ChemieXtra 11/2017

11/ 2017

November 2017

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

SCHÖN, WENN DIE CHEMIE STIMMT Brenntag Schweizerhall ist der führende Chemiedistributeur in der Schweiz und bietet Ihnen die ganze Bandbreite von Dienstleistungen rund um die Chemie: Bei uns finden Sie ein komplettes Angebot an Industrie- und Spezialchemikalien, eine anwendungsorientierte Beratung, individuelle Problemlösungen und technischen Support.

Mit uns stimmt die Chemie!

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EDITORIAL

Arbeitsschutz von ROTH

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Von Beeren, Bier, Beton und mehr Die Korallenbeere (Ardisia crenata) ist eine beliebte Zierpflanze, die im Winter auffällige rote Beeren bildet.

Interessant für die Medizin ist sie wegen des in den Blättern enthaltenen Wirkstoffs FR900359, wie Forscher der Universität Bonn kürzlich gezeigt haben. In Mäusen unterbindet er die charakteristische Verkrampfung der Bronchien bei Asthmatikern nahezu vollständig sowie anscheinend effektiver und langfristiger als das gängige Medikament Salbutamol, und dies fast ohne Nebenwirkungen. Ob daraus ein Medikament für Menschen wird, entscheidet sich trotz positiver Resultate bei Untersuchungen an menschli­ chen Bronchialmuskelzellen in der Kulturschale sowie isolierten menschlichen Atemwege erst in einigen Jahren (Seite 27).

Das Leben ist voller Überraschungen. Wer hätte schon gedacht, dass aus­ gerechnet im Bier mit Hordenin diejenige Verbindung steckt, die das Belohnungszentrum im Gehirn am stärksten aktiviert und so für ein zufriedenes Gefühl beim Biertrinker sorgt. Herausgefunden haben dies Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Mittels Computer­ berechnungen habe sie 13 000 Lebensmittelinhaltsstoffe daraufhin untersucht, ob sie wie das körpereigene Dopamin mit dem Dopamin-D2-Rezeptor inter­ agieren und so die positive Stimmung auslösen können. Nur 17 Verbindungen erfüllten dieses Kriterium. Sie wurden dann auch im Labor getestet mit dem oben stehenden Resultat (Seite 29).

Bier spielt auch bei einer anderen Untersuchung eine wichtige Rolle: bei der Stabilität von Schäumen. Eine 1,5 Zentimeter hohe Schaumkrone besteht aus rund 1,5 Millionen Bläschen, die aber miteinander verschmelzen oder zerplatzen.

Dies gilt für alle Arten von Schäumen, seien es Nahrungsmittel oder moderne Industriematerialien. Mindestens teilweise verantwortlich für dieses Phänomen ist die Ostwald-Reifung, vom deutschen Nobelpreisträger Wilhelm Ostwald vor mehr als 100 Jahren beschrieben. Forscher an der ETH haben sich mit Schäu­ men beschäftigt. Von ihren Resultaten wird nicht nur die Nahrungs­mittelindustrie profitieren; erstaunlicherweise wird sich auch die Qualität von Schaumbeton

• Alles rund um Sicherheit und Schutz

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verbessern lassen (Seite 46).

Keine Ausgabe von «ChemieXtra» ohne Umweltartikel, zu bedeutend sind selbst

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auch nur kleine Schritte, die die Lebensbedingungen auf der Erde verbessern.

Diesmal ziehen zwei ETH-Professoren Bilanz über 30 Jahre «Montrealer Protokoll

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über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen» – eine überzeugende positive Bilanz. So konnten Hunderttausende Hautkrebserkrankungen verhindert werden. Dennoch gibt es immer noch unberechtigte Kritik am Abkommen, die die Autoren widerlegen (Seite 44).

Wir sind die Experten für Laborbedarf, Chemikalien und Life Science.

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FOKUS

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Erfolgreicher Messestart in der Romandie

Vom 4. bis 5. Oktober 2017 fand die Ilmac Lausanne statt.

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CHEMIE

Hologramme für Moleküle mit grossem Potenzial

Eine völlig neuartige Methode zur Analyse von Molekülen in Flüssigkeiten auf einem Chip wird vorgestellt.

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Synthetische Nanokapseln als Katalysatoren

Mit nanometergrossen Kapseln wurden Bedingungen geschaffen, die denen in natürlichen Zellen sehr ähnlich sind.

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BIOWISSENSCHAFTEN Rohstoffnutzung mit «molekularen Fliessbändern»

Biotechnologen haben die Zuckerverwertung in Bäckerhefe optimiert.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 7. Jahrgang (2017) Druckauflage 12 000 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2016 11 696 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 480 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com

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Geschäftsleiter Andreas A. Keller 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 Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189, Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 info@sigimedia.ch Redaktion Dr. Kurt Hermann Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

LABOR

MEDIZIN Asthmawirkstoff aus dem Gartencenter

Die Korallenbeere enthält in ihren Blättern einen neuartigen Wirkstoff gegen die weit verbreitete Atemwegserkrankung.

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ERNÄHRUNG Bier kann auch glücklich machen

Hordenin, ein Inhaltsstoff von Gerstenmalz und Bier, kann das Belohnungszentrum im Gehirn aktivieren und für ein zufriedenes Gefühl beim Konsumenten sorgen.

Vorstufe Triner Media + Print Schmiedgasse 7 CH-6431 Schwyz Telefon +41 (0)41 819 08 10 beratung@triner.ch www.triner.ch

Druck Binkert Buag AG Baslerstrasse 15 CH-5080 Laufenburg Telefon +41 (0)62 869 74 00 www.binkertbuag.ch

Abonnemente Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.chemiextra.com Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

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NEWS

WERKSTOFFE Das Geheimnis stabiler Schäume

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FIRMEN BERICHTEN

Forscher an der ETH Zürich, sind dem Geheimnis von stabilen Schäumen auf den Grund gegangen.

Entzündliche Stoffe sicher verarbeiten

Ein Spezialist beschreibt das Einsatzspektrum von Flammsperren.

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VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

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FORSCHUNGSWELT Erfolgreicher Tauchgang in einen Magneten

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PRODUKTE

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LIEFERANTEN­ VERZEICHNIS

Ein Beitrag zu einem tieferen Verständnis der grundlegenden Eigenschaften magnetischer Materialien.

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UMWELT

mehr als 550 Standorten in 74 Ländern und unterstützt seine Kunden und Lieferanten mit massgeschneiderten Distributionslösungen für Industrie- und Spezialchemikalien. Brenntag managt komplexe Lieferketten und ist das Bindeglied zwischen Chemieproduzenten und der weiterverarbeitenden Industrie.

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BRENNTAG – WIR SIND DA, WO UNSERE KUNDEN SIND – WELTWEIT.

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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Brenntag Schweizerhall AG ist der führende Chemiedistributeur in der Schweiz und beliefert in allen Landesteilen mehr als 5000 Kunden aus verschiedenen Industriezweigen, wie z.B. Pharma, Chemiesynthese, Kosmetik, Lebensmittel, Lacke und Farben, Kunststoffe, Wasseraufbereitung und viele andere. Das Unternehmen gehört zur Brenntag-Gruppe und ist Teil eines flächendeckenden internationalen Distributionsnetzwerks.

Brenntag ist der Weltmarktführer in der Chemiedistribution und mit seinem umfangreichen Produkt- und Serviceportfolio in allen bedeutenden Märkten der Welt vertreten. Der Konzern betreibt ein weltweites Netzwerk mit

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SCHÖN, WENN DIE CHEMIE STIMMT

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FOKUS

Ilmac Lausanne 2017

Erfolgreicher Messestart in der Romandie Die Ilmac Lausanne, Plattform für Chemie, Pharmazie und Biotechnologie in der französischsprachigen Schweiz, fand vom 4. bis 5. Oktober 2017 statt. 140 Aussteller präsentierten über 1400 Spezialisten eine Auswahl ihrer Produkte. Referate und die offene Networking Zone rundeten das neue Format ab.

Die erste Ilmac Lausanne vom 4. und 5. Oktober 2017 zeigte, wie wichtig der französischsprachige Schweizer Markt für die Life-Science-, Pharma- und ChemieBranche ist. «Es ist eine Freude unsere Kunden aus der Region treffen zu können», sagte Claudio Bacciarini, Sales Manager Switzerland, ILC Dover/JetSolutions. Die Resonanz der 140 Aussteller war positiv. So sagte Rainer Grote, Leiter Vertrieb & Marketing, KNF Neuberger AG: «Die Messe hat uns überzeugt, dank ihrer guten Organisation, der Qualität der Aussteller und der Wahl der Jahreszeit. Wir werden wieder teilnehmen.»

Kritik war tatsächlich wenig zu hören, wohl aber gab es viele weitere äusserst positive Kommentare. Auch Felix Baumann, Gilson (Schweiz) AG, gehört zu den zufriedenen Ausstellern. Er betonte, die Messe Basel habe professioneller als andere Veranstalter agiert. Besonders lobte er die gute Unterstützung der Messepartner im Vorfeld der Messe.

Freude herrschte Jean-Philippe Rochat, Verwaltungsratspräsident MCH Beaulieu Lausanne SA, eröffnete die Ilmac Lausanne. Er sagte: «Wenn ich die Qualität der anwesenden Aussteller sehe, macht mir das grosse Freude!» Es sprachen auch Raphäel Conz, Manager Wirtschaftsförderung des Kanton Waadt sowie Messeleiter Michael Bonenberger.

Die Ilmac Lausanne ist eine Erweiterung zur Ilmac, die vom 24. bis 27. September 2019 in Basel stattfinden wird. Das zentraFür den Artikel wurden Teile einer Pressemeldung der MCH Messe Schweiz (Basel) AG verwendet.

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Bild: MCH Messe Schweiz (Basel) AG

Kurt Hermann 1

Jean-Philippe Rochat, Verwaltungsratspräsident MCH Beaulieu Lausanne SA eröffnete die Ilmac Lausanne.

le Element der Plattform bildete die Präsentation von Produkten im Ausstellungsbereich, der als Gesamtüberbauung mit Systemständen konzipiert war. Die offene Networking Zone dient dem gegenseitigen Gedanken- und Ideenaustausch. In den von Containex gesponserten Räumlichkeiten wurden an den beiden Tagen in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft und BioAlps praxisnahe Referate gehalten.

Die nächste Ilmac Lausanne wird am 3. und 4. Oktober 2018 in Expo Beaulieu Lausanne stattfinden.

Eine kleine Auswahl an interessanten Exponaten Als das Internet noch nicht allgegenwärtig war, waren Messen der Ort, an dem wirkliche und auch angebliche Neuigkeiten vorgestellt und im Voraus vereinbarte Ver-

Ein zufriedener Messeleiter Zufrieden mit dem Verlauf der Messe zeigte sich Messeleiter Michael Bonenberger: «Ich habe kurz vor Messeschluss mit rund 20 Prozent der Aussteller gesprochen, die alle zufrieden waren. Sowohl bezüglich der Qualität der Ausstellung selbst als auch bezüglich der Besucherzahlen wurden meine Erwartungen übertroffen. Geschätzt wurde insbesondere auch das Networking, die Möglichkeit, dass sich Aussteller und Besucher entspannt unterhalten konnten. Selbstverständlich gibt es immer Kleinigkeiten, die verbessert werden können. Im Grossen und Ganzen aber sind wir erfolgreich gestartet.»

Mit der Ilmac Lausanne sei es gelungen, die französischsprachige Schweiz abzudecken. Bereits an der Ilmac 2016 in Basel habe er eine positive Stimmung feststellen können, sagt Bonenberger. Angst vor einer Kannibalisierung der Basler Messe durch weitere Veranstaltungen in Lausanne hat Bonenberger nicht. Vielmehr seien die beiden Veranstaltungen komplementär.

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Bild: Kur t Hermann

FOKUS

Bereits kurz nach Eröffnung war die Messe sehr gut besucht.

– Connectors (www.connectors.ch) präsentierte den ZF-Mischer von Metanova für scherempfindliche Produkte. Er hat keine Lager, denn der Mischkopf schwebt in einem magnetischen Kraftfeld – reibungslos, da sich keine Mischerflächen berühren!

– Bei Tracomme (www.tracomme.ch) war der Planetenmischer Mazerustar des japanischen Herstellers Kurabo zu sehen. In ihm lassen sich auch schwierige Stoffe wie hochviskose Proben, komplette Formulierungen oder Pasten mit Pulvern in kürzester Zeit schonend und schnell mischen.

Bild: Jörg Signer

träge gross verkündet und unterzeichnet wurden. Diese Zeiten sind endgültig vorbei. Heute geht es vor allem um Kontaktpflege. Selbstverständlich erfahren aufmerksame Messebesucher trotzdem viel Interessantes. Einige erwähnenswerte Produkte werden im Folgenden kurz vorgestellt.

– Der 80-GHz-Sensor Vegapuls64 von Vega (www.vega.com) weist einen sehr engen Abstrahlwinkel auf. Dadurch lassen sich bei Füllstandsmessungen Störungen der Ergebnisse durch Rührwerke, Einbauten oder Anhaftungen an der Behälterwand vermeiden.

– CEM (www.cem.de) stellte «die schnellste automatische Lösungsmittelextraktion der Welt» vor (Originalton Ulf Sengutta, CEM).

– Waldner (www.waldner-ag.ch) zeigte den Wägeabzug Akkurat, der dem Schutz von Labormitarbeitern dient, die mit giftigen Stoffen arbeiten müssen.

Dank der vollständig schwingungsentkoppelten und stossgedämpften Arbeitsplatte kann darin mit hochauflösenden Mikrowaagen gearbeitet werden.

– Büchi (www.buchi.com) stellte einen Gefriertrockner mit zwei abwechselnd geschalteten Kondensatoren vor, die automatisch hygienisch gereinigt und nie abgetaut werden müssen. Der Prozess der Gefriertrocknung lässt sich um das Dreifache beschleunigen, weil die Kühlschlangen nicht mehr durch dicke Eisschichten isoliert werden.

– Skan (www.skan.ch) zeigte ihr neues robotergestütztes DHES-Filterintegritätstest-System. Mit einem Roboterarm kann der Zustand von endständigen Filtern und Laminarflow-Einheiten überprüft werden. Die Reichweite des Roboterarms ist 185 cm, die Höhe lässt sich stufenlos zwischen 2 und 4 Meter verstellen.

– DEC (www.dec-group.net) präsentierte MCOne*, die kleinste verfügbare Spiralstrahlmühle für F+E-Anwendungen.

Produktmengen zwischen 0,2 und 50 g lassen sich damit mikronisieren.

Gemeinsame Verpflegung – ein Anlass zum Ausspannen und Pflegen von Kontakten.

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FOKUS

Ohne viele Worte

Bilder einer Messe in Lausanne Eine Fotografin der Veranstalter, Kurt Hermann und Jörg Signer waren während der Ilmac Lausanne mit ihren Fotoapparaten unterwegs. Ihr Fokus: Bilder von Ausstellern.

Raphäel Conz, Manager Wirtschaftsförderung des Kantons Waadt, Messeleiter Michael Bonenberger und Jean-Philippe Rochat, Verwaltungsratspräsident MCH Beaulieu Lausanne SA (v. l. n. r.).

Paride Bonini, Vega Messtechnik AG.

Jürg Wetterwald, BioTek Instruments (Switzerland) GmbH.

Patrick Stahlberg (1.v.l) und Romain Dabre (3.v.l.), Tosoh Bioscience GmbH, sowie Alban Alili (2,v.l.) und Felix Senn (4.v.l.), Sebio GmbH.

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Erich Birrer, Waldner AG.

Rolf Gehrig, Waters AG (Mitte).

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Cristian Lorenzo (l.) und Marc Bertherin, Stäubli AG.

Gerhard Schönenberger, Büchi Labortechnik AG.

Roland Leu (1.v.l.) und Michael Stolz (3.v.l.), Vacuubrand GmbH + Co KG sowie Messeleiter Michael Bonenberger.

Christophe Arlettaz, Markus Gude und David Witmer (v.l.n.r.), Metrohm Schweiz AG.

Gerardo Girardi, Messer Schweiz AG.

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Pierre Naveau, Koch Kälte AG.

Carméla Meisenbach, Shimadzu Schweiz GmbH.

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FOKUS

Rainer Grote (rechts), KNF Neuberger AG.

Lukas HablĂźtzel, Endress+Hauser (Schweiz) AG.

Christian Scherrer, Weiss Technik AG (Mitte).

Matthias Bittner (l.) und Giuseppe Cirillo, Skan AG.

Viel Betrieb beim Stand der BrechbĂźhler AG.

Matthias Kremser, PSG (l.) und Raymond Zufferey, Almatechnik AG.

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Ioannis Papadimitriou, Hettich AG.

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FOKUS

Esther Nussbaumer, Socorex Isba SA.

Ulf Sengutta (links) und Umut Aygül, CEM GmbH.

Guillaume Wetli, Dietrich Engineering Consultants SA.

Max Kamm (l.) und Viktor Kürsteiner, Tracomme AG.

Yannik Lesbros (1.v.l.) und Christian Peduzzi (3.v.l.), Connectors Verbindungstechnik AG, sowie Daniel Clarhed, Metenova AB.

Jörg Signer (links) und Felix Baumann, Gilson (Schweiz) AG.

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Markus Schneider (links) und Daniel Greiss, Gerber Instruments AG.

Zum Tagesabschluss spielte das Geneva Brass Quintett.

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CHEMIE

Produktion spezifischer Stoffwechselmoleküle

Synthetische Nanokapseln als Katalysatoren Forscher der Universität Basel haben nanometergrosse Kapseln entwickelt, mit denen sich das Biomolekül Glucose-6-phosphat herstellen lässt, das bei Stoffwechselvorgängen eine wichtige Rolle spielt. Den Forschern gelang es dabei, Bedingungen herzustellen, die denen in der natürlichen Zelle sehr ähnlich sind. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Chemical Communications veröffentlicht.

Nanokapseln produzieren Glucose-6-phosphat Eine von Cornelia Palivan geleitete Forschungsgruppe am Departement Chemie der Universität Basel hat synthetische Nanokapseln entwickelt, die als Katalysator das Enzym Phosphoglucomutase enthalten und die in der Lage sind, Glucose-6-phosphat zu produzieren und freizusetzen.

Um die Reaktion zu starten, muss die Ausgangssubstanz ins Innere der Kapsel gelangen, um vom Enzym umgesetzt zu

Glucose-1-phosphat

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Bild: Universität Basel

Am Stoffwechsel in lebenden Organismen ist eine Vielzahl von Biomolekülen beteiligt, die im Körper durch Enzymreaktionen entstehen. Ein Beispiel eines Biomoleküls, das bei wichtigen Stoffwechselvorgängen eine Rolle spielt, ist Glucose-6-phosphat. Es ist zentral für den Abbau von Kohlenhydraten und kann zudem in spezifische Moleküle umgewandelt werden, die für die Speicherung von Energie in einem Organismus zuständig sind. Wenn es gelingt, derartige Biomoleküle mittels synthetischen Kapseln direkt in lebenden Zellen herzustellen, würde das neue Perspektiven für die Behandlung von Krankheiten öffnen.

Schematische Darstellung der Nanokapsel: Die Ausgangssubstanz Glucose-1-phosphat (blau) gelangt durch Poren zum eingekapselten Enzym Phosphoglucomutase, mit dem es reagiert.

Das gewünschte Produkt Glucose-6-phosphat (orange) tritt durch die Pore wieder aus.

werden. Dazu setzten die Forscher in die Kapselmembran ein Porenprotein ein, das an der ETH Zürich synthetisiert wurde.

Diese Poren bilden die Eingangstür für die Ausgangssubstanz und den Ausgang für das Produkt Glucose-6-phosphat, während das Enzym eingekapselt und vor einem Abbau geschützt bleibt.

Die Nanokapseln sind nicht grösser als 200 Nanometer, das heisst, sie können von Zellen aufgenommen werden – eine wichtige Voraussetzung für zukünftige Testverfahren und Anwendungen.

Im Gegensatz zu anderen Ansätzen, die organische Lösungsmittel nutzen, entwickelt die Forschungsgruppe ihre Kapseln unter Bedingungen, die der Umgebung in natürlichen Zellen sehr ähnlich sind. «Unser Ansatz ist es immer, der Natur so nah wie möglich zu kommen», sagt Palivan, «damit wir die intrinsische Funktionalität der Enzyme und Porenproteine bewahren können.»

Als Nächstes planen die Forscher, die Kapseln mit Zellen zu testen, um zu prüfen, ob sie aufgenommen werden und in der Zelle Glucose-6-phosphat produzieren.

Originalpublikation M. Lomora, G. Gunkel-Grabole, S. Mantri and C. G. Palivan, «Bio-catalytic nanocompartments for in situ production of glucose-6-phosphate», Chemical Communications Issue 73, 2017; DOI: 10.1039/ C7CC04739H Kontakt Prof. Dr. Cornelia G. Palivan Universität Basel Departement Chemie Mattenstrasse 24a CH-4002 Basel Telefon +41 (0)61 207 38 39 Cornelia.Palivan@unibas.ch www.chemie.unibas.ch

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Bild: Empa

CHEMIE

Schaumstoffprobe mit EDA-DOPO bei einem Flammtest im Empa-Labor.

Ungiftige Inhaltsstoffe

Neuer Flammhemmer vor Markteintritt Chemiker der Empa haben einen neuen Syntheseweg für umweltfreundliche Flammschutzmittel entwickelt und patentiert. Diese sind für Matratzen und Polster geeignet. Anders als bisherige Flammschutzmittel aus chlorhaltigen Chemikalien ist die neue Stoffklasse ungiftig und effizient. Zwei Industriepartner der Empa bringen die Neuentwicklung nun auf den Markt.

Rainer Klose, Empa Das an der Empa entwickelte umweltfreundliche Flammschutzmittel namens EDA-DOPO geht in Serienproduktion. Entscheidend für diesen Erfolg ist das neu entwickelte, besonders ökonomische und ökologische Syntheseverfahren, das auch die Herstellung anderer DOPO-Derivate vereinfacht. Die Firma Metadynea Austria

GmbH wird den Stoff herstellen, die weltweit tätige FoamPartner Gruppe wird bei entsprechender Nachfrage daraus flammhemmende Polyurethan-Schaumstoffe (PU) für Polster und Matratzen produzieren. Nachdem das neue Produktionsverfahren für DOPO-Derivate im Juni 2017 patentiert wurde, hat sie bis heute bereits rund 1,5 Tonnen des Flammschutzmittels produziert.

Wozu brauchen wir Flammschutzmittel?

PU-Schaumstoffe begegnen uns im Alltag an vielen Orten: Sie stecken in der Isolation von Hausfassaden und Kühlschränken, in Autositzen, Wohnzimmersofas und Schuhsohlen. PU besteht aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen.

Die in den Poren des Schaumstoffs eingeschlossene Luft enthält ebenfalls Sauerstoff. Der Schaumstoff ist also – wie die meisten organischen Polymere – leicht brennbar und muss je nach Anforderung mit Flammschutzmitteln versehen werden, um die Feuergefahr zu senken. In den vergangenen Jahrzehnten verwendeten Schaumstoffhersteller meist chlorierte Phosphate als Flammschutzmittel, das sind preisgünstige Substanzen, die den Produktionsprozess nicht stören.

Doch viele dieser chlorierten Flammschutzmittel sind toxisch und können im Laufe der Zeit aus dem Schaumstoff ausdünsten

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Damit ist ein erster Schritt getan, um herkömmliche halogenierte Flammschutzmittel zu ersetzen. Die bisher gebräuchlichen Mittel sind bisweilen giftig und erzeugen im Brandfall giftige Gase. EDA-DOPO – ein Derivat des bekannten Flammschutzmittels DOPO (9,10-Dihydro-10-oxa-phosphaphenatrenoxid) – tut dies nicht. Dennoch erfüllen Schaumstoffe, die EDA-DOPO enthalten, die höchste Flammschutz-Klassi -

und in die Umgebungsluft gelangen. In vielen Ländern sind diese Stoffe daher bereits verboten. Die Industrie sucht nach umweltfreundlichen und unschädlichen Alternativen. Das Geschäft ist bedeutend: Weltweit werden pro Jahr knapp 20 Millionen Tonnen PU-Schaumstoff produziert. Ein grosser Teil davon soll mit Flammschutzmitteln ausgerüstet werden.

EDA-DOPO erfüllt ökonomische und ökologische Kriterien besonders gut und erzielt die höchste Flammschutz-Klassifikation UL 94 HB. Das Flammschutzmittel verträgt sich ebenfalls gut mit dem Produktionsprozess für PU-Schaumstoffe: Es mischt sich gut mit Polyol, einem Ausgangsstoff des PU-Schaumstoffs, und bildet eine stabile Dispersion. Am Ende des Produktionsprozesses entsteht ein Schaumstoff, in dessen Poren das feste Flammschutzmittel EDA-DOPO fein verteilt ist.

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CHEMIE

fikation (UL 94 HB). Der Flammschutzexperte Sabyasachi Gaan entwickelte EDA-DOPO an der Empa in zwei Jahren Forschungsarbeit im Rahmen des Eureka Suspur-Projekts. Den Anstoss dazu gab die FoamPartner Gruppe (www.foampartner. com), die ihr Sortiment mit umweltfreundlich ausgerüsteten flammgeschützten PU-Schaumstoffen ausbauen wollte. Derzeit ist die Firma alleinige Lizenznehmerin für EDA-DOPO für die PU-Schaumherstellung. Die Substanz wird ausschliesslich von der Metadynea Austria GmbH (www.metadynea.at) hergestellt.

Flammhemmende Polster sind vor allem für Bereiche vorgeschrieben, an denen sich viele Menschen aufhalten: Flugzeuge, Bahnen und Busse, Hotels und Gaststätten. Flammschutzmittel verhindern eine Entzündung, etwa mit Zigaretten oder durch Vandalismus. Doch auch hier werden die Umweltstandards immer strenger.

Ausdünstungen von Flammschutzmitteln in die Umgebungsluft und die Atmosphäre

hergestellten Schaumstoffproben werden gegenwärtig diversen Flammtests unterzogen, damit nach der REACH-Zertifizierung die globalen Märkte möglichst schnell mit den neuen flammhemmenden Schaumstoffen bedient werden können.

sind unerwünscht; ebenso werden die giftigen Gase, die beim Brand entstehen können, immer weniger akzeptiert. Viele Staaten haben halogenierte Flammschutzmittel denn auch bereits verboten. Daher wächst auf der ganzen Welt der Bedarf nach modernen, unschädlichen Alternativen.

Obwohl die Schaumstoffproduktion mit dem neuen Flammschutzmittel bereits anläuft, werden Produkte mit EDA-DOPO noch nicht sofort in den Verkauf gelangen; aktuell läuft nämlich die Zertifizierung des Flammschutzmittels nach der europäischen Chemikalienverordnung REACH. Die

Originalpubikation Cordula Hirsch et al., «Multiparameter toxicity assessment of novel DOPO-derived organophosphorus fl ame retardants», Arch Toxicol (2017) 91, 407–425; DOI: 10.1007/s00204-016-1680-4

Kontakt Dr. Sabyasachi Gaan Empa, Advanced Fibers Lerchenfeldstrasse 5 CH-9014 St. Gallen Telefon +41 (0)58 765 76 11 sabyasachi.gaan@empa.ch www.empa.ch

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CHEMIE

Sicherheitsrisiko minimiert

Bromcyan in der chemischen Synthese Chemikern an der Karl-Franzens-Universität Graz ist es erstmals gelungen, Bromcyan in einem kontinuierlichen Verfahren zu erzeugen und anschliessend im selben Verfahren gleich in der Synthese weiterzuverwenden. Somit bleibt am Ende nichts von der gefährlichen Substanz übrig. Die Methode ermöglicht es, Bromcyan bei Bedarf überall dort zu produzieren, wo es benötigt wird.

Giftig, ätzend und explosiv Bromcyan ist eine Verbindung aus Brom und Kaliumcyanid: Br2 + KCN ➝ KBr + Br-CN Es ist ein sehr gefährlicher Stoff, extrem giftig, sehr ätzend und bei der kleinsten Verunreinigung auch explosiv. Trotzdem kann die chemische Industrie auf dieses Reagens nicht verzichten. So wird es etwa zur Herstellung eines neuen Alzheimer-Medikaments benötigt. Besondere Herausforderungen stellen Transport und Lagerung dar, da sie mit grossem Aufwand und hohen Kosten verbunden sind.

Bild: Uni Graz/Pieber

In kontinuierlichen Verfahren – englisch «Flow Chemistry» – werden die für eine Synthese benötigten Substanzen durch Reaktionskammern im Mikroliterbereich gepumpt, in denen die einzelnen Prozesse nacheinander ablaufen. «Da in jeder Kammer immer nur eine geringe Menge einer Verbindung vorhanden ist und das Gemisch nicht wie beim herkömmlichen Batch-Verfahren nach jedem Schritt entnommen und für den nächsten aufbereitet werden muss, minimiert sich die Gefahr», erklärt Oliver Kappe, Chemiker an der Karl-Franzens-Universität Graz. Gleichzeitig können extreme Temperatur- und Druckbedingungen dafür sorgen, dass die Reaktionen um ein Vielfaches schneller ablaufen.

Durch den Flow-Reaktor werden die für eine Synthese benötigten Substanzen im Mikroliterbereich gepumpt.

«Da auch der Umgang mit Brom ein hohes Sicherheitsrisiko darstellt – Brom verdampft bereits bei Raumtemperatur und die Gase sind sehr giftig –, stellen wir auch dieses Element in Flow her», berichtet Kappe. «Dazu braucht man Bromid und Bromat, zwei harmlose, anorganische Salze des Broms.» In der Flow-Chemie sind alle Schritte, von der Synthese des Broms bis zur Weiterverwendung des Bromcyans, in einem Durchfluss möglich.

Bild: Uni Graz/Kappe

Originalpublikation G. Glotz, R. Lebel, D. Dallinger, C. O. Kappe, «Integration of Bromine and Cyanogen Bromide Generators for the Continuous-Flow Synthesis of Cyclic Guanidines», Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56; DOI: 10.1002/anie.201708533

Im kontinuierlichen Verfahren wird das synthetisierte Bromcyan direkt anschliessend zur Synthese des Endprodukts weiterverwendet. Auf diese Weise wird jeglicher Kontakt mit dem toxischen Reagens vermieden.

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Quelle Pressemeldung der Karl-Franzens-Universität Graz, von der Redaktion modifiziert.

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CHEMIE

Neues Konzept zur Beschleunigung von Reaktionen

Geträgerte Metalltropfen als Katalysatoren Neue und bessere Katalysatoren gelten als Schlüssel für nachhaltigere und effizientere Produktionsverfahren in der Chemischen Industrie. Fünf Professoren der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist es nun in einem gemeinsamen Forschungsprojekt gelungen, mit einem neuen Materialkonzept bekannte Nachteile technisch genutzter Katalysatoren zu umgehen und deutlich leistungsfähigere Katalysatoren zu entwickeln.

Bei der neuen katalytischen Materialklasse handelt es sich um flüssige Legierungstropfen, die auf porösen Trägern anhaften und in dieser Form mit den gasförmigen Reaktanden in Kontakt gebracht werden. Die flüssige Natur der mikroskopisch kleinen Legierungstropfen ergibt sich durch einen sehr hohen Anteil an niedrig schmelzendem Gallium. Dieser Überschuss an Gallium führt gleichzeitig dazu, dass die gelöste zweite Metallkomponente atomar disper-

giert vorliegt, also einzelne in Gallium gelöste Metallatome für die katalytische Aktivität verantwortlich sind.

Geträgerte Flüssigkeiten Im letzten Jahrzehnt haben sich FAU-Forscher immer wieder mit besonderen Materialinnovationen im Bereich der Katalyse international einen Namen gemacht. Folgerichtig bildet der Bereich «Katalytische Ma-

terialen» eine wichtige Säule im Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) der FAU. Häufig waren dabei geträgerte Flüssigkeiten von zentralem Interesse für die FAU-Forscher. Solche geträgerten Flüssigkatalysatoren verbinden nämlich die Vorteile molekular massgeschneiderter Reaktionsbeschleuniger mit einer leichten Abtrennbarkeit des Katalysators von den Produkten. Der jetzt in «Nature Chemistry» publizierte Ansatz überträgt das Prinzip der

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Bild: FAU/Mathias Grabau, Florian Maier

CHEMIE

Schematische Darstellung der katalytischen Oberfläche eines flüssigen Galliumtropfens versetzt mit geringen Mengen Palladium unter den Bedingungen der katalytischen n-Butan-Dehydrierung.

geträgerten Flüssigkatalyse erstmals auf Metalllegierungen. Dass flüssige Legierungen überhaupt katalytische Aktivität zeigen, wird dabei zum ersten Mal gezeigt.

Mehr noch: Die erzielten Ergebnisse stellen bereits mit den ersten getesteten Materialkombinationen langjährig entwickelte technische Katalysatoren in den Schatten.

«Besonders interessant ist», so der Reaktionstechniker Peter Wasserscheid, «dass die geträgerten Metalltropfen praktisch keine Deaktivierung durch Kohlenstoffablagerung zeigen. Solche Ablagerungen stellen den wichtigsten Grund für die Katalysatordeaktivierung in der petrochemischen Industrie bei katalytischer Umsetzung unter hohen Temperaturen dar.» Die Forscher konnten diesen technisch hochrelevanten Effekt am Beispiel der Dehydrierung von Butan zu Butadien belegen.

Erfolgsgeheimnis Gallium Eine zentrale Rolle für die neue katalytische Materialklasse nimmt das Element Gallium ein. Elementares Gallium schmilzt bei 30 Grad Celsius und siedet bei 2400 Grad Celsius. Es besitzt die einzigartige Fähigkeit, fast alle Metalle zu lösen. Unter Luftkontakt bildet Gallium ultradünne Oxidschichten aus, die sich aber unter den Bedingungen vieler katalytischer Reaktionen wieder zu elementarem Gallium zurückverwandeln. Bisher haben die FAUForscher ihre Ergebnisse mit gelöstem Palladium in Gallium erzielen können. Nun 11/2017

wollen sie weiter untersuchen, ob sich die aussergewöhnlichen Effekte auch auf Nichtedelmetalle, die in Gallium gelöst sind, und andere chemische Reaktionen übertragen lassen. «Unsere Berechnungen lassen vermuten, dass einzelne Metallatome gelöst in Gallium ganz andere reaktive Eigenschaften aufweisen als das gleiche Metall in kristalliner Form üblicherweise besitzt», sagt Andreas Görling. «Das begründet unsere Faszination für diese neue Klasse katalytischer Materialien: Wir sind überzeugt davon, dass sich mit geträgerten Legierungstropfen hocheffiziente und sehr kostengünstige Katalysatoren entwickeln lassen, die grosses Potenzial für die industrielle Anwendung besitzen», ergänzt Hans-Peter Steinrück.

Der Exzellenzcluster EAM Der Exzellenzcluster EAM untersucht seit 2007 die Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien. Der Cluster, mit rund 200 Mitarbeitern aus neun Disziplinen, wird mit insgesamt rund 73 Millionen Euro bis 2017 gefördert. Der EAM hat durch seine Forschung die Entwicklung von neuen Hochleistungsmaterialien in den Bereichen Katalyse, Leichtbau, Nanoelektronik, Optik und Photonik erheblich vorangetrieben.

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Originalpublikation N. Taccardi, M. Grabau, J. Debuschewitz, M. Distaso, M. Brandl, R. Hock, F. Maier, C. Papp, J. Erhard, C. Neiss, W. Peukert, A. Görling, H.-P. Steinrück & P. Wasserscheid, «Gallium-rich Pd–Ga phases as supported liquid metal catalysts», Nature Chemistry 9, 862–867 (2017); DOI: 10.1038/nchem.2822

Kontakt Prof. Dr. Peter Wasserscheid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik Egerlandstrasse 3 D-91058 Erlangen Telefon +49 (0)9131 85-27420 peter.wasserscheid@fau.de www.fau.de

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CHEMIE

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

Vorhersage von molekularen Infrarotspektren Forschern an den Universitäten Wien und Göttingen ist es gelungen, eine auf künstlicher Intelligenz aufbauende Methode zur Vorhersage von molekularen Infrarotspektren zu entwickeln. Diese chemischen «Fingerabdrücke» konnten von gängigen Vorhersagetechniken nur für kleine Moleküle in hoher Qualität simuliert werden. Mithilfe der neuen Technik, die auf neuronalen Netzwerken ähnlich dem menschlichen Gehirn basiert und damit lernfähig ist, konnten Simulationen durchgeführt werden, die zuvor nicht möglich waren.

Drastische Fortschritte in der Forschung zu künstlicher Intelligenz haben im letzten Jahrzehnt zu einer grossen Reihe von faszinierenden Entwicklungen in diesem Bereich geführt. Selbstständig fahrende Autos, aber auch alltägliche Anwendungen wie Suchmaschinen und Spamfilter veranschaulichen die vielseitige Einsetzbarkeit von Methoden aus dem Gebiet der künstlichen Intelligenz.

Die Infrarotspektroskopie ist eine der wertvollsten experimentellen Methoden, um Einblick in die Welt der Moleküle zu erhalten. Infrarotspektren sind chemische Fingerabdrücke, welche Aufschluss über die Zusammensetzung und Eigenschaften von Substanzen und Materialien geben. In vielen Fällen sind diese Spektren sehr komplex – eine detaillierte Analyse macht computergestützte Simulationen unum-

gänglich. Während quantenchemische Rechnungen im Prinzip eine äusserst exakte Vorhersage von Infrarotspektren ermöglichen, wird ihre Anwendbarkeit in der Praxis durch den mit ihnen verbundenen hohen Rechenaufwand erschwert. Aus diesem Grund können verlässliche Infrarotspektren nur für relativ kleine chemische Systeme berechnet werden.

Künstliche Intelligenz beschleunigt Berechnung Eine internationale Gruppe von Forschern unter der Leitung von Philipp Marquetand von der Fakultät für Chemie der Universität Wien hat einen Weg gefunden, diese Simulationen mittels künstlicher Intelligenz zu beschleunigen. Zu diesem Zweck werden sogenannte künstliche neuronale

Netzwerke verwendet, mathematische Modelle des menschlichen Gehirns. Diese sind in der Lage, die komplexen quantenmechanischen Beziehungen, die zur Modellierung von Infrarotspektren nötig sind, anhand einiger weniger Beispiele zu lernen. Auf diese Art und Weise können die Wissenschafter Simulationen innerhalb weniger Minuten durchführen, die sonst selbst mit modernen Supercomputern Jahrtausende in Anspruch nehmen würden – ohne dabei an Verlässlichkeit einzubüssen. «Wir können nun endlich chemische Problemstellungen simulieren, die mit den bis dato verwendeten Simulationstechniken nicht zu bewältigen waren», sagt Michael Gastegger.

Aufgrund der Ergebnisse dieser Studie sind die Forscher zuversichtlich, dass ihre Methode zur Spektrenvorhersage in Zukunft weitreichenden Einsatz in der Analyse von experimentellen Infrarotspektren finden wird.

Bild: Michael Gastegger

Originalpublikation Michael Gastegger, Jörg Behler, Philipp Marquetand, «Machine Learning Molecular Dynamics for the Simulation of Infrared Spectra», Chem. Sci., 2017, 8, 6924–6935; DOI: 10.1039/C7SC02267K

Die Forscher haben mittels künstlicher Intelligenz einen Weg gefunden, chemische Simulationen massiv zu beschleunigen.

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Kontakt Priv.-Doz. Dr. Philipp Marquetand Institut für Theoretische Chemie Universität Wien A-1090 Wien Währinger Strasse 17 Telefon +43-1-4277-527 64 philipp.marquetand@univie.ac.at www.univie.ac.at

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Plateforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

3. und 4. Oktober 2018 | Expo Beaulieu Lausanne Wir freuen uns auf ein Wiedersehen in 2018.

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BIOWISSENSCHAFTEN

Steigerung der Zuckerverwertung in Bäckerhefe

Rohstoffnutzung mit «molekularen Fliessbändern» Wertvolle Produkte wie Treib- und Kunststoffe oder Pharmazeutika aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen, ist bisher nicht effizient genug, weil die verwendeten Mikroorganismen den Rohstoff nur langsam verwerten und neben gewünschten Substanzen auch noch viele Nebenprodukte herstellen. Biotechnologen der Goethe-Universität in Frankfurt ist es jetzt gelungen, die Zuckerverwertung in Bäckerhefe zu optimieren.

Mikroorganismen wie die Bäckerhefe kann man sich wie eine Miniaturfabrik vorstellen: Die Rohstoffe (in der Regel Zucker) werden durch Pforten (Transporterproteine) aufgenommen und in einem mehrstufigen Prozess mithilfe von Enzymen umgebaut. Anders als in einer menschengemachten Fabrik werden aber in Mikroben nicht nur die technologisch interessanten Produkte hergestellt, sondern auch viele Nebenprodukte. Das liegt daran, dass verschiedene Enzyme um den Zucker konkurrieren, sodass verschiedene für das Überleben der Zelle wichtige Bausteine entstehen.

Kanalisierter Stoffwechsel Thomas Thomik und Mislav Oreb vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Goethe-Universität ist es nun gelun-

gen, den Stoffwechsel von Bäckerhefe so zu kanalisieren, dass die Rohstoffzucker produktiver genutzt werden. Die Frankfurter Forscher stellen einen neuen Mechanismus vor, mit dem die Rohstoffe von Transporterproteinen direkt an die erwünschten Enzyme geliefert werden.

«Wir haben ein ‹Scaffold-Protein› konstruiert, das an das Transporterprotein bindet und anschliessend als eine Andockstation für die gewünschten Enzyme dient. Erkennungscodes, mit dem die Enzyme versehen sind, ermöglichen das Andocken. So entsteht eine Ansammlung von erwünschten Enzymen in der Nähe des Transporters. Dadurch kann die Zelle den Rohstoff wie am Fliessband bearbeiten, ohne dass die konkurrierenden Enzyme die Gelegenheit bekommen, ihn umzusetzen», erklärt Oreb das Prinzip.

In der Arbeit wird gezeigt, dass der Zucker Xylose durch solche «molekularen Fliessbänder» (Transport-Metabolons) effizienter in Ethanol umgewandelt wird, indem die Produktion des unerwünschten Nebenproduktes Xylitol minimiert wird.

Ein Konzept mit viel Potenzial «Das zugrundeliegende Prinzip könnte angewandt werden, um aus verschiedenen Zuckern beliebige Produkte wie Biotreibstoffe, Kunststoffe oder Pharmazeutika herzustellen. Das Konzept hat das Potenzial, die biotechnologischen Prozesse generell ökologisch und wirtschaftlich nachhaltiger zu gestalten, da eine effiziente Zuckerverwertung eine grundlegende Voraussetzung hierfür ist», erklärt Oreb die Bedeutung des neuen Verfahrens.

Bild: Goethe-Universität

Originalpublikation Thomik T, Wittig I, Choe JY, Boles E, Oreb M, «An artificial transport metabolon facilitates improved substrate utilization in yeast», Nat Chem Biol. 2017 Sep 4; DOIi: 10.1038/nchembio.2457

In der Bäckerhefe konkurrieren verschiedene Enzyme um Zuckermoleküle, die durch Transporterproteine in die Zelle aufgenommen werden. Damit der Zucker nur von Enzymen umgesetzt wird, die biotechnologisch gewünschte Produkte liefern (grüne Ovale), verknüpft man sie über eine Andockstation direkt mit dem Transporter (rechts).

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Kontakt Dr. Mislav Oreb Goethe-Universität Frankfurt am Main Institut für Molekulare Biowissenschaften Campus Riedberg Max-von-Laue-Strasse 9 D-60438 Frankfurt Telefon +49 (0)69 798-29331 M.Oreb@bio.uni-frankfurt.de www.muk.uni-frankfurt.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Steuerung des Alterungsprozesses

Protein verlängert das Leben von Hefezellen Den Prozess des Alterns verstehen und steuern zu können, ist Wunsch vieler Wissenschaftler. Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben herausgefunden, dass das Protein Gcn4 das Leben von Hefezellen verlängert, indem es die Produktion neuer Proteine herunterfährt. Das Verständnis, wie einzelne Gene die Lebensdauer beeinflussen, eröffnet neue Wege, den Alterungsprozess und damit auch das Auftreten altersbedingter Krankheiten zu steuern.

Seit etwa hundert Jahren ist bekannt, dass Nährstoffmangel und moderater Stress die Lebenserwartung deutlich erhöhen können. Forscher um Mihaela Zavolan und Anne Spang vom Biozentrum der Universität Basel haben entdeckt, wie der Transkriptionsfaktor Gcn4 das Leben der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae verlängert.

Gcn4 ist ein Protein, das in den Zellen die Expression zahlreicher Gene steuert. In verschiedenen Stresssituationen kurbeln die Zellen die Gcn4-Produktion an, mit der Folge, dass die Herstellung neuer Proteine gedrosselt wird und die Zellen deutlich länger leben.

Transkriptionsfaktor hemmt Proteinsynthese Wie man bereits seit Längerem weiss, spielt die Proteinsynthese – auch als Translation bezeichnet – eine bedeutende Rolle beim Altern. So wirkt sich eine Hemmung der Proteinherstellung, die zum Beispiel durch Nährstoffmangel ausgelöst wird, positiv auf die Lebenserwartung unterschiedlichster Organismen wie Hefen, Fliegen, Würmer oder Fische aus. Auch eine verringerte Anzahl an Ribosomen, die Proteinfabriken der Zellen, können die Lebenszeit von Hefezellen deutlich verlängern.

Diesen verschiedenen zellulären Stresszuständen ist eines gemein: Sie aktivieren die Bildung von Gcn4. Unklar war bislang jedoch, wie genau das Protein die Langlebigkeit fördert.

Die Wissenschaftler um Zavolan haben in ihrer Studie Hefezellen unterschiedlichen Stressbedingungen ausgesetzt, ihre Lebensdauer, die Neusynthese von Proteinen und die Bildung von Gcn4 gemessen.

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«Wir konnten feststellen, dass die Menge an Gcn4 mit einer höheren Lebensdauer von Hefezellen zusammenhängt», sagt Zavolan, Professorin für Computational and Systems Biology.

«Wir wollten verstehen, warum das so ist.

Wir haben nun erstmals zeigen können, dass Gcn4 das Leben verlängern kann, indem es das Ablesen von Genen unterdrückt, die für die Proteinsynthese in der Zelle wichtig sind. Da die Translationsmaschinerie der limitierende Faktor ist, wird die energieaufwendige Produktion neuer Proteine insgesamt heruntergefahren.» Aus Sicht der Hefezellen ist dies von Vorteil: Sie leben dadurch bis zu etwa 40 Prozent länger als gewöhnlich.

scription factor reduces protein synthesis capacity and extends yeast lifespan», Nature Communications 8, Article number: 457 (2017); DOI: 10.1038/s41467-01700539-y

Kontakt Prof. Dr. Mihaela Zavolan Universität Basel Biozentrum Klingelbergstrasse 50/70 Telefon +41 (0)61 207 15 77 mihaela.zavolan@unibas.ch www.biozentrum.unibas.ch

In über 50 verschiedenen Organismen gefunden Der Transkriptionsfaktor Gcn4 ist evolutionär konserviert und wurde bereits in über 50 verschiedenen Organismen, darunter auch Säugetiere, nachgewiesen und spielt damit wahrscheinlich in vielen dieser Lebewesen eine bedeutende Rolle beim Altern.

Die Wissenschaftler um Zavolan möchten nun herausfinden, ob der Transkriptionsfaktor auch in Säugetieren die Gene für die Proteinsynthese steuert und als Antwort auf Nährstoffmangel und Stress den Altersprozess verlangsamt und die Lebenserwartung erhöht.

Originalpublikation Nitish Mittal, Joao C. Guimaraes, Thomas Gross, Alexander Schmidt, Arnau Vina-Vilaseca, Danny D. Nedialkova, Florian Aeschimann, Sebastian A. Leidel, Anne Spang & Mihaela Zavolan, «The Gcn4 tran-

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BIOWISSENSCHAFTEN

Das zweitgrösste Organismenreich

2,2 bis 3,8 Millionen Pilzarten auf der Erde Schätzungsweise 2,2 bis 3,8 Millionen Pilzarten gibt es weltweit. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsteam aus Berlin und London. Pilze bilden damit das zweitgrösste Organismenreich nach den Tieren, denn die Pilze übertreffen die Vielfalt der Pflanzen um etwa das 6- bis 10-fache. Mindestens 18-mal mehr Pilzarten existieren als derzeit bekannt.

Eine der grossen Fragen der Biologie ist neu bearbeitet. In der Vergangenheit reichten die Spekulationen von etwas mehr als einer halben Million bis zu über 5 Millionen Pilzarten weltweit. Derzeit sind erst 120 000 Pilzarten bekannt und wissenschaftlich beschrieben. Das entspricht nur etwa 3 bis 8 Prozent der geschätzten globalen Pilzvielfalt. Über 2 bis 3 Millionen Pilzarten sind also noch zu entdecken und zu beschreiben. Die Pilze sind damit das am wenigsten studierte der drei grossen Organismenreiche: Während bei den Pflanzen etwa 80 Prozent von geschätzten 390 000 Arten katalogisiert sind, sind es bei den Tieren rund 20 Prozent von geschätzten 7 Millionen.

Nur 1500 neue Pilzarten pro Jahr beschrieben

Bilder: R. Lücking

Das Erfassen der noch unbekannten Pilze ist eine monumentale Aufgabe für die Forscher, da momentan pro Jahr nur etwa 1500 neue Pilzarten beschrieben werden.

Man bräuchte also weitere 1500 bis 2500 Jahre, um alle noch unbekannten Pilzarten zu beschreiben. Oder ein Zehnfaches an Spezialisten, um diese Aufgabe innerhalb

Der Fliegenpilz (Amanita muscaria) enthält weltweit vermutlich ein Dutzend unterschiedliche Arten.

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Coprinellus disseminatus (Gesäter Tintling, Kolumbien): In dieser Gattung totholzzersetzender Pilze ist die Zahl der geschätzten Arten etwa so hoch wie die Zahl der bekannten Arten.

der nächsten zwei Jahrhunderte abzuschliessen. Durch Lebensraumzerstörung und nicht nachhaltiges Wirtschaften nimmt jedoch auch die Pilzvielfalt global fortwährend ab: Viele Arten sterben aus, bevor sie entdeckt werden.

Für die aktuelle Schätzung kombinierten zwei Wissenschaftler vom Botanischen Garten und Botanischen Museum der Freien Universität Berlin sowie vom Londoner Royal Botanic Gardens, Kew, und vom Natural History Museum drei Schätzmethoden.

Erstens werteten sie neueste Forschungsdaten aus, die im Wesentlichen auf DNA-Sequenziermethoden beruhen. Allein durch die Analyse des DNA-Barcodings wurden bei vermeintlich bekannten Pilzarten (wie dem Fliegenpilz oder dem Pfifferling) im Schnitt etwa zehn zuvor unbe-

kannte Arten entdeckt. Die bereits bekannten 120 000 Pilzarten könnten demzufolge bis zu 1,2 Millionen Arten entsprechen.

Zweitens zogen die Forscher Analysen von Umweltproben heran, zum Beispiel des Bodens oder Wassers. Mittels neuartiger DNA-Sequenziermethoden werden darin alle vorhandenen Organismen erfasst. Die Forscher vermuten hier weltweit mindestens 1 Million zusätzlicher, unbekannter Pilzarten, zusammen also etwa 2,2 Millionen.

Drittens zeigten Studien an ausgewählten Lokalitäten, wo alle Pflanzen- und Pilzarten systematisch erfasst wurden, dass im Mittel 9,8 Pilzarten pro Pflanzenart vorkommen. Bei einer hochgerechneten Zahl von weltweit 390 000 Pflanzenarten ergibt 11/ 2017

BIOWISSENSCHAFTEN

sich aus dieser alternativen Schätzmethode eine Gesamtzahl von 3,8 Millionen Pilzarten. Die Forscher vermuten viele unbeschriebene Pilzarten in Hotspots wie den Tropen, wenig untersuchten Lebensräumen (unter anderem in den symbiontischen Flechten und in Insekten) sowie in unbearbeitetem Material naturkundlicher Sammlungen.

Typische Merkmale von Pflanzen und Tieren Pilze sind in allen Ökosystemen vorhanden, sogar im Meer. Zum Reich der Pilze zählen Einzeller wie die Backhefe ebenso wie der makroskopische Fliegenpilz oder auch die Flechtenpilze. Nach heutigem Kenntnisstand sind Pilze näher mit den Tieren verwandt als mit den Pflanzen, aber traditionell werden Pilze oft weiter in der Botanik behandelt; bis in das späte 20. Jahrhundert wurden sie sogar noch zu den Pflanzen gezählt.

Pilze vereinen typische Merkmale von Tieren als auch von Pflanzen. Wie Pflanzen sind sie festsitzend, betreiben aber im Gegensatz zu Pflanzen keine Fotosynthese; anstelle dessen ernähren sie sich von organischen Substanzen aus ihrer Umgebung. Als Speichersubstanz bilden sie das bei Tieren typische Polysaccharid Glycogen (und keine pflanzentypische Stärke).

Pilzzellen weisen zwar meist eine für Pflanzenzellen typische Zellwand auf, diese ist jedoch aus dem im Tierreich bekannten Chitin aufgebaut.

Viele Pilze zersetzen totes organisches Material und sind damit ökologisch von zentraler Bedeutung im Nährstoffkreislauf. In Symbiose lebende Pilze finden sich bei den meisten Pflanzen (zum Beispiel Bäumen und Orchideen) sowie in den Flechten (einer Symbiose von Pilzen mit Algen oder Cyanobakterien). Parasitische Pilze sind wichtige Krankheitserreger bei Pflanzen, Tieren und auch dem Menschen. Abgesehen von Delikatessen wie den Trüf-

feln bilden Pilze die Grundlage für tägliche Lebensmittel wie Brot und Käse, alkoholhaltige Getränke und Medikamente wie Antibiotika (Penicillin).

Originalpublikation David L. Hawksworth, Robert Lücking, «Fungal Diversity Revisited: 2.2 to 3.8 Million Species», microbiolspec July 2017 [5] (4); DOI: 10.1128/microbiolspec.FUNK0052-2016

Kontakt Dr. Robert Lücking Freie Universität Berlin Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin Königin-Luise-Strasse 6–8 D-14195 Berlin Telefon +49 (0)30 838 56 350 r.luecking@bgbm.org www.bgbm.org

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BIOWISSENSCHAFTEN

Fleischfressende Pflanzen saugen kleine Beutetiere ein

Evolution der Saugfallen bei Wasserschläuchen

Wasserschläuche (Utricularia spp., Familie Lentibulariaceae) sind rätselhafte fleischfressende Pflanzen mit vielen Superlativen: • Sie sind die abstammungsgeschichtlich jüngste und mit mehr als 240 Arten dennoch grösste Gattung an karnivoren Blütenpflanzen.

• Sie haben die schnellsten Fallen. (Die Saugfallen führen eine der schnellsten Bewegungen im Organismenreich durch, die Beutetiere werden beim Einsaugen durch Unterdruck mit bis zu 4 Metern pro Sekunde Geschwindigkeit auf bis zu 2800-fache Erdanziehung beschleunigt.)

• Sie sind Pflanzen ganz ohne Wurzeln und Laubblätter. (Die eigentlichen Blätter sind zu den typischen, blasenartigen Fallen umgewandelt.)

• Die Photosynthese übernehmen bei diesen Pflanzen hingegen umgewandelte Sprosse.

• Sie sind fast weltweit verbreitet.

• Sie zeigen viele verschiedene Lebensformen (von Wasserpflanzen bis hin zu Epiphyten im tropischen Nebelwald).

Bilder: A. Fleischmann und BGF

Wasserschläuche sind die grösste Gruppe von fleischfressenden Pflanzen mit faszinierenden Saugfallen, die mit Unterdruck kleine Beutetiere einsaugen. Allerdings war bisher die Funktionsweise der Fallen nur von wenigen, im Wasser lebenden Arten bekannt. Nun wurden erstmals auch lebende Fallen von landlebenden Arten mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Elektronenmikroskopie untersucht, und die Evolution dieser Fallen anhand eines Stammbaums der Gattung rekonstruiert.

Strukturelle Vielfalt bei fleischfressenden Wasserschläuchen (Utricularia spp.), Fallen und Blüten.

• Sie zeigen eine sehr hohe Bandbreite an morphologischer Variabilität.

Seit einigen Jahren werden vergleichende morphologische und biomechanische Analysen der ultraschnellen Saugfallen

von Simon Poppinga und Anna Westermeier in der Plant Biomechanics Group am Botanischen Garten der Universität Freiburg unter der Leitung von Thomas Speck durchgeführt, welche bereits zu

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BIOWISSENSCHAFTEN

fundamentalen Einsichten in die Funktionsweise dieser hochkomplexen Strukturen geführt haben.

Allerdings wurden bisher fast alle Untersuchungen an frei im Wasser schwimmenden Wasserschlaucharten durchgeführt, obwohl diese nur etwa 16 Prozent der Artenvielfalt in dieser Pflanzengruppe ausmachen. Untersuchungen der viel artenreicheren und vielfältigeren landbewohnenden Arten fehlten bisher.

Eine hohe Vielfalt an Falleneingangsund Türstrukturen Die Ergebnisse der Kooperation mit Andreas Fleischmann von der Botanischen Staatssammlung München sowie mit Kai Müller vom Institut für Evolution und Biodiversität der Universität Münster wurden nun veröffentlicht. Vergleichende funktionsmorphologische und biomechanische Untersuchungen an Fallen von 19 Wasserschlaucharten zeigen eine hohe Vielfalt an Falleneingangs- und Türstrukturen sowie unterschiedliche Bewegungsabläufe beim Saugen, die als Anpassungen an die verschiedenen besiedelten Lebensräume interpretiert werden können.

Eine Art (Utricularia multifida) aus einer verwandtschaftlich sehr ursprünglichen, artenarmen Gruppe aus Südwest-Australien zeigt überhaupt gar keine Fallenaktivität und kann daher als passiver Fallentyp gewertet werden, der wahrscheinlich, anstatt zu saugen, mit einer passiven Klapptüre ähnlich einer Katzenklappe Beute fängt. Aus diesen passiven Vorläufern entwickelten sich in den nächstverwandten Abstammungslinien in Australien aktive Saugfallen, die je nach Lebensraum entsprechend modifiziert wurden.

Die Entwicklung der aktiven Saugfallen scheint eine Schlüsselentwicklung für die ungeheure Artenvielfalt in dieser Gruppe gewesen zu sein. Von landlebenden Vorfahren mit aktiven Saugfallen sind mehrmals Linien von Wasserpflanzen entstanden, deren Vertreter die gut untersuchten, extrem schnellen Saugbewegungen ausführen. Erstmals konnten solche Form-Struktur-Funktionszusammenhänge aufgedeckt und in einen evolutiven Kontext anhand einer phylogenetischen Rekonstruktion der Gattung Utricularia, basierend auf Gensequenzen von 105 Arten, gebracht werden.

LAB

Originalpublikation Anna Sofia Westermeier, Andreas Fleischmann, Kai Müller, Bastian Schäferhoff, Carmen Rubach, Thomas Speck & Simon Poppinga, «Trap diversity and character evolution in carnivorous bladderworts (Utricularia, Lentibulariaceae)», Scientific Reports 7, Article number: 12052 (2017); DOI: 10.1038/s41598-017-12324-4

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LABOR

Analyse in Flüssigkeiten auf einem Chip

Hologramme für Moleküle mit grossem Potenzial

Fabio Bergamin, ETH Im Blut oder Urin lässt sich so einiges nachweisen: Viruskrankheiten, Stoffwechselstörungen oder Autoimmunerkrankungen beispielsweise lassen sich mit Laboruntersuchungen diagnostizieren.

Solche Untersuchungen dauern oft ein paar Stunden und sind ziemlich aufwendig, weshalb Ärzte die Proben spezialisierten Labors übergeben.

Wissenschaftler der ETH Zürich und der Firma Roche haben gemeinsam eine völlig neuartige Analysemethode entwickelt, die auf Lichtbeugung an Molekülen auf einem kleinen Chip basiert. Die Technik hat das Potenzial, die Diagnostik zu revolutionieren: Ärzte dürften damit in Zukunft komplexe Untersuchungen einfach und schnell direkt in ihrer Praxis durchführen können.

Mit Laserlicht direkt sichtbar gemacht

Bild: ETH Zürich/Andreas Frutiger

So wie andere etablierte Diagnoseverfahren nutzt auch die neue Methode das Schlüssel-Schloss-Prinzip der molekularen

Erkennung: Um beispielsweise ein bestimmtes im Blut gelöstes Protein («Schlüssel») zu bestimmen, muss es an einen passenden Antikörper («Schloss») andocken.

Während in etablierten immunologischen Testverfahren der «Schlüssel im Schloss» mit einem zweiten, farbig markierten «Schlüssel» sichtbar gemacht wird, ist dieser Schritt im neuen Verfahren nicht mehr nötig: Mit Laserlicht kann der «Schlüssel im Schloss» direkt sichtbar gemacht werden.

Die Wissenschaftler nutzen dazu einen Chip, mit einer speziell beschichteten Oberfläche: Es liegen darauf kleinste kreisförmige Punkte, die ein bestimmtes Streifenmuster aufweisen. Das fragliche Molekül haftet sich an die Streifen, jedoch nicht an die Zwischenräume zwischen den Streifen.

Wird nun Laserlicht der Chipoberfläche entlanggeführt, wird dieses wegen der speziellen Anordnung der Moleküle im Muster gebeugt (abgelenkt) und auf einen Punkt unterhalb des Chips gebündelt. Ein Lichtpunkt wird sichtbar. Geben die Wissenschaftler Proben ohne das fragliche Molekül auf den Chip, wird das Licht nicht gebeugt, und es ist kein Lichtpunkt sichtbar.

Ein Forscher pipettiert eine Probe auf einen Molografie-Chip. Aufnahme des Versuchsaufbaus in den Labors der ETH Zürich.

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Grafik: Gatterdam et al. Nature Nanotechnology 2017

Wissenschaftler der ETH Zürich und von Roche entwickelten eine völlig neuartige Methode zur Analyse von Molekülen in Flüssigkeiten auf einem Chip. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie sind immens.

Unter anderem hat sie das Potenzial, die medizinische Diagnostik zu revolutionieren.

Laserlicht breitet sich in einem Dünnschicht-Wellenleiter aus und wird – falls die zu untersuchenden Moleküle an das Mologramm binden – dort abgelenkt und auf einen Brennpunkt fokussiert.

Zusammenspiel der Moleküle «Der Lichtpunkt ist ein Effekt des Zusammenspiels von hunderttausenden von Molekülen in ihrer speziellen Anordnung», sagt Christof Fattinger, Wissenschaftler bei Roche. «Wie bei einem Hologramm wird dabei der Wellencharakter des Laserlichts gezielt genutzt.»

Janos Vörös, Professor für Bioelektronik an der ETH Zürich, vergleicht das Prinzip mit einem Orchester: «Die Moleküle sind die Musiker, das Streifenmuster ist der Dirigent. Er sorgt dafür, dass alle Musiker im Takt spielen.» Die Wissenschaftler nennen das Streifenmuster «Mologramm» (molekulares Hologramm), die neue Diagnosetechnik «fokale Molografie».

Roche-Wissenschaftler Fattinger hat das neue Prinzip erfunden und dessen theoretischen Grundlagen erarbeitet. Vor fünf Jahren machte er ein Sabbatical in der Gruppe von Vörös. Aus der damals begonnenen Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern von Roche und der ETH Zürich ist nun die praktische Umsetzung der Molografie entstanden.

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LABOR

Ein wesentlicher Vorteil der neuen Methode: Das Signal (der Lichtpunkt) kommt nur aufgrund der sich spezifisch an das Mologramm heftenden Moleküle zustande. Weitere in einer Probe vorhandene Moleküle erzeugen kein Signal. Die Methode ist daher wesentlich schneller als bisherige, auf dem Schlüssel-Schloss-Prinzip beruhende Analysemethoden. Bei Letzteren müssen weitere in einer Probe vorhandene Moleküle weggewaschen werden, was die Diagnose verlangsamt und verkompliziert. Die neue Methode eignet sich deshalb hervorragend zur Messung von Proteinen in Blut oder anderen Körperflüssigkeiten.

«Wir rechnen damit, dass dank dieser Technologie künftig mehr Laboruntersuchungen direkt in Arztpraxen statt in spezialisierten Labors durchgeführt werden.

Und in ferner Zukunft benutzen Patienten die Technik vielleicht sogar zu Hause», sagt Vörös.

Grafik: ETH Zürich/ Andreas Frutiger

Andere Moleküle stören nicht

Ein Mologramm (links) hat einen Durchmesser von 0,4 Millimetern und besteht aus tausend sehr feinen Streifen. Der Brennpunkt, auf den das Laserlicht vom Mologramm fokussiert wird (dargestellt in der Mitte des Mologramms), hat einen Durchmesser von rund einem tausendstel Millimeter.

thode ist so schnell, dass sie sich sogar für Echtzeitmessungen eignet. Dies ist für die biologische Grundlagenforschung interessant: Es kann damit beispielsweise untersucht werden, wie schnell sich ein biochemisches Molekül an ein anderes heftet.

Grosses Potenzial

Mit Hochdruck zur Marktreife

Auf einem kleinen Chip sind mehrere Mologramme angeordnet. In der derzeitigen Ausführung messen 40 Mologramme dasselbe Molekül. In Zukunft könnte es allerdings möglich werden, auf einem Chip 40 oder noch mehr unterschiedliche Biomarker gleichzeitig zu messen.

Die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Technik sind immens. So könnte sie überall dort zum Einsatz kommen, wo man die Wechselwirkung zwischen Molekülen erkennen und untersuchen möchte. Die Me-

«Dass wir die Idee erfolgreich in die Praxis umsetzen konnten, hängt wesentlich damit zusammen, dass unser Projektteam interdisziplinär war», sagt Vörös. An der Arbeit beteiligt waren unter anderem Experten in Fotochemie, Chipherstellung und für Oberflächenbeschichtung. Für das Mologramm nutzen die Wissenschaftler auch spezielle Beschichtungspolymere, die unlängst im Labor von ETH-Professor Nicholas Spencer entwickelt wurden. «Ohne diese Polymere und ohne die Zusammen-

arbeit mit Janos Vörös wären wir noch lange nicht am Ziel», sagt Fattinger.

Um die Methode weiterzuentwickeln, wird die Zusammenarbeit von Roche und der ETH Zürich weitergehen. In der Gruppe von Vörös arbeiten mehrere Wissenschaftler und Doktoranden auf dem Projekt.

Auch haben die ETH Zürich und Roche vor, verschiedene Vermarktungsmöglichkeiten für Anwendungen der Methode auszuloten.

Originalpublikation Volker Gatterdam et al., «Focal molography is a new method for the in situ analysis of molecular interactions in biological samples», Nature Nanotechnology, 25 September 2017; DOI: 10.1038/nnano.2017.168 www.ethz.ch

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LABOR

Ein Papier, das Kupfer aufspürt

Biosensor für Schwermetalle Ein Empa-Team hat einen Biosensor entwickelt, der günstig, einfach und schnell erhöhte Kupferwerte messen kann. Kupfer ist – genau wie andere Schwermetalle – problematisch für Mensch und Umwelt. Das Trägermaterial für den Sensor – mikrofibrillierte Cellulose – ist ebenfalls eine Empa-Entwicklung.

Schwermetalle wie Kupfer sind gefährlich, das ist kein Geheimnis. Sowohl auf die Umwelt als auch auf die menschliche Gesundheit können sie sich gravierend auswirken. Leberschäden, Alzheimer oder sogar Krebs wurden bereits mit einer Überbelastung an Kupfer in Zusammenhang gebracht. Trotzdem sind die Schwermetallkonzentrationen in Luft und Wasser, vor allem in einigen Entwicklungsländern, oft sehr hoch.

Um eine Überbelastung frühzeitig zu entdecken und Folgeschäden zu vermeiden, sind hochsensible Schwermetallanalysen, beispielsweise von Blutproben, unerlässlich. Sie sind aber oft aufwendig und teuer und benötigen eine entsprechende Laborinfrastruktur – was gerade in Entwicklungsländern, wo die Belastungen am höchsten sind, oft ein Problem darstellt.

Protein mit einer Schwäche für Kupfer Der Empa-Doktorand Ramon Weishaupt hat einen günstigeren und schnelleren Nachweis für Kupfer entwickelt. Er kombinierte dazu C-Phycocyanin – ein rot fluoreszierendes Protein das in der Fotosynthese von Cyanobakterien eine Rolle spielt und Kupferionen selbst in niedrigen Konzentrationen binden kann – mit einer Matrix aus Cellulose zu einem dünnen Film.

Das Basismaterial, mikrofibrillierte Cellulose, ist ebenfalls eine Empa-Entwicklung: Der vielfältig einsetzbare Faserstoff aus nachwachsenden Rohstoffen wurde in der Abteilung Angewandte Holzforschung entwickelt. In diesem Fall bildet die Cellulose das Trägermaterial für einen leicht zu detektierenden optischen Effekt: Binden Kupferionen an das bakterielle Protein, 26

Bild: Empa

Céline Elber, Empa

Ramon Weishaupt bei einer Serie von Tests mit Blutserum.

dann wird die Fluoreszenz schwächer, was sich etwa mit einem Spektrometer einfach und schnell messen lässt.

Getestet haben die Empa-Forschenden den neuen Biosensor namens Cysense zum Beispiel an Blutproben. «Ein Tropfen Blut reicht bereits aus, um gesundheitlich relevante Mengen an Kupfer darin aufzuspüren», erklärt Empa-Forscherin Greta Faccio. Cysense kann günstig hergestellt werden, ist einfach in der Handhabung, schnell und genau. Ausserdem kann der Biosensor nach dem Waschen mit Wasser und speziellen Chemikalien während einer Woche mehrmals wiederverwendet werden.

Einfach wie eine Blutzuckermessung Die vor Kurzem im Fachblatt «Advanced Functional Materials» veröffentlichte Studie eröffnet neue Möglichkeiten für die Schwermetallanalyse. Wasser- und Bodenproben könnten zum Beispiel vor Ort untersucht werden, was sowohl Kosten als auch Zeit sparen würde. Oder betroffene Menschen könnten mit Cysense und ei-

nem Lesegerät ähnlich wie mit einem Blutzuckermessgerät die Kupferkonzentration im Blut selbst messen; grosse, teure Apparaturen und gut ausgebildetes Laborpersonal wären dafür nicht mehr nötig. «Es ist zwar erst ein Prototyp, einmal umgesetzt könnte Cysense aber die Gesundheit vieler Menschen verbessern helfen», meint Greta Faccio.

Originalpublikation Ramon Weishaupt, Gilberto Siqueira, Mark Schubert, Michael M. Kämpf, Tanja Zimmermann, Katharina Maniura-Weber and Greta Faccio, «Biosensors: A ProteinNanocellulose Paper for Sensing Copper Ions at the Nano- to Micromolar Level», Adv. Funct. Mater 27 [4], January 26, 2017 DOI: 10.1002/adfm.201770023 Kontakt Ramon Weishaupt Empa, Biointerfaces Lerchenfeldstrasse 5 CH-9014 St. Gallen Telefon +41 (0)58 765 70 22 ramon.weishaupt@empa.ch

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GRUNDFOS iSOLUTIONS

INTELLIGENTE KONNEKTIVITÄT IN INDUSTRIELLEN ANLAGEN

HOCHDRUCK-KREISELPUMPEN CRE HÖCHSTER SYSTEMWIRKUNGSGRAD DANK INTELLIGENTER KONNEKTIVITÄT

DIE INTELLIGENTE KONNEKTIVITÄT DER BAUREIHE CRE CRE-Pumpen ermöglichen die direkte Kommunikation mit Prozesssteuerungssystemen in Anwendungen zur Druckerhöhung, Temperierung, Versorgung sowie in Wasch- und Reinigungsanlagen. Mit einer mehrstufigen Pumpeneinheit, IE5-Motor und integriertem Frequenzumrichter in einem Aggregat ist die CRE eine vollständig individuell anpassbare „Plug-and-Pump“-Lösung, die eine einfache Installation und Anlagenintegration bietet. Sie kann Ausfallzeiten und Wartungskosten reduzieren und die Prozesssteuerung verbessern. Die CREBaureihe ist Teil der Grundfos iSOLUTIONS und setzt neue Maßstäbe in Bezug auf intelligente Steuerungsfunktionen und Energieeffizienz.

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MEDIZIN

Verkrampfung der Bronchien gelöst

Asthmawirkstoff aus dem Gartencenter

Eine ausgesprochene Schönheit ist die Korallenbeere nicht. Das ändert sich in den Wintermonaten: Dann bildet sie auffällige leuchtend rote Beeren, die sie in dieser Zeit zu einer beliebten Zierpflanze machen. Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler interessieren sich jedoch aus einem anderen Grund für die Pflanze: Die Blätter der Korallenbeere enthalten eine Substanz mit der kryptischen Bezeichnung FR900359. Man vermutete zwar, dass diese sich als Arznei gegen bestimmte Krankheiten eignen könnte. Dennoch wurde Ardisia crenata von der Wissenschaft bislang weitgehend missachtet.

Forscher an der Universität Bonn haben zusammen mit Asthmaspezialisten aus Nottingham eine Arbeit veröffentlicht, die dies ändern könnte. Denn sie dokumentiert, dass FR900359 anscheinend äusserst effektiv verhindert, dass sich die Bronchialmuskeln zusammenziehen. Asthmatiker leiden regelmässig unter sehr ausgeprägten Verkrampfungen der Atemwege. Diese verhindern, dass genügend Luft in die Lunge gelangt. Die resultierende Atemnot kann lebensbedrohlich sein.

Wirksamer als gängige Medikamente Der neuartige Wirkstoff löst diesen Spasmus – und das anscheinend effektiver und langfristiger als das gängige Asthmamedikament Salbutamol. «Allerdings haben wir die Substanz bislang nur an asthmakranken Mäusen getestet», erklärt Daniela Wenzel, die am Institut für Physiologie I der Universität Bonn zu Atemwegserkrankungen forscht; sie hat die Studie geleitet.

Der Impuls, FR900359 zu testen, kam aus dem Institut für Pharmazeutische Biologie.

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Dort war es Wissenschaftlern gelungen, den Wirkstoff aus Blättern der Korallenbeere zu isolieren und zu charakterisieren. «Die Substanz hemmt eine zentrale Gruppe von Signalmolekülen in den Körperzellen, die Gq-Proteine», erklärt Wenzel. Gq-Proteine übernehmen bei vielen Prozessen im Körper eine Schlüsselfunktion – auch bei der Steuerung der Bronchialmuskulatur.

Normalerweise sorgt das Zusammenspiel verschiedener Signalwege dafür, dass sich die Atemwege verengen. Wenn man einzelne von ihnen hemmt, kann man die Verkrampfung der Atemwege mildern. Bei schwer asthmakranken Patienten lässt sie sich so jedoch nicht vollständig beseitigen.

Die Signale laufen bei den Gq-Proteinen zusammen und aktivieren sie. Erst dann wird der Bronchialspasmus eingeleitet.

«Wenn wir die Aktivierung der Gq-Proteine mit FR900359 hemmen, erzielen wir daher einen weit stärkeren Effekt», betont Michaela Matthey vom Institut für Physiologie I. Bei den asthmakranken Mäusen in der Studie funktionierte das ausgesprochen gut.

«Wir konnten verhindern, dass die Tiere auf Allergene wie Hausstaub mit einer Verengung der Bronchien reagieren», freut sich Wenzel. Nebenwirkungen gab es zudem kaum, da sich der Wirkstoff über die Atemwege applizieren liess und so nur in geringen Mengen in den Blutkreislauf gelangte.

Ob sich die Substanz auch zum Einsatz am Menschen eignet, ist dennoch nicht gesagt. Zwar konnten die Wissenschaftler bereits zeigen, dass menschliche Bronchialmuskelzellen in der Kulturschale sowie isolierte menschliche Atemwege ähnlich vielversprechend reagieren. Doch für die Anwendung am lebenden Menschen sind noch weitere Testreihen nötig, die sich über Jahre hinziehen können.

Bild: Daderot/Wikipedia

Die Korallenbeere könnte sich als Hoffnungsträger für Asthmatiker entpuppen: Forscher der Universität Bonn haben aus ihren Blättern einen neuartigen Wirkstoff gegen die weit verbreitete Atemwegserkrankung gewonnen.

In Mäusen unterbindet er nahezu vollständig die charakteristische Verkrampfung der Bronchien. Die Pflanze selbst ist nicht gerade ein Exot: Es gibt sie in jedem gut sortieren Gartencenter.

Die Blätter der Korallenbeere (Ardisia crenata) enthalten den Naturstoff FR900359.

Originalpublikation Michaela Matthey, Richard Roberts, Alexander Seidinger, Annika Simon, Ralf Schröder, Markus Kuschak, Suvi Annala, Gabriele M König, Christa E Müller, Ian P Hall, Evi Kostenis, Bernd K Fleischmann, Daniela Wenzel, «Targeted inhibition of Gq signaling induces airway relaxation in mouse models of asthma», Science Translational Medicine 9, [407], eaag2288; DOI: 10.1126/scitranslmed.aag2288

Kontakt Juniorprofessorin Dr. Daniela Wenzel Universität Bonn Medizinische Fakultät Sigmund-Freud-Strasse 25 D-53127 Bonn Telefon +49 (0)228 6885216 dwenzel@uni-bonn.de www.uni-bonn.de

11/ 2017

ERNÄHRUNG

Hordenin aktiviert Belohnungszentrum im Gehirn

Bier kann auch glücklich machen Besucher des Oktoberfests in München wussten es schon immer, nun ist es wissenschaftlich belegt: Bier kann glücklich machen. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben 13 000 Lebensmittelinhaltsstoffe daraufhin untersucht, ob sie das Belohnungszentrum im Gehirn aktivieren und somit für ein zufriedenes Gefühl beim Konsumenten sorgen. Der Gewinner? Hordenin, ein Inhaltsstoff von Gerstenmalz und Bier.

Bild: FAU/Katharina Götz

Es gibt Lebensmittel, die machen glücklich. Nun, vielleicht nicht glücklich, aber zufrieden. Und deswegen hört man gar nicht mehr auf sie zu essen – auch wenn man eigentlich schon satt ist. Dieses Phänomen wird in der Fachsprache hedonische Nahrungsaufnahme genannt. Das gute Gefühl wird durch den Neurotransmitter Dopamin ausgelöst: Verlockende Lebensmittel aktivieren Gehirnareale des Belohnungszentrums, in denen der Dopamin-D2-Rezeptor zu finden ist. Wissenschaftler vom Henriette Schmidt-Burkhardt Lehrstuhl für Lebensmittelchemie der FAU haben sich nun gefragt: Gibt es spezielle Inhaltsstoffe in Lebensmitteln, die – ähnlich wie das körpereigene Dopamin – den Dopamin-D2-Rezeptor aktivieren?

Um das herauszufinden, bedienten sich die Forscher zusammen mit Kollegen des Computer-Chemie-Centrums der FAU der Methode des virtuellen Screenings, eines aus der Pharmaforschung bekannten Ansatzes.

Dabei werden die Lebensmittelinhaltsstoffe zunächst nicht im Labor, sondern am Computer untersucht. Der Vorteil: Im Gegensatz zu klassischen Screening-Verfahren, bei de-

Hordenin

nen nur eine kleine Auswahl an Lebensmittelextrakten im Labor getestet werden kann, können die Forscher alle möglichen existierenden Inhaltsstoffe untersuchen.

13 000 Moleküle, 17 Treffer Die Wissenschaftler legten dafür zunächst eine virtuelle Datenbank aus 13 000 in Lebensmitteln vorkommenden Molekülen an. Aus dieser Datenbank galt es, diejenigen Moleküle zu finden, die auf den Dopamin-D2-Rezeptor passen – quasi die passenden Schlüssel für das Schlüsselloch. Der Computer berechnete, welche Moleküle wahrscheinlich mit dem Dopamin-D2-Rezeptor interagieren können: entweder über synthetische Substanzen, von denen bereits bekannt ist, dass sie mit dem Rezeptor interagieren – wie Arzneimittel zur Behandlung von Parkinson oder Schizophrenie – oder über die dreidimensionale Struktur des Rezeptors. Am Ende blieben von den 13 000 Optionen noch 17 übrig, die dann im Labor in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie der FAU getestet wurden.

Überraschungsfund Bier FAU-Wissenschaftler Thomas Sommer entnimmt eine Bierprobe. Nach der Aufbereitung wird der Hordeningehalt der Probe mittels Hochdruckflüssigkeitschromatografie mit gekoppelter Massenspektrometrie untersucht.

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Die vielversprechendsten Testergebnisse zeigte dabei die Substanz Hordenin, ein Inhaltsstoff von Gerstenmalz und Bier. «Es ist schon überraschend, dass – ohne dass

wir speziell in der Gruppe der Genussmittel gesucht haben – ein Inhaltsstoff von Bier zur Aktivierung des Dopamin-D2-Rezeptors führt», sagt Monika Pischetsrieder.

Genau wie Dopamin aktiviert Hordenin den Dopamin-D2-Rezeptor – mit einem wichtigen Unterschied: Er funktioniert über einen anderen Signalweg. Hordenin aktiviert den Rezeptor im Gegensatz zu Dopamin ausschliesslich über G-Proteine, was zu einem nachhaltigeren Effekt auf das Belohnungszentrum führen könnte. Ob die im Bier enthaltenen Mengen für eine spürbare Beeinflussung des Belohnungszentrums ausreichend sind, untersuchen die Forscher zurzeit. Insgesamt deuten die Ergebnisse aber darauf hin, dass Hordenin zum stimmungssteigernden Effekt von Bier beitragen könnte.

Originalpublikation Sommer, Thomas; Hübner, Harald; El Kerdawy, Ahmed; Gmeiner, Peter; Pischetsrieder, Monika; Clark, Tim, «Identification of the Beer Component Hordenine as Food-Derived Dopamine D2 Receptor Agonist by Virtual Screening a 3D Compound Database», Scientific Reports 2017 Mar 10; 7:44201; DOI: 10.1038/srep44201

Kontakt Prof. Dr. Monika Pischetsrieder Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Emil Fischer Center Schuhstrasse 19 D-91052 Erlangen Telefon +49 (0)9131/85-24102 monika.pischetsrieder@fau.de www.efs.uni-erlangen.de

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ERNÄHRUNG

62 Jahre altes Geschmacksgeheimnis gelüftet

Warum Saccharin und Cyclamat sich ergänzen Seit über 60 Jahren ist bekannt, dass sich der unangenehme bittere Beigeschmack der Süssstoffe Saccharin und Cyclamat vermindert und sich ihre Süsskraft erhöht, wenn man sie nicht einzeln nutzt, sondern miteinander kombiniert. Warum dies so ist, war bislang nur wenig erforscht. Ein Wissenschaftlerteam vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) klärten den Mechanismus auf, der diesem Phänomen zugrunde liegt, und lüftet somit das Geschmacksgeheimnis der Mixtur.

Wie das Wissenschaftlerteam um Maik Behrens und Wolfgang Meyerhof vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) Forscher mithilfe eines von ihnen entwickelten zellulären Testsystems zeigen, liegt das Geheimnis in der Ambivalenz der Süssstoffe, denn sie sind paradoxerweise Süssstoff, Bitterstoff und Bitterblocker zugleich. Beide Süssstoffe aktivieren nicht nur den Süssrezeptor, weswegen sie vornehmlich süss schmecken, sondern auch einige der 25 Bitterrezeptoren, was für ihren bitteren Beigeschmack verantwortlich ist.

Dabei blockiert Cyclamat die Bitterrezeptoren, die von Saccharin stimuliert werden und umgekehrt hemmt Saccharin den von Cyclamat aktivierten Bitterrezeptor. «In der Folge schmeckt das Gemisch deutlich weniger bitter und wird hierdurch vermutlich auch als süsser empfunden», erklärt Studi-

enleiter Behrens. «Überraschenderweise konnten wir nicht beobachten, dass im Vergleich zu den Einzelsubstanzen die Kombination der Süssstoffe zu einer gesteigerten Aktivität des Süssrezeptors führt», ergänzt Meyerhof, der am DIfE die Abteilung Molekulare Genetik leitet.

Fazit und Ausblick Unabhängig von dem gelüfteten Geschmacksgeheimnis der Süssstoffmixtur ist nach Aussage der Forscher eine wesentliche Studienerkenntnis, dass Bitterstoffe – zu denen auch einige Süssstoffe zählen –, zugleich auch Bitterblocker sein könnten.

«Es wäre daher denkbar, dass man zukünftig Bitterstoffe sogar gezielt als Bitterblocker einsetzt, um zum Beispiel den Geschmack von Süssstoffgemischen zu optimieren

Oft verwendete Süssstoffmixturen Bereits 1955 berichteten amerikanische Forscher, dass sich im Vergleich zu den Einzelsubstanzen mit Süssstoffgemischen aus Saccharin und Cyclamat ein intensiverer Süssgeschmack sowie eine geringere bittere Fehlnote erzielen lassen. Eine Beobachtung, die auch auf andere Süssstoffmixturen zutrifft, sodass heute Lebensmittelhersteller für Lightprodukte wie Diätmarmeladen oder Diätgetränke meist mehrere Süssstoffe gleichzeitig verwenden.

Insbesondere Cyclamat, dessen Süsskraft etwa 35-mal grösser ist als die des Haushaltszuckers, sagt man nach, dass es die Wirkung anderer Süssstoffe verstärkt. Hierzu zählt neben Saccharin auch Acesulfam K. Die Süsskraft von Saccharin ist ungefähr 500-mal und die von Acesulfam K etwa 200-mal stärker als die des Zuckers.

Heute weiss man zudem, dass Zucker, Zuckeraustauschstoffe sowie Süssstoffe ihren Süssgeschmack nur über einen einzigen Süssrezeptortyp vermitteln. Demgegenüber stehen beim Menschen 25 verschiedene Bitterrezeptortypen, von denen einige auch durch Süssstoffe aktiviert werden. So konnten die Wissenschaftler um Meyerhof bereits vor einigen Jahren zeigen, dass Saccharin in höheren Konzentrationen seine bittere Fehlnote hauptsächlich über die Bitterrezeptoren TAS2R31 und TAS2R43 vermittelt, wohingegen Cyclamat in hoher Dosis den Bitterrezeptor TAS2R1 stimuliert.

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oder um den Bittergeschmack von Medikamenten zu maskieren.

Leider sind Substanzen sehr rar, die reine Bitterblocker sind», sagt Behrens. Voraussetzung für einen gezielten Einsatz von Bitterstoffen als Bitterblocker wäre jedoch, ihr genaues Wirkspektrum zu kennen. Das heisst, man müsste genau wissen, welche Rezeptortypen sie aktivieren bzw. hemmen. «Dass sich dies mithilfe von zellulären Testsystemen wie dem unseren prinzipiell ermitteln lässt, belegen unsere Ergebnisse schon heute», so Meyerhof.

«Daher bin ich zuversichtlich, dass sich geschmackliche Fehlnoten in Lebensmitteln oder Medikamenten in Zukunft noch besser vermeiden lassen, als dies heute bereits möglich ist.»

Originalpublikation Maik Behrens, Kristina Blank, and Wolfgang Meyerhof, «Blends of Non-caloric Sweeteners Saccharin and Cyclamate Show Reduced Off-Taste due to TAS2R Bitter Receptor Inhibition», Cell Chemical Biology 24, 1–6 October 19, 2017; DOI: 10.1016/j.chembiol.2017.08.004

Kontakt Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Arthur-Scheunert-Allee 114–116 D-14558 Nuthetal Telefon +49 (0)33200 88-2282/-2556 meyerhof@dife.de www.dife.de

11/ 2017

NEWS

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

■ Clariant und Enviral, der grösste Hersteller von Bioethanol der Slowakei, haben eine Lizenzvereinbarung über die sunliquid-Zellulose-EthanolTechnologie bekanntgegeben.

Enviral wird im bestehende Werk am Standort Leopoldov in der Slowakei eine Grossanlage für die kommerzielle Produktion von 50 000 Tonnen Zellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen realisieren. In der Anlage werden die sunliquid-Technologie von Clariant sowie Starterkulturen von Clariants eigenen Enzym- und Hefeplattformen zum Einsatz kommen www.clariant.com ■ Endress+Hauser stärkt das Angebot an Qualitätsmessungen weiter. Die Firmengruppe übernimmt die Imko Micromodultechnik GmbH, einen Hersteller innovativer Systeme zur Feuchtemessung. Der Sitz von Imko im baden-württembergischen Ettlingen bleibt erhalten; die derzeit 19 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter werden weiter beschäftigt. Die Systeme des Unternehmens werden zur Bau- und Bodenfeuchtemessung, im Umweltmonitoring sowie in verfahrenstechnischen Anwendungen eingesetzt – in der Lebensmittelindustrie, der chemischen Industrie sowie in den Life Sciences. www.endress.com ■ Die deutsche RAG-Stiftung Beteiligungsgesellschaft mbH aus Essen beteiligte sich im dritten Quartal 2015 mit einer privat platzierten Hybrid-Wan-

11/2017

delanleihe der Siegfried Holding AG im Umfang von CHF 60 Millionen an der Finanzierung der Übernahme von wesentlichen Teilen des Pharmazuliefergeschäfts von BASF. Die Hybrid-Wandelanleihe berechtigte die RAG-Stiftung Beteiligungsgesellschaft mbH zur Umwandlung der Anleihe in Aktien der Siegfried Holding AG. Per 2. Oktober 2017 hat sie Umwandlungsrecht ausgeübt. Damit wird sie neu rund 9,8 Prozent am Zofinger Unternehmen halten. www.siegfried.ch ■ Die Universität Bern hat eine Professur für Klima- und Umweltökonomik geschaffen, die nun dank dem Engagement der Stiftung Mercator Schweiz und der Gebäudeversicherung Bern ausgebaut werden kann. Ziel des Lehrstuhls ist es, Kompetenzen in Forschung und Lehre auf dem Gebiet der empirisch-experimentellen Klima- und Umweltökonomik aufzubauen. Die Professur wurde neu mit dem Volkswirt Eric Strobl besetzt. www.unibe.ch ■ Im neuen Webportal «Tierversuche» beantworten Forscher der Gesellschaft für Versuchstierkunde über 30 Fragen. Besucherinnen und Besucher der Website können weitere Fragen zur Beantwortung eingeben. Mit dem Themenportal leistet die Gesellschaft der Akademie der Naturwissenschaften ihren Beitrag zur fortlaufend nötigen Debat-

te, ob Tierversuche notwendig und ethisch zulässig sind. https://naturwissenschaften.ch ■ Mehr als drei Jahrzehnte nach dem Reaktorunfall von Tschernobyl sind einige Wildpilzarten in Teilen Bayerns nach wie vor stark mit radioaktivem Cäsium-137 belastet.

Das belegen Messergebnisse, die das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) veröffentlicht hat. Die zusätzliche Strahlenbelastung durch Wildpilze ist vergleichsweise gering, sofern sie in üblichen Mengen verzehrt werden. Für Wildpilze, die im Lebensmittelhandel angeboten werden, gilt ein Grenzwert. www.bfs.de ■ In den ersten neun Monaten des laufenden Jahres verzeichnete Givaudan einen bereinigten Umsatz von 3757 Millionen Franken. Dies entspricht einem Plus von 6,8 Prozent in Franken gegenüber dem Vorjahr. Der Umsatz der Division Riechstoffe belief sich auf 1740 Millionen Franken (+2,5 Prozent). Die Aromasparte erzielte einen Umsatz von 2017 Millionen Franken (+10,9 Prozent). www.givaudan.com ■ Mit einem Festakt feierte die Tuttlinger Binder GmbH, Spezialistin für Simulationsschränke, am 29. September die Einweihung ihrer neuen Binder Competence Factory.

Der Bau der hochmodernen Fertigungshalle wurde in einer Rekordzeit von weniger als

zwölf Monaten abgeschlossen.

Auf rund 8300 m2 ist eine Fabrik mit Produktionstechnik der neuesten Generation entstanden, deren komplette Infrastruktur bis ins kleinste Detail aufeinander abgestimmt und auf grösstmögliche Effizienz ausgelegt ist. www.binder-world.com ■ Am 13. Oktober 2017 wurde in der Aula des Hauptgebäudes der Universität Bern der mit einer Million Franken dotierten Dr. Josef Steiner Krebsforschungspreis 2017 verliehen. Ausgezeichnet wurde Jacco van Rheenen, Professor am Hubrecht Institute des University Medical Centers in Utrecht (NL), in Anerkennung seiner bahnbrechenden Forschungsergebnisse über die Mechanismen der Metastasierung von Tumorzellen in lebenden Tieren. www.unibe.ch ■ Das Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität Zürich ist in einen Neubau an der Gloriastrasse 28 umgezogen. Das Team um Erik Böttger, Professor für Medizinische Mikrobiologie und Direktor des gleichnamigen Instituts, forscht an neuen Wirkstoffen gegen gefährliche, resistente Bakterien. Als grösstes mikrobiologisches Institut der Schweiz und nationales Referenzzentrum für Mykobakterien im Auftrag des Bundesamts für Gesundheit verfügt es über ein modernes Sicherheitslabor. www.news.uzh.ch

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NEWS

Im ZHAW-Campus Grüental in Wädenswil feierten 10 Chemikerinnen und 22 Chemiker den erfolgreichen Abschluss ihres Bachelor-Studiums mit Dozenten, Angehörigen und Gästen. Institutsleiter Christian Hinderling und Studiengangleiter Achim Ecker überreichten 13 Diplome in der Vertiefungsrichtung «Biologische Chemie» und 19 in der Vertiefung «Chemie».

Marco Carlos Knobloch wurde für die beste Bachelorarbeit mit dem Preis der Studentenverbindung Titania ausgezeichnet. Der Preis des SVC (Schweizerischer Verband diplomierter Chemiker) ging an Julian Thoma für seine herausragende Studienleistung.

Die Festansprache hielt Hanna Wick, Wirtschaftsjournalistin beim Schweizer Radio und Fernsehen SRF.

Bild: ZHAW

32 Bachelordiplome an der ZHAW in Wädenswil

Die stolzen Chemiediplomandinnen und Chemiediplomanden mit ZHAW-Institutsleiter Chemie und Biotechnologie Christian Hinderling (mittlere Reihe rechts aussen) und Achim Ecker, Studiengangleiter Chemie (mittlere Reihe links aussen).

E-Fuels – mehr als eine Option

Das White Paper kann auf der Homepage der Dechema heruntergeladen werden.

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Mit dem neuen White Paper «E-Fuels – Mehr als eine Option» legt die Dechema ein mögliches Konzept für den Übergang zwischen fossilen Kraftstoffen und E-Mobilität vor. E-Fuels sind synthetische flüssige Kraftstoffe, die auf Basis von erneuerbarer Energie und CO2 erzeugt werden.

Hergestellt mithilfe von Wasserstoff – erzeugt durch Elektrolyse von Wasser –, aus regenerativem Strom und CO2 können diese E-Fuels schädliche Emissionen senken; gleichzei-

tig sind sie innerhalb der bestehenden Infrastruktur und mit vorhandenen Technologien nutzbar.

Experten sind sich einig, dass auch der Schlüssel zur Energiewende in der Sektorkopplung liegt, also in der Verknüpfung der Branchen Energie – Mobilität – Wärme bis hin zur Chemie. E-Fuels sind ein Teil des dafür notwendigen Technologiemixes.

Zum anderen können E-Fuels die Grundlage für den Ausbau nachhaltiger chemischer Pro-

duktionsketten bilden. Sie bilden damit nicht nur die Brücke zur Elektromobilität, sondern auch zu E-Chemicals, einer Chemieindustrie basierend auf erneuerbaren Energien und CO2.

Quelle: Pressemeldung der Dechema (http://dechema.de), von der Redaktion bearbeitet.

11/ 2017

NEWS

Bild: WBF

Thomas Stocker erhält den Marcel-Benoist-Preis

Der diesjährige Marcel-BenoistPreisträger Thomas Stocker forscht an der Universität Bern.

Thomas Stocker wird mit dem mit 250 000 Franken dotierten diesjährigen Schweizer Wissenschaftspreis Marcel Benoist ausgezeichnet. Anhand von Modellierungen und Eiskernbohrungen konnte er die Klimaveränderungen und die sich daraus ergebenden Konsequenzen aufzeigen. Seine Forschungserkenntnisse haben gemäss Stiftungszweck eine hohe Bedeutung für das menschliche Leben und betreffen eine der wichtigsten Herausforderungen der heutigen Gesellschaft.

Stocker ist national und international eine der Schlüsselpersonen in der Klimaforschung. Zu Beginn seiner Forschungslaufbahn in den späten 1980erJahren standen theoretische Modellierungen im Vordergrund, später brachte er diese mit Erkenntnissen aus verschiedenen Klimaarchiven zusammen. Er entdeckte dabei, dass ein enger Zusammenhang zwischen Änderungen der Ozean11/2017

strömungen und dem Klima besteht. Sein Team und seine Kolleginnen und Kollegen führen unter anderem in Grönland und in der Antarktis Eiskernbohrungen durch, an denen die Treibhausgaskonzentrationen über die letzten 800 000 Jahre bestimmt wurden.

Mit seiner Forschung leistet Thomas Stocker einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis der Komplexität des weltweiten Klimasystems und den sich abzeichnenden Klimaveränderungen. In seinem Fachgebiet zählt er zu den meist zitierten Wissenschaftlern in der Schweiz und ist Autor und Mitautor von über 200 wissenschaftlichen Artikeln. Für seine Arbeiten ist er bereits mehrfach ausgezeichnet worden.

Stocker ist Schweizer Bürger und 1959 geboren. Er hat an der ETH Zürich 1987 doktoriert und danach in London, Montreal und New York geforscht. Seit 1993 leitet er die Abteilung für Klima- und Umweltphysik am Physikalischen Institut der Universität Bern.

Von 2008 bis 2015 war er Co-Vorsitzender der Arbeitsgruppe I des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der Vereinten Nationen.

Der Bericht, der unter seinem Vorsitz im September 2013 von allen Ländern verabschiedet wurde, bildete die wissenschaftliche Grundlage für das Klimaabkommen von Paris.

Quelle: Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF (von der Redaktion bearbeitet).

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NEWS

Tierschutz in der Pharmaindustrie Die forschende Pharmaindustrie erfüllt in der Schweiz die Auflagen einer der weltweit striktesten Tierschutzgesetzgebungen. Die InterpharmaMitgliedsfirmen sind sich der Verantwortung bewusst und sind basierend auf der im Jahr 2010 geschaffenen Zehnpunktecharta bestrebt, die hohen Standards bei Tierversuchen durch konkrete Projekte laufend weiterzuentwickeln und weltweit Verbesserungen zu implementieren.

3R-Forschung fördern «Im Bewusstsein, dass Tierversuche für den medizinischen Fortschritt nach wie vor unerlässlich sind, geht es darum, diese möglichst aussagekräftig und gleichzeitig schonungsvoll zu gestalten (refine), ihre Zahl auf das Notwendige zu beschränken (reduce) und Ersatzmethoden zu entwickeln, zu fördern und wo immer

möglich anzuwenden (replace)», betont René Buholzer, Generalsekretär von Interpharma.

Die forschenden pharmazeutischen Firmen richten sich konsequent nach den 3R-Tierschutzprinzipien und forschen ständig nach weiteren Verbesserungen. So verleihen einzelne Unternehmen jährlich einen 3R-Preis, mit dem sie wegweisende interne Projekte und Erkenntnisse auszeichnen, sie veranstalten internationale 3R-Tage für ihre Mitarbeiter und fördern externe 3R-Forschungsprojekte.

Im diesjährigen Bericht werden einige Beispiele für 3R-Preise und -Projekte vorgestellt, um einen Einblick in die aktuelle Forschung zu gewähren.

Zudem setzt sich Interpharma für die Schaffung eines nationalen 3R-Kompetenzzentrums ein. Im Frühjahr 2016 hat swissuniversities vom Bund das Mandat erhalten, die

Struktur und das Aufgabengebiet eines solchen Zentrums auszuarbeiten. In den jeweiligen Arbeitsgruppen mit Interessensvertretern aus Akademie, Industrie und Behörden wurden die Details für ein zukünftiges 3R-Kompetenzzentrum ausgearbeitet. Dieses soll 3R-Projekte gezielt fördern und in Zusammenarbeit mit der Industrie und den Hochschulen die entsprechenden Ergebnisse nachhaltig umsetzen. Interpharma begrüsst die geplante Umsetzung ab 2018.

Austausch von Wissen Um die Diskussion auch über die Grenzen der Firmen und der Schweiz hinauszutragen, wird die Tierschutzcharta auch bei Vertragspartnern im Inund Ausland bekannt gemacht. Seit 2014 finden regelmässig gemeinsame Audits der Interpharma-Mitgliedsfirmen bei Züchtern von Ver-

suchstieren und Auftragsforschungsinstituten statt. Ziel der Audits ist es, allfällige Mängel im Tierschutzbereich bei Forschungspartnern frühzeitig zu erkennen und partnerschaftlich Verbesserungen zu realisieren. Der Austausch soll zum einen die optimale Umsetzung der gesetzlichen Vorgaben ermöglichen und zum anderen darüber hinausgehende Bemühungen zur Implementierung des 3R-Prinzips vereinfachen.

Der vollständigen Animal Welfare Report 2017 ist auf www. interpharma.ch in der Rubrik Publikationen/Forschung zu finden. Er steht dort auch als PDF zur Verfügung. Die Druckversion der Broschüre kann auf Deutsch, Französisch und Englisch bezogen werden.

Quelle: Interpharma

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11/ 2017

FIRMEN BERICHTEN

Flammensperren für gas- und dampfförmige Prozessmedien

Entzündliche Stoffe sicher verarbeiten Die Flammensperren FlameSaf bilden eine wirkungsvolle bidirektionale Sperre, damit Flammenfronten sich nicht ausbreiten. Der bisherige Hersteller RMG ist jetzt Teil von BS&B Safety Systems. Martin Klug, Produktingenieur bei Bormann & Neupert by BS&B, dem deutschen Zweig des Systemanbieters für Explosionsschutz und Druckentlastungen, erläutert das Einsatzspektrum der Schutzeinrichtungen.

In der chemischen Industrie stehen Sicherheitsverantwortliche vor der Herausforderung, dass sehr wenig Energie ausreichen kann, um eine mit Kohlenwasserstoffen gesättigte Atmosphäre zu entzünden. Bei allen Anwendungen, in denen Öl, Gas oder lösungsmittelhaltige Stoffe verarbeitet werden, ist es darum ein immer wiederkehrendes, hochsicherheitsrelevantes Thema, Zündgefahren wirkungsvoll entgegenzuwirken.

Ein Feuer entsteht schnell, wenn bereits zwei kritische Auslöser in Form des entzündlichen Prozessmediums als Brennstoff und in Form von Sauerstoff als Teil der Umgebungsluft vorhanden sind. Häufige Risikoquellen sind trivial – etwa statische Aufladungen oder fehlerhafte Elektrogeräte, aber auch Auswirkungen von unvorhergesehenen Naturereignissen wie Blitzeinschlägen.

Oft erhöhen zwei weitere Kriterien die Feuergefahr sogar noch zur Explosionsgefahr.

Bei einer starken Vermischung der zündfähigen Medien mit Sauerstoff, dehnen sich

Flammen extrem schnell aus. In geschlossenen Leitungen oder Behältern entsteht dann ein Druckanstieg mit erheblicher Zerstörungskraft. Je nach Anlagenlayout kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammen bis über Schallgeschwindigkeit ansteigen und sich zu einer Detonation mit Drücken von mehr als 30 bar entwickeln. Ein Druckniveau, dem Tank- und Rohrsysteme nicht standhalten können. Eine erhebliche Beschädigung der gesamten Anlage und eine grosse Gesundheitsgefahr für die Mitarbeiter wären die Folge.

Wie können Anlagenbetreiber dem also sicher und zugleich wirtschaftlich vorbeugen und verantwortungsvoll mit dem Risiko bei der Verarbeitung leicht entzündlicher Medien umgehen?

Bilder: Bormann & Neuper t by BS&B

Martin Klug

Einbaubeispiel in einer Aufbereitungsanlage für lösungsmittelhaltige Abluft: Hier verhindert eine BS&B FlameSaf 933-S mit 300 mm Nenndurchmesser, dass sich Flammen auf verbundene Anlagenteile ausbreiten.

Vermeidung zündfähiger Atmosphären oft unmöglich Ein primärer Explosionsschutz, also das vollständige Vermeiden einer entzündlichen Atmosphäre ist im industriellen Umfeld kaum mit angemessenem Aufwand realisierbar oder sogar schlicht unmöglich. Zur

Veranschaulichung: Enthält das Prozessmedium Wasserstoff, verursacht dieser bei nahezu jeder Raumluftkonzentration – von 4 bis 75 Prozent – eine entzündliche Atmo-

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Auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit – Über- oder Unterschall – beeinflusst den Aufbau der Flammensperren.

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Als Endarmatur ausgeführte Flammensperren mit integrierter Be- und Entlüftung sorgen auch für den Druckausgleich in geschlossenen Behältern. Die Kombilösungen sind leichter als Einzelbauteile und benötigen nur einen einzigen Anschluss.

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sphäre. Sicherheitsverantwortliche sind also auf technische Lösungen angewiesen, die das Risiko einer Explosion eindämmen. Für Rohrleitungssysteme im Niederdruckbereich haben sich Flammensperren, wie Bormann & Neupert by BS&B sie mit FlameSaf jetzt anbietet, bewährt. Bis zur Integration des bisherigen Herstellers RMG in das weltweite Netzwerk von BS&B Safety Systems wurden die Sicherheitsarmaturen in Deutschland gefertigt; aktuell erfolgt die Produktion nach denselben Sicherheitsund Qualitätskriterien in Irland.

Diese Flammensperren stoppen zuverlässig die Ausbreitung einer Flammenfront in Leitungen und kühlen das entzündete Medium dabei sofort auf eine Temperatur unterhalb seines Brennpunkts ab. Als unüberwindbare bidirektional wirkende Schranke schützen sie vor den Auswirkungen einer Explosion und entschärfen so Risiken effektiv.

In ihrem Inneren verfügen FlameSaf über gewickelte Sperrelemente mit zahlreichen kleinen Spalten, durch die das gas- oder dampfförmige Prozessmedium im Regulärbetrieb nahezu ungehindert und ohne relevanten Druckverlust hindurchströmen kann. Entscheidend für den Durchfluss und die Sicherheit der Armatur ist die anwendungsspezifische Auslegung. Dabei gilt es, Kriterien wie die Einwirkdauer der Flam-

Neben den Versionen zum Einbau in Leitungen bietet Bormann & Neupert by BS&B auch FlameSaf-Varianten, die als Endarmaturen ausgeführt sind und verhindern, dass Flammen aus geschlossenen Systemen in die Umgebung austreten.

Hier bietet sich die Kombination mit einer Entlüftung an, denn auch unerwünschte Unter- und Überdrücke bergen ein Risiko für geschlossene Behältersysteme. Sie entstehen etwa durch die witterungsbedingten Temperaturschwankungen, denen Anlagen in Aussenbereichen ausgesetzt sind. Daraus können Druckschwankungen von bis zu 0,1 Bar in Behältern resultieren, die für nur wenige Millibar Über- oder Unterdruck ausgelegt sind. Sichere und präzise Systeme zum Druckausgleich sind also unverzichtbar.

Herkömmliche Entlüftungen gleichen dabei entweder nur Über- oder nur UnterBormann & Neupert by BS&B GmbH BS&B entwickelte die erste Bestscheibe und ist heute der grösste Hersteller mit Standorten und Fertigungsstätten in nahezu allen Erdteilen. Bormann & Neupert wurde 1930 in Düsseldorf gegründet. In der Bormann & Neupert by BS&B GmbH haben das Ingenieurbüro Bormann & Neupert und BS&B Safety Systems 2015 ihre Kompetenzen für den deutschen und europäischen Markt gebündelt. Nach über 40-jähriger erfolgreicher Zusammenarbeit der beiden Partner hat das neue Unternehmen technische Beratung, Auslegung, Vertrieb und Service für Lösungen zum Explosionsschutz, zur Druckentlastung und für Anlagensicherheit übernommen.

Gemeinsam verfügen die Unternehmen über mehr als 200 Jahre Erfahrung in der industriellen Sicherheitstechnik.

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Durch die gewickelten Sperrelemente im Inneren, strömen gas- oder dampfförmige Prozessmedien im Regulärbetrieb nahezu ungehindert und ohne relevanten Druckverlust hindurch.

druck aus – mit ihnen sind infolgedessen immer zwei separate Bauteile erforderlich.

Die notwendige Installation an der Oberseite kann dann zu einer übermässigen Gewichtbelastung des Behälters führen.

Kombinierte Lösungen zum Druckausgleich – inklusive Flammensperre – sind entschieden leichter. Zudem ist nur ein Anschluss zum Behälter nötig. So reduzieren sich Montageaufwand und das Risiko von Leckagen.

Strenge Richtlinien Für Flammensperren existiert eine Vielzahl von Richtlinien, deren Einhaltung je nach Anwendung und Einsatzort gefordert ist.

Ziel ist neben dem Schutz von Mensch und Material, den Austritt von Gasen und Dämpfen in die Umwelt zu verhindern.

Ebenso sind Vorgaben für Wartung und regelmässige Prüfung der Schutzeinrichtungen Teil aller relevanten Vorschriften.

Sinnvoll ist auch eine kontinuierliche Überwachung von Druck- und Temperaturverlauf an den Armaturen. Diese Parameter erlauben präzise Rückschlüsse auf den Zustand; automatisierte Alarmsysteme warnen den Betreiber bei kritischen Abweichungen vom Normzustand frühzeitig.

Welche Variante und Auslegung in der jeweils spezifischen Anwendung die beste – langfristig sicherste und wirtschaftlichste – Lösung ist, lässt sich nicht pauschal beantworten. «One size fits all» ist bei Flammensperren unmöglich. Auch muss beachtet werden, dass sich Umgebungs- und Prozessbedingungen mit der Zeit verändern können und die Effektivität und Auslegung der wartungsarmen Schutzeinrichtungen periodisch geprüft werden sollten. Dann bleiben Funktionalität und Zuverlässigkeit dauerhaft gewährleistet.

Kontakt Martin Klug Produktingenieur FlameSaf Bormann & Neupert by BS&B Volmerswerther Strasse 30 D-40221 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 93055-0 info@bormann-neupertbsb.de www.bormann-neupertbsb.de

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FIRMEN BERICHTEN

Ganzheitlicher Explosionsschutz bei Stäuben

75 Millisekunden, um Leben zu schützen Zuerst kommt die Druckwelle, dann folgt die Flamme: Bei einer ungewollten Zündung im Inneren einer explosionsgefährdeten Anlage muss alles schnell gehen, wenn eine Katastrophe verhindert werden soll. IEP Technologies erklärt die kritische Phase einer Staubexplosion und wie zuverlässige Systeme zur Unterdrückung und Entkopplung Leben schützen können. Die wichtigste Erkenntnis: Entscheidend sind die ersten 75 Millisekunden. Wie wenig Zeit das ist, zeigt der Vergleich mit einem menschlichen Wimpernschlag, der durchschnittlich 100 Millisekunden dauert.

Bilder: IEP Technologies

Ob Mehl-, Holz- oder Kohlenstaub – wegen ihrer relativ grossen Oberfläche bieten Staub- und Pulverteilchen ideale Voraussetzungen, um Feuer zu fangen und eine Explosion auszulösen. Im Ernstfall kommt es daher auf eine wirksame Unterdrückung sowie Entkopplung von Druckwelle und Verbrennung an, damit das Risiko einer Explosionsübertragung und einer nicht mehr kontrollierbaren Detonation verringert wird.

Der Hintergrund: Die Druckwelle einer Staubexplosion breitet sich mit der Schallgeschwindigkeit von ungefähr 330 Metern pro Sekunde aus, die Flamme mit unge-

Bei einer Explosion in einem geschlossenen Apparat wird über eine Steuerzentrale ein Löschmittelbehälter aktiviert, der ein Löschmittel aus Natriumhydrogencarbonat freisetzt und die Explosion somit unterdrückt.

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fähr zehn Metern pro Sekunde. Eine effektive Unterdrückung gelingt dann, wenn der Verbrennungszone die Wärme entzogen wird, sodass die Temperatur unter die Mindestzündtemperatur des Materials fällt und dadurch verlöscht.

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Explosionen erfolgreich verhindern Doch wie gelingt Explosionsunterdrückung im Detail? Im Mittelpunkt steht ein ebenso simples wie effizientes Konzept: Ungefähr zwanzig Millisekunden nach der Zündung eines Funkens im Inneren einer Anlage detektiert ein Sensor die anlaufende Explosion anhand des sprunghaften Druckanstiegs. Daraufhin wird das Löschmittel automatisch und mit hoher Geschwindigkeit an den Explosionsherd herangeführt, breitet sich aus, absorbiert die Hitze und stoppt dadurch den Druckanstieg bis etwa 75 Millisekunden nach der Zündung. Das Ergebnis: Die Explosion ist aufgehalten und unterdrückt worden, ohne dass grössere Schäden für Menschen oder an den Maschinen entstanden sind.

«Eine derart schnelle Verkettung von Prozessen wie bei einer Explosion erfordert ein beträchtliches Mass an Expertise – eine Grundvoraussetzung, die wir als Komplettanbieter von Explosionsschutzlösungen lückenlos erfüllen», erklärt Sigfrido Tognini, Geschäftsführer von IEP Technologies in der Schweiz. «Neben der hohen Qualität unserer Produkte und Komponenten ist es uns wichtig, Kunden einen Rundumservice zu bieten, der ihnen die Gewissheit verschafft, über die für sie massgeschneiderte und effektivste Sicherheitstechnologie zu verfügen. Das schliesst

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Sind an den Apparat Rohrleitungen angeschlossen, gibt es drei Möglichkeiten der Explosionsunterdrückung: chemische Unterdrückung durch eine Löschmittelsperre (a), Explosionsunterdrückung durch ein Schutzventil (b) oder Explosionsunterdrückung durch Rückschlagklappen (c).

eine intensive Beratung vor Ort ebenso ein, wie den ganzheitlichen Überblick über sämtliche technische Lösungsoptionen, die zum Schutz von Leben und Vermögenswerten verfügbar sind.»

Kontakt Sigfrido Tognini IEP Technologies GmbH Rötzmattweg 105 CH-4600 Olten Telefon +41 (0)62 207 10 10 sigfrido.tognini@hoerbiger.com www.ieptechnologies.com

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FORSCHUNGSWELT

3D-Darstellung interner magnetischer Strukturen

Erfolgreicher Tauchgang in einen Magneten Ein tieferes Verständnis der grundlegenden Eigenschaften magnetischer Materialien könnte einen grossen Einfluss auf unsere Technologie und damit unseren Alltag haben. Eine Studie von Forschern am Paul Scherrer Institut PSI, der ETH Zürich und der Universität Glasgow hat das Potenzial, zu einem besseren Verständnis von Magneten zu führen: Die Forscher haben zum ersten Mal die Richtungen der Magnetisierung in einem dickeren Material als je zuvor in 3D sichtbar gemacht – bis zu Details, die ein Zehntausendstel eines Millimeters (100 Nanometer) klein sind.

Ein Team von Forschern des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Zürich und der Universität Glasgow konnte erstmals die magnetische Struktur innerhalb eines kleinen dreidimensionalen Objekts im Nanometerbereich abbilden. Die magnetische Struktur ist die gemeinsame Anordnung der magnetischen Momente; jedes magnetische Moment kann als eine winzige magnetische Kompassnadel gedacht werden.

Das mehrere Mikrometer kleine untersuchte Objekt war ein zylinderförmiger Magnet aus Gadolinium-Kobalt – ein Material, das sich ferromagnetisch verhält.

Den Forscher gelang es im Inneren dieses Objekts die feinen magnetischen Muster bis auf das Zehntausendstel eines Millimeters abzubilden, mit anderen Worten: Die kleinsten, noch sichtbaren Details in der 3D-Visualisierung waren rund 100 Nanometer klein. Die Bildgebung wurde mit einer hochmodernen Technik erreicht, der Magnettomografie mittels harter Rönt-

Bild: PSI/Markus Fischer

Laura Hennemann, PSI

Laura Heyderman, Claire Donnelly und Sebastian Gliga sind Teil des Forschungsteams, dem es erstmals gelungen ist, die interne magnetische Struktur eines dreidimensionalen Objekts sichtbar zu machen.

genstrahlung. Diese neue Technik wurde im Rahmen ebendieser Studie am PSI entwickelt.

«Bislang liessen sich solche winzigen Details der magnetischen Struktur nur in dünnen Filmen oder an den Oberflächen von Objekten abbilden», erklärt Laura Heyderman, Leiterin der vorliegenden Studie, For-

scherin am PSI und Professorin an der ETH Zürich. «Mit unseren jetzigen Bildern dagegen können wir richtiggehend in das magnetische Material eintauchen: Wir sehen und verstehen die dreidimensionale Anordnung der winzigen magnetischen Kompassnadeln.» Diese kleinen Nadeln reagieren auf einander und sind daher

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FORSCHUNGSWELT

Bild: PSI/Claire Donnelly

werden, das heisst, auf der Nanometerskala gibt es keine plötzlichen Änderungen. An diesen Singularitäten dagegen gilt genau das nicht mehr», sagt Sebastian Gliga von der Universität Glasgow, der derzeit als Gastwissenschaftler am PSI ist. Bloch-Punkte stellen Monopole der Magnetisierung dar und obwohl sie schon vor über 60 Jahren vorhergesagt wurden, konnten sie bis zu dieser Studie nie direkt beobachtet werden.

Röntgen-Magnettomografie Ineinander verschlungene magnetische Strukturen. Zu sehen sind Teile der untersuchten Probe – ein kleiner zylinderförmiger Gadolinium-Kobalt-Magnet mit einem Durchmesser von 5 Mikrometer (links) sowie ein 3,6 Mikrometer hoher virtueller senkrechter Schnitt durch die Probe (rechts). Die Magnetisierung ist durch Pfeile dargestellt. Die Farbe der Pfeile zeigt zusätzlich an, ob sie nach oben (orange) oder nach unten (lila) zeigen.

nicht beliebig angeordnet, sondern bilden bestimmte Muster, die das gesamte magnetische Objekt durchziehen.

Grundlegende magnetische Strukturen Die Forscher erkannten schnell, dass das magnetische Muster aus grundlegenden magnetischen Strukturen besteht, die ineinander verschlungen sind: Sie erkannten magnetische Domänen, also Regionen mit gleicher magnetischer Ausrichtung, und Domänenwände, die zwei solcher Domänen voneinander trennen. Sie beobachteten zudem magnetische Wirbel, deren Form derjenigen eines Tornados gleicht.

Zusammengesetzt bildeten all diese Strukturen ein einzigartiges, vielschichtiges Muster. «Diese grundlegenden bekannten Strukturen zu sehen, wie sie sich zu einem

komplexen dreidimensionalen Netzwerk zusammenfügen, war wirklich schön und eindrucksvoll», sagt Claire Donnelly, Erstautorin der Studie.

Bloch-Punkte direkt sichtbar gemacht Eine besondere Art Struktur stach dabei heraus und wertete die Forschungsergebnisse zusätzlich auf: ein Paar magnetischer Singularitäten, sogenannte Bloch-Punkte.

Bloch-Punkte enthalten einen unendlich kleinen Bereich, in dem die «magnetischen Kompassnadeln» ihre Richtung schlagartig ändern. Singularitäten verschiedenster Art faszinieren Forschende in allen möglichen Wissenschaftsbereichen; bekannte Beispiele sind die Schwarzen Löcher im Weltall.

«Bei den Ferromagneten kann die Magnetisierung üblicherweise als stetig angesehen

Die in dieser Studie angewandte experimentelle Technik der Röntgen-Magnettomografie basiert auf einem Grundprinzip der Computertomografie (CT). Ähnlich wie bei medizinischen CT-Scans werden viele Röntgenbilder der Probe nacheinander und jeweils aus leicht unterschiedlicher Richtung aufgenommen.

Die Messungen dieser Studie wurden an der cSAXS-Strahllinie der SynchrotronLichtquelle Schweiz SLS am PSI durchgeführt. Eine hochmoderne Messeinheit zur Röntgen-Nanotomografie des OMNY-Projekts ermöglichte zusammen mit einer kürzlich entwickelten Bildgebungstechnik namens Ptychografie die Experimente. Aus den so gesammelten Daten erstellten die Forschenden mittels Computerberechnungen und einem am PSI entwickelten neuartigen Rekonstruktionsalgorithmus eine 3D-Landkarte der Magnetisierung.

Die Forscher nutzten sogenannte «harte» Röntgenstrahlen an der SLS des PSI. Im Vergleich zu «weichen» Röntgenstrahlen haben harte Röntgenstrahlen eine höhere Energie. «Die weiche Röntgenstrahlung mit ihrer niedrigeren Energie wurde schon zu-

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FORSCHUNGSWELT

Bild: PSI/Claire Donnelly

nur die Magnetisierung eines Dünnfilms oder an der Oberfläche eines Objekts abbilden.»

Um wirklich ins Innere ihres Magneten einzutauchen, wählten die PSI-Forschenden daher harte Röntgenstrahlung. Den Preis der deutlich geringeren Signalstärke, die die harte Röntgenstrahlung mit sich bringt, nahmen sie dabei in Kauf. «Viele Leute haben vorher nicht geglaubt, dass uns diese magnetische 3-D-Bildgebung mit harten Röntgenstrahlen gelingen würde», erinnert sich Heyderman.

Darstellung eines Bloch-Punkts, den die Wissenschaftler in ihren Daten entdeckten. Ein Bloch-Punkt enthält eine magnetische Singularität, bei der sich die Richtung der Magnetisierung abrupt ändert (siehe Text).

vor sehr erfolgreich eingesetzt, um ähnliche Landkarten der magnetischen Momente zu erzielen», erklärt Donnelly. «Aber weiche Röntgenstrahlung dringt kaum in solche Proben ein, daher lässt sich mit ihr

Massgeschneiderte Magnete für die Zukunft Die Forscher sehen ihre Leistung als Beitrag zu einem tieferen Verständnis der grundlegenden Eigenschaften magnetischer Materialien. Darüber hinaus könnte die neue Methode, mit der sich ins Innere von Magneten blicken lässt, einen weitreichenden Einfluss auf viele der heutigen Technologien haben: Magnete finden sich

in Motoren, in der Energieproduktion und in der Datenspeicherung. Womöglich lassen sich dank der nun vorgestellten Methode eines Tages bessere, massgeschneiderte Magnete erschaffen, was wiederum viele alltägliche Anwendungen weiter verbessern würde.

Originalpublikation Claire Donnelly et al., «Three-dimensional magnetization structures revealed with X-ray vector nanotomography», Nature 547, 328–331 (20 July 2017); DOI: 10.1038/ nature23006 Kontakt Claire Donnelly Paul Scherrer Institut Labor für Multiskalen Materialien Experimente CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 30 94 claire.donnelly@psi.ch www.psi.ch

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Effizientere Fotosynthese in Algen

Verbesserte Kohlendioxidfixierung Treibhausgase wie Kohlendioxid reichern sich in der Atmosphäre an und beschleunigen die globale Erwärmung.

Pflanzen und Algen filtern Kohlendioxid aus der Luft und ersetzen ihn durch Sauerstoff. Im Gegensatz zu den meisten Pflanzen läuft dieser Prozess, die Fotosynthese, in Algen effizienter ab. Sie besitzen ein Mikrokompar­ timent, das sie mit Kohlendioxid fluten. Das Rätsel dessen Struktur hat ein Team von Wissenschaftlern gelöst. In Zukunft wollen sie mit diesen Erkenntnissen Pflanzen so verändern, dass sie der Atmosphäre mehr Kohlendioxid entziehen.

Jedes Rubisco im Pyrenoid sichtbar machen Ein erster Durchbruch gelang dem Team von Martin Jonikas, Leiter der Arbeitsgruppen in Carnegie/Stanford und Princeton.

Sie identifizierten ein Linkerprotein in der Grünalge Chlamydomonas, das RubiscoEnzyme innerhalb des Pyrenoids aneinanderbindet. Ohne diesen «molekularen Klebstoff» kommt es nicht zur Entstehung des Pyrenoids. Bisher war jedoch nicht be24 2

von Rubisco-Enzymen befinden. Sie stellten fest, dass das Pyrenoid keine kristalline Struktur aufweist: «Vergleicht man unsere Messungen mit der Organisation von Molekülen in Flüssigkeiten finden sich deutliche Ähnlichkeiten. Das deutet darauf hin, dass Pyrenoide in Wirklichkeit flüssigkeitsartige Strukturen sind», erklärt Engel das Ergebnis.

Wie Öl und Wasser Bild: ScienceDirect

Das Klima unseres Planeten ist dabei sich zu verändern. Jedes Jahr werden Hitzerekorde gebrochen, die extreme Wetterlagen, schmelzendes Polareis und steigende Meeresspiegel zur Folge haben. Verstärkt wird die globale Erwärmung durch Treibhausgase wie Kohlendioxid, die verhindern, dass Wärme aus der Atmosphäre entweichen kann. Pflanzen und Algen wirken als natürliche Luftfilter diesem Effekt entgegen: In einem als Fotosynthese bezeichneten Prozess nutzen sie die Energie der Sonne, um der Atmosphäre Kohlendioxid zu entziehen und diesen als Biomasse zu fi xieren. Dabei erzeugen sie Sauerstoff, den wir einatmen.

Etwa die Hälfte der auf der Erde stattfindenden Fotosynthese erfolgt durch einzellige Algen im Ozean. Viele dieser Algen binden Kohlendioxid effizienter als Landpflanzen, indem sie den Grossteil ihres Rubisco-Enzyms (Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxygenase-Enzyms) in einem Mikrokompartiment, dem sogenannten Pyrenoid, konzentrieren. Trotz der Bedeutung des Pyrenoids für die globale Umwelt war bis vor kurzem nicht bekannt, wie dieses Mikrokompartiment aufgebaut ist.

Die Tubulusmembranen (grün und gelb) des Pyrenoids sind umspült von einem «Meer» aus Rubisco­Enzymen (blau).

kannt, wie die Rubisco-Proteine in dem Pyrenoid organisiert sind. Lange dachten die Forscher, dass es sich dabei um einen Festkörperkristall höherer Ordnung handeln könnte.

Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten Wissenschaftler um Benjamin Engel am Max-Planck-Institut für Biochemie die molekulare Organisation des Pyrenoids in Chlamydomonas-Zellen mittels Kryoelektronentomografie. Im Gegensatz zur klassischen Elektronenmikroskopie, werden bei dieser Technik durch rasches Einfrieren Artefakte vermieden und die Zelle in ihrem nativen Zustand gehalten. Mithilfe dieses hochauflösenden Bildgebungsverfahrens konnten Engel und seine Kollegen genau messen, an welchen Positionen in dem Pyrenoid sich die vielen Tausenden

Um zu belegen, dass sich das Pyrenoid wie eine Flüssigkeit verhält, führte Elizabeth Freeman Rosenzweig fluoreszenzspektroskopische Messungen der Bewegung von Rubisco innerhalb lebender Zellen durch. Mithilfe eines Hochleistungslasers löschte sie das Signal der an Rubisco gebundenen fluoreszierenden Markierung in einer Hälfte des Pyrenoids, während die Markierung in der anderen Hälfte erhalten blieb. Innerhalb von Minuten breitete sich die Fluoreszenz wieder im gesamten Pyrenoid aus. Die Enzyme konnten sich wie in einer Flüssigkeit hin und her bewegen.

Beim Pyrenoid handelt es sich also um ein flüssiges Mikrokompartiment, das in einem zweiten grossen Flüssigkeitskompartiment, dem Chloroplasten, schwimmt. Dies ist ein Beispiel für eine «Phasentrennung», ein physikalisches Phänomen, das, wie kürzlich nachgewiesen wurde, eine Rolle bei der Kompartimentbildung vieler Zellproteine spielt.

Freeman Rosenzweig erläutert dieses Prinzip anhand einer Analogie: «Zwar sind bei der Phasentrennung des Pyrenoids andere Kräfte am Werk, der Vorgang lässt sich aber anhand eines vertrauten Bildes gut 11/ 2017

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veranschaulichen: Stellen Sie sich vor, sie bekommen Essig und Öl in einem italienischen Restaurant. Beides sind Flüssigkeiten, aber sie vermischen sich nicht. Der Essig bildet stattdessen Tröpfchen, die in dem Öl schwimmen. Genauso bildet unserer Ansicht nach das Pyrenoid ein Tröpfchen innerhalb der flüssigen Umgebung des Chloroplasten.»

Freeman Rosenzweig entdeckte zudem, dass sich zu einem speziellen Zeitpunkt das «Öl» des Chloroplasten-Stromas und der «Essig» des Pyrenoids doch mischen.

Teilen sich einzellige Algen in zwei Tochterzellen, durchläuft das Pyrenoid einen «Phasenübergang», bei dem es sich teilweise in das ihn umgebende Stroma des Chloroplasten auflöst. Für gewöhnlich wird das verbleibende Pyrenoid zweigeteilt, wobei jede Tochterzelle eine Hälfte aufnimmt.

Zuweilen schlägt diese Teilung jedoch fehl und eine der Tochterzellen geht leer aus.

Die Forscher beobachteten, dass Zellen, auf die kein Pyrenoid übergeht, dieses

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dennoch spontan bzw. de novo herstellen können. Sie vermuten, dass jede Tochterzelle einen Teil der gelösten Pyrenoidkomponenten aufnimmt und sich diese in ähnlicher Weise zu einem neuen Pyrenoid zusammenschliessen können – wie Regentropfen aus Wasserdampf kondensieren. «Wir denken, dass die Auflösung des Pyrenoids vor und seine Kondensation nach der Zellteilung einen redundanten Mechanismus darstellen könnten, der gewährleistet, dass beide Tochterzellen Pyrenoide aufnehmen», meint Jonikas. «Auf diese Weise verfügen beide Zellen über diese wichtige Organelle, die für die Kohlenstoffaufnahme entscheidend ist.»

Optimierte Kulturpflanzen Jonikas und seine Arbeitsgruppe haben grosse Pläne für die Anwendungsmöglichkeiten dieser Erkenntnisse. Sie möchten Pyrenoide auf technischem Wege in Feldfrüchte wie Weizen und Reis einbringen,

um so der Klimaveränderung und dem Hunger auf der Welt entgegenzutreten. «Zu verstehen, wie Algen Kohlendioxid konzentrieren können, ist ein wichtiger Schritt hin zu unserem Ziel, die Fotosynthese bei anderen Pflanzen zu verbessern», so Jonikas.

«Wenn wir andere Kulturpflanzen technisch so verändern könnten, Kohlenstoff zu konzentrieren, wäre dies eine Möglichkeit, dem weltweit wachsenden Bedarf an Nahrungsmitteln zu begegnen.»

Teile dieser Pressemitteilung wurden mit freundlicher Genehmigung der Kommuni­ kationsabteilung der Princeton University übernommen.

Originalpublikation Elizabeth S. Freeman Rosenzweig, «The Eukaryotic CO2 -Concentrating Organelle is Liquid-Like and Exhibits Dynamic Reorganization», Cell 171 [1], 148–162.e19; DOI: 10.1016/j.cell.2017.08.008 www.biochem.mpg.de

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UMWELT

Effektiver Klimaschutz

Dreissig Jahre Montrealer Protokoll Als die Staaten 1987 das Montrealer Protokoll unterzeichneten, war seine Wirksamkeit noch nicht belegt. Heute ist klar: Der Bann ozonabbauender Stoffe hat Hunderttausende Hautkrebserkrankungen verhindert und nebenbei effizient das Klima geschützt. Dennoch erhält das Protokoll auch unberechtigte Kritik.

Thomas Peter, Johannes Stähelin Ja, es gibt es noch, das Loch in der Ozonschicht. Und Sonnencreme wird uns weiterhin ein wertvoller Begleiter sein. Dennoch halten wir das Umweltabkommen von Montreal, das am 16. September 2017 dreissig Jahre alt wird, für einen länderübergreifenden wissenschaftlichen und politischen Erfolg. Aber warum?

Das «Montrealer Protokoll über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen» [1], ist ein völkerrechtlich verbindlicher Vertrag des Umweltrechts. Alle 197 Mitglieder der Vereinten Nationen haben das Protokoll ratifiziert und sich damit verpflichtet, chlor- und bromhaltige Chemikalien, die das lebenswichtige Ozon in der Stratosphäre zerstören, zuerst zu reduzieren und dann plangemäss weitgehend abzuschaffen. Das Hauptaugenmerk galt ursprünglich den sogenannten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), später auch bromhaltigen Substanzen und FCKW-Ersatzstoffen.

Dank dem Konsens von Montreal konnten in den letzten 30 Jahren geschätzte drei Millionen Hautkrebserkrankungen vermieden werden, darunter bis zu 300 000 Fälle mit hochgradig bösartigen Formen [2].

Lag der Fokus des Abkommens zunächst auf der Gesundheit und Ökologie, erkannte man vor zehn Jahren auch den grossen Nutzen für den Klimaschutz. Der FCKWBann vermied zwischen 1987 und 2017 Treibhausgasemissionen in Höhe von etwa 200 Milliarden Tonnen an CO2 -Äquivalenten. Alleine in diesem Jahr, 2017, entspricht die eingesparte Menge etwa 13 Milliarden Tonnen an CO 2 -Äquivalenten 24 4

Bild: ETH

Weniger Tumore, geringere Temperatur

Langzeitänderungen von stratosphärischem Ozon (gesamte Säule über Kopf in Dobson-Einheiten, DU, blau) und Chlor (in Parts per Billion, rot). Oben: Nördliche mittlere Breiten inkl. Messungen in Arosa (MeteoSchweiz, 2017). Unten: Antarktis im Oktober inkl.

Satellitenmessungen (TOMS und OMI, NASA, 2017). Glatte durchgezogene Kurven: Mit Chemieklimamodellen berechnete Werte für 1960–2100 [7]. Gestrichelte schwarze Kurven: berechnete Entwicklung ohne Montrealer Protokoll [4].

oder rund 1/3 der in diesem Jahr anthropogen emittierten Treibhausgase [3]. Bis 2017 haben die eingesparten Emissionen so einen zusätzlichen Anstieg der Globaltemperatur von etwa 0,3 Grad Celsius verhindert.

Es liegt in der Natur der Sache, dass die aufgeführten Erfolge auf dem Vergleich des Jetztzustands unseres Klimasystems mit einer Situation beruhen, die wir ohne das Montrealer Protokoll hätten – «The World Avoided» oder die «vermiedene 11/ 2017

UMWELT

Welt» [4]. Diese Situation ist natürlich nur mit dem Computer zu erfassen. Sind diese Errungenschaften also lediglich «fiktiv»?

Gepaart mit dem Vorwurf, nicht belegbar zu sein und einen «Mythos der Weltrettung» aufzubauen, mokierte sich die «Weltwoche» [5] Ende Juni 2017 darüber, dass der Kampf gegen die Ausdünnung der Ozonschicht als Sinnbild erfolgreichen Handelns der Staaten gegen eine globale Bedrohung gelte, wobei doch das Ozonloch in Wirklichkeit nach wie vor existiere.

der gestrichelten Linie «ohne Montreal» [6]). Vielmehr gewährleistet das Protokoll die Voraussetzungen, dass sich das Ozonloch in den kommenden 30 Jahren wieder schliessen kann. Ähnlich sieht die Situation in den nördlichen mittleren Breiten aus, also direkt über unseren Köpfen: Der fünfprozentige Rückgang der Ozonmenge, den auch der Welt längste Messreihe in Arosa zeigt, ist offensichtlich gestoppt.

Ozon-Regeneration braucht Zeit

Natürlich ist damit nicht einfach alles gut, geschweige denn alle durch den Menschen in Gang gesetzten Prozesse verstanden. In der Forschung gibt es stets Unsicherheiten – die Konzentration von Ozon beispielsweise hängt auch von meteorologischen Faktoren ab und schwankt von Natur aus stark. Das erschwert den Wirksamkeitsnachweis. Ausserdem hat Montreal ganz klare Makel. So begünstigte das Protokoll paradoxerweise die Produktion von Ersatzstoffen für die verbannten FCKW, die FKW, die zwar Ozon nicht abbauen, aber sehr starke Treibhausgase sind. Umgekehrt beeinflusst auch der Klimawandel die Regeneration der Ozonschicht in zunehmendem Mass, weil die ozonzerstörenden chemischen Reaktionen selber temperaturabhängig sind.

Eines aber haben die letzten drei Jahrzehnte gezeigt: Die Krux bei Ozon- und Klimafragen liegt eben darin, dass wir solch komplexe globale Umweltprobleme leider nicht mit simplen Desktop-Experimenten analysieren und lösen können, auch wenn sich das viele Kritiker zu wünschen scheinen.

An dieser suggestiven Aussage möchten wir klarstellen, dass es seit den Arbeiten von Molina und Rowland in 1974 [6] zu keinem Zeitpunkt die wissenschaftliche Meinung war, dass das Ozonloch 30 Jahre nach Montreal geschlossen sei. Im Gegenteil: Die besorgniserregende Langlebigkeit der vom Menschen emittierten FCKW stand wissenschaftlich stets im Vordergrund.

Modellergebnisse und Messdaten verdeutlichen dies: Die antarktischen Messungen des Ozons (fluktuierende Kurve, siehe Kasten) liegen innerhalb des von den Modellen aufgespannten Bereichs. Erst um das Jahr 2050 dürfen wir davon ausgehen, dass die FCKW in der Atmosphäre soweit abgebaut sein werden, dass das «Loch» wieder die Ozonmenge der 1980er-Jahre aufweisen wird, als es entdeckt wurde.

Ausdünnung gestoppt …

Das Ozonloch wird uns also noch länger begleiten. Was feierten wir also am 16. September, dem internationalen Tag des Ozons? 30 Jahre Montrealer Protokoll haben bewirkt, dass die antarktischen Ozonsäulen nicht weiter ins Bodenlose stürzen, in die «World Avoided» (entlang

… «Weltrettung» offen

Originalpublikationen [1] «The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer», Ozone Secretariat.

[2] Numerische Werte extrapoliert von Slaper, H., G.J.M. Velders, J.S. Daniel, F.R. deGruijl, J.C. van der Leun, «Estimates of ozone depletion and skin cancer incidence to examine the Vienna Convention achievements», Nature 384, 256–258 (1996).

[3] Velders, G. J. M., Andersen, S. O., Daniel, J. S., Fahey, D. W., and McFarland, M., «The importance of the Montreal Protocol in protecting climate», Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104 [12], 4814–4819 (2007); DOI: 10.1073/pnas.0610328104 [4] Newman, P.A. et al., «What would have happened to the ozone layer if chlorofluorocarbons (CFCs) had not been regulated?», Atmos. Chem. Phys. 9, 2113–2128 (2009).

[5] Reichmuth, A., «Aufstieg und Fall des Ozonlochs», Weltwoche, Nr. 26.17, 28. Juni 2017.

[6] Molina, M. J. and Rowland, F. S., «Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atom catalyzed destruction of ozone», Nature, 249, 810–812 (1974): DOI: 10.1038/249810a0 [7] Hegglin et al., «Twenty Questions and Answers, About the Ozone Layer: 2014 Update», Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2014, WMO, Geneva, Switzerland, 2015.

Kontakte Thomas Peter Professor für Atmosphärische Chemie ETH Zürich thomas.peter@env.ethz.ch Johannes Stähelin Professor für Ozonchemie ETH Zürich johannes.staehelin@env.ethz.ch

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WERKSTOFFE

Ein stabiler Bierschaum gilt als Zeichen für Frische und Qualität.

Schaumstabilisatoren schützen Bläschen

Das Geheimnis stabiler Schäume Forscher um Jan Vermant, Professor für weiche Materialien der ETH Zürich, sind dem Geheimnis von stabilen Schäumen auf den Grund gegangen. Ihre Erkenntnisse könnten Bierschaum und Glaces haltbarer machen – und Beton revolutionieren.

Peter Rüegg, ETH «O’zapft is!» – so tönt es, wenn die Münchner auf der Wiesn das Oktoberfest eröffnen. Und das Bier fliesst nun in Strömen. Der Gerstensaft erzeugt jedoch nicht nur ein kollektives Delirium, sondern verzückt wegen seines prächtigen Schaums auch Materialwissenschaftler.

Ein guter Bierschaum ist ein Zeichen für die Qualität und die Frische eines Biers.

Eine typische Schaumkrone ist 1,5 Zentimeter dick und besteht aus 1,5 Millionen

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Bläschen. Idealerweise bleibt sie stabil, doch meist verschmelzen die Bläschen bald miteinander oder sie platzen und der Schaum fällt in sich zusammen. Dieses Verhalten ist typisch für alle Arten von Schäumen, seien dies nun Nahrungsmittel oder moderne Industriematerialien.

Einer dieser Vorgänge, der Schaum instabil macht, ist besonders schwierig zu stoppen. Ostwald-Reifung nennen Fachleute diesen Prozess, den der deutsche Chemiker und Nobelpreisträger von 1909, Wilhelm Ostwald, schon vor über 100 Jahren beschrieben hatte. Dabei werden grosse Bläschen noch grösser und kleine schrumpfen und verschwinden.

Zerfall des Schaums stoppen Die Ostwald-Reifung verändert die Textur von Bierschaum und anderen geschäumten Lebensmitteln und Konsumartikeln auf unerwünschte Weise, und sie schwächt die Produktequalität. Schäume (und Emulsionen) zu stabilisieren, ist deshalb eine

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Herausforderung bei verschiedensten Anwendungen, von Pflegeprodukten bis hin zu modernen funktionalen Materialien.

Oberflächenstabilisatoren wie bestimmte Proteine im Bier können die Reifung des Schaums aber verlangsamen, indem sie die Oberflächenspannung senken. Verhindern können Stabilisatoren die Ostwald-Reifung allerdings nicht. Hat diese eingesetzt, lässt sie sich nicht mehr stoppen.

Jan Vermant, Professor für weiche Materialien der ETH Zürich, und seine Gruppe haben nun für dieses Schaumproblem eine neue wissenschaftliche Grundlage erarbeitet. Es ist den Wissenschaftlern zum ersten Mal gelungen, die Stabilisierung von Schaumbläschen quantitativ zu erfassen und allgemeingültige Prinzipien zu formulieren. «Diese Prinzipien werden der Lebensmittel- und Materialindustrie helfen, gezielt Stabilisatoren zu entwickeln, welche der Ostwald-Reifung vorbeugen oder sie gar stoppen», sagt Vermant.

In ihrer Studie zeigen die ETH-Materialforscher auf, wie bestimmte Partikel als 11/ 2017

WERKSTOFFE

Bild: Gruppe Jan Vermant/ETH Zürich

Schaumstabilisatoren wirken und kleine Bläschen vor dem Schrumpfen schützen.

Zu Testzwecken verwendeten die Wissenschaftler mikrometergrosse Polymerteilchen sowie Partikel von reiskornartiger Form. Die beiden unterschiedlichen Teilchen bilden eine unregelmässige Netzstruktur an der Bläschenoberfläche.

Ostwald-Reifung simuliert In einer speziellen Mikrofluidikanordnung testeten die Forscher, ob dieses Netzwerk die Bläschen genügend stützt. Darin konnten sie einzelne Bläschen gezielt mit einer kontrollierten Menge dieser Stabilisatoren beschichten und danach in einer Mini-Druckkammer stufenweise steigenden Druckverhältnissen aussetzten. Die Wissenschaftler simulierten damit Ostwald-Reifung.

«Dadurch konnten wir genau festhalten, bei welchem Druck ein Bläschen zu schrumpfen beginnt und schliesslich kollabiert», sagt Peter Beltramo, Postdoktorand bei Vermant. Dank ihrer speziellen Versuchsanordnung konnten die Forscher nicht nur Einzelbläschen untersuchen. Sie konnten auch die Zahl der Partikel, die ein Bläschen umgeben, variieren und dann die Anzahl der Partikel mit den mechanischen Eigenschaften des Bläschens in Bezug setzen.

Es zeigte sich, dass teilweise bedeckte Bläschen genauso stabil sein können wie solche, die vollkommen mit Partikeln bedeckt sind. Damit lässt sich die benötigte Menge eines Stabilisators genau vorhersagen. «Dank unseren Erkenntnissen lassen sich viel Material und damit Kosten einspa-

Bild links: Ein Stabilisator bildet auf einer Luftblase eine netzartige Struktur und stützt sie dadurch. Bild rechts: Die Partikel stabilisieren die Blase auch unter Druck.

ren», betont Beltramo. Weiter stellten die Forscher fest, dass ein beschichtetes Bläschen einem viel höheren Druck standhält als ein unbeschichtetes.

Universell gültig Die gewonnenen Erkenntnisse seien über Schäume hinaus universell gültig für alle Materialien mit grossen Oberflächen oder Anwendungen, in denen Oberflächen eine wichtige Rolle spielten, sagt Vermant. Unter anderem gelte das Prinzip auch für die Lunge oder das Auge, das durch einen Tränenfilm geschützt sei. «Diese dünnen Filme sind sehr stabil – entwickelt von der Natur», sagt Vermant.

Die Erkenntnisse könnten auch für die Industrie nützlich sein. Wissenschaftler könnten nun nach Stabilisatoren forschen, die schaumige Lebensmittel wie Eiscrème, Brotteig oder auch Bierschaum haltbarer

machten. «Wir geben der Lebensmittelindustrie Entwicklungsrichtlinien und Quantifizierungswerkzeuge in die Hand, die sie bei der Entwicklung neuer Produkte verwenden können», erklärt der Professor.

Und was für Bierschaum oder Eiscrème recht ist, ist für Beton billig. Kleine stabile Bläschen in Beton machen ihn widerstandsfähiger gegenüber Zyklen von Einfrieren und Auftauen. Zudem wird er dadurch leichter.

Anlass zu dieser Forschungsarbeit gaben Nahrungsmittelschäume. Die Studie wurde mitfinanziert vom Glacéhersteller Nestlé. «Über Eiscrème und stabilen Bierschaum nachzudenken kann also zu neuen besseren Materialien führen – Prost!», freut sich Vermant.

Originalpublikation Peter J. Beltramo, Manish Gupta, Alexandra Alicke, Irma Liascukiene, Deniz Z. Gunes, Charles N. Baroud, and Jan Vermant, «Arresting dissolution by interfacial rheology design», PNAS September 11, 201; DOI: 10.1073/pnas.1705181114 www.ethz.ch

Bild: Gruppe Jan Vermant/ETH Zürich

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www.mlt.ch Die Mikrofluidikanordnung, mit der die Forscher einzelne Bläschen gezielt beschichteten.

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WERKSTOFFE

Bessere Brennstoffzellen

Warum die Luft manchmal wegbleibt

Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom aus einfachen chemischen Reaktionen – zum Beispiel der Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser.

Knifflig ist allerdings die Frage, woraus man keramische Brennstoffzellen am besten herstellt. Neue Materialien werden benötigt, die möglichst effizient als Katalysator für die gewünschte chemische Reaktion dienen, aber auch möglichst lange halten ohne sich zu verändern.

Bisher war man beim Entwickeln solcher Materialien oft auf Versuch und Irrtum angewiesen. An der TU Wien gelang es nun, die Oberfläche von Brennstoffzellen auf atomarer Skala gezielt zu verändern und gleichzeitig zu vermessen. So lassen sich wichtige Phänomene erstmals erklären – etwa, warum Strontiumatome Spielverderber sind oder dass Cobalt für Brennstoffzellen nützlich sein kann.

Sauerstoffnachschub als Flaschenhals An der Kathode der Brennstoffzelle wird Sauerstoff aus der Luft in das Brennstoffzellen-Material eingebaut. Sauerstoffionen müssen dann durch das Material hindurchwandern und auf der negativ geladenen Seite, der Anode, mit dem Brennstoff reagieren – zum Beispiel mit Wasserstoff.

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Bilder: TU Wien

Eine Brennstoffzelle braucht ein Oxidationsmittel – etwa Sauerstoff. An der TU Wien hat man die Oberfläche von Brennstoffzellen auf atomarer Skala geändert und vermessen. Deshalb können die Wissenschaftler nun erklären, warum Sauerstoff manchmal nur noch schlecht eindringt und die Zellen unbrauchbar werden.

Mit gepulsten Lasern wird die passende Oberfläche erzeugt.

«Der Flaschenhals dieses Gesamtprozesses ist der Sauerstoffeinbau an der Kathode», erklärt Ghislain Rupp aus der Forschungsgruppe von Jürgen Fleig vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. Zum selben Institut gehört das Team von Andreas Limbeck, das ebenfalls am Forschungsprojekt beteiligt war.

Damit der Sauerstoffeinbau ausreichend schnell abläuft, müssen die Brennstoffzellen bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden – bei etwa 700 bis 1000 Grad Celsius. Schon seit längerer Zeit ist man auf der Suche nach besseren Kathodenmaterialien, die eine niedrigere Betriebstemperatur erlauben. «Man kennt einige besonders interessante Kandidaten, zum Beispiel Strontium-dotiertes Lanthancobaltat, kurz LSC», sagt Rupp. Das grosse Problem dabei ist, dass diese Materialien nicht langfristig stabil bleiben. Irgendwann nimmt die Aktivität ab, die Leistung der

Brennstoffzelle verringert sich. Über die genaue Ursache dafür gab es bisher nur Vermutungen.

Oberfläche gezielt verändert Klar war allerdings: Die Oberfläche der Kathode, an der sich der Sauerstoff festsetzen und dann in die Brennstoffzelle wandern soll, spielt eine entscheidende Rolle.

Daher entwickelte man an der TU Wien ein Verfahren, die Oberfläche gezielt zu verändern und gleichzeitig zu messen, wie sich das auf die elektrischen Eigenschaften der Brennstoffzelle auswirkt.

«Mit einem Laserpuls verdampfen wir verschiedene Materialien, die sich dann in winzigen Mengen an der Oberfläche anlagern», erklärt Rupp. «So können wir fein dosiert die Zusammensetzung der Kathodenoberfläche modifizieren und gleichzeitig beobachten, wie sich dabei der Widerstand des Systems verändert.»

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WERKSTOFFE

welche Vorgänge für den Leistungsabfall von Brennstoffzellen verantwortlich sind.

«Wir sind damit dem technischen Einsatz des Materials LSC für Brennstoffzellen einen wichtigen Schritt näher gekommen», glaubt Rupp, «und unsere neue Untersuchungsmethode, die hochpräzise Beschichtung mit elektrischer Vermessung vereint, wird sicher auch in anderen Bereichen der Festkörperionik noch eine wichtige Rolle spielen.»

Originalpublikation Ghislain M. Rupp et al., «Real-time impedance monitoring of oxygen reduction during surface modification of thin film cathodes», Nature Materials (2017); DOI: 10.1038/nmat4879

An manchen Stellen der Oberfläche kann Sauerstoff viel leichter eindringen als an anderen.

Zu viel Strontium schadet So konnte man zeigen, dass strontiumreiches Material an der Oberfläche schadet: «Wenn an der Oberfläche Strontiumatome dominieren, wird Sauerstoff nur sehr schwer eingebaut», sagt Rupp. «Die Kathodenoberfläche nimmt den Sauerstoff auf sehr inhomogene Weise auf: An bevorzugten Plätzen, etwa dort, wo Cobaltatome sitzen, funktioniert der Sauerstoffeinbau

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gut, dort wo Strontium dominiert, gelangt kaum Sauerstoff in die Kathode.» Das erklärt auch, warum die Brennstoffzellen mit der Zeit immer schlechter werden: Das Strontium aus dem Inneren des Materials wandert an die Oberfläche und bedeckt eben jene aktiven Cobaltzentren – der Brennstoffzelle bleibt die Luft weg.

Diese Ergebnisse liefern wichtige Hinweise darauf, wie der Sauerstoffeinbau grundsätzlich in Materialien wie LSC abläuft und

Kontakt Dr. Ghislain Rupp Technische Universität Wien Institut für Chemische Technologien und Analytik Getreidemarkt 9 A-1060 Wien Telefon +43 (0)664 4112728 ghislain.rupp@tuwien.ac.at www.tuwien.ac.at

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WERKSTOFFE

Forscher biegen einzelne Nanostrukturen

Aerographit ist faltbar wie ein Akkordeon Aerographit ist eines der leichtesten Materialien der Welt. Seine komplexe Tetrapodenstruktur verschafft dem auf Kohlenstoff basierenden 3D-Material einzigartige Eigenschaften, wie zum Beispiel hohe Elastizität und elektrische Leitfähigkeit. In einer internationalen Forschungskooperation waren Wissenschaftler der CAU in Kiel zum ersten Mal in der Lage, die einzelnen, nur wenige Mikrometer grossen Tetrapoden zu falten. Anschliessend nahmen sie automatisch wieder ihre Ursprungsform ein, ohne eine Beschädigung aufzuweisen. Das macht hochentwickelte Anwendungen sowohl in der Materialwissenschaft wie auch in der regenerativen Medizin denkbar.

Bild: AG Adelung

An neuen Materialien interessiert Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vor allem eines: Welche Eigenschaften haben sie und wie verhalten sie sich unter verschiedenen Bedingungen? Davon hängen auch die Einsatzmöglichkeiten der Materialien ab. «Um das gesamte mechanische Verhalten eines Materials vorhersagen zu können, müssen wir die Form der einzelnen Strukturen untersuchen, aus denen es aufgebaut ist», erklärt Yogendra Mishra, Materialwissenschaftler in der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU in Kiel.

Aerographit ist aufgebaut aus Tetrapoden, kohlenstoffhaltigen 3D-Nanostrukturen, die aus vier hohlförmigen Armen bestehen. Miteinander verbunden bilden sie ein poröses, extrem leichtes Netzwerk und bringen das Gewicht von Aerographit auf gerade einmal 0,2 Milligramm pro Kubikzentimeter. «Diese besondere Struktur verleiht dem Material eine hohe mechanische Stabilität und eine vergleichsweise grosse Oberfläche. Damit bekommt es spannende physikalische und chemische Eigenschaften», sagt Daria Smazna, Doktorandin in dem Projekt.

Ein Netz aus vierarmigen Kohlenstoff-Tetrapoden bildet das hochporöse Material Aerographit.

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Bild: Siekmann/CAU

Julia Siekmann, CAU

Die orangen Tetrapodenmodellen handelt es sich um gewöhnliche Markierungsobjekte, wie sie auf Sportplätze genutzt werden. Sie dienen als Demonstratoren, denn wie die echten Tetrapoden sind die Kunststoffobjekte von innen hohl und lassen sich so leicht zusammendrücken und kehren anschliessend in ihre ursprüngliche Form zurück. Materialwissenschaftler Yogendra Kumar Mishra und Doktorandin Daria Smazna zeigen den Effekt.

Hochflexibel, aber mechanisch stabil Das internationale Forschungsteam unter Kieler Leitung konnte jetzt zeigen, dass Aerographit sogar extrem faltbar ist. «Normalerweise können Materialien wie Kohlenstoff oder Metalle nicht rückstandsfrei geknickt werden, aber aufgrund ihrer speziellen Struktur sind unsere Kohlenstoffnetzwerke hoch flexibel und gleichzeitig mechanisch stabil», erklärt Rainer Adelung, Leiter der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien. Vorstellen könne man sich das in etwa wie bei einem Bogen Papier.

«Ein glattes Papier leistet keinen Widerstand, hält man es an einer Seite fest, hängt es einfach herunter. Rollen wir es aber zusammen oder zerknüllen es, bekommt es eine gewisse Festigkeit», so der Materialwissenschaftler weiter. Es kommt also auf die geometrische Anordnung innerhalb des Materials an.

Die besondere Form der Tetrapoden liess die Forscher vermuten, dass sie sich trotz der Leichtigkeit des Aerographits falten lassen könnten. Denn die einzelnen Arme haben sehr dünne Wände und sind innen hohl.

«Dadurch können sie an verschiedenen Stellen geknickt werden und zwar reversibel. Sie gehen automatisch in ihre Ursprungsform zurück ohne Schaden zu nehmen», erklärt Mishra. «Ähnlich wie ein Akkordeon kann das dreidimensionale Objekt also in ein zweidimensionales zusammengefaltet und wieder aufgeklappt werden.»

Analytisches Modell verifiziert Die Kieler Forscher entwickelten ein analytisches Modell, um zu beschreiben, wie sich Aerographit verhält, wenn es zusammengefaltet wird – zumindest nach ihrer Vermutung. Denn um zu beweisen, dass ihr Modell tatsächlich zutrifft, mussten sie die Mikrometer grossen Objekte nicht nur in der 1 91 / 2 0 1 7

Bild: Donats Erst, University of Latvia

WERKSTOFFE

(a) ein Tetrapodenarm in normaler Gestalt; (b) eine Nadel berührt den Arm, der sich langsam zu knicken beginnt; (c) der Arm ist stark geknickt, bevor er (d) ohne Beschädigung wieder seine Ursprungsform einnimmt.

Theorie, sondern auch in der Praxis knicken.

Dafür benötigen sie ein spezielles Rasterelektronenmikroskop, das sie in Riga (Estland) fanden. Hier arbeitet das Kieler Team bereits mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen für ein anderes Projekt zusammen. Mit einer nanoskaligen Messna-

del konnten die Kollegen dort die Aerographit-Tetrapoden greifen und verbiegen. Nicola Pugno und Stefano Signetti, Materialwissenschaftler der italienischen Universität Trento, lieferten den endgültigen Beweis, dass die Annahmen der Kieler Kollegen korrekt waren. «Unsere theoretischen Berechnungsmodelle stimmen genau mit den Annahmen der Kieler Wissenschaftler und den experimentellen Beobachtungen aus Riga überein», so Pugno.

«Die Berechnungsmethode, die durch diese internationale Zusammenarbeit entwickelt und verifiziert wurde, lässt sich auf Tetrapoden in verschiedenen Grössen übertragen.

Sie liefert eine wertvolle Basis, um die Eigenschaften von ganzen Tetrapodennetzwerken und Aerographit weiter zu untersuchen» erläutert Mishra.

Zu verstehen, wie sich Netzwerke von hohlförmigen Tetrapoden beliebig falten lassen ohne dabei beschädigt zu werden, könnte langfristig dazu beitragen, die Her-

stellung von hochporösen Festkörpern wie Aerogelen und Schaumstoffen zu optimieren oder sie bei der Regeneration von Gewebe zu verwenden (sogenannte Scaffolds in der Medizintechnik).

Originalpublikation Raimonds Meija et al., «Nanomechanics of individual aerographite tetrapods», Nature Communications 8, Article number: 14982 (2017); DOI:10.1038/ncomms14982

Kontakt Dr. habil. Yogendra Kumar Mishra Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Technische Fakultät Kaiserstrasse 2 D-24143 Kiel Telefon +49 (0)431 880-6183 ykm@tf.uni-kiel.de www.tf.uni-kiel.de

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BioSeparation Forum | Chromatography Oekolampad Basel | Schweiz | 06.12.2017

PROGRAMM 9:00

Registrierung

9:30

Begrüßung

9:45

Moderne Affinitätschromatographie von Antikörpern und Fragmenten (TOSOH)

10:15 Virussicherheit (VIRUSURE) 10:45 Kaffeepause 11:15

Effiziente Aufreinigung von mAbs und mAbs-basierte Biotherapeutics durch salztolerante Ionenaustauscher (TOSOH)

11:45 Kontinuierliche Zwei-Säulen-Chromatographie zur Aufreinigung von Biomolekülen (CHROMACON) 12:30 Mittagspause 13:30 Case Studies: Kontinuierliche Prozess-Chromatographie für mAb-Capture (TOSOH) 14:00 UHPLC in der Analytik von mAbs (TOSOH) 14:30 Kaffeepause 15:00 Praktische Aspekte beim Packen präparativer Säulen (TOSOH) 15:30 Antikörper Produktion - Einfluss von Prozessparametern auf DSP Kosten (TOSOH) 16:00 Diskussion & Ende

WO:

OEKOLAMPAD BASEL Schönenbuchstrasse 9, 4055 Basel, CH WANN: 6. Dezember 2017 REGISTRIERUNG: BIT.LY/BSFBASEL bis zum 1. Dezember 2017 KEINE REGISTRIERUNGSKOSTEN

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VERBANDSSEITE

■ Infostelle SCV ■ Präsident ■ Höhere Fachprüfung ■ Termine Schweizerischer ChemiePatrick Merkofer alle Termine online Chemietechnologe Siegfried AG, Daniel Müller und Pharmaberufe Verband Breiten 5 anschauen: Untere Brühlstrasse 4 Postfach 509 CH-5082 Kaisten www.cp-technologe.ch CH-4800 Zofingen CH-4005 Basel Mobile +41 (0)79 688 08 91 Telefon +41 (0)62 746 19 77 Mobile +41 (0)79 688 08 91 praesident@cp-technologe.ch weiterbildung@cp-technologe.ch info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch

ZENTRALVORSTAND Novartis ist Partner des SCV Seit Oktober 2017 ist Novartis Partner des SCV. Novartis beschäftigt weltweit rund 135 000 Mitarbeitende und ist ein führendes Unternehmen in den Bereichen Biotechnologie und

Pharma. Das Unternehmen entstand 1996 aus der Fusion der damaligen Sandoz und der Ciba-Geigy. Novartis gehört auch in Bezug auf die grösste Anzahl an Angestellten und sich in Aus-

bildung befindlichen Chemieund Pharmatechnologen EFZ und Chemikanten zu den TopUnternehmen in der Schweiz.

Wir freuen uns auf eine erfolgreiche Zusammenarbeit und

danken der Firma Novartis für ihr Vertrauen in den SCV.

Patrick Merkofer Präsident SCV

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Treberwurstessen mit Schnapsdegustation in Dornach

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Datum: Freitag, den 1. Dezember 2017 Treffpunkt: Zeltner Destillerie AG, Schulgasse 2 4143 Dornach Beginn: 19 Uhr

Quelle: Kursiv

Es wird Herbst – also treffen wir uns zu einem feinen Treberwurstessen in der Zeltner Destillerie AG in Dornach. Es werden ein Apéro-Gebäck, Treberwurst und Schinken angeboten. Dazu gibts Kartoffelund grünen Salat. Ein Dessert mit Glace, Schlagrahm und Marc darf nicht fehlen. Dazu gibt es drei verschiedene Schnäpse zum degustieren.

Nähere Infos unter www.zeltner.ch

Kosten: CHF 55.– inkl. Mineralwasser und drei Schnäpsen zum Degustieren Wie bisher sind Lernende herzlich willkommen.

Anmeldung wie üblich bis 20. November 2017 an: Andreas Schläpfer Riehenring 189 4058 Basel Telefon +41 (0)61 534 22 38 Mobil +41 (0)78 697 70 71 nordwestschweiz@cp-technologe.ch

Für den SCV Sektion Nordwestschweiz Andreas Schläpfer

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VERBANDSSEITE

SEKTION OBERWALLIS CPT-Lernende 1. Lehrjahr Am 2. August 2017 konnten neun Jugendliche und sieben Erwachsene die bis ins Jahr 2020 dauernde Ausbildung

zum Chemie- und Pharmatechnologen bei der Lonza AG in Visp beginnen.

Die SCV-Sektion Oberwallis wünscht allen Auszubildenden eine interessante und erfolgreiche Ausbildungszeit, viel Mut,

Zuversicht und vor allem die nötige Ausdauer auf diesem neuen Lebensabschnitt.

Jugendliche

Banz Dario

Bellezza Vincenzo

Carlen Dominique

Etter Céline (DSM)

Squaratti Sven

Vasileva Stefani (DSM)

Studer Silvan

Zuber Michael

Amstutz Jean-Pierre (DSM)

Brigger Samuel

Eggel Leonardo

Hellmuth Tommy

Schwitalla Jan

Wyssen Yanick

Karlen Joshua

Erwachsene

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Jäger Lucien

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VERBANDSSEITE

SEKTION OBERWALLIS LEHRABGÄNGER 2017 LONZA VISP In diesem Jahr haben in der Lonza in Visp zwölf Kandidaten das Qualifikationsverfahren der Chemie- und Pharmatechnologen erfolgreich abgeschlossen.

Zuerst wurden die Teilnehmer am 1. Juni 2017 auf ihr theoretisches Wissen geprüft. An-

schliessend konnten in den Kalenderwochen 23 und 24 die praktischen Arbeiten durchgeführt werden. Das Expertenteam hatte die anspruchsvolle Arbeit, die Lehrabgänger während dieser Zeit zu prüfen und auch zu betreuen.

Die Lernenden konnten ihr Fähigkeitszeugnis als Chemieund Pharmatechnologen anlässlich der Diplomfeier in der Simplonhalle in Brig in Empfang nehmen.

Die Mitglieder sowie der Vorstand des Schweizerischen

Chemie- und Pharmatechnologen Verbands Sektion Oberwallis gratuliert allen Lehrabgängern zu der bestandenen Lehrabschlussprüfung.

Erwachsene

Vogel Patrick

Dogas Dragan

Zumtaugwald Frank

Pfyffer Jean-Claude

Grichting Marco

Hahne Christian

Millius Marc

Burgener Sven

Imoberdorf Basil

Michlig Patrik

Jugendliche

Blatter Patrice

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Brantschen Kim

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PRODUKTE

Variable optische Filter für die Durchflusszytometrie Auswahl geeigneter Filterkombinationen ermöglicht es, neue Farbstoffe hochselektiv zu detektieren.

AHF analysentechnik verfügt über langjährige Erfahrung in der Spezifikation von FACS-Filtern im Hinblick auf die Vielzahl der eingesetzten Farbstoffkombinationen. Das Portfolio umfasst sorgfältig ausgewählte laserspezifisch geblockte Bandpassfilter und die dazugehörigen Strahlenteiler, die als «optische Weiche» zwischen den einzelnen Kanälen funktionieren. Um die Ergebnisse zu optimieren, können in vielen Fällen Filter auch zur Erprobung zur Verfügung gestellt werden – eingebaut in die gerätetypischen Halterungen.

Die Durchflusszytometrie (FACS) ist eine Schlüsseltechnologie, die es ermöglicht, Zellen bis hin zu subzellulären Strukturen in Suspension zu analysieren. Ziel ist es, strukturelle und funktionale Eigenschaften zum Beispiel von Blutzellen zu identifizieren. Durch den flexiblen Einbau von neuen Laser-

quellen können die Geräteparameter den aktuellen medizinisch-biologischen Fragestellungen angepasst werden.

In diesem Zusammenhang ist es zwingend erforderlich, die gerätespezifischen optischen Komponenten wie Strahlenteiler und Sperrfilter vor dem Detektor anzupassen. Die

AHF analysentechnik AG Kohlplattenweg 18 D-72074 Tübingen Telefon +49 (0)7071 970 901-0 Telefax +49 (0)7071 970 901-99 info@ahf.de www.ahf.de

Konstante Kühlung dank praktischem Filtersystem Bei Vorhandensein eines hausseitigen Kühlwassersystems wählen viele Anwender heutzutage einen Systemtrenner zur Kühlung ihres Elektronenmikroskops oder anderer Apparate. Dieser funktioniert ohne Kompressor, ist viel leiser als luft- oder wassergekühlte Umlaufkühler und preislich günstiger. Eine Herausforderung kann die Qualität des Wassers – des hausseitigen Kühlsystems – sein. Bei vielen Kunden, welche ein solches Gerät einsetzen, wurden Verunreinigungen im primären Wasserkreislauf festgestellt. Das können Schwebekörper oder gar feste Partikel sein.

Es besteht das Risiko, dass die Zuläufe verstopfen. Im schlimmsten Fall findet ein Lochfrass im Wärmetauscher statt und verursacht einen Ausfall des Kühlsystems.

Mit dem Feinfiltersystem 100-1 ist der Schutz vor solchem Ärgernis auf einfachste Weise sichergestellt.

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die gefilterten Partikel in einen bereitgestellten Eimer gespült. Das angeschlossene Gerät wird dabei weiterhin gekühlt. So einfach die Lösung klingt, so effektiv schützt sie den Systemtrenner und verhindert das Unterbrechen des Arbeitsprozesses, was mit hohen Kosten verbunden sein kann. Dieses Filtersystem eignet sich sowohl für Umlaufkühler der Marke Van der Heijden wie auch für andere Marken oder Verbraucher anderer Art. MLT führt die Generalvertretung der Van der Heijden Labortechnik GmbH in der Schweiz.

Schwebekörper und Partikel werden vor Eintritt in den Wärmetauscher herausgefiltert. Der grosse Vorteil dieses Filtersystems ist, dass es während des Betriebs gereinigt werden kann. Durch eine kleine Bewegung des Drehgriff wird der Kugelhahn geöffnet und

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PRODUKTE

Für die Systemintegration entwickelt

Die Kühlzentrifuge Sigma 4-5KRL wurde speziell für die Systemintegration entwickelt und lässt sich problemlos in jeden Workflow integrieren. Dank einer Öffnungszeit des motorisierten Flachdeckels von weniger als 2 Sekunden und einer hochpräzisen Positionierung von Rotor und Bechern ist diese Zentrifuge ein zuverlässiges, wirtschaftliches Werkzeug für das automatisierte Labor. Das Gerät, das für Ausschwingrotoren konzipiert ist, gewährleistet eine Verfügbarkeit von 24 Stunden 7 Tage die Woche.

Sowohl Röhrchen, für die Sigma auf Kundenwunsch individuelle Adapter fertigt, als auch Mikrotiterplatten können mit der Sigma 4-5KRL zentrifugiert werden. Die

Probenkapazität ist hoch und umfasst bis zu 140 Röhrchen oder 4 Mikrotiterplatten pro Lauf. Die maximale Geschwindigkeit der Zentrifuge liegt bei 4700 min-1, das maximale Schwerefeld bei 4470 × g.

Die Sigma 4-5KRL ist sehr robust und kommt mit nur einem Wartungsintervall pro Jahr aus. Sie erfüllt die höchsten technischen Anforderungen an internationale Laborstandards. Am Standort Osterode entwickelt und gefertigt, stellt sie ein leistungsfähiges, nachhaltiges und energieeffizientes Qualitätsprodukt made in Germany dar.

Als langjähriger offizieller Partner von Sigma Laborzentrifugen vertreibt die Adolf Kühner AG in der Schweiz auch weitere Laborgeräte, wozu ebenfalls die Kühlzentrifuge Sigma 4-5KRL gehört.

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Sterile Spitzen sind zusätzlich frei von menschlicher DNA zertifiziert.

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Dies reduziert die Zeitspanne, um ein Rack nachzufüllen.

Die Handhabung von viskosen Flüssigkeiten wird mit der Benützung von Spritzen mit geringer Proteinbindung leicht gemacht. Dank Protease-freier Zertifizierung sind sie perfekt im Bereich der Proteomic einsetzbar. Zur Auswahl stehen sterile Spitzen mit oder ohne Schutzfilter.

Ein Höchstmass an Präzision und Verlässlichkeit wird mit dem Qualitix-Programm garantiert. Die Pipettenspitzen sind universal einsetzbar und passen sowohl auf Socorex-Pipetten wie auch auf Pipetten anderer Hersteller.

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PRODUKTE

50 Jahre Julabo GmbH

Dieses Jahr feiert Julabo GmbH das erfolgreiche 50-jährige Firmenjubiläum. Ihre Erfahrung, ihr Können und ihre Innovationskraft feierte die Firma im Rahmen eines mehrtägigen Events und mit einer Stiftungsgründung. Heute ist die Julabo GmbH einer der weltweit führenden Anbieter für Temperiertechnologie und zählt über 350 Mitarbeiter in 11 Niederlassungen sowie Vertriebs- und Servicepartner in über 100 Ländern.

Die Festivitäten begannen mit dem Galaabend im Europa Park Rust vor 700 geladenen Gästen. Als besonderes Highlight führte die bekannte TV-Moderation Hadnet Tesfai im Format einer «Late Night Show»

Der LSS Etikettierer für Fläschchen

unterhaltsam durch den Abend.

Am anschliessenden Partner-Experience-Day erhielten über 400 geladene Kunden und Partner die Möglichkeit hinter die Kulissen der Temperier-Welt von Julabo zu blicken. Den Schlusspunkt des Jubiläums setzte der Tag der offenen Tür: Geschäftsführer Markus Juchheim begrüsste am Stammsitz in Seelbach rund 4500 Besucher.

Die Firma ist regional sehr stark verbunden. Deshalb hat Geschäftsführer Markus Juchheim im Jubiläumsjahr die Julabo-Stiftung ins Leben gerufen. Ihr Ziel ist es, Vereine, gemeinnützige Institutionen und soziale Einrichtungen in der Region rund um Seelbach zu unterstützen.

Julabo GmbH Gerhard-Juchheim-Strasse 1 D-77960 Seelbach Telefon +49 (0)7823 510 info.de@julabo.com www.julabo.com

Der LSS Etikettierer eignet sich für Gefässe aus Glas oder Plastik mit einem Durchmesser von 14-35 mm und einer Mindesthöhe von 30 mm. Die Maschine etikettiert bis zu 250 Gefässe pro Minute inline und als Stand-alone. Sie ist aufgrund der kleinen Aufstellfläche und ihrer Modularbauweise leicht in bestehende Produktionsumgebungen integrierbar und erreicht eine hohe Effizienz im laufenden Betrieb ebenso wie bei Formatwechseln, Reinigung und Wartung. Formatteile für unterschiedliche Produktgrössen sind optional erhältlich, der Etikettendruck ist mit Thermotransferdruckern oder Laser möglich.

Die zentrale Benutzerschnittstelle erlaubt eine intuitive Bedienung der Chargen. Formatwechsel sind komfortabel, da keine aufwändigen mechanischen Anpassungen manuell durchgeführt werden müssen. Dank voreingestellten Formaten müssen nur wenige Formatteile mechanisch

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Vakuum-Messgeräte mit chemiebeständigen Sensoren

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ausgetauscht werden. Alle Komponenten befinden sich auf motorbetriebenen Spindeln. Mehrere Türen auf allen Seiten der Maschinenverkleidung erleichtern den Zugang für Bedienung, Linien-Abnahme, Service und Wartung.

Ein Schieberegister erlaubt eine Sichtkontrolle von Druckbild und Etiketten-ID, bevor sie angebracht wird.

Direkt an der Vakuumapparatur angeordnet, messen die beiden kompakten Geräte der Reihe Vacuu•View das Vakuum und zeigen den Messwert auf einem beleuchteten, gut ablesbaren Display an.

Während die Ausführung Vacuu•View im Grobvakuum präzise Messergebnisse liefert, ist die Version Vacuu•View extended mit einer

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Sensorkombination für den erweiterten Messbereich von Atmosphärendruck bis 10 –3 mbar vorgesehen. Selbst bei rauen Bedingungen in Chemielabor und Industrie sorgen die chemiebeständigen Sensoren in einem robusten Gehäuse für zuverlässige Messergebnisse.

Durch die kompakte Bauform mit integrierter Sensorik können sie direkt an Labor- und Prozessaufbauten platziert werden. Das Display mit Menüführung ermöglicht ein einfaches Einstellen von Anzeigeoptionen oder die Wahl der Druckeinheit. Alle typischen Aufgaben im chemisch-pharmazeutischen Labor sowie bei industriellen Anwendungen werden zuverlässig und präzise gelöst. Mit den neuen Vakuummessgeräten ist das Vakuum jederzeit sichtbar.

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