aufgenommen wurden. Mithilfe dieses Markers ist es möglich, zu testen, welche Substanzen die für den Parasiten todbringende Metamorphose einleiten. Rund 100 000 sehr unterschiedliche Stoffe stehen dafür als Kandidaten in der neuen Projektförderphase auf dem Prüfstand. Sollten sich bestimmte Substanzen gegen den Parasiten als wirksam erweisen, sollen weitere Untersuchungen folgen, an deren Ende – so die Hoffnung der Forscher – der Beweis erbracht werden kann, dass der

neue Ansatz funktioniert: nämlich indem Mäuse geheilt werden können, die an der Schlafkrankheit erkrankt sind. Doch geht es in dem Projekt nicht allein um diese Krankheit – die eigentlich grossartige Dimension dieses Ansatzes ist es, dass er sich potenziell auch auf viele andere Parasitenerkrankungen anwenden lässt. Quelle: Universität Basel Kontakt Prof. Dr. Reto Brun Schweizerisches Tropenund Public Health-Institut Socinstrasse 57 CH-4051 Basel Telefon +41 (0)61 284 82 31 reto.brun@unibas.ch, www.swisstph.ch 6/2012


ERNÄHRUNG

Berechnung des Wasserfussabdrucks

Hundert Liter Wasser für einen Liter Milch Wer morgens die Milch in sein Müsli kippt, denkt wahrscheinlich nicht an drohende Umweltprobleme – daran zum Beispiel, dass 2025 laut Aussage der Vereinten Nationen zwei Drittel der Weltbevölkerung unter Wasserknappheit leiden werden. Der Müsliesser wird sich nicht bewusst sein, dass er mitten im Thema ist und gerade einen riesigen Wasserfussabdruck hinterlässt, einen sogenannten «Water Footprint».

«Bis ein Liter Milch im Kühlschrank steht, sind mindestens hundert Liter Wasser geflossen», sagt Vanessa Bach, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet «Sustainable Engineering» der TU Berlin. Sie hat gemeinsam mit ihrem Kollegen Markus Berger am Institut für Technischen Umweltschutz der TU Berlin den Wasserverbrauch für einen Liter Milch genauer untersucht. Seit drei Jahren forschen die beiden im Bereich «Water Footprint», der nach dem «Carbon Footprint» als das nächste grosse Umweltthema gilt. In ihren theoretischen Berechnungen haben Vanessa Bach und Markus Berger das Wasser kalkuliert, das für Futter, Putzen des Stalls, das Tränken der Tiere und die Milchproduktion verbraucht wird. Den Mammutanteil des Wassers verschlingt die Beregnung der Futtermittel für die Kuh. Deshalb macht es einen grossen Unterschied, ob das Tier auf der Weide grasen darf oder im Stall gehalten wird. Denn dort kommt in den Futtertrog Soja, das viel mehr Wasser verbraucht. «Es können leicht 400 Liter Wasser pro Liter Milch zusammenkommen, wenn der Bauer sein Vieh im Stall mit Mais, Luzernen, Sojabohnen und anderen Futtermitteln versorgt, die zum Grossteil aus Nord- und Südamerika importiert werden», so Bach. Häufig bringen Kritiker von «Water Footprints» an, dass der Wasserkreislauf geschlossen und das für Futtermittel verbrauchte Wasser deshalb nie verloren sei. Das stimme zwar in Bezug auf den globalen Kreislauf, dennoch komme es immer wieder zu lokalen Knappheiten. Berger sagt: «Es ist wie mit dem Geld: Auch wenn immer die gleiche Menge im Umlauf ist, bringt es mir nichts, wenn ein anderer das Geld hat. 6/2012

Bild: Gorssel (Wikipedia)

Susanne Hörr

Bild 1. Bis diese Kuh einen Liter Milch «produziert» hat, wird viel Wasser verbraucht.

«Es macht durchaus einen Unterschied, ob das Wasser in Deutschland, Spanien oder der Sahel-Zone verbraucht wird.» Die Flüssigkeit, die in den Anbau des Futters fliesst und als «virtuelles Wasser» exportiert wird, fehlt dann vor Ort. Da die pure Angabe des Wasserverbrauches in Volumen wenig aussagekräftig ist, entwickelt Berger in seiner Doktorarbeit Gewichtungsfaktoren, die den Verbrauch in unterschiedlichen Regionen der Welt vergleichbar machen. Dabei werden Parameter wie lokale Wasserknappheit und Sensitivität von Ökosystemen berücksichtigt, aber auch wie reich ein Land ist: «Wassermangel kann in reicheren Ländern mit Technologien wie Entsalzungsanlagen kompensiert werden. Die ärmeren Staaten können das nicht», sagt Berger. Rechnet er diese Faktoren ein, kommt die Milch von Hochleistungskühen gar nicht gut

weg: Für einen Liter ihrer Milch braucht man 16-mal mehr Wasser als für Weideviehmilch und 50-mal mehr als für die Milch von Alpvieh. Auch wenn die exakten Wasserflüsse kaum gemessen werden können, um eine Milchmädchenrechnung handelt es sich ganz sicher nicht. Quelle: TU Berlin

Kontakt M.Sc. Markus Berger Technische Universität Berlin Institut für Technischen Umweltschutz Strasse des 17. Juni 135 D-10623 Berlin Telefon +49 (0)30 314 25084 markus.berger@tu-berlin.de www.tu-berlin.de 43


WERKSTOFFE

Zwei Giessverfahren, ein Produkt

Mit Mikrosieben gegen Pollen und Bakterien

Bild: Professur Physikalische Chemie

Chemiker der TU Chemnitz haben ein Verfahren mitentwickelt, mit dem sich sehr feine und dennoch stabile Mikrosiebe herstellen lassen – mögliche Anwendungen sind die Luftreinigung und die Aufbereitung von Trinkwasser An einem optimierten Verfahren zur einfacheren Herstellung von sehr feinen aber dennoch stabilen Mikrosieben ist die Professur Physikalische Chemie der Technischen Universität Chemnitz beteiligt. Dazu haben Wissenschaftler aus vier Universitäten ihr Know-how gebündelt.

Bild 1. Das in Chemnitz mitentwickelte Mikrosieb unter dem Rasterelektronenmikroskop: Man erkennt eine grosse Öffnung des zugrunde liegenden gröberen Siebs, das darauf montierte feine Sieb und Partikel, die in einem Filtrationstest vom Mikrosieb zurückgehalten wurden. Die Poren des hier gezeigten feinen Siebs haben einen Durchmesser von rund einem Drittel eines Mikrometers.

Sie können Bakterien und Pollen zurückhalten und eignen sich dadurch für die Aufbereitung von Trinkwasser, für die Filtration von Getränken und den Einsatz in der Medizintechnik: Mikrosiebe. Ihre Poren haben einen Durchmesser, der unter einem Mikrometer liegen kann. Sie haben einen sehr niedrigen Durchflusswiderstand. Somit benötigt man bei ihrem Einsatz in der Filtertechnik vergleichsweise kleine Filtereinheiten und kann somit Platz sparen. Zudem benötigen Mikrosiebe eine geringere Pumpenleistung und sparen somit Energie. Sie werden meistens durch Fotolithografie hergestellt. Diese Methode wird auch in der Mikroelektronik angewendet. Sie erlaubt eine präzise Fertigung, ist aber vergleichsweise aufwendig und begrenzt die Fläche der so herstellbaren Mikrosiebe. Die Chemnitzer Forscher stellen gemeinsam mit Chemikern der Universität Ulm Mikrosiebe in einem sogenannten 44

Schwimmgiessverfahren her. Dabei giessen sie Monomere und Kieselgel auf eine Wasseroberfläche. Wenn man sich das vergrössert vorstellt, sieht es aus, als würde man Öl und wasserabweisend beschichtete Sandkörner auf das Wasser geben. Wenn sich die «Sandkörner» und das «Öl» gleichmässig verteilt haben, wird das «Öl» ausgehärtet. Die Partikel – die in Realität rund tausendmal kleiner als gewöhnliche Sandkörner sind – werden aufgelöst. Zurück bleibt das ausgehärtete Öl in Form eines dünnen Mikrosiebs mit einheitlichen Löchern. Das Mikrosieb besteht aus stark vernetztem Plexiglas. Der Durchmesser der Poren und die Dicke des Siebes liegen bei rund einem Drittel eines Mikrometers. Das entspricht etwa einem Zehntel einer lebenden Zelle oder einer Polle, sodass man diese mit dem Sieb auffangen kann. Bei Bedarf lassen sich die Poren auch soweit verkleinern, dass man sogar Viren zurückhalten kann. Allerdings ist dieses Mikrosieb so dünn, dass es leicht reisst. Ingenieure der Universitäten in Twente und Aachen stellen Mikrosiebe auf eine noch andere Art her: durch Abformen. Sie übergiessen eine Siliciumoberfläche, die wie ein Nadelkissen aussieht, mit einer Kunststofflösung. Dann entfernen sie das zusätzlich verwendete Lösungsmittel und ziehen die verbleibende, von den Nadeln durchbohrte Kunststoffschicht ab. Die Mikrosiebe aus Twente und Aachen sind deutlich stabiler als die aus Chemnitz und Ulm, jedoch kann man mit dieser Technik keine Siebe herstellen, die fein genug sind, um Bakterien zurückzuhalten. Die Poren haben einen Durchmesser von fünf Mikrometern und lassen sich auch nicht unter einen Mikrometer verkleinern.

Deshalb haben beide Forschergruppen ihre Verfahren gebündelt: Die feinen Mikrosiebe aus Chemnitz und Ulm haben die Wissenschaftler auf die gröberen Mikrosiebe aus Twente und Aachen aufgebracht. Das Resultat ist ein strukturiertes Mikrosieb, das stabil genug ist, um es in Apparaturen einzuspannen. Ausserdem ist es fein genug, um mikroskopische Teilchen zurückzuhalten. Theoretisch liessen sich diese Mikrosiebe als Endlosband mit unbegrenzter Fläche herstellen – im Gegensatz zum üblichen Verfahren der Fotolithografie. Die neuen Mikrosiebe können unter anderem in der Aufbereitung von Getränken eingesetzt werden, wo bisher körniges Material wie Sand oder Kieselgel zur Filterung verwendet wird oder in der Luftreinigung. Quelle: Technische Universität Chemnitz Originalpublikation Feng Yan, Ailin Ding, Míriam Gironès, Rob G. H. Lammertink, Matthias Wessling, Lars Börger, Klaus Vilsmeier, Werner A. Goedel, «Hierarchically Structured Assembly of Polymer Microsieves, made by a Combination of Phase Separation Micromolding and FloatCasting», Advanced Materials 24 [12], 1551–1557 (2012). Kontakt Prof. Dr. Werner A. Goedel Technische Universität Chemnitz Physikalische Chemie Strasse der Nationen 62 D-09111 Chemnitz Telefon 0371 531 31713 werner.goedel@chemie.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de 6/2012


WERKSTOFFE

Eine neue Materialklasse

Metaflüssigkeiten für die Transformationsakustik Mit der Herstellung einer standfesten kristallinen Metaflüssigkeit, einem Pentamode-Metamaterial, realisierte das Forschungsteam um Martin Wegener am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine neue Materialklasse. Mit neuartigen Methoden der Nanostrukturierung können diese Materialien erstmals mit allen denkbaren mechanischen Eigenschaften verwirklicht werden. Der entscheidende Schritt gelang in den letzten Monaten am DFGCentrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN), am Institut für Angewandte Physik (AP) und am Institut für Nanotechnologie (INT) in Karlsruhe. Zahlreiche dreidimensionale Ideen der Transformationsakustik, wie akustische Tarnkappen, akustische Prismen oder neue Lautsprecherkonzepte, können künftig Realität werden.

Bild 1. Pentamode-Metamaterialien verhalten sich näherungsweise wie Flüssigkeiten. Ihre erstmalige Herstellung eröffnet neue Möglichkeiten in der Transformationsakustik.

«Pentamoden» waren bislang nur ein rein theoretisches Konzept, das 1995 von Graeme Milton und Andrej Cherkaev vorgeschlagen wurde. Das mechanische Verhalten von Materialien wie Gold oder Wasser wird dabei durch Kompressions- und Scherkenngrössen zusammengefasst. So lässt sich beispielsweise Wasser in einem Zylinder kaum zusammenpressen, dieses Verhalten beschreibt die Kompressionskenngrösse, aber es lässt sich mit einem Löffel in alle Richtungen umrühren, dieses Verhalten beschreiben die Scherkenngrössen. In Fall von Wasser sind die fünf Scherkenngrössen gleich null, und nur eine Kenngrösse, die Kompression, ist von null verschieden. Der Idealzustand eines PentamodeMetamaterials entspricht den Kenngrössen von Wasser, weshalb das Material auch als Metaflüssigkeit bezeichnet wird. Über eine Variation der Kenngrössen ist man theoretisch in der Lage, Material mit allen denkbaren mechanischen Eigenschaften herzustellen. 6/2012

«Die Realisierung eines Pentamode-Metamaterials ist in etwa so schwierig, als würde man versuchen, ein Gerüst aus Stecknadeln aufzubauen, die sich nur an den Spitzen berühren dürfen», erklärt Muamer Kadic. «Der Karlsruher Prototyp wurde aus einem Polymer gefertigt. Das mechanische Verhalten des Materials wird darüber bestimmt, wie spitz und wie lang die einzelnen Zuckerhüte sind. Wir müssen einerseits in der Lage sein, kleine Zuckerhüte im Nanometerbereich zu konstruieren und im richtigen Winkel zu verbinden, andererseits soll die Gesamtstruktur am Ende möglichst gross sein. Das Material selbst nimmt nur etwas mehr als ein Prozent des Körpervolumens ein, sodass das resultierende Komposit extrem leicht ist.» «Die Transformationsakustik ist ausschliesslich auf Metamaterialien angewiesen, um ähnliche Ergebnisse wie in der Transformationsoptik für den dreidimensionalen Raum zu erzielen. Entsprechend bedeutend ist die erstmalige Herstellung unseres Pentamode-Metamaterials», ergänzt Tiemo Bückmann, Diplomand am Institut für Angewandte Physik, der für die Realisierung der Strukturen des neuen Materials mithilfe der Technik des Dip-In‘-Laserschreibens verantwortlich ist. Sie ist eine Weiterentwicklung der Technik des direkten Laserschreibens durch die Nanoscribe GmbH. Martin Wegener, Professor am Institut für Angewandte Physik und Koordinator des CFN, entwickelte in den vergangenen Jahren mit seinen Mitarbeitern das direkte Laserschreiben und etablierte damit die op-

Bilder: CFN, KIT

Wie wenn man ein Gerüst aus Stecknadeln aufbaut

Bild 2. Das stabile Vierbein (orange eingefärbt) ist das Grundelement des PentamodeMetamaterials. Es wird so zu einem dreidimensionalen diamantartigen Kristall angeordnet, dass sich das daraus resultierende Material insgesamt verformen lässt.

tische Lithografie dreidimensionaler Nanostrukturen. Dieser Technik sind zahlreiche Errungenschaften der Gruppe in der Transformationsoptik zu verdanken, wie die erste dreidimensionale Tarnkappe im Bereich von sichtbarem Licht. Quelle: KIT Originalpublikation Muamer Kadic, Tiemo Bückmann, Nicolas Stenger, Michael Thiel, and Martin Wegener, «On the practicability of pentamode mechanical metamaterials», Appl. Phys. Lett. 100, 191901 (2012). Kontakt Tatjana Erkert DFG-Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) Wolfgang-Gaede-Strasse 1a D-76131 Karlsruhe Telefon +49 (0)721 608 43409 tatjana.erkert@kit.edu, www.cfn.kit.edu 45


WERKSTOFFE

Formgedächtnispolymer aus thermoplastischem Polyurethan

Ein Kunststoff, der sich erinnern kann Auch Kunststoffe können ein Gedächtnis haben. Das zeigt das Beispiel des neuen thermoplastischen Polyurethans (TPU) Desmopan DP 2795A SMP. Bayer MaterialScience hat es gemeinsam mit der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, entwickelt.

Bild: Bayer MaterialScience AG

lien auf einem Feld einfach ist, kann die dauerhafte Aufrichtung der Folien zu einem Tunnel schon zu einer aufwendigeren und teureren Operation werden. Dies ist die Chance für das neue Formgedächtnispolymer: Auf die transparente Folie werden Profile aus dem TPU-Kunststoff aufgebracht, die zuvor übergangsweise in eine flache Form gebracht wurden. Nach dem Verlegen der Folie auf dem Beet brauchen die Profile nur auf die Schalttemperatur erwärmt zu werden. Dabei «erinnern» sie sich an ihre gebogene, permanente Form und richten sich und damit die Folie zu Halbtunneln auf – einer Nutzung als Treibhaus steht nun nichts mehr im Wege. Bild 1. Der neue Werkstoff könnte sich unter anderem im Produkt- und Markenschutz bewähren. So hat die BAM auf Basis des TPU-Produkts Etiketten mit eingravierten, farbigen QuickResponse (QR) -Codes entwickelt. Letztere sind nur zu lesen, wenn die Etiketten in ihrer permanenten Form vorliegen. Die Etiketten eignen sich daher gut als Informationsspeicher, um Waren fälschungssicher zu kennzeichnen und zu identifizieren.

Teile aus Kunststoffen mit einem Formgedächtnis können vorübergehend in eine andere Form gebracht und in dieser Form fi xiert werden. Werden sie über eine bestimmte Temperatur, die sogenannte Schalttemperatur, erwärmt, dann «erinnern» sie sich an ihre ursprüngliche Form und nehmen diese fast unverändert wieder ein. Im Fall von Desmopan DP 2795A SMP liegt die Schalttemperatur bei rund 40 °C. Die Abkürzung SMP steht dabei für die englische Bezeichnung solcher Kunststoffe als «Shape Memory Plastics». «Angesichts dieser besonderen Eigenschaft dürften den Einsatzmöglichkeiten des Kunststoffs kaum Grenzen gesetzt sein», freut sich Jürgen Hättig, Leiter des Business Development für TPU bei Bayer MaterialScience. «Wir können uns Anwendungen in Bereichen vorstellen, die vom Maschinenbau über die Automobil-, Textil-, Sportund Freizeitindustrie bis hin zur Spielzeug46

herstellung sowie der Luft- und Raumfahrt reichen.» Denkbare Anwendungen sind unter anderem Karosserieschäden, die einfach mittels Fön repariert werden, ferner Temperatursensoren, künstliche Muskeln, Scharniere, sich selbst lockernde Schrauben, Verpackungen, Schrumpfschläuche und vieles mehr.

Selbstaufrichtende Folientunnel für die Landwirtschaft Vor Kurzem haben beide Partner eine mögliche Anwendung im Bereich funktionaler Folientunnel und selbstaufrichtender Strukturen zum Patent angemeldet. Folientunnel auf einem Feld wirken wie Treibhäuser und beschleunigen das Wachstum von Salat und Gemüse, sodass diese bereits früher geerntet werden können als bei der «klassischen» Reifung unter freiem Himmel. Während jedoch die Verlegung flacher Fo-

Fälschungssichere Etiketten mit QR-Codes Auch im Produkt- und Markenschutz könnte sich der neue Werkstoff bewähren. So hat die BAM auf Basis des TPU-Produkts Etiketten mit eingravierten, farbigen QuickResponse (QR)-Codes entwickelt. Letztere sind nur zu lesen, wenn die Etiketten in ihrer permanenten Form vorliegen. «Die Etiketten eignen sich daher sehr gut als Informationsspeicher, um Waren fälschungssicher zu kennzeichnen und zu identifizieren», erklärt Thorsten Pretsch, der in der BAM an Polymeren mit Formgedächtnis forscht. Das Projekt über Etiketten mit schaltbarer Lesbarkeit wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Der TPU-Werkstoff ist frei von Weichmacheradditiven und Hydrolyseschutzmitteln. Er bietet sich deshalb auch für Anwendungen an, die in Kontakt mit Lebensmitteln kommen. Darüber hinaus zeichnet er sich durch die typischen Vorzüge von TPU aus wie hohe Abriebfestigkeit, Elastizität und gute Chemikalienbeständigkeit. Quelle: Bayer MaterialScience AG 6/2012


WERKSTOFFE

Massenproduktion eines Hochtechnologiewerkstoffs

Defektarme einwandige Kohlenstoffnanoröhren

Bilder: Fraunhofer IWS Dresden

Mitarbeiter des Fraunhofer IWS Dresden haben ein speziell für die Massenproduktion von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren geeignetes Verfahren entwickeln. Die einwandigen Kohlenstoffnanoröhren werden dabei während einer gepulsten Lichtbogenverdampfung von Kohlenstoff in einem Reaktor erzeugt. Die Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhren liegen zwischen 1,0 und 1,6 nm. Dies entspricht etwa 1/10 000 des Durchmessers des menschlichen Haares. Die Röhrenlänge liegt im Bereich mehrerer Mikrometer.

Bild 1. Isotropes Nanovlies aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren

Bild 2. Kohlenstoffnanoröhrenbündel (Längsansicht)

Bild 3. Kohlenstoffnanoröhrenbündel (Querschnitt)

Kohlenstoffnanoröhren besitzen nach ihrer Herstellung, in Abhängigkeit ihres Durchmessers, halbleitende oder metallische Leitfähigkeit. Das Verhältnis von halbleitenden zu metallisch leitenden Kohlenstoffnanoröhren liegt im Allgemeinen bei zwei Dritteln zu einem Drittel. Dieses Verhältnis kann jedoch mit dem am Fraunhofer IWS entwickelten Verfahren gezielt variiert werden und stellt eine weitere Besonderheit des Verfahrens dar. Zudem haben die Kohlenstoffnanoröhren eine niedrige Defektdichte. Sie weisen also kaum Störungen in der hexagonalen Atomanordnung auf.

der einwandigen Kohlenstoffröhren. Bei metallischen einwandigen Kohlenstoffnanoröhren liegt die zulässige Stromdichte, das heisst die Ladungsträgeranzahl, die pro Zeiteinheit durch einen definierten Leiter fliessen darf, um ein 1000-faches über der des Kupfers. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt etwa das 15-fache von Kupfer. Der E-Modul einer einzelnen Kohlenstoffnanoröhre kann bis zu 5-mal höher als der einer Karbonfaser sein, und ihre Zugfestigkeit kann bis zum 10-fachen einer Karbonfaser betragen. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren stellen somit einen Hochtechnologiewerkstoff dar, der es Dresdner Forschern möglich macht, innovative und einzigartige Produktentwicklungen voran zu treiben. Der Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IWS liegt bei elektronischen Anwendungen der einwandigen Kohlenstoffnanoröhren. Die besonders gute elektrische Leitfähigkeit sagt ihnen zum Beispiel ein grosses Anwendungspotenzial in der Fotovoltaik als transparente leitfähige Schichten voraus. Des Weiteren wird an der Herstellung elektrisch leitender Tinten auf der Basis der Kohlenstoffnanoröhren gearbeitet, die zum

direkten Drucken von Leiterbahnen mit handelsüblichen Tintenstrahldruckern geeignet sind. Marktprognosen gehen von einem starken Wachstum der Produktion von Kohlenstoffnanoröhren aus. Da seit Jahren auf diesem Gebiet geforscht wird, sind bereits erste Produkte auf dem Markt – insbesondere im Bereich von Polymerkompositen für Sportgeräte. Weitere Produktverbesserungen beim Einsatz von Kohlenstoffnanoröhren als Verbundwerkstoff in Polymerwerkstoffen stehen kurz vor ihrer Markteinführung. In Verbindung mit der kostengünstigen Massenfertigung von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren sind viele neue Applikationen im Bereich Aktorik und Sensorik denkbar.

Kohlenstoffnanoröhren im Kilogramm-Massstab Das Fraunhofer IWS ist derzeit eines der wenigen Institute weltweit, das einwandige Kohlenstoffnanoröhren im Kilogrammmassstab herstellen kann. Für die industrielle Massenproduktion erscheint das Verfahren sehr aussichtsreich. Das erlaubt die Entwicklung attraktiver Anwendungen auf Basis der herausragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften 6/2012

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Aljoscha Roch Fraunhofer-Institut für Werkstoffund Strahltechnik IWS Winterbergstrasse 28, D-01277 Dresden Telefon +49 (0)351 83391 3415 www.iws.fraunhofer.de 47


Bild: IMG

Bild 1. Entnahme von Wasserproben mit indischen Forschern zur Bestimmung der Gehalte von unter anderem Selen und Arsen.

Mechanismen der Freisetzung von Arsen und Selen

Belastete Grundwässer in Südostasien Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) spricht von einer Massenvergiftung: 100 Millionen Menschen weltweit sind von Arsen-verunreinigtem Grundwasser betroffen, besonders in Südostasien. Wasser und Böden verschiedener Regionen sind auch mit Selen belastet. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Mineralogie und Geochemie (IMG) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersuchen, durch welche Prozesse Arsen und Selen freigesetzt werden – um gezielte Gegenmassnahmen zu entwickeln.

«Belastete Grundwässer findet man vor allem in den Deltaebenen, in denen die Sedimente aus Gebirgen abgelagert werden – zum Beispiel im Red-River-Delta in Vietnam oder im Delta von Ganges und Brahmaputra in Indien und Bangladesh», sagt Thomas Neumann vom IMG. «In diesen dicht besiedelten Regionen gibt es keine zentrale Trinkwasserversorgung und -aufbereitung, deshalb sind so viele Menschen betroffen.» Der von der WHO empfohlene Grenzwert für Arsen liegt bei zehn Mikrogramm pro Liter Wasser – in vielen Ländern Südostasiens liegt er zum Teil bei 50, der tatsächlich 48

gemessene Wert kann sogar bei mehreren Tausend Mikrogramm pro Liter liegen. Trinkt man über längere Zeit verunreinigtes Wasser, kommt es zu gesundheitlichen Problemen: von Hautkrankheiten wie schwarzen Flecken an Händen und Füssen bis hin zu verschiedenen Krebsarten.

Freisetzung von Arsen und Selen ins Grundwasser Neumann und sein Team untersuchen die Mechanismen der Freisetzung von Arsen und Selen ins Grundwasser – um Massnahmen dagegen treffen oder die betroffenen

Grundwasserleiter (Aquifere) beim Bohren neuer Brunnen meiden zu können. Verantwortlich für die Freisetzung sind Redoxprozesse. Bei der Verwitterung in den Gebirgen, zum Beispiel im Himalaya, werden Arsen und Selen vermutlich aus Sulfi den freigesetzt, die – wenn Sauerstoff zur Verfügung steht – nicht stabil sind: Dabei bilden sich zum Beispiel Eisenoxide, an die Arsen und Selen binden, und dann über die Flüsse in den Deltaebenen abgelagert werden. Bilden sich dort im Grundwasser Bedingungen aus, in denen kein Sauerstoff zur Verfügung steht, lösen sich die Eisenoxide wieder und die daran gebundenen 6/2012


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Selenbelastung in der Region Punjab Zurzeit konzentriert sich die Forschung des IMG auf die Selenbelastung in der Region Punjab: In der Kornkammer Indiens werden vor allem Reis und Weizen angebaut. Die Nachwuchsgruppe um Monika Stelling untersucht, welchen Einfluss anthropogene, also von Menschen verursachte, Veränderungen auf das Verhalten von Selen im System Wasser-Boden-Pflanze haben. Als wichtigsten Eintragspfad wurde die Bewässerung identifiziert: Das Selen findet sich nicht im 6/2012

gesamten Bodenprofil, sondern lediglich in den obersten fünfzehn Zentimetern. In hoher Konzentration liegt es dagegen an Bewässerungskanälen und auf den stark bewässerten Reisfeldern vor. Nun geht es darum, angepasste Bewässerungszyklen zu entwickeln und den Bauern als Richtlinien an die Hand zu geben. Aber auch darum, herauszufinden, welche Nutzung sich je nach Boden und Wasserqualität am besten eignet. «Für den Reisanbau braucht man viel mehr Wasser als für den Weizenanbau. Dies führt zur verstärkten Selenanreicherung im Boden. Gleichzeitig ändern sich aber auch die Redoxbedingungen im Boden: Das Selen ist weniger mobil und kann von den Pflanzen nicht so gut aufgenommen werden», sagt Stelling. Einfluss hat auch die Düngung: «Durch verschiedene Ionen, die im Dünger sind, kann bei der Aufnahme in die Pflanze eine Wettbewerbsreaktion mit dem Selen auftreten.» Anders als Arsen ist das Spurenelement Selen gleichzeitig giftiger Schadstoff und notwendiger Nährstoff. «Wir müssen deshalb in beide Richtungen denken: Ziel unserer Forschung ist auch, den Bauern künftig Empfehlungen für die Bepflanzung an die Hand geben zu können, ihnen sagen zu können, welche Pflanzen und welcher Dünger sich für stark belastete Gebiete und welche sich für Mangelgebiete eignen.» Quelle: KIT Weitere Informationen www.img.kit.edu

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Arsen- und Selenionen werden ins Wasser freigesetzt. «Besonders hoch ist die Freisetzungsrate, wenn viel organisches Material vorliegt, wie Torf, Pflanzenreste oder auch Abwasser, da durch ihren Abbau Sauerstoff verbraucht wird», erläutert Elisabeth Eiche. «Gerade in den Deltaregionen ist viel organisches Material in den Sedimentschichten eingelagert – beim Arsen ist die Freisetzung ein sehr grossflächiger Prozess, so sind in Bangladesh etwa 40 Prozent des Lands betroffen.» Bei den Redoxprozessen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ansetzen: Eine Möglichkeit sie zu verhindern, ist das dauerhafte Erhöhen oder Absenken des Grundwasserspiegels, sodass die chemischen Verhältnisse hier stabil bleiben. Helfen können auch Filtersysteme wie einfache Sandfilter, in denen im Wasser gelöstes Eisen durch Belüftung ausgefällt wird und dabei das Arsen oder Selen bindet.

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Bild 2. Weizen mit Verfärbungen (Chlorose) auf selenreichen Böden in Punjab, Indien

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U M W E LT

Nanoceriumoxid in einer Kehrichtverbrennungsanlage

Synthetischer Nanomüll verschwindet nicht Winzige Teilchen von Ceriumoxid verbrennen und verändern sich auch in der Hitze einer Kehrichtverbrennungsanlage nicht. Sie bleiben auf Verbrennungsrückständen oder im Verbrennungssystem erhalten. Das zeigt eine neue Studie von ETH-Forschern.

Simone Ulmer Über 100 Millionen Tonnen Müll werden jährlich weltweit verbrannt. Mit steigendem Einsatz von Nanopartikeln, etwa in Baustoffen, Farben, Textilien oder Kosmetika, gelangen auch die Nanopartikel in die Verbrennungsanlagen. Was dort mit ihnen geschieht, war bis anhin nicht untersucht worden. Drei ETH-Teams aus den Bereichen der Chemie und Umweltingenieurswissenschaften wollten deshalb herausfinden, was mit synthetischem Nanoceriumoxid bei der Müllverbrennung in einer Kehrichtverbrennungsanlage geschieht. Ceriumoxid selber ist ein nicht-giftiges, keramisches Material, biologisch nicht abbaubar und als Grundbestandteil von Autokatalysatoren und Diesel-Russ-Filtern weit verbreitet.

mit einem Durchmesser von 80 Nanometer auf zu verbrennenden Müll versprüht und so einen partikelreichen Abfall modelliert. In der Solothurner Anlage werden pro Stunde bis zu acht Tonnen Müll verbrannt. Sie verfügt über moderne Filter und Flugasche-Abscheidungssysteme, die auf elektrostatischen Filtern und Nassabscheidung basieren. In einem zweiten Experiment wurden die Partikel direkt in den Verbrennungsraum gesprüht, und damit ein zukünftiger «schlimmster Fall» mit massiver Partikelfreisetzung in der Verbrennung nachgestellt. Begleitet und bewilligt wurde die Studie durch die Suva, die Bundesämter für Gesundheit und Umwelt, sowie das Staatssekretariat für Wirtschaft.

Unbekannte Gefahr?

Nanopartikel haften an Oberflächen

Fachleute befürchten, dass nicht abbaubare Nanomaterialien langfristig ähnlich schädlich für Umwelt und Mensch sein könnten wie etwa Asbest. Derzeit ist aber noch zu wenig über die Eigenschaften von den Nanomaterialien bekannt (siehe ETH Life vom 25 März 2010). Sicher ist, dass sich diese von grösseren Partikeln des gleichen Stoffes stark unterscheiden. Nanopartikel sind mobiler und haben eine andere Oberflächenstruktur. Diese Eigenschaften zu kennen, ist mit zunehmendem Einsatz von Nanomaterialien von Bedeutung, da sie etwa durch Verbrennungsanlagen oder durch das Abwasser vom Menschen über die Nahrung, vielleicht auch über die Haut und die Atmung, aufgenommen werden und so in den Körper gelangen können. Die Wissenschaftler haben deshalb in einer Solothurner Kehrichtverbrennungsanlage (KVA) zehn Kilogramm Ceriumoxidpartikel

Die Untersuchungen der Forscher zeigten, dass sich das Ceriumoxid durch die Verbrennung nicht gross ändert. Die Vorrichtungen zur Flugascheabscheidung erwiesen sich als äusserst effizient: Im Abgas der Kehrichtverbrennungsanlage fanden die Wissenschaftler keine entwichenen Ceriumoxid-Nanopartikel. Dafür blieben die Nanopartikel jedoch lose auf den Verbrennungsrückständen in der Anlage und teilweise auch im Verbrennungssystem haften. Auch die aus dem Rauch abgeschiedene Flugasche enthielt Ceriumoxid-Nanopartikel. Die Verbrennungsrückstände – und somit auch die ihnen anhaftenden Nanopartikel – landen heute auf Mülldeponien oder werden nochmals aufbereitet, um daraus beispielsweise Kupfer oder Aluminium zu extrahieren. Hier sehen die Forscher Handlungsbedarf. «Es muss sichergestellt werden, dass entsprechend neue Nanopartikel durch Mülldeponien nicht in den Wasser-

50

und Nahrungskreislauf gelangen oder durch weitere Aufbereitungsmassnahmen in die Atmosphäre freigesetzt werden», sagt Wendelin Stark, Leiter der Studie und Professor für Chemie-Ingenieurwesen an der ETH Zürich. Ausserdem müsse bei Wartungsarbeiten beachtet werden, dass sich im Verbrennungssystem Nanopartikel befinden könnten, die bei unzureichenden Schutzmassnahmen eingeatmet werden könnten. Abbaubare Nanoprodukte als Ziel

Langfristig müssen alle Nanoprodukte abbaubar sein Doch wie lassen sich solche Probleme auf Dauer vermeiden? «Langfristig müssen alle Nanoprodukte abbaubar sein, sonst werden wir immer wieder mit dem Verbreitungsproblem konfrontiert werden», sagt Stark. «Persistenz ist das Grundproblem bei Asbest, bei Pestiziden in unserer Nahrungskette und Umwelt, der ozonzerstörenden Treibmittel in früheren Spraydosen sowie bei den Ansammlungen von Plastik im Ozean oder der Umwelt.» Um das bei den Nanopartikeln zu vermeiden, ist für den Wissenschaftler langfristig die Entwicklung abbaubarer Nanoprodukte der einzig sinnvolle Weg. Technisch sei dies nicht immer einfach und stelle die universitären und industriellen Entwicklungslabors noch vor grosse Herausforderungen. Quelle: ETH Life vom 21. Mai 2012 Originalpublikation Tobias Walser, Ludwig K. Limbach, Robert Brogioli, Esther Erismann, Luca Flamigni et al., «Persistence of engineered nanoparticles in a municipal solid-waste incineration plant», Nature Nanotechnology (2012). doi:10.1038/nnano.2012.64 6/2012


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

Labotec Suisse 2012 in Basel

Zufriedene Veranstalter, Aussteller und Besucher

Bilder: Kurt Hermann

Die Labotec Suisse 2012 wurde von Ausstellern wie Besuchern der Life Sciences-Branche gut angenommen. Am 09. und 10. Mai 2012 stellten in Halle 2.0 der Messe Basel 104 Aussteller ihre Produktinnovationen, Dienstleistungen und Entwicklungen einem interessierten Fachpublikum vor: Es kamen insgesamt 1130 Besucherinnen und Besucher nach Basel, was fast einer Verdoppelung gegenüber der im letzten Jahr in Genf durchgeführten Labotec Suisse 2011 entspricht.

Bild 1. Einer von 104 Ausstellern.

Auf der Labotec Suisse 2012 erhielten die Besucher einen Marktüberblick zum aktuellen Stand der Analytik und konnten durch die thematischen Synergien ihren Messebesuch noch effizienter gestalten. Es kamen viele Entscheider sowie Fachpersonal aus Labors, die sich kompetent über die neuesten Produkte, Lösungen und Trends aus diesen Bereichen informieren konnten. Die Schwerpunktthemen Laborbedarf, Labortechnische Geräte, Chemikalien und Reagenzien, Verbrauchsmaterial und Einrichtungen kamen ebenfalls sehr gut an und boten den Besuchern einen kompletten und kompakten Marktüberblick.

Der Kommentar des Geschäftsführers von easyFairs Christian Rudin, Geschäftsführer der Schweizer Niederlassung von easyFairs, konnte an der Pressekonferenz am Nachmittag des ersten Messetags eine erste positive Bilanz zur Labotec Suisse 2012 ziehen: «Die LearnShops waren sehr gut gefüllt. Ich bin überzeugt, dass wir die richtigen Themen 6/2012

Bild 2. Die learnShops stiessen teilsweise auf grosse Resonanz.

und Referenten dazu ausgesucht haben. Die Treue der bisherigen Aussteller liegt generell zwischen 60 und 80 Prozent. Man merkt, dass die Branche das easyFairs-Konzept sehr schätzt. Gerade das Modulkonzept ist effizient und geht schnell – ich denke, dies gefällt unseren Ausstellern sehr gut. Die Labotec Suisse 2012 ist eine solide Veranstaltung, die wir nach Genf nun in Basel in einem sehr kompetitiven Bereich erfolgreich gestartet haben. Ich denke, 104 Aussteller bedeuten einen klaren Erfolg für alle Beteiligten. Für die Branche ist das klare und einfache Konzept sicherlich neu, aber es ging auf.» Das Trendthema Nanotechnologie «ist vielleicht noch schwer zu packen, aber war auch an der Labotec Suisse 2012 stark thematisiert; das kam meiner Meinung nach auch gut an.» Zum Thema Nachwuchsförderung: «Das schauen wir regelmässig an, aber es ist natürlich heikel; wir integrieren Schulklassen aktiv in entsprechende Themen, aber es benötigt dazu auch engagierte Lehrpersonen oder Partner. Hierfür sind wir immer offen.» Zum Spagat, der sich

doch für einen Messeveranstalter und dem ausgesuchten Publikum der Life ScienceBranche ergeben kann, meinte er treffend: «Als Messemacher ist man wie in einer Grossküche; man muss schauen, dass alle 100 Kochtöpfe gut köcheln, aber nicht überlaufen, um schlussendlich ein grossartiges, feines Menü zusammenstellen zu können.» Das ist easyFairs mit diesem Event sicher wieder gelungen.

Zufriedene Aussteller und Besucher Die Unternehmen, welche an der Messe ausstellten, waren unter dem Strich zufrieden mit der Durchführung, Organisation und der angenehmen Atmosphäre, mit der sich diese Wissensplattform den Besuchern bot. Die Standverantwortlichen der ThommenFurler AG beispielsweise berichten von einem sehr positiven Feedback der Standbesucher zum präsentierten ChemCare-Konzept. Peter Gautschi, Productmanager LabChem und Bruno Leuenberger, Leiter Verkauf Aussendienst, haben speziell «die hohe fachliche 51


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

Qualität der mit Entscheidungsträgern, Laborverantwortlichen und Produktanwendern geführten Gespräche» hervorgehoben und erwähnt, dass über 20 Prozent der Gespräche mit potenziellen Neukunden stattgefunden haben. Das ChemCare-Konzept sei daher auch an der Labotec 2012 einmal mehr auf fruchtbaren Boden gefallen. Peter Pichler, President/CEO International Sales der Brechbühler AG rechnete zwar mit mehr Besuchern am Stand, aber «um die Partnerschaft zwischen Hanna & Brechbühler AG zu promoten, war der Anlass perfekt. Wir haben einige qualitativ hochwertige Leads generiert und sind unserem Ziel, die Partnerschaft Hanna & Brechbüh-

ler bekannt zu machen, einen kleinen Schritt näher gekommen.»

«Guided Tours» kamen gut an Unter fachmännischer Führung wurde das Publikum rund eine Stunde durch die Messe geführt und mit einigen, ausgesuchten Firmen und Produkten vertraut gemacht: Zum Thema Reinraumtechnik informierten die Firmen Endress+Hauser, Metso AG, Dosim SA, KNF Neuberger AG, Rico Sicherheitstechnik AG und PanGas AG. Zur Nanotechnologie präsentierten die Firmen Avestin Europe GmbH, Schaefer-Tec AG und PanGas AG ihre neuesten Entwicklungen und Dienstleistungen.

Informiert mit den Fachforen und learnShops Auf der Messe wurden wieder verschiedene learnShops mit hochkarätigen Referaten und Vorträgen angeboten – vom Fachverband Laborberufe FLB. ASP brachte das wichtige Thema Instandhaltung im Labor: Alles rund um das Themenspektrum von Labortechnik, LifeSciences und Nanotechnologie. Direkt in der Messehalle fanden jeweils halbstündige Seminare mit branchenspezifischen Referaten und Präsentationen statt. Damit wurde ein fundierten Überblick über neue Märkte, Trends und Innovationen der LifeSciences-Branche vermittelt. Quelle: easyFairs (stark gekürzt)

«Chromatography Day» auf Schloss Lenzburg Der traditionsreiche und beliebte Brechbühler-Event geht am 23. August 2012 bereits in die 7. Ausgabe. Die Brechbühler AG heisst alle Personen, die im Bereich der Chromatografie tätig sind, herzlich willkommen. Die Teilnahme ist kostenlos. Seit mehr als 40 Jahren ist die Brechbühler AG in der Chromatografie-Community ein fester Bestandteil. Sie vertreibt nicht nur hochwertige Geräte und die dazugehörigen Verbrauchsmaterialien, sondern nimmt jeweils die Trends und Innovationen in der Branche auf und trägt sie in den Markt hinaus. Traditionsreicher Event – innovatives Programm Der «Chromatography Day» der Brechbühler AG findet seit den 90er-Jahren im DreiJahres-Rhythmus statt und hat zum Ziel, die Chromatografiebranche an einem Tag in einer exklusiven Location zusammenzuführen. Die Referate und der Erfahrungsaustausch mit und unter den Teilnehmern stehen dabei im Zentrum. Der Vormittag des diesjährigen Events ist der Flüssigchromatografie gewidmet, während sich der Nachmittag auf die Gaschromatografie fokussiert. «Ich freue mich sehr auf die Präsentationen der Redner aus Italien, Deutschland, England und der Schweiz, welche wir für den diesjährigen ‹ Chromatography Day› gewinnen konnten. Die Teil52

nehmer erwartet ein reichhaltiges Programm», sagt Peter Pichler, CEO der Brechbühler AG. Tatsächlich decken die internationalen Gastreferenten ein breites Spektrum ab und berichten über Applikationen, Methodenentwicklung und Geräteinnovationen (detailliertes Programm: www.brechbuehler.ch). Der Event als Treffpunkt Nebst den Referaten wird den Teilnehmern ein Mittagessen und am Nachmittag ein Apéro serviert. «Der ‹ Chromatography Day› versteht sich nicht nur als eine Veranstaltung mit Vorträgen, sondern auch als ein Ort der Begegnung für interessante Gespräche. Es gibt genügend Raum und Zeit für den Austausch von Erfahrungen und Tipps. Dazu hat sich die Kulisse des Schlosses Lenzburg mit Rittersaal und Schlossgarten bestens bewährt», erklärt Peter Pichler. Das Labor im Schloss Der Brechbühler «Chromatography Day» will Chromatografie zelebrieren. Dazu wird eine Ausstellung eingerichtet werden, wo die neuesten Geräte und Verbrauchsmaterialien gezeigt werden. Einige Geräte werden «live in action» zu sehen sein. Highlights bilden unter anderem der GC Trace1300 mit seinem modularen Aufbau und der neue Triple Quad aus dem Hause Thermo Scientific.

HPLC & UHPLC

GC & GC/MS

Consumables

Chromatography Day Lenzburg Castle 23.08.2012

agenda: www.brechbuehler.ch free registration: chromday@brechbuehler.ch

«Die Kombination von altehrwürdigen Sälen und innovativsten Geräten der Analytik verleiht der Veranstaltung das gewisse Etwas. Wir errichten sozusagen das Labor im Schloss», fügt Peter Pichler schmunzelnd hinzu. Kostenlose Teilnahme Die Teilnahme ist kostenlos. Aufgrund der begrenzten Teilnehmerzahl ist eine Anmeldung erforderlich. Anmeldung: chromday@brechbuehler.ch Mehr Informationen zur Veranstaltung sind unter www.brechuehler.ch zu finden. Kontakt Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 6/2012


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

Veranstaltungen 02.07.

Seminar: Optimierung in der HPLC – effizient und zielgerichtet Ort: D-Saarbrücken Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

02./03.07.

Kurs: GLP und QM Basiskurs Ort: D-69126 Heidelberg Veranstalter: PromoCell GmbH Sickingenstrasse 63/65, D-69126 Heidelberg Telefon +49 (0)69 305 12020 info@promocell-academy.com www.promocell-academy.com

03.07.

Seminar: «HPLC-Wissen kompakt»: Peakhomogenität & Methodenrobustheitt Ort: D-Saarbrücken Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

16.–18.07.

Lehrgang: Design of Experiments Ort: D-60486 Frankfurt am Main Veranstalter: Dechema-Forschungsinstitut Postfach 17 03 52, D-60077 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564 253/202 www.dechema-dfi.de/Kurse, info@dechema.de

04.–07.09.

Kurs: Molekularbiologie Basiskurs Ort: D-69126 Heidelberg Veranstalter: PromoCell GmbH Sickingenstrasse 63/65, D-69126 Heidelberg Telefon +49 (0)69 305 12020 info@promocell-academy.com www.promocell-academy.com

05.09.

Kurs: Präparative HPLC (Basiskurs) Ort: D-Mainz Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

06.09.

Kurs: Präparative HPLC und Scale up (Aufbaukurs) Ort: D-Mainz Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

10.–12.09.

Kurs: Planung und Auswertung von Versuchen Ort: CH-Basel Veranstalter: Sekr. Weiterbildung SCG/DAC, c/o Eawag Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

12.–15.09.

Seminar: Planung und Bau verfahrenstechnischer Anlagen Ort: D-81379 München Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214-201 www.vdi-wissensforum.de, wissensforum@vdi.de

20./21.09.

Lehrgang: Experimentalkurs Mikroverfahrenstechnik Ort: D-60486 Frankfurt am Main Veranstalter: Dechema-Forschungsinstitut Postfach 17 03 52, D-60077 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564 253/202 www.dechema-dfi.de/Kurse, info@dechema.de

24./25.09.

Seminar: Energiesparmassnahmen in der Drucklufttechnik Ort: D-Düsseldorf Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214-201 www.vdi-wissensforum.de, wissensforum@vdi.de

25.09.

Kurs: Nanoflow-HPLC-MS: Praktische Grundlagen beim Arbeiten mit kleinen Flussrate Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Sek. Weiterbildung SCG/DAC, c/o Eawag Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

Bild: Pixelio, C. Jünger

JULI 2012

AUGUST 2012 23.08.

Veranstaltung: Chromatography Day Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 www.brechbuehler.ch, chromday@brechbuehler.ch

SEPTEMBER 2012 04.09.

04./05.09.

6/2012

Seminar: Chirale HPLC – kein Buch mit sieben Siegeln Ort: D-65926 Frankfurt am Main Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

Kurs: Praktische Grundlagen der LC-MS Ort: CH-Basel Veranstalter: Sekr. Weiterbildung SCG/DAC, c/o Eawag Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

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PANORAMA

Vom Ein- zum Vielzeller

Fossile Vorläufer der ersten Tiere Einzellige Organismen, die vor über einer halben Milliarde Jahre gelebt haben und deren Fossilien in China gefunden wurden, sind die unmittelbaren Vorläufer der frühesten Tiere. Die amöbenartigen Einzeller haben sich in zwei, vier, acht usw. Zellen geteilt, wie es heute tierische (und menschliche) Embryonen tun. Bisher wurden die so entstandenen Zellhaufen für frühe tierische Embryonen gehalten. Forschungsteams der Universität Bristol, des Schwedischen Museums für Naturkunde und des Paul Scherrer Instituts haben herausgefunden, dass sich die einzelnen Zellen voneinander lösten und Sporen bildeten, die zu neuen Zellhaufen werden konnten. Diese Organismen könnten einem der ersten Schritte vom Ein- zum Vielzeller in der Entwicklung richtiger Tiere entsprechen.

lichen Organismus, der sich in einem ungeschlechtlichen Vorgang teilt, sodass zunächst zwei, dann vier, acht, sechzehn usw. Zellen entstehen. Am Ende entstehen Hunderttausende sporenartige Zellen, die freigesetzt werden und den Zyklus neu beginnen lassen können. Die Art der Zellteilung erinnert so stark an tierische (und menschliche) Embryonalentwicklung, dass man diese Organismen bislang für die Embryonen frühester Tiere gehalten hat.

Bild: Stefan Bengtson, Swedish Museum of Natural Histor y

Untersuchungen in der Synchrotron Lichtquelle SLS

Bild 1. 570 Millionen Jahre alter vielzelliger Sporenkörper während der Zell- und Zellkernteilung. Die untersuchten Fossilien stammen aus Südchina. Die Aufnahmen wurden mithilfe der Röntgentomografie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz erstellt.

Alles Leben auf der Erde ist aus einem gemeinsamen einzelligen Vorfahren entstanden. Zu verschiedenen Zeiten in der Erdgeschichte taten sich Einzeller zusammen, um zu Vielzellern zu werden und so beispielsweise die Grundlage für die unüberschaubare Vielfalt der Tiere zu schaffen. 54

Leider sind diese einschneidenden evolutionären Schritte kaum durch Fossilien belegt. Die Fossilien, über die in der «Science» berichtet wurde, bewahren verschiedene Stufen im Lebenszyklus eines amöbenähn-

Die Forscher haben die mikroskopisch kleinen Fossilien mit hochenergetischem Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des Paul Scherrer Instituts in Villigen untersucht. Dabei wurde die Anordnung der Zellen innerhalb der umgebenden Schutzhülle sichtbar. Eigentlich hätten diese Organismen gar nicht zu Fossilien werden dürfen – es handelte sich ja nur um zähflüssige Zellansammlungen. Da sie aber in Sedimenten vergraben waren, die reich an Phosphat sind, konnte dieses in die Zellwände eindringen und sie zu Stein werden lassen. Dazu Therese Huldtgren (Universität Stockholm), die Erstautorin des Artikels: «Die Fossilien sind faszinierend – sogar die Zellkerne sind erhalten.» Mitautor John Cunningham (University of Bristol) sagt: «Wir haben einen Teilchenbeschleuniger, die Synchrotron Lichtquelle SLS, für unsere Untersuchungen genutzt. Damit konnten wir ein perfektes Computermodell des Fossils 6/2012


PANORAMA

dKͬdEď ůůĞƐEhŵĂĐŚƚĚĞƌDĂŝ͗ erstellen, das wir in beliebiger Weise virtuell aufschneiden konnten – ohne das wirkliche Fossil zu beschädigen. Anders hätten wir diese Fossilien gar nicht untersuchen können.»

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Dreidimensionale Informationen bis auf die Zellebene

Philip Donghue (University of Bristol) sagt: «Die Ergebnisse haben uns sehr überrascht – wir waren lange überzeugt, dass diese Fossilien Embryonen frühester Tiere waren. Vieles von dem, was in den vergangenen zehn Jahren über diese Fossilien geschrieben worden ist, ist einfach falsch. Unsere Kollegen werden nicht erfreut sein.» Stefan Bengtson (Schwedisches Museum für Naturkunde) fügt hinzu: «Diese Fossilien zwingen uns, neu darüber nachzudenken, wie sich Tiere entwickelt haben, bei denen viele Zellen grössere Organismen bilden.»



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R-EL

Mit der Methode der Röntgentomografie konnte bewiesen werden, dass die Fossilien Eigenschaften aufweisen, die mehrzellige Embryonen nicht haben. Das hat die Forscher darauf gebracht, dass diese Fossilien keine Tiere und keine Embryonen waren, sondern vielmehr Sporenkörper einzelliger Vorfahren der Tiere.

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Marco Stampanoni, Leitender Wissenschaftler an der Röntgentomografie-Strahllinie der SLS fügt hinzu: «Unser tomografisches Synchrotronmikroskop ist über die Jahre immer weiter verbessert worden und liefert nun dreidimensionale Informationen über winzige Fossilien bis auf die Zellebene. Und das mit einmaliger Qualität und Zuverlässigkeit. So kann man in wenigen Minuten zerstörungsfrei die morphologische Struktur mit einer Genauigkeit von Tausendsteln eines Millimeters bestimmen.»

Quelle: PSI Originalpublikation Therese Huldtgren, John A. Cunningham, Chongyu Yin, Marco Stampanoni, Federica Marone, Philip C. J. Donoghue and Stefan Bengtson, «Fossilized Nuclei and Germination Structures Identify Ediacaran ‹Animal Embryos› as Encysting Protists», Science 334 [6063], 1696–1699 (2011).

Für flexible Beatmungsventile. Kontakt Prof. Marco Stampanoni Labor für Makromoleküle und Bioimaging am Paul Scherrer Institut und Institut für Biomedizinische Technik der Universität und der ETH Zürich CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 4724 marco.stampanoni@psi.ch 6/2012

ELEVENT Beatmungsventile sichern Anlagen und Tanks mit niedrigen Designdrücken ab. Das Ausströmen von Gasen, umweltbelastenden Stoffen oder explosiven Gemischen wird zuverlässig verhindert. Kontrollierte Druckhaltung. PALIWODA AG, 8703 Erlenbach Telefon 044 910 50 05, www.paliwoda.ch

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PRODUKTE

Zuverlässiger Schutz und Hygiene

Die Semadeni Gruppe hat das bestehende Angebot an Schutz- und Reinigungsprodukten im Hinblick auf den aktuellen Katalog nochmals ausgebaut. Diverse neue Varianten an Latex- und Nitrilhandschuhen zum einmaligen Gebrauch sind hinzugekommen. Darunter sind extralange Handschuhe oder auch sterile, paar weise verpackte OPHandschuhe. Neu bietet Semadeni auch Schutzhandschuhe gegen Hitze, Kälte oder Schnittverletzun-

gen an. Zudem wurde das Angebot an Schutzbrillen weiter ausgebaut. Neu enthält das Sortiment nun auch verschiedene Gehörschutzartikel. Auch den immer strenger werdenden Hygieneansprüchen hat Semadeni Rechnung getragen. So wurde der Bereich Hygiene, Reinigung mit einigen praktischen Reinigungsprodukten wie zum Beispiel HACCPkonformen Wischern, Besen und Wasserschiebern erweitert. Auch überall einsetzbare Microfasertücher in Profi -Qualität gehören zum breiten Angebot. Weitere Informationen www.semadeni.com/webshop in Kapitel 11. Semadeni AG Tägetlistrasse 35–39 CH-3072 Ostermundigen Telefon +41(0)31 930 18 18 info@semadeni.com www.semadeni.com

Lösungen für die Probenvorbereitung

Seit mehr als drei Jahrzehnten arbeitet Anton Paar im Bereich der Mikrowellentechnologie. Basierend auf dieser langjährigen Erfahrung hat das Unternehmen zwei neue Mikrowellenreaktionssysteme für die Probenvorbereitung entwickelt: Multiwave Pro und Multiwave Eco. Das Mikrowellenreaktionssystem Multiwave Pro meistert hohe Temperaturen und bietet viele Sicherheitsmerkmale. Die Fülle an Zubehör ermöglicht Aufschluss, Extraktion, Sauerstoffverbrennung, Lösemittelextraktion, Trocknung, Vorkonzentration und UV-Aufschluss in einem System. 90 Jahre Erfahrung in der Entwicklung intelligenter technischer Lösungen und die konsequente Verwendung qualitativ hochwertiger Komponenten

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resultieren in einem Mikrowellenreak tionssystem, das über Jahre hinweg zuverlässig betrieben werden kann. Multiwave Pro steht für hohe Mikrowellenleistung am Markt und bietet gleichzeitig eine DualLösung für die Reaktionskontrolle: Ein eintauchender Temperaturfühler mit integriertem Drucksensor in einem Referenzdruckgefäss und unter dem Rotor angebrachte Infrarotsensoren ermöglichen eine präzise Kontrolle und Dokumentation des Reaktionsverlaufs. Multiwave Eco ist ein schnelles Mikrowellenaufschlusssystem, das sich besonders gut für Routineanalysen von Umwelt- und Agrarproben eignet. Die niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten sowie die günstigen Verschleissteile machen Multiwave Eco zu einer nachhaltigen Investition. Das Gerät vereinfacht und beschleunigt die Probenvorbereitung. Proben können in nur 30 Minuten – Aufheizen, Halten und Abkühlen inbegriffen – aufgeschlossen werden. Anton Paar Switzerland AG Bleiche West, CH-4800 Zofingen Telefon +41 (0)62 745 16 80 info.ch@anton-paar.com www.anton-paar.com

Einfacher dosieren Die neue Simdos-Membran-Dosierpumpe von KNF Neuberger wurde speziell für einfache Bedienung entwickelt. Die Kombination eines klaren Displays mit intuitiv erfassbarer Bedienung über einen DrehDruckknopf sorgt dafür, dass alle Funktionen auf einfachste Weise programmiert und aufgerufen werden können. Membranpumpen eignen sich hervorragend zur Förderung aggressiver Substanzen, wie sie in Labors oft verwendet werden. Simdos ist deshalb mit verschiedenen Kopfmaterialien erhältlich, unter anderem in PTFE/FFPM-Ausführung. Der Pumpenkopf ist ausserhalb des spritzwassergeschützten IP-65-Gehäuses platziert: ein Sicherheitsfaktor par excellence. Wie bei allen Dosierpumpen ist exakte, aber zugleich schnelle Kalibrierung von entscheidender Bedeutung. Die Simdos-Dosierpumpe setzt hier neue Massstäbe und liefert beste Resultate in kürzester Zeit. Nach der Kalibrierung liegt die Wiederholbarkeit bei ±1 %. Die Dosierpumpe fördert Flüssigkeiten mit einer Fliessgeschwindigkeit von 0 bis 100 ml/min und dosiert Volumen von 0 bis 1000 ml. Dabei bietet sie hohe Langzeitstabilität und konstante Zuverlässigkeit über die gesamte Prozessdauer.

Die Dosierpumpe ist trockenlaufsicher und selbstansaugend bis 3 mWs. Sie arbeitet gegen Drücke bis 6 bar und fördert zähflüssige Medien bis 150 Centistokes. Mit der integrierten Software kann die Fördercharakteristik auf Knopfdruck verschiedenen Flüssigkeitseigenschaften angepasst werden. Dank dem schlanken Design und der kleinen Standfläche benötigt die Dosierpumpe wenig wertvollen Laborplatz. KNF Neuberger AG Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 971 14 85 knf@knf.ch, www.knf.ch

Pipetten und Dispenser: Rabattaktion bis Juli 2012 Wer jetzt Acura-Mikropipetten und Calibrex-Dispenser bestellt, profi tiert von 20 Prozent Sonderrabatt. Zudem erhält er einer Digitaluhr mit vier praktischen Funktionen. Die Aktion läuft bis Ende Juli 2012 auf empfohlenen Verkaufspreisen von Socorex der folgenden Produkte: • Mikropipetten und Triopack, Acura manual 825 • Mikropipetten und TwiXS Pack, Acura manual 826 • Makropipetten, Acura manual 835 • Mehrkanalpipetten, Acura manual 855 • elektronische Mikropipetten und Initialpack, Acura electro 926/936/956 • Flaschenaufsatzdispenser, Calibrex digital 520/521 Weitere Informationen sowie eine Übersicht über die alle Liquid-

Handling-Produkte und Dienstleistungen sind im Internet unter www. socorex.com zu finden. Socorex Isba S. A. Champ-Colomb 7 CH-1024 Ecublens Telefon +41 (0)21 651 60 00 socorex@socorex.com www.socorex.com

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PRODUKTE

GMP-Bedienstationen für Zone 2+22 mit Widescreen-Displays

Die Produktlinie VisuNet GMP von Pepperl+Fuchs wird weiter ausgebaut. Speziell für die Darstellung

von komplexen Prozessbildern stehen jetzt VisuNet-Bedienstationen mit einer Bildschirmdiagonale von 22 Zoll (55,9 cm) auch für explosionsgefährdete Bereiche entsprechend Zone 2 und 22 zur Verfügung. So wird das gesamte Spektrum von Anforderungen an Bedienstationen für regulierte Industrien abgedeckt: sicherer Bereich oder Zone 2/22, klassisches 19-Zoll- (48,3 cm) oder 22-Zoll(55,9 cm) Display, Panel-PC, Remote-Monitore und Monitore mit oder ohne KVM-Extender. Insgesamt sind damit elf verschiedene Bedienstationen im Angebot, die unter GMP-Bedingungen eingesetzt werden können.

Software in der Prozessleittechnik ist häufig für Breitbildformate optimiert. Stehen für die Abbildung von Prozessbildern lediglich klassische 4:3-Bildformate zur Verfügung, müssen Anwendungen angepasst werden. Bei Monitoren mit Widescreen-Format entfällt diese aufwendige Adaption. Die neuen VisuNet Bedienstationen unterstützen ein Format von 16:10 bei einer Auflösung von 1680×1050 Pixeln. Die Widescreen-Bedienstationen für den explosionsgefährdeten Bereich sind als Panel-PC sowie als netzwerkfähige Remote-Monitore verfügbar. Sie können in entsprechend Zone 2 und 22 (ATEX) eingesetzt werden und verfügen über eine ent-

sprechende Zulassung. Zahlreiche länderspezifische Tastaturlayouts, Mausversionen sowie Montagevarianten stehen zur Verfügung und sind miteinander kombinierbar. Die Bedienstationen sind für die Gehäuseschutzart IP65 ausgelegt. Die Produktlinie VisuNet GMP ist für den Einsatz in regulierten Industrien entwickelt worden. Alle Konstruktionsmerkmale orientieren sich an aktuellen GMP-Richtlinien (EudraLex Volume 4, Chapter 3). Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7, CH-2557 Studen Telefon +41 (0)32 374 76 76 info@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

Ein Nachschlagewerk der Papierkunst Auf siebzig Seiten präsentiert Hahnemühle FineArt ihr PremiumProgramm der Filtrierpapiere. Im Fokus stehen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten für Papiere in der technischen und industriellen Anwendung. Ausführlich präsentiert werden unter anderem Papiere für die Galvanotechnik, für diagnostische Nachweise sowie zur Herstellung von Getränken. Ganz im Sinn der verlängerten Werkbank bietet Hahnemühle als Originalausrüster ihren Kunden die Möglichkeit der individuellen Konfektionierung.

zur optimalen Sorte; zusätzliche Grafiken zeigen Anwendungsgebiete und integrierte Infoboxen bieten Zusatzwissen. Das Nachschlagewerk der Premium Filtrierpapiere ist in Deutsch, Englisch, Spanisch und Französisch erhältlich. Der neue Katalog «Mikrofiltration» ist voraussichtlich im zweiten Quartal verfügbar und wird gespickt sein mit Informationen über Membranen und Spritzenvorsatzfiltern. Sebio GmbH Geissbrunnenweg 14, CH-4452 Itingen Telefon +41 (0)61 971 83 44 info@sebio.ch, www.sebio.ch

Neben den technischen Papieren offeriert die Marke Albet LabScience ein anschauliches Sortiment an Papieren für die tägliche Laborarbeit. Von Keimprüfpapieren über Papiere zur Feuchtigkeitsbestimmung bis hin zu Filtrierpapieren für die quantitative Analyse hat das Unternehmen für jede Anwendung die passende Produktlösung. Das klare Katalogdesign und die Einteilung der Papiere in die Bereiche Laborprodukte und Technische Papiere lässt Leser Informationen leicht erfassen. «Wegweiser» navigieren Nutzer einfach und schnell

Rein- und Reinstwasser aus einem System für das Labor von heute Das Purelab flex bietet zahlreiche Vorteile für alle analytischen und biotechnischen Anwendungen. Es erlaubt seinem Benutzer, sich voll und ganz auf seine alltägliche Arbeit zu konzentrieren, ohne sich Sorgen machen zu müssen, dass die Wasserqualität irgendwelche Testresultate beeinflusst. Das übersichtliche Display zeigt zuverlässig und kontinuierlich die Qualität des benötigten Ultrareinstwassers. Systemstatus, Temperatur, Warnungen, Zeit und Total Organic Carbon (TOC) sind zu jeder Zeit klar ersichtlich. Vor allem die TOC-Echtzeitanzeige, welche bei sensiblen analytischen Anwendungen von grosser Wichtigkeit ist, bietet einen unschätzbaren Vorteil gegenüber anderen konventionellen TOC-Mo-

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nitoren, welche den TOC-Wert erst mit einer zeitlichen Verzögerung anzeigen. Im Weiteren werden biologische Verunreinigungen wie Endotoxine, DNAse, RNAse und Bakterien effizient durch den Endfilter beseitigt. Der höhenverstellbare Multifunktions-Dispenser lässt sich mit der Fingerspitze wie ein Pipettierer exakt steuern und intuitiv bedienen, daher ist nur eine kurze Schulung nötig. Man muss lediglich die erforderliche Wassermenge eingeben; die Entnahme erfolgt auf Tastendruck. Der

Dispenser kann auch mühelos mit voreingestellten Mengen programmiert werden, die durch einen einfachen Knopfdruck jederzeit erneut ausgegeben werden können. Zur Erzeugung von Reinstwasser (Aufbereitungssystem Typ I) unter Nutzung der neuesten Wasseraufbereitungstechnologien kann die Purelab flex mit einem integrierten Aufbereitungspack und einer UVLampe konfiguriert werden. Alternativ lässt sich das System problemlos in ein Entnahme- und Überwachungssystem für Wasser des Reinheitsgrads Typ II oder III verwandeln. Die Benutzereinstellungen können sogar über das Internet angepasst und in Sekundenschnelle über den integrierten USB-Anschluss hochgeladen werden.

Die Labtec Services AG betreut in der Schweiz sämtliche Elga-Wasseraufbereitungssystem und garantiert mit einem kompetenten Kundendienst für einen ununterbrochenen Betrieb und Werterhaltung. Unter dem Motto «Wie ein Fisch im Wasser» sucht Labtec Services AG bis Ende Juni die ältesten Reinstwassergeräte der Schweiz. Jeder Teilnehmer erhält ein Infopaket. Zu gewinnen gibt es ein neues Reinstwassersystem Purelab flex.

Labtec Services AG Gewerbering 23 CH-5610 Wohlen Telefon +41 (0)56 619 89 19 www.labtec-services.ch www.labwater.ch

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PRODUKTE

Trocken verdichtende Schraubenkompressoren

CSG-2 heisst die neue Baureihe trocken verdichtender, luft- oder wassergekühlter Schraubenkompressoren von Kaeser Kompressoren (Liefermengen 4,8-12,7 m³/ min, Drücke 4-10 bar (ü). Der zweistufige Schraubenkompressorblock bietet hohe Wirtschaftlichkeit. Die bis 300 °C temperaturbeständige, hoch abriebfeste Ultra Coat-Beschichtung der Rotoren hält Ihre

Dicht- und Schutzwirkung und damit die Liefermenge des Kompressors über viele Jahre konstant. Selbst nach langem Einsatz wird nicht mehr Energie zum Erzeugen der Nennliefermenge benötigt als am Anfang. Für zuverlässigen, energieeffizienten Betrieb und die Anbindung an Druckluft-Management- und Leittechniksysteme oder den KaeserTeleservice sorgt die interne Steuerung Sigma Control. Sie ermöglicht es, die Kompressorleistung optimal an den Druckluftverbrauch anzupassen und so noch mehr Energie einzusparen. Angetrieben werden die Kompressoren schon jetzt von IE3-Premium Efficiency-Motoren. Kaeser Kompressoren AG Grossäckerstrasse 15 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 871 63 63 info.swiss@kaeser.com www.kaeser.com

Hochgenaues Temperaturmessgerät mit 0,001 K Auflösung Das neue Temperaturmessgerät Almeno 1030-2 bietet höchste Auflösung, Präzision und Linearität bei der Temperaturmessung. Es eignet sich somit als Referenzmessgerät für Kalibrierlaboratorien und für die Qualitätssicherung. Über zwei Eingangsbuchsen können Pt-100-Fühler angeschlossen werden. Gemessen wird wahlweise mit einer Auflösung von 0,001 oder 0,01 K. Das Gerät wird als Set mit einem Pt-100-Temperaturfühler in Klasse 1/10 B (DIN EN 60751) angeboten. Der Einsatzbereich liegt zwischen – 50,000 und + 400,000 °C Es verfügt über eine Messgenauigkeit von 0,01 % vom Messwert. Die Dimension in der Anzeige ist wählbar zwischen Grad C, Grad F und K. Die kompakte Bauform bietet optional den Schutzgrad IP54, ein beleuchtetes Grafikdisplay und eine einfache Bedienung über Softkeys und Curserblock. Zwei Ausgangsbuchsen ermöglichen den Anschluss an einen PC oder die Einbindung in einem Netzwerk. Als Option ist ein aufsteckbarer

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Messwertspeicher erhältlich. Auswertesoftware, Datenkabel, Temperaturfühler und DKD Kalibrierzertifikat sowie Netzteil und Messgerätekoffer sind im Lieferumfang enthalten. Interstar AG Alte Steinhauserstrasse 19 CH-6330 Cham Telefon +41 (0)741 84 42 info@interstar.ch www.interstar.ch

Regalbodenwannen aus Kunststoff zum Nachrüsten Für Regale, die zur Gefahrstofflagerung genutzt werden und gemäss den gesetzlichen Vorschriften umgerüstet werden sollen, bietet die Denios AG jetzt auch geprüfte Regalbodenwannen aus Kunststoff in allen gängigen Regalfachbreiten an. Die Wannen aus Polyethylen (PE) erfüllen alle gesetzlichen Anforderungen und bieten eine hohe Beständigkeit gegen viele aggressive Chemikalien wie zum Beispiel Säuren, Laugen und wassergefährdenden Stoffen. 100 mm Bodenfreiheit ermöglichen den Transport und die Regalbeschickung mit Gabelstaplern. Damit ist das nachträgliche Umrüsten vorhandener Regalsysteme auf gesetzeskonforme Gefahrstofflagerung spielend leicht möglich. Weiterhin im Denios-Produktprogramm sind auch die bewährten und praxiserprobten Regalwannen aus Stahl für die Lagerung entzünd-

barer Flüssigkeiten (H224-226/ R10-12). Komplette Systeme bestehend aus Regal und passender Auffangwanne sind ebenfalls in allen relevanten Grössen und Materialvarianten abgestimmt auf die gängigen einzulagernden Gebindegrössen erhältlich. Denios AG Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen Telefon +41 (0)56 417 60 60 info@denios.ch www.denios.ch

Pneumatischer rostfreier Antrieb zu Membranventil Der S360 von Saunders ist ein leichter, kompakter pneumatischer Antrieb, der sich auch für sterile Biopharma-Anwendungen eignet. Der Anschluss für die Steuerluftversorgung kann stufenlos um 360 ° gedreht werden. Dies ermöglicht eine schnelle und flexible Ausrichtung des Antriebes nach erfolgter Montage der Membranventile. Dadurch werden nicht nur die Installationskosten gesenkt, es werden auch die Zuführung der Druckluft optimiert und die Knickung der Druckluft-Versorgungsleitungen verhindert. Die Membranventile können auf engstem Raum kompakt angeordnet werden. Der S360 verfügt über eine spezielle Kompressorkonstruktion, mit welcher ein Wechsel des Membrantyps von Gummi auf PTFE leicht möglich ist, ohne dass der ganze Antrieb ausgetauscht werden müsste. Das Gehäuse besteht aus rostfreiem Edelstahl, welcher für eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine robuste Konstruktion und ein feines Oberflächenprofil sorgt. Optional ist eine elektropolierte Oberflächengüte von 0,4 µm erhältlich. Der

S360 kann selbst in hochreinen Räumen eingesetzt werden, da bei der Version mit geschlossenem Sockel die Gewindebolzen vollständig abgedeckt werden. Mit diesem Antrieb können 2-Weg-Membranventile und Bio-Blockventile ausgerüstet werden. André Ramseyer AG Industriestr. 32 CH-3175 Flamatt Telefon +41 (0)31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

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Labor für Festkörperanalytik & Elektronenmikroskopie

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Frei Fördertechnik AG CH-3113 Rubigen T +41 31 720 56 56 · F +41 31 720 56 55 info@ffag.ch · www.ffag.ch

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Pneumatische Fördertechnik

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

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