ChemieXtra 5/2017

5 / 2017

Mai 2017

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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EDITORIAL

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Chancen und Risiken von Nanomaterialien Im Fokus der vorliegenden «ChemieXtra»-Ausgabe stehen

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Nanomaterialien. Mit dem Nationalen Forschungs­ programm «Chancen und Risiken von Nanomaterialien» (NFP 64) wurden fast 100 Wissenschaftler in der Schweiz bei ihren Forschungen auf diesem Gebiet unterstützt. Der Schlussbericht liegt jetzt vor (Seite 4). Wer sich ein genaueres Bild über Nanomaterialien machen will, ist schnell überfordert. Nanopartikel sind überall, angefangen von Emissionen im Zigarettenrauch, im Verkehr, in vielen Industriebereichen bis hin zu Naturereignissen wie Waldbränden oder Vulkanausbrüchen. Zu diesen anthropogenen und natürlichen Quellen gesellen sich seit einiger Zeit synthetische Nanomaterialien. Diese sind in den unterschiedlichsten Bereichen zu finden: in medizinischen Anwendungen, in Lebensmitteln, in Kosmetika, in Kunststoffen, um nur einige Anwendungen zu nennen. Die Definition von Nanopartikeln ist uneinheitlich. Im Whitepaper «Synthetische Nanomaterialien: Auswirkungen und Sicherheitsaspekte», herausgegeben vom Schweizer Nationalfonds (SNF), steht: «Die Internationale StandardisierungsOrganisation (ISO) definiert Nanomaterialien als Materialien, die in einer oder mehreren Dimensionen kleiner als 100 Nanometer sind bzw. die nanoskalige interne oder oberflächliche Strukturen besitzen (ISO, 2010). Gemäss Definition der EU müssen > 50 Prozent der Partikel im nanoskaligen Bereich sein. Nano­ partikel werden definiert als Nano-Objekte, bei denen alle drei Dimensionen im nanoskaligen Bereich liegen, wobei der Begriff nanoskalig als Grössenordung von 1 bis100 nm definiert wird (ISO, 2008).» Sich die Grösse von Nanopartikeln vorzustellen, erfordert einiges. Ganz abstrakt ist ein Nanometer ein Milliardstel Meter beziehungsweise 10–9 Meter. Anschaulicher sind Grössenvergleiche: Ein Nanopartikel verhält sich beispielsweise zu einem Fussball wie ein Fussball zur Erde. • Höchste Präzision und Qualität

Was Nanopartikel so populär macht, ist auch ihr physikochemisches Verhalten,

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weise hat man aus dem Asbestdesaster gelernt, wie auch das NFP 64 zeigt. Auch in zahlreichen anderen Untersuchungen werden nicht nur die wissenschaftlich und wirtschaftlich interessanten Aspekte von Nanoteilchen berücksichtigt. Einen kleinen Einblick in die vielfältige Verwendung von Nanomaterialien geben zwölf Artikel, die über das ganze Heft verteilt sind.

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FOKUS

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Chancen und Risiken von Nanomaterialien

Fast 100 Forschende haben im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Chancen und Risiken von Nanomaterialien» über 150 Publikationen veröffentlicht.

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CHEMIE Plättchen statt Quantenpunkte

14. Schweizer Sonderabfalltag

Der Schweizer Sonderabfalltag erfreut sich seit Jahren bei vielen Fachleuten aus Gewerbe, Industrie und Behörden grosser Beliebtheit.

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TERMINE

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FIRMEN BERICHTEN GC-Pioniere der ersten Stunde

Nanoplättchen sind extrem dünne rechteckige und nur wenige Nanometer grosse zweidimensionale Strukturen mit interessanten Eigenschaften.

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BIOWISSENSCHAFTEN Grüne Chemie aus dem Muschelfuss

Der Perlmutt und die reissfesten Fäden, mit denen sich die Miesmuschel am Meeresboden festhält, besitzen aussergewöhnliche Qualitäten.

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Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich

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Jahrgang 7. Jahrgang (2017)

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189, Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 info@sigimedia.ch

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Der 1956 entwickelte GC-1A von Shimadzu war der erste Gaschromatograf Japans.

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FORSCHUNGSWELT Hauchdünne Supraleiterfolie

Forscher haben einen Nanostoff entwickelt, der ab etwa minus 200 Grad Celsius elektrischen Strom verlustfrei transportiert.

NEWS

IMPRESSUM

VERANSTALTUNGEN

Redaktion Dr. Kurt Hermann Peter C. Müller Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

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

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Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Copyright 2017 by SIGWERB GmbH, CH-6301 Zug

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UMWELT

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Schwächere Sonne bringt Abkühlung

Gebogene Touchscreens

Die Erderwärmung könnte sich in den nächsten Jahrzehnten leicht verlangsamen: Eine schwächere Sonne wird voraussichtlich ein halbes Grad Abkühlung beitragen.

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WERKSTOFFE

Mittels fotochemischer Metallisierung können elektrische Schaltkreise auf biegsamen Folien und dehnbarem Silikon aufgebracht werden.

ANALYTIK Ein Billionstel Gramm Schadstoff genügt

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VERBANDSSEITE SCV-Informationen

Schon ein Billionstel Gramm eines Schadstoffs in einem Gasgemisch kann mit den Sensorsystemen von Saarbrücker Messtechnikern gaschromatografisch nachgewiesen werden.

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VERFAHRENSTECHNIK

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Bild: SNF

FOKUS

Fluoreszenzcodierte Goldnanopartikel, die von dendritischen Zellen aufgenommen werden.

Nationales Forschungsprogramm beendet

Chancen und Risiken von Nanomaterialien In den letzten sechs Jahren befasste sich das Nationale Forschungsprogramm «Chancen und Risiken von Nanomaterialien» (NFP 64) intensiv mit der Entwicklung, der Anwendung, dem Verhalten und dem Abbau von synthetischen Nanomaterialien sowie deren Einfluss auf den menschlichen Organismus und auf die Umwelt. Fast 100 Forschende haben über 150 Publikationen veröffentlicht.

Dreiundzwanzig Forschungsprojekte aus den Bereichen Biomedizin, Umwelt, Energie, Baumaterialien und Ernährung zeigten einerseits das enorme Potenzial von künstlichen Nanopartikeln für zahlreiche Anwendungen in der Industrie und der Medizin auf. Andererseits ist eine wichtige Erkenntnis aus den Forschungsresultaten, dass wir inzwischen sehr viel mehr über die Risiken von Nanomaterialien wissen und dadurch genauer einschätzen können, wo und wie sie eingesetzt werden können.

Teilweise stark herausfordernde Forschung «Unser Ansatz im Programm war, dass jedes Projekt sowohl Chancen als auch Risiken untersuchen musste, was die Forschenden teilweise stark herausforderte», so Peter Gehr, Präsident der Leitungsgruppe des NFP 64. Nahe an der industriellen Anwendung ist zum Beispiel ein mit Nanocellulose ver24

stärkter Werkstoff, aus dem sich ein starker, zugkräftiger und doch leichter Kunststoff fertigen lässt. Erfolgreich geforscht wurde auch im Energiebereich, wo es darum ging, Lithium-Ionen-Batterien künftig noch effizienter und sicherer zu machen. Ein grosses künftiges Potenzial wird der Nanomedizin vorausgesagt. Insgesamt neun der 23 Projekte des Programms befassten sich mit biomedizinischen Anwen-

dungen von Nanopartikeln. Neu entwickelte Ansätze wollen Nanopartikel als Medikamententransporteure zum Beispiel im Kampf gegen Viren nutzen oder sie als Immunmodulatoren bei einer Impfung gegen Asthma verwenden. Mithilfe von Nanomagneten sollen künftig schädliche metallische Stoffe aus dem Blut gefiltert werden. Ein Projekt hat gezeigt, dass gewisse Nanopartikel die Plazentabarriere durchdringen können, was Hinweise auf

NFP «Chancen und Risiken von Nanomaterialien» Die 23 Forschungsprojekte des NFP 64 starteten im 2010 mit einem Budget von zwölf Millionen Franken. Ziele waren, die Kenntnisse über künstliche Nanomaterialien zu verbessern und Werkzeuge zu entwickeln, um ihre Vorteile zu maximieren und die Risiken für Mensch und Umwelt zu minimieren. Gleichzeitig sollten die Fachkenntnisse erhöht und Informationen für Entscheidungsträger, Hersteller, Vertreiber und Konsumenten zu Verfügung gestellt werden. Fast 100 Forschende haben in den sechs Jahren des Programms über 150 Publikationen veröffentlicht. Zur Vertiefung der Forschungsnetzwerke wurden jährliche Progress Report Meetings und zwei Interdisciplinary Trainings for Young Scientists abgehalten. www.nfp64.ch

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FOKUS

neue Therapieoptionen gibt. Geforscht wurde auch an Knorpel- oder Knochenersatzmaterialien auf Basis von Nanocellulose oder Nanofasern. Zentral im NFP 64 war die Erforschung möglicher Gesundheitsrisiken. Gleich mehrere Projekte beschäftigten sich mit der Frage, was bei der Inhalation von Nanopartikeln passiert, und zwei Projekte befassten sich mit der Ernährung. Eines von ihnen prüfte, ob der menschliche Körper Eisen besser aufnehmen kann, wenn es in Form von Eisennanopartikeln einem Lebensmittel beigegeben wird. Das andere Projekt untersuchte Silicananopartikel, wie sie in Streuwürzen vorkommen. Es hat gezeigt, dass weitere Studien klären müssen, welche Dosen ohne Risiko für Entzündungsreaktionen im Darm eingesetzt werden können.

Künstlichen Nanomaterialien in der Umwelt Die sieben Projekte aus dem Umweltbereich ermöglichen ein besseres Verständnis bezüglich Toxizität von Nanomaterialien und deren Abbaubarkeit, ihre Stabilität sowie ihre Akkumulation in der Umwelt und in biologischen Systemen. Die Forschungsteams verfolgten, wie sich die synthetischen Nanopartikel entlang ihres Lebenszyklus verbreiten und wo sie am Ende landen oder wie sie entsorgt werden können. Ein Projekt hat festgestellt, dass Silbernanopartikel, die aus Textilien ausgewaschen werden, zu 95 Prozent in den Kläranlagen aufgefangen werden. Die restlichen Partikel landen im Klärschlamm, der in der Schweiz verbrannt wird. Ein weiteres Projekt hat ein Messgerät entwickelt, um festzustellen, ob aquatische Mikroorganismen mit Nanomaterialien in Kontakt waren.

Wissen nutzen und zur Verfügung stellen

Abschlussveranstaltung NFP 64

«Das erworbene Grundlagenwissen aus den Projekten des NFP 64 dient dazu, den Einsatz von Nanomaterialien sicherer zu gestalten», sagt Christoph Studer vom Bundesamt für Gesundheit. «Es hat sich gezeigt, dass die Instrumente der Regulierung und die Testrichtlinien sowohl auf nationaler wie auch auf EU-Ebene laufend angepasst werden müssen.» Studer hat das Forschungsprogramm über die Jahre hinweg als Bundesbeobachter begleitet. Ein wichtiges Instrument ist der vom Bund entwickelte Vorsorgeraster, mit dem Firmen systematisch die Risiken eines Einsatzes von Nanomaterialien in der Produktion einschätzen können. Die Bedeutung der standardisierten Charakterisierung und Evaluation von synthetischen Nanomaterialien wurde durch die enge Zusammenarbeit im Forschungsprogramm unterstrichen. «Das Forschungsnetzwerk, das mit dem NFP 64 aufgebaut wurde, funktioniert hervorragend und sollte weiter gepflegt werden», sagt Bernd Nowack von der Empa, der eines der 23 Projekte geleitet hatte. Die Ergebnisse aus dem NFP 64 zeigen, dass neue Schlüsseltechnologien wie der Einsatz von Nanomaterialien eng durch die Grundlagenforschung begleitet werden müssen, da vor allem die Langzeiterfahrungen fehlen. Gehr betont denn auch: «Wir wissen inzwischen sehr viel über die Risiken von Nanomaterialien und wie wir sie eingrenzen können. Trotzdem müssen wir weiterforschen, um zu erfahren, was passiert, wenn Mensch oder Umwelt über längere Zeit künstlichen Nanopartikeln ausgesetzt werden oder was lange Zeit nach der Exposition passiert.»

Im Rahmen der Swiss Nano Convention im Forum Fribourg wird am Freitag, den 2. Juni 2017 die offizielle Abschlussveranstaltung des NFP 64 stattfinden. Forschende des Programms und hochkarätige Nanowissenschaftler werden einen vertieften Einblick in die Resultate und den aktuellen Stand der Nanoforschung vermitteln.

Weitere Informationen Einen guten Überblick über Nanomaterialien allgemein sowie über das NFP 64 vermitteln die Schlussbroschüre «Chancen und Risiken von Nanomaterialien – Ergebnisse, Erkenntnisse und Perspektiven» sowie das White Paper «Synthetische Nanomaterialien: Auswirkungen und Sicherheitsaspekte» vom Februar 2017, die unter http://www. nfp64.ch/de/news-medien/publikationen als PDF-Dokumente erhältlich sind.

Kontakt Peter Gehr Präsident der Leitungsgruppe des NFP 64 Telefon +41 (0)79 743 11 34 gehr@ana.unibe.ch Mark Bächer Leiter Wissenstransfer NFP 64 Telefon +41 (0)78 601 56 08 mark.baecher@lscom.ch

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FOKUS

Netzwerkanalyse von Literaturdaten

Nanopartikel bleiben unberechenbar Das Verhalten von Kleinstteilchen in der Umwelt ist äusserst komplex. Um dieses umfassend zu verstehen, fehlt es heute an systematischen Experimentaldaten, wie ETH-Umweltwissenschaftler in einer grossen Übersichtsstudie zeigen. Eine standardisiertere Herangehensweise würde das Forschungsfeld weiterbringen.

Verfügung stehenden Daten noch kein einheitliches Bild zeichnen können.» Nicole Sani-Kast in der Gruppe von Scheringer ergänzt: «Künstliche Nanopartikel verhalten sich sehr dynamisch, und sie sind sehr reaktionsfreudig. Die Teilchen heften sich an alles, was sie finden: an andere Nanopartikel, um mit ihnen Agglomerate zu bilden, oder andere in der Umwelt vorhandene Moleküle.»

Grafik: Thomas Kast

Netzwerkanalyse

Die Forschenden werteten die in der Fachliteratur veröffentlichten Experimentaldaten mit einer Netzwerkanalyse aus. Diese Analyse macht sichtbar, welche Arten von Nanopartikeln (blau) bei welchen Umweltbedingungen (rot) untersucht wurden.

Fabio Bergamin 1 Die Nanotechindustrie boomt. Jährlich werden weltweit mehrere Tausend Tonnen künstliche Nanopartikel hergestellt. Ein Teil davon gelangt früher oder später in Gewässer und Böden. Was dort mit ihnen genau geschieht, können selbst Experten nur schwer sagen. Die Frage ist komplex, denn es gibt viele verschiedene Arten von künstlichen Nanopartikeln. Und vor allem: Die Partikel verhalten sich in der Umwelt je nach herrschenden Bedingungen völlig unterschiedlich. Forschende um Martin Scheringer am Departement Umweltwissenschaften der ETH 1

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Fabio Bergamin, ETH Zürich

Zürich wollten Licht ins Dunkel bringen. Sie suchten in 270 wissenschaftlichen Studien und den beinahe 1000 darin erwähnten Laborexperimenten zum Verhalten von künstlichen Nanopartikeln nach Mustern. Dies mit dem Ziel, allgemeingültige Voraussagen zum Verhalten der Partikel zu machen.

Partikel heften sich an alles Den Forschenden präsentierte sich beim Kombinieren der Daten jedoch ein sehr uneinheitliches Bild. «Der Sachverhalt ist komplexer, als das wohl viele Wissenschaftler noch vor Jahren vorausgesagt hätten», sagt Scheringer. «Und wir müssen einsehen, dass wir mit den uns heute zur

Womit genau die Teilchen reagieren und wie schnell, hängt von verschiedenen Faktoren ab: dem Säuregrad von Wasser oder Boden, der Konzentration der vorhandenen Mineralstoffe und Salze und vor allem der Zusammensetzung der im Wasser gelösten oder im Boden vorhandenen organischen Moleküle. Ausserdem macht die Tatsache, dass künstliche Nanopartikel oft oberflächenbeschichtet sind, die Sache noch komplizierter: Denn je nach Umweltbedingungen behalten oder verlieren die Partikel ihre Beschichtung, was wiederum ihr Reaktionsverhalten beeinflusst. Um die in der Literatur veröffentlichten Resultate auszuwerten, wandte Sani-Kast erstmals in diesem Forschungsfeld eine Netzwerkanalyse an, wie sie zum Beispiel aus der Sozialforschung zum Erfassen von Netzwerken sozialer Beziehungen bekannt ist. Damit konnte sie zeigen, dass die vorhandenen Daten wenig divers, wenig konsistent und wenig strukturiert sind.

Mehr Systematik für maschinelles Lernen «Wären strukturierte, konsistentere und ausreichend diverse Daten vorhanden, wäre es denkbar, mit den Methoden des Maschinellen Lernens allgemeingültige Muster zu 5/2017

FOKUS

Künstliche von natürlichen Nanopartikeln unterscheiden Neben der mangelnden Systematik gibt es noch ein zweites, handfestes Problem beim Erforschen des Verhaltens von künstlichen Nanopartikeln: Viele künstliche Nanopartikel bestehen aus chemischen Elementen und Verbindungen, die natürlicherweise in der Umwelt vorkommen. Künstliche Teilchen in der Umwelt von natürlichen zu unterscheiden, war mit bisherigen Messmethoden schwierig. Forschende am Departement Chemie und angewandte Biowissenschaften der ETH Zürich (Leitung Detlef Günther) haben jedoch eine leistungsfähige Methode etabliert, mit der eine solche Unterscheidung in Routineuntersuchungen möglich wird. Die Wissenschaftler nutzten dazu eine topmoderne und hochempfindliche Massenspektrometrie-Technik (genannt spICPTOF-Massenspektrometrie). Mit dieser können sie von jedem einzelnen Nanoteilchen einer Probe bestimmen, aus welchen chemischen Elementen es zusammengesetzt ist.

entdecken», sagt Scheringer. «Wir sind allerdings noch nicht an diesem Punkt.» Zunächst müssten ausreichend strukturierte Experimentaldaten vorhanden sein. «Damit die Wissenschaftsgemeinschaft jedoch systematisch und standardisiert solche Experimente durchführt, wäre wohl irgendeine Art von Koordination nötig», ergänzt Sani-Kast, doch sie weiss, dass solche Arbeiten schwierig zu koordinieren sind. Es entspricht eher der Natur und den

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Wien wandten die ETH-Forschenden die Methode auf Bodenproben an, die natürliche Nanopartikel mit dem chemischen Element Cer enthalten, und in die sie künstliche Cerdioxid-Nanopartikel mischten. Mit Methoden des maschinellen Lernens – die sich für diese spezielle Fragestellung hervorragend eigneten – konnten die Forschenden Unterschiede in den chemischen Fingerabdrücken der beiden Teilchenklassen ausmachen. «Während künstlich hergestellte Nanopartikel oft aus einer einzigen Verbindung bestehen, enthalten natürliche Nanopartikel meist noch eine Reihe von zusätzlichen chemischen Elementen», erklärt Alexander Gundlach-Graham von Günthers Gruppe. Die neue Messmethode ist sehr empfindlich: Die Wissenschaftler konnten damit künstliche Partikel in Proben mit bis zu hundertmal mehr natürlichen Teilchen messen.

Vorlieben von Wissenschaftlern, neue Methoden zu entwickeln und zuvor nicht analysierte Umweltbedingungen zu untersuchen, als routinemässig standardisierte Experimente durchführen. Originalpublikationen Nicole Sani-Kast et al., «A network perspective reveals decreasing material diversity in studies on nanoparticle interactions with dissolved organic matter», PNAS

March 7, 2017 vol. 114 no. 10 E1756– E1765; DOI: 10.1073/pnas.1608106114 Antonia Praetorius et al., «Single-particle multi-element fi ngerprinting (spMEF) using inductively-coupled plasma time-offlight mass spectrometry (ICP-TOFMS) to identify engineered nanoparticles against the elevated natural background in soils», Environ. Sci.: Nano, 2017, 4, 307–314; DOI: 10.1039/C6EN00455E

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FOKUS

Alternative Testmethoden

Risikobewertung von Nanomaterialien Die OECD (Organisation for Economics Cooperation and Development) hat Ende Januar 2017 einen Bericht veröffentlicht, der sich mit alternativen Testmethoden für die Risikobewertung von Nanomaterialien befasst. Sein Titel: «Alternative testing strategies in risk assessment of manufactured nanomaterials: current state of knowledge and research needs to advance their use».

Der Bericht wurde im Rahmen der gemeinsamen Tagung des Chemikalienausschusses und der Arbeitsgruppe für Chemikalien, Pestizide und Biotechnologie verfasst und enthält Überlegungen dazu, wie alternative Teststrategien im Kontext der Risikoanalyse von technisch hergestellten Nanomaterialien genutzt werden können. Insbesondere Informationen zu möglichen Effekten der Nanomaterialien auf menschliche Gesundheit und Umwelt sowie zu Kurz- und Langzeitexposition werden benötigt, um den Forschungsbedarf für die Entwicklung der Risikoanalysemethoden in naher Zukunft abschätzen zu können. Derzeit werden alternative Testmethoden bereits zu Screening-Zwecken eingesetzt. Diese könnten in naher Zukunft auch für Entscheidungsfindungsprozesse wie zum Beispiel Kategorisierung

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oder Read-Across innerhalb bestimmter regulatorischer Rahmenbedingungen eingesetzt und dahingehend weiterentwickelt werden. Die Experten haben erkannt, dass die Führungsrolle hier von der wissenschaftlichen Gemeinschaft übernommen werden solle, um grundlegende Herausforderungen wie die Standardisierung von Materialien, Techniken und Berichten, die Entwicklung von Experimenten, die für realistische Ergebnisse relevant sind, sowie die Koordination und den Austausch von grosstechnischen Kooperationen und Daten zu bewältigen. Es wird erwartet, dass die Schlussfolgerungen aus diesem Dokument zur Entwicklung und Umsetzung von relevanten alternativen Teststrategien für Nanomaterialien beitragen können, welche die Fähigkeit zur Identifizierung von risikoarmen Nanomaterialien

beschleunigen und zu einer schnelleren, kostengünstigeren und zuverlässigeren Sicherheitsüberprüfung von Nanomaterialien im Kontext des spezifischen Risikomanagements führen. Der vollständige Report mit dem Titel «Alternative testing strategies in risk assessment of manufactured nanomaterials: current state of knowledge and research needs to advance their use» kann über die OECD-Webseite unter folgendem Link als PDF-Datei heruntergeladen werden: www. oecd.org/officialdocuments/publicdisplayd o c u m e n t p d f / ? c o te = EN V/J M / M O NO(2016)63&doclanguage = en

Quelle: Informationen zu Nanomaterialien und Nano-Sicherheitsforschung

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Bild: Lauren Aleza Kaye/ETH Zürich

CHEMIE

Künstlerische Darstellung der nur wenige Atomschichten dicken Nanoplättchen.

Rechteckige, hauchdünne Kristalle

Plättchen statt Quantenpunkte Nanoplättchen sind extrem dünne rechteckige und nur wenige Nanometer grosse zweidimensionale Strukturen mit interessanten Eigenschaften. Forscher um ETH-Professor David Norris klärten anhand eines Modells den generellen Mechanismus, wie sich Nanoplättchen bilden. Mit Katzengold (Pyrit) konnten sie ihre Theorie auch gleich bestätigen.

Peter Rüegg 1 Die Wissenschaft erforscht seit den 1980er-Jahren farbig leuchtende Quantenpunkte (engl.: Quantum Dots, QD), und mittlerweile sind diese Nanokristalle auch im Alltag angekommen: Die Elektronikindustrie setzt solche in LCD-Fernsehern ein, um die Farbwiedergabe und damit die Bildqualität stark zu verbessern. Quantenpunkte sind kugelförmige Nanokristalle aus Halbleitermaterial. Werden diese Kristalle mit Licht angeregt, leuchten sie grün oder rot – je nach ihrer Grösse, die zwischen zwei und acht Nanometern liegt. Die kugeligen Formen lassen sich kontrolliert erzeugen. Vor wenigen Jahren tauchte mehr oder weniger zufällig eine neue Art von Nanokristallen auf dem Radar der Forscher auf: Nanoplättchen. Diese zweidimensionalen Strukturen sind wie Quantenpunkte nur wenige Nanometer gross, aber von einheit1

Peter Rüegg, ETH Zürich

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licher flächiger rechteckiger Form. Sie sind extrem dünn, oft nur wenige Atomschichten dick. Diesem Umstand verdanken die Plättchen eine ihrer auffälligsten Eigenschaften: Ihr Leuchten ist extrem rein.

Keine magische Formel Bis jetzt rätselhaft war jedoch, wie die Plättchen entstehen und welche Gesetzmässigkeiten dahinter stehen. David Norris und sein Team haben das Geheimnis nun gelüftet: «Wir wissen nun, dass es keine magische Formel gibt, um Nanoplättchen zu erzeugen – nur Wissenschaft», betont der Professor für Materialtechnik der ETH Zürich. In einer Studie in der Fachzeitschrift «Nature Materials» zeigen die Forscher anhand von Cadmiumselenid-Nanoplättchen auf, wie diese ihre spezielle flache Form erreichen. Bislang ging die Forschung davon aus, dass es für dieses passgenaue Wachstum eine Art Formvorlage brauchte. Wissen-

schaftler vermuteten eine Art Schablone, die durch Mischung spezieller Ausgangsverbindungen und Lösungsmitteln entsteht, in welchen sie diese flachen Nanokristalle erzeugten. Norris und Kollegen konnten jedoch in Experimenten keinen Einfluss solcher Formvorlagen nachweisen – im Gegenteil: Die Plättchen können in einfachen Schmelzen der Ausgangsstoffe Cadmiumcarboxylat und Selen gänzlich ohne Lösungsmittel wachsen.

Theoretisches Wachstumsmodell Aus dieser Erkenntnis entwickelten die Forscher ein theoretisches Modell, mit dem sie das Wachstum der Plättchen simulierten. In diesem Modell zeigen die Wissenschaftler auf, dass sich zuerst spontan ein Kristallisationskern aus wenigen Cadmium- und Selenatomen bildet. Dieser Kristallisationskern kann sich wieder auflösen und anders formieren. Hat er je5/2017

CHEMIE

doch eine kritische Grösse überstiegen, wächst er schliesslich zum Plättchen aus. Aus energetischen Gründen wächst der flache Kristall nur an seiner Schmalseite, und zwar um bis zum Tausendfachen schneller als auf seiner Fläche. Auf dieser Seite ist das Wachstum wesentlich langsamer weil dort mehr mangelhaft gebundene Atome an der Oberfläche vorhanden sind. Um diese zu stabilisieren, wird Energie benötigt. Zu guter Letzt konnten die Forscher ihr Modell auch experimentell bestätigen, indem sie im Labor Nanoplättchen aus Katzengold (Pyrit, FeS2) herstellten. Diese Plättchen liessen sich exakt anhand der Modellvorhersage mit den geeigneten Eisen- und Schwefelionen erzeugen. «Dass wir solche Kristalle erstmals auch aus Katzengold schaffen konnten, ist sehr interessant», findet Norris. «Das hat uns gezeigt, dass wir unsere Forschung auf weitere Materialien ausdehnen können.» Cadmiumselenid gilt zwar als das bestbekannte Halbleitermaterial, mit dem solche Nanokristalle bisher erforscht wurden. Allerdings ist es hochgiftig und daher für den Alltagseinsatz nicht brauchbar. Ein Ziel der Forscher ist es deshalb, Nanoplättchen aus weniger giftigen oder ungiftigen Substanzen zu erzeugen.

Durchfluss zuverlässig messen.

Weitere Entwicklung offen

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Über das Potenzial der Nanoplättchen kann Norris derzeit nur spekulieren. Sie seien eine interessante Alternative zu Quantenpunkten, da sie gegenüber diesen mehrere Vorteile böten, sagt er. So können sie Farben wie Grün besser und leuchtender erzeugen. Auch übertragen sie effizienter Energie, was sie für den Einsatz in Solarzellen prädestinieren würde. Und auch für Laser wären solche Plättchen geeignet. Sie haben aber auch Nachteile. Bei Quantenpunkten lässt sich beispielsweise die Farbe stufenlos einstellen, indem Kristalle verschiedener Grösse erzeugt werden. Nicht so bei Plättchen. Deren Farbe ist aufgrund der Schichtung der Atomlagen nur stufenweise verschiebbar. Diese Einschränkung lässt sich aber mit bestimmten «Tricks» mildern: Die Wellenlänge des von den Plättchen abgegebenen Lichts lässt sich durch Verkapselung in ein anderes Halbleitermaterial feiner einstellen. «Nur die Zeit wird es zeigen, ob sich das Interesse der Bildschirmindustrie für unsere Entdeckung wecken lässt», sagt Norris. Einige Firmen setzen zurzeit organische LED (Oled) ein, andere verwenden Quantenpunkte. Wohin die Technologie sich entwickelt, ist unklar. Die vorliegende Studie ist jedoch eine wichtige Basis, um eine breite Palette von Nanoplättchen-Materialien untersuchen zu können. «Dies könnte Halbleiter-Nanokristallen in Zukunft einen wesentlichen Vorteil verschaffen», so der ETH-Professor.

Originalpublikation Riesiger A. et al., «An intrinsic grollt instability in isotropic materials leads to quasi-two-dimensional nanoplatelets», Nature Materials, Publisher Online 3rd April 2017; DOI: 10.1038/nmat4889 5/2017

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CHEMIE

Kupferhydroxid-Nanopartikel zersetzen Sauerstoffradikale

Giftige Wirkung von Zigarettenrauch reduziert Chemiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben eine Methode entwickelt, um die giftige Wirkung kommerzieller Zigaretten zu senken. Obwohl laut Weltgesundheitsorganisation WHO jedes Jahr etwa sechs Millionen Menschen an den Folgen des Tabakkonsums sterben, wächst die Zahl der Raucher weltweit. Die Zahl der Todesfälle durch Tabakkonsum entspricht einem Wert, als würde stündlich ein Passagierflugzeug abstürzen.

Bild: Karsten Korschelt, JGU

Tabakrauch enthält nahezu 12 000 verschiedene Bestandteile, darunter – neben narkotoxischen Komponenten wie zum Beispiel Nicotin und bluttoxischen Bestandteilen wie Blausäure oder Kohlenstoffmonoxid – auch krebserregende Substanzen. Zu diesen gehören freie Sauerstoffradikale, sogenannte reaktive Sauerstoffspezies, von denen pro Zigarettenzug mehr als zehn Billiarden (1016) Moleküle eingeatmet werden. Die Mainzer Wissenschaftler unter der Leitung von Wolfgang Tremel haben einen Weg gefunden, die Zahl dieser freien Sauerstoffradikale und damit die Giftigkeit von Zigaretten deutlich zu senken. Diese Entwicklung könnte nicht nur dazu beitragen, den Genuss von Tabakprodukten ein Stück weit ungefährlicher zu machen, sondern sie lässt sich auch auf weitere Gebiete ausweiten, in denen reaktive Sauerstoffradikale ein Problem darstellen.

Ideen aus der Natur Die grundlegenden Ideen holten sich die Forscher dabei von Enzymen aus der Natur. Eine erhöhte Konzentration von reaktiven Sauerstoffspezies, zum Beispiel durch enzymatische Dysfunktion, UV-Strahlung oder das Inhalieren von Zigarettenrauch, kann zu unkontrollierter Zellteilung und oxidativer Zellschädigung führen. Zur Regulierung der Radikalkonzentration verwendet die Natur antioxidativ wirkende Enzyme wie die Superoxid-Dismutase (SOD), die eine zentrale Rolle bei der Prävention von Krankheiten spielt, etwa der Tumor- und Krebsbildung, Entzündungen sowie Schlaganfallerkrankungen. Das natürliche Enzym nutzt dabei Metalle wie Kupfer, Zink, Nickel, Eisen und Mangan als 21 2

Vom Labor ins alltägliche Leben: Künstlich hergestellte Kupferhydroxid-Nanopartikel katalysieren den Abbau von Sauerstoffradikalen durch Nachahmen des enzymkatalysierten natürlichen Abwehrmechanismus. Durch Einbringen der Nanopartikel in kommerzielle Zigarettenfilter kann die giftige Wirkung von Zigarettenrauch verringert werden.

reaktive Zentren, an denen Sauerstoffradikale zersetzt werden, sodass der lebende Organismus vor ihrem aggressiven Reaktionsverhalten geschützt wird. Viele Enzyme wie die SOD lassen sich leicht herstellen oder isolieren. Problematisch ist jedoch ihre geringe Stabilität bei hohen Temperaturen oder nicht-physiolo-

gischen pH-Werten. Mit Blick auf natürliche Enzyme beschäftigen sich Forscher im Bereich der Biomimetik damit, das biologische Reaktionsverhalten mithilfe synthetischer Verbindungen nachzuahmen. Der Chemiker Karsten Korschelt und die Lebensmittelchemikerin Carmen Metzger untersuchten Aminosäure-funk5/2017

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tionalisierte Kupferhydroxid-Nanopartikel als potenzielle synthetische Analoga kupferhaltiger SOD. Dabei zeigte sich, dass die Partikel eine höhere katalytische Aktivität bei der Zersetzung reaktiver Sauerstoffradikale besitzen als das Enzym selbst. «Dies ist im Prinzip nicht verwunderlich, da alle Kupferatome auf der Partikeloberfläche katalytisch wirksam sein können, das Enzym aber nur ein aktives Zentrum besitzt», teilt Tremel dazu mit. Im Gegensatz zu natürlichen Enzymen sind funktionalisierte KupferhydroxidNanopartikel sehr stabil und kostengünstig herstellbar.

Vom Labor ins alltägliche Leben Obwohl sich enzymatische Reaktionen aus der Natur mithilfe von Nanopartikeln nachahmen lassen, gibt es bisher nur wenige Alltagsanwendungen, die auf diesem Prinzip basieren. Nanopartikel selbst werden zum Beispiel in Kosmetika oder zur Nanoversiegelung in Lacken und Textilien verwendet. Auch freie Radikale umgeben uns im alltäglichen Leben so sehr, dass ihre Anwesenheit häufig in Vergessenheit gerät. Vor allem in Abgasen und in Zigarettenrauch spielen sie eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Aus diesem Grund untersuchten die Mainzer Chemiker in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Jürgen Brieger von der Universitätsmedizin Mainz die Möglichkeit, die funktionalisierten Kupferhydroxid-Nanopartikel in Zigarettenfilter zu integrieren, um die Konzentration der freien Radikale zu verringern und Raucher vor deren giftigen Einflüssen zu schützen.

Effizienter Zigarettenfilter Untersuchungen der Zytotoxizität zeigen, dass Zigarettenrauchextrakte in den untersuchten Konzentrationen nach dem Passieren nanopartikelhaltiger Zigarettenfilter keine toxische Wirkung auf menschliche Zellen haben, während Kontrollmessungen mit unbehandelten Filterzigaretten eine erhöhte Toxizität aufweisen. «Dies zeigt die positive Wirkung der Partikel als Teil des Zigarettenfilters und ihre Stabilität beim Rauchprozess», merkt Korschelt an. Die Mainzer Forscher konnten zeigen, dass 5/2017

man mithilfe von Nanopartikeln den Abwehrmechanismus der Natur nachahmen und eine Verringerung der giftigen Wirkung verschiedener Arten von Rauch erreichen kann. Originalpublikation K. Korschelt et al., «Glycine-functionalized copper(II) hydroxide nanoparticles with high intrinsic superoxide dismutase activity», Nanoscale 9, 3952–3960, 22. Februar 2017, DOI: 10.1039/C6NR09810J

Kontakt Prof. Dr. Wolfgang Tremel Johannes Gutenberg-Universität Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie D-55099 Mainz Telefon +49 (0)6131 39-25135 Telefax +49 (0)6131 39-25605 tremel@uni-mainz.de www.ak-tremel.chemie.uni-mainz.de

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CHEMIE

Mit Dreifachzucker gegen Pneumokokken

Süsser Impfstoff gegen Lungenentzündung Für eine Impfung gegen einen besonders gefährlichen Erreger der Lungenentzündung braucht es möglicherweise nicht viel. Denn ein Molekül aus drei aneinandergereihten Zuckern könnte ausreichen, um vor der Infektion mit hochvirulenten und antibiotikaresistenten Pneumokokken zu schützen. Der Dreifachzucker stimuliert das Immunsystem zur Bildung von Antikörpern gegen das Bakterium Streptococcus pneumoniae vom Serotyp 8, kurz ST8, wie ein internationales Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam durch Tests im Tiermodell nachgewiesen haben.

Bilder: Benjamin Schumann

aus Bakterien. Um sie zu entwickeln, müssen die Forscher jedoch genau wissen, welcher Bestandteil der Bakterienhülle die Immunität gegen den Erreger tatsächlich auslöst. Das herauszufinden ist mühsam, und erschwert die Entwicklung dieser neuen Generation von synthetischen Impfstoffen.

Fortschritt durch synthetischen Impfstoff

Unscheinbar, aber gefährlich: Das Bakterium Streptococcus pneumoniae kann Lungenund Hirnhautentzündung auslösen.

Bereits seit vielen Jahren verwenden Wissenschaftler die charakteristischen Zuckermoleküle auf der Oberfläche von Bakterien als Bestandteile von Impfstoffen. Die Immunisierung mit einer Mischung solcher isolierter Kapselpolysaccharide schützt jedoch nicht immer zuverlässig vor Infektionen mit dem tatsächlichen Erreger. Die Gemische sind nämlich nicht gegen alle Subtypen der Bakterien wirksam. Zudem ist ihre Herstellung teuer und aufwendig, da bei der Isolation der Oberflächenzucker oftmals Verunreinigungen durch Rückstände und veränderte Zuckermoleküle entstehen. Eine Alternative bieten synthetische Zuckermoleküle, die den Oberflächenmolekülen der Bakterien nachempfunden sind. An Trägerproteine gekoppelt stellen diese Moleküle effektive Impfstoffe dar, deren Herstellung im Labor deutlich einfacher ist als die Isolation konventioneller Impfstoffe 21 4

Die Forscher des Potsdamer Max-PlanckInstituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung, der Freien Universität Berlin, der Berliner Charité und des Albert Einstein College of Medicine in New York kombinierten jetzt eine Reihe von Experimenten, um die für den Impfschutz relevanten Oberflächenmoleküle des Pneumokokken-Bakteriums Streptococcus pneumoniae vom Serotyp ST8 zu identifizieren. Das Bakterium kann gefährliche Lungen- und

Hirnhautentzündungen verursachen und ist oft gegen gängige Antibiotika resistent. «Die Herstellung konventioneller Impfstoffe gegen ST8 ist schwierig» erklärt MaxPlanck-Direktor Peter Seeberger, «weshalb die Entwicklung eines synthetischen Impfstoffs einen enormen medizinischen Fortschritt bedeuten würde.» Um den Syntheseaufwand für den Impfstoff dabei möglichst gering zu halten, suchten die Forscher den kleinstmöglichen Zucker, der eine Immunisierung bewirkt. Zu diesem Zweck produzierten die Wissenschaftler mithilfe eines automatisierten Syntheseverfahrens, das Seeberger und seine Mitarbeiter entwickelt haben, zunächst eine Reihe unterschiedlicher Zuckermoleküle, die verschiedenen Teilen des Kapselsaccharids auf dem ST8-Bakterium entsprechen. Anschliessend testeten sie, welche Zuckermoleküle von Antikörpern erkannt wird, die auch gegen ST8 wirksam sind. Diese Moleküle, so folgerten

Nur aus drei aneinander gehängten Zuckern besteht das Molekül, das in Mäusen eine Immunantwort gegen Pneumokokken vom Serotyp ST8 hervorrief. Nun soll es für die Anwendung im Menschen weiterentwickelt werden.

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die Forscher, könnten auch eine Schutzwirkung gegen die Pneumokokken auslösen. Um ihre Hypothese zu testen, injizierten sie die Moleküle Mäusen. Tatsächlich bildeten Tiere, die eine bestimmte Zuckerkombination erhalten hatten, wirksame Antikörper gegen die echten, aus ST8-Bakterien isolierten Kapselpolysaccharide.

Weiterentwicklung für Anwendung am Menschen Um herauszufinden, welcher spezielle Teil des Kapselsaccharids dafür sorgt, dass das Immunsystem wirksame Antikörper bildet, analysierten die Forscher das Bindungsverhalten der Antikörper genauer. So zeigten sie letztlich, dass ein Dreifachzucker aus zwei Glucose- und einem Galactosemolekül die schützende Immunantwort vermittelt. Benachbarte Bereiche des Kapselsaccharids bewirkten dagegen keine schützende Immunantwort. Fügten die Wissenschaftler den synthetischen Zuckerimpfstoff zu dem gängigen Pneumokokken-Impfstoff Prevnar 13 hinzu, erweiterte sich dessen Wirkungsspektrum von 13 auf 14 Serotypen, sodass die geimpften Tiere zusätzlich gegen den gefährlichen ST8-Erreger immunisiert wurden. Im nächsten Schritt wollen die Forscher den Impfstoff gegen die Pneumokokken zusammen mit der Vaxxilon AG, einer Ausgründung des Max-Planck-Instituts, für die Anwendung am Menschen weiterentwickeln. Die Potsdamer Gruppe beschäftigt sich bereits seit einigen Jahren mit der Entwicklung synthetischer Impfstoffe auf Zuckerbasis und hat auch für andere Bakterienarten schon vielversprechende Kandidaten entwickelt. «Synthetische Impfstoffe bedeuten einen Paradigmenwechsel innerhalb der Impfstoffforschung» sagt Seeberger. «Sie sind präziser, effektiver und einfacher herzustellen als konventionelle Impfstoffe.» Die Synthese des gegen ST8 wirksamen Zuckermoleküls ist damit ein weiterer Meilenstein auf dem Weg zu einer neuen Generation von massgeschneiderten Impfstoffen. Originalpublikation Benjamin Schumann et al., «A semisynthetic Streptococcus pneumoniae serotype 8 glycoconjugate vaccine», Science Translational Medicine, 8. März 2017; DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf5347

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Kontakt Prof. Dr. Peter H. Seeberger Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Am Mühlenberg 1 OT Golm D-14476 Potsdam Telefon +49 (0)331 567-9301 peter.seeberger@mpikg.mpg.de www.mpikg.mpg.de

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CHEMIE

Einsatz von Edelmetall-Nanopartikeln

Nagellack mit Goldnanopartikeln

Der teuerste Nagellack der Welt ist schwarz, enthält feinste schwarze Diamanten und kostet 205 000 Euro. Günstiger sind Trendfarben namens «Moon Rock» oder «Sold Out Forever». Hinter den wohlklingenden Produktnamen verbergen sich in der Regel Titandioxid für die Deckkraft sowie färbende Pigmente. Doch transparenten Nagellack mit echten Edelmetallpartikeln, das hatten Marcus Lau und Friedrich Waag, Chemiker am Lehrstuhl von Stephan Barcikowski, bisher noch nie gesehen. Im Labor platzierten sie also ein Goldplättchen in einem Becherglas und bedeckten es mit transparentem Nagellack aus dem Drogeriemarkt. Anschliessend kam ein Hochleistungslaser zum Einsatz: Dieser läuft gleichmässig über das Edelmetall in der

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Bild: Cenide, AG Barcikowski

Bienenwachs, Eiweiss, Gelatine und Farben aus Gemüse – 3000 v. Chr. waren das die bewährten Zutaten für Nagellack in China. Heutzutage darf die Zusammensetzung etwas raffinierter sein: Wissenschaftler des Center for Nanointegration (Cenide) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben Nagellack mit Goldnanopartikeln versehen. Das hat optische Qualitäten, verspricht jedoch auch neue Möglichkeiten in der Medizintechnik. Was der Lack übrigens nicht ist – golden.

Links ist der nicht behandelte Klarlack zu sehen, danach folgen v. l. n. r. Nagellack mit Platin, Silber, Silber-Gold-Gemisch, Gold.

Flüssigkeit und sprengt in ultrakurzen Pulsen winzigste Partikel heraus. Diese Nanopartikel verteilen sich gleichmässig und ohne weitere chemische Zusätze im Lack. Auch das Auftragen funktioniert: «Es trocknet nur etwas langsamer», so Lau. Wer danach metallisch goldschimmernde Nägel erwartet, wird allerdings enttäuscht: «Nanogold ist rot bis violett. Das liegt an veränderten optischen Eigenschaften von Partikeln, die kleiner sind als die Wellenlängen von sichtbarem Licht.» Das gleiche Herstellungsprinzip funktioniert auch mit anderen Metallen, beispielsweise Silber oder Platin. Weitere Experimente haben zudem ergeben, dass Silberpartikel im Lack entsprechende Ionen freisetzen, die keimtötend wirken können und so möglicherweise für die Behandlung von Nagelinfektionen geeignet sind. Generell sind hochreine Nanopartikel ideal für Beschichtungen – besonders in der Medizin: Ihr Äusseres ist frei von Ablagerungen und Verunreinigungen. Aufgrund

ihrer grossen Oberfläche können sie zum Beispiel auf Implantaten über einen längeren Zeitraum hinweg medizinisch aktive Ionen freisetzen. Originalpublikation M. Lau, F. Waag, and S. Barcikowski, «Direct Integration of Laser-Generated Nanoparticles into Transparent Nail Polish: The Plasmonic ‹Goldfinger›», Ind. Eng. Chem. Res. 56 [12], 3291–3296 (2017); DOI: 10.1021/acs.iecr.7b00039

Kontakt Dr. Marcus Lau Universität Duisburg-Essen Lehrstuhl für Technische Chemie I Universitätsstrasse 7 D-45141 Essen Telefon +49 (0)201 183-6173 marcus.lau@uni-due.de www.uni-due.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Selbstorganisierte Bioproduktion

Grüne Chemie aus dem Muschelfuss

Bild: Tobias Priemel/MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Der Perlmutt und die reissfesten Fäden, mit denen sich die Miesmuschel am Meeresboden festhält, besitzen aussergewöhnliche Qualitäten. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung haben erstmals Einsichten gewonnen, wie die Byssusfäden im Fuss des Schalentiers entstehen. Zahlreiche Schritte dieser Bioproduktion laufen demnach selbstorganisiert ab, also ohne dass die Muschel eingreift. Diese Erkenntnis könnte einen Weg weisen, wie sich Polymere auch technisch auf einfache Weise zu grösseren Strukturen anordnen lassen.

Ein Vorbild für Chemiker: Die feinen Byssusfäden, die Muscheln in ihrem zungenförmigen Fuss produzieren, haften unter Wasser besser als jeder Klebstoff aus der Tube. Sie sind reissfest, dehnbar, hart und selbstheilend. Ausserdem bilden sie sich teilweise selbstorganisiert. Das könnte sich in der Technik nachahmen lassen, um Kunststoffe umweltfreundlich zu produzieren.

In der Fischtheke bekommt man sie nicht zu sehen, aber wenn Muscheln frisch vom Meeresgrund kommen, hängen ihre Byssusfäden manchmal noch an ihnen – als gelbliches haariges Gespinst. So unscheinbar sie aussehen, so sehr beeindrucken die Eigenschaften des Byssus zumindest Materialwissenschaftler. Und das gilt für alle drei Teile, die sich in einem Byssusfaden unterscheiden lassen: Die kleine Platte am Ende des Fadens, mit der sich eine Muschel an einen Stein auf dem Meeres21 8

boden heftet, klebt unter Wasser besser als jedes andere Material. Das Biopolymer, das den Kern der Faser bildet, ist sehr reissfest und heilt zudem von selbst, wenn es dennoch mal beschädigt wird. Und die Hülle der Fäden ist hart wie das Epoxidharz, aus dem etwa Leiterplatinen hergestellt werden, und dennoch dehnbar. Diese Qualitäten sind schon Grund genug, dass Chemiker versuchen die Materialien, die das Schalentier erzeugt, zu imitieren. Wie sich jetzt herausstellt, könnte aber auch die Bioproduktion der Fäden Chemiker inspirieren: «Viele Ausgangsstoffe der Biopolymere formieren sich ganz von selbst zu der komplexen Struktur, einfach weil die Muschel sie an bestimmten Stellen und zeitlich aufeinander abgestimmt freisetzt», sagt Matt Harrington, dessen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung nun erste Erkenntnisse über die Polymerfabrik des Meerestieres gewonnen hat.

Eine eigene Drüse für jeden Teil des Fadens Wie Forscher bereits seit Längerem wissen, spinnt die Muschel die Byssusfäden in einer feinen Rinne in ihrem Fuss, und zwar indem Drüsen die Ausgangsstoffe in diese Vertiefung fliessen lassen. Wie Matt Harrington und seine Mitarbeiter aber erst jetzt herausgefunden haben, sind die Drüsen jeweils einem Teil des Byssusfadens zugeordnet: Es gibt also solche für die Platte am Ende eines Fadens, seinen Kern und seine Haut. In der befinden sich die jeweils passenden Mischungen der Ausgangsstoffe, und zwar in Vesikeln, kleinen

Bläschen. Die Differenzierung der Drüsen nach den drei Teilen eines Byssusfadens, ihre Position und der Zeitpunkt, zu dem sie ihre Vesikel freisetzen, sind entscheidend, damit die drei Teile der Faser dort entstehen, wo sie hingehören. So fliessen genau aufeinander abgestimmt an verschiedenen Stellen die Vesikel mit den Komponenten für die Polymere des Kerns, der Haut und des Bodenplättchens in die Rinne und ordnen sich dort zu einem Material mit komplexer Struktur. Das hat das Potsdamer Team beobachtet, indem sie die Drüsen im Muschelfuss künstlich zur Abgabe der Vesikel anregten, den Fuss aber ansonsten lähmten, um ihn untersuchen zu können. Dann froren sie mehrere Füsse in verschiedenen Phasen der Bioproduktion der Fäden ein und analysierten sie scheibchenweise mit einer spektroskopischen Methode, die ihnen etwas über die chemische Zusammensetzung der Stoffe verriet. Die Ergebnisse dieser Analysen verglichen sie mit den Resultaten von Experimenten, in denen sie verschiedene chemische Bestandteile der Fasern unterschiedlich einfärbten. «Da in dem gelähmten Fuss nur die Drüsen funktionierten, konnten wir genau unterscheiden, welche Schritte der Biopolymerisation selbstorganisiert stattfinden, und wo die Muschel noch regulierend eingreift», erklärt Tobias Priemel, der an den Untersuchungen massgeblich beteiligt war. Beim Kern des Byssusfadens war die unterschiedliche Wirkung von selbstorganisierten und biologisch regulierten Schritten besonders augenfällig. Die künstlich gesponnene Faser kam nämlich ziemlich 54 / 2 0 1 7

BIOWISSENSCHAFTEN

Bild: Mason Dean/MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Grüne Produktion am Meeresgrund

Byssusfäden entstehen in einer feinen Rinne im Muschelfuss, die Platte am Ende des Fadens, die am Meeresboden haftet entsteht in einer Vertiefung am Ende der Rinne. Für den Faserkern (blau), die Faserhülle (rot) und die Platte (gün) gibt es dabei jeweils eigene Drüsen, die die entsprechenden Komponenten in Vesikeln freisetzen. Einige Schritte der Biopolymerisierung erfolgen selbstorganisiert, bei anderen greift die Muschel regulierend ein. So ordnen sich die Polymere des Kerns in kurzen Abschnitten von selbst parallel an, um sie über die ganze Länge des Fadens gleich auszurichten, muss die Muschel aktiv werden. Zudem vernetzen sich die Proteine in der Haut nicht von selbst, hier fügt das Meerestier nachträglich die Metallionen ein, die Verknüpfungen zwischen den Proteinsträngen schaffen und so nicht zuletzt die Selbstheilungskräfte der Fäden schaffen. Dagegen bildet sich die komplexe Struktur, in der die Platte des Fadens mit dessen Kern verbunden wird, die ähnlich aussieht wie Pflanzen im Boden wurzeln, selbstorganisiert.

unförmig aus der Rinne des Fusses. Wie die Forscher bei einem Blick auf ihre innere Struktur feststellten, hatten sich die Polymere des Kerns in ihren Experimenten auch nur über kurze Strecken akkurat parallel nebeneinander angeordnet und nicht über die gesamte Länge der Faser, so wie sie es in den natürlich erzeugten Fäden tun. «Möglicherweise formt der Muschelfuss den Faden, damit sich die Polymere über dessen ganze Länge parallel ausrichten», so Priemel.

Auch technisch interessant? Auch die anderen Teile des Byssusfadens wiesen noch das ein oder andere Defizit auf, wenn die Herstellung des Fadens künstlich eingeleitet wurde, und die Muschel dabei nicht eingreifen konnte. Wie sie das tut, damit der Faden ohne diese Fehler entsteht, und warum sie bei anderen Schritten ihrer Byssusproduktion nicht 45 / 2 0 1 7

aktiv werden muss, wollen Harrington und seine Mitarbeiter nun aufklären. «Wenn wir wissen, welche Faktoren wichtig sind, damit sich die Biopolymere selbstorganisiert ordnen, können wir komplexe Polymere in der Technik vielleicht auf ähnliche Weise erzeugen», sagt der Forscher. So könnte etwa der pH-Wert in den Vesikeln und in der Umgebung bei der Selbstorganisation im Muschelfuss eine Rolle spielen. «Genauso interessant ist es aber, mehr über die biologische Regulation zu erfahren», sagt Harrington. Denn das können ganz einfache Mechanismen sein, etwa dass der Fuss die Biopolymere in die gewünschte Form drückt oder dass die Muschel nachträglich Metallionen abgibt, damit sich die Proteine vernetzen. Auch solche Kniffe liessen sich bei der technischen Synthese von Polymeren leicht nachahmen. «Mein Traum ist es, mithilfe der Erkenntnisse, die wir an den Byssusfäden gewinnen, einmal in einem umwelt-

freundlichen Verfahren selbstheilende Materialien herzustellen, die auch ähnliche mechanische Eigenschaften haben wie die Byssusfäden», so Harrington. Originalpublikation Tobias Priemel et al., «Rapid self-assembly of complex biomolecular architectures during mussel byssus biofabrication», Nature Communications, 28. Februar 2017; DOI: 10.1038/ncomms14539

Kontakt Dr. Matthew Harrington Max-Planck-Institut für Kolloidund Grenzflächenforschung Am Mühleberg 1 D-14476 Potsdam-Golm Telefon +49 (0)331 567-9452 matt.harrington@mpikg.mpg.de www.mpikg.mpg.de

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Bild: Laboratoire Bourquin

MEDIZIN

Makrophagen zusammen mit Nanopartikeln (grün).

Analysen mittels Flusscytometrie

Selektion der richtigen Nanopartikel Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Genf haben in Zusammenarbeit mit dem Adolphe Merkle Institute eine schnelle und kostengünstige Methode entwickelt, um die vielversprechendsten Nanopartikel der Biomedizin auszuwählen. Das neue Verfahren ermöglicht es ausserdem, Tierversuche zu reduzieren.

Dank ihrer winzigen Grösse kommen Nanopartikel für eine Vielzahl medizinischer Einsatzbereiche in Betracht. In der Onkologie beispielsweise vervielfachen sich die Forschungen und versprechen präzisere, effizientere und weniger schmerzhafte Behandlungsweisen. Der Nachteil: Für die Forschenden ist es extrem schwierig, die Interaktionen der Nanopartikel mit dem Immunsystem vorherzusehen. Dank der Analyse der Partikel mit der Flusscytometrie – einer von Forschenden der Universitäten Freiburg und Genf entwickelten Technik – ist dieses Problem heute im Begriff, gelöst zu werden.

zu entwickeln und doch weiss man nicht, welche Auswirkungen es auf einen lebenden Organismus hat. Es bestand darum ein reeller Bedarf einer effizienten Methode zur Auslese, die sich ab Beginn der Entwicklung eines neuen Produkts anwenden lässt.» erklärt Carole Bourquin von der Universität Genf, die die Forschungen geleitet hat. «Falls sie nicht kompatibel sind, haben wir wertvolle Zeit verloren.» Dank der Flusscytometrie gelingt es dem Team von Bourquin, im Rekordtempo von weniger als einer Woche das medizinisch ideale Nanopartikel auszuwählen. Früher bedurfte dies mehrere Monate Arbeit.

Sorgfältig ausgesuchte Nanopartikel

Auswählen heisst sparen

Damit sie in der Medizin verwendet werden können, müssen Nanopartikel für den menschlichen Organismus unbedenklich und zugleich imstande sein, das Immunsystem zu umgehen. Und das alles ohne ihre Wirkungskraft zu verlieren. «Es braucht Jahre in einem Labor, um ein Nanopartikel 20

Das Verfahren erfreut sich bereits eines beträchtlichen Erfolgs unter den Entwicklern neuer Partikel. Es erlaubt nicht nur, die Kosten zu senken, sondern auch Tierversuche zu reduzieren. Die neue Methode eröffnet auch Möglichkeiten einer zusehends aufs Individuum angepassten Behandlung einiger Krankheiten. Ein Beispiel

von vielen: Indem die Wirkung von Nanozellen auf isolierte Tumorzellen eines Patienten getestet wird, wird es theoretisch möglich, die effizienteste Behandlungsmethode für den betreffenden Patienten zu identifizieren. Es bleibt abzuwarten, ob die Praxis diese Hypothese bestätigt. Originalpublikation Inès Mottas, Ana Milosevic, Alke Petri-Fink, Barbara Rothen-Rutishauser and Carole Bourquin, «A rapid screening method to evaluate the impact of nanoparticles on macrophages», Nanoscale 9, 2492–2504 (2017); DOI: 10.1039/C6NR08194K

Kontakt Prof. Carole Bourquin Universität Genf CMU-Rue Michel-Servet 1 CH-1211 Genf 4 Telefon +41 (0)22 379 07 01 carole.bourquin@unige.ch www.unige.ch

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NEWS

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

■ Die neue Produktionshalle mit über 10 000 Quadratmetern ist der letzte Bau für die Standorterweiterung der Waldner Unternehmensgruppe in Wangen im Allgäu. 15,8 Mio. Euro wurden in diesen Bauabschnitt investiert – insgesamt belaufen sich die Investitionen in den letzten Jahren für den Um- und Ausbau in Wangen auf über 27 Mio. Euro. In den neuen Hallen werden ausschliesslich Laboreinrichtungen nach den neuesten technischen Standards hergestellt. Maxime für die Standorterweiterung war, dass die Prozesse noch besser ineinandergreifen können. www.waldner.de ■ Der Absatz von Erdgas und Biogas betrug in der Schweiz 2016 insgesamt 39 029 GWh. Gegenüber dem Vorjahr ist dies eine Steigerung von 5%, was vor allem auf die Zunahme der Heizgradtage (+6,7%) zurückzuführen ist. Das ins Gasnetz eingespeiste Biogas aus einheimischer Produktion betrug 308 GWh. Das sind fast 18% mehr als im Vorjahr. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Biogas wird dieses zunehmend auch importiert. www.erdgas.ch ■ Alex Fässler ist per 1. April 2017 als zusätzliches Mitglied in die Konzernleitung der Bachem berufen wird. Er wird als Chief Operations Officer (COO) für die Produktionsstandorte der Gruppe weltweit

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verantwortlich sein. Er wird das bestehende Konzernleitungsteam verstärken. Fässler wechselte 1998 als Produktionsleiter zur Bachem Gruppe in Bubendorf. Er setzte seine Karriere im Unternehmen in den USA fort. Seit 2013 ist er als regionaler COO für Europa wieder am Hauptsitz tätig und für die Produktionsstandorte in der Schweiz, Deutschland und England verantwortlich. www.bachem.com ■ Der Temperaturspezialist Huber Kältemaschinenbau (Offenburg) verzeichnete im Geschäftsjahr 2016 zweistellige Wachstumsraten und wurde mit vier Unternehmenspreisen ausgezeichnet. Um den Expansionskurs fortzusetzen, hat Huber jetzt die norddeutsche Firma Van-der-Heijden Labortechnik GmbH erworben, die sich besonders bei der Kühlung von analytischen Instrumenten und Systemen etabliert hat und über einen global agierenden Kundenstamm verfügt. www.huber-online.com ■ In ihrem Impuls «Innovationspotenziale der Biotechnologie» greift acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften die hohe Innovationsdynamik in der Biotechnologie auf. Diese schlägt sich in Wissenschaft, Wirtschaft und zunehmend auch in der politischen Debatte nieder. Die Publikation zeigt Chancen der Biotechnologie zur Stiftung eines gesellschaft-

lichen und wirtschaftlichen Nutzens auf und analysiert Herausforderungen und Risiken, die dabei bedacht werden müssen. Die 86-seiteige PDF-Datei kann auf der Homepage der Akademie heruntergeladen werden. www.acatech.de ■ Mit einem ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats werden etablierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit hervorragendem Leistungsausweis mit je rund 2,5 Millionen Euro während fünf Jahren unterstützt. Fünf Forschende der Universität Zürich erhalten je einen Grant: eine Physikerin, eine Geografin, ein Bankingexperte, ein Japanologe und ein Bioinformatiker. Das Themenspektrum der acht ausgezeichneten ETH-Forscher reicht von der Mikro- über die Systembiologie und die organische Chemie bis zur Quantenphysik. www.media.uzh.ch/ www.ethz.ch ■ Rolf Krebs, Professor für Bodenökologie an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften wird neuer Leiter des Instituts für Umwelt und Natürliche Ressourcen IUNR in Wädenswil. Per 1. August 2017 löst er den langjährigen Institutsleiter Jean-Bernard Bächtiger ab, der dann in Pension geht. Krebs ist seit 2008 Professor für Bodenökologie und Leiter des Zentrums für Nachhaltige Ressourcen am IUNR. Er promo-

vierte an der ETH Zürich zum Thema Immobilisierung von Schwermetallen in Landwirtschaftsböden. Als neuer Institutsleiter wird Krebs die Verantwortung für Lehre, Forschung und Entwicklung, Weiterbildung sowie Dienstleistungen übernehmen. www.zhaw.ch ■ Die Online-Kopplung der Ionenchromatographie (IC) mit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) stellt eine leistungsfähige instrumentelle Methode dar, mit der einige der grössten Herausforderungen in der Analytischen Chemie bewältigt werden können. Ein neues Metrohm White Paper gibt einen Überblick über verschiedene Applikationen, die ein weites Spektrum von Analyten abdecken, sowie über aktuelle Normen zu diesem Thema. www.metrohm.com ■ Der Nettoumsatz der Grundfos Gruppe erreichte im Jahr 2016 3,3 Mrd. Euro, der Gewinn vor Zinsen und Steuern belief sich auf 296 Mio. Euro. Ein starkes 2. Halbjahr führte zu einem Ganzjahreswachstum von 0,5% in lokaler Währung und netto nach Desinvestitionen. Das Gesamtjahreswachstum wurde in mehreren wichtigen Märkten, wie Deutschland, China, Grossbritannien und einigen anderen europäischen und asiatischen Märkten, erzielt. www.grundfos.ch

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NEWS

Schweizer Cleantech glänzt durch Innovationen

Sechs Jahre nach seinem ersten Erscheinen wurde am 22. Februar in Zürich die zweite Ausgabe des «Swiss Cleantech Report» vorgestellt. Der Bericht stellt die Vorzüge der

Schweiz im Cleantech-Bereich heraus und präsentiert ein Spektrum an Technologien, Produkten und Errungenschaften, die von Schweizer KMU, wissenschaftlichen Instituten und Start-ups entwickelt wurden. Die etwa 70 Seiten umfassende Publikation soll das Know-how und das Image der Schweiz im Ausland fördern. «Die Schweiz ist bereit, die Innovation in zahlreichen Bereichen wie dem Bau, der Mobilität, den intelligenten Technologien, den Infrastrukturen oder auch den industriellen Prozessen noch weiter voranzutreiben», so die Bundespräsidentin Doris Leuthard im Vorwort des Berichts. Genau

diese Entschlossenheit veranschaulicht der «Swiss Cleantech Report» eindrucksvoll, indem er konkrete Innovationen wie weisse und farbige Solarpanels, begrünte Fassaden, ein Elektroflugzeug, wasserlose Mobiltoiletten, die die Verbreitung von Mikroschadstoffen in den Abwassernetzen verhindern, sowie eine umweltfreundliche Anlage zur Farbstoffproduktion (Denim) hervorhebt. Ferner stützt sich die Broschüre auf Leuchtturmprojekte wie Solar Impulse und würdigt verschiedene Schweizer Pioniere der sauberen Technologien. Dies soll beweisen, dass das Schweizer Know-how konkrete Wege aufzeigt, die mit dem Umweltschutz, dem Klimawandel und der Energiewende verbundenen Herausforderungen zu

meistern. Die englischsprachige Broschüre schliesst eine Lücke in der Förderung sauberer Technologien in der Schweiz. Ausserdem macht sie deutlich, wie wichtig diese Branche für die Schweizer Wirtschaft ist. Tatsächlich ist die Zahl der Arbeitsplätze im Cleantech-Bereich in den letzten fünf Jahren um 25 Prozent gestiegen, womit sie annähernd 5 Prozent des nationalen BIP ausmachen. Der «Swiss Cleantech Report» ist kostenlos bei CleantechAlps (info@cleantech-alps.com) erhältlich. In elektronischer Form ist er unter der Internetadresse www.swisscleantechreport.ch oder als spezielle App verfügbar.

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Am 22. Februar 2017 hat die Europäische Kommission das erste Rituximab-Biosimilar für den europäischen Markt zugelassen. Der Ausschuss für Humanarzneimittel der European Medicines Agency (EMA) hatte das Biosimilar mit dem Handelsnamen Truxima der Firma Celltrion zur Zulassung empfohlen. Truxima wird somit als erstes Nachfolgepräparat der biotechnologisch hergestellten Krebsimmuntherapie MabThera (Hersteller: Roche, Wirkstoff: Rituximab) auf den Markt kommen und ist in den gleichen Indikationsgebieten anwendbar, darunter Non-HodgkinLymphome, chronisch lymphatische Leukämie und rheumat-

oide Arthritis. Ein weiterer Zulassungsantrag läuft gegenwärtig für ein Rituximab-Biosimilar der Firma Sandoz. «Die Zulassung des ersten Rituximab-Biosimilars ist ein Meilenstein für die Onkologie. Um die bestmögliche Behandlung der betroffenen Patienten angesichts hoher Kosten für neue Therapien auch in Zukunft finanzierbar zu halten, können Biosimilars einen ganz wesentlichen Beitrag leisten. Dazu müssen sie nun zügig ihren Weg in die Versorgung finden», sagte Andreas Eberhorn, Vorsitzender der Arbeitsgemeinschaft Pro Biosimilars. Quelle: European Society for Medical Oncology 5/2017

NEWS

Bild: Empa

Distinguished Woman in Chemistry

Bekannt wurde Verena Meyer vor allem durch ihr HPLC-Buch.

Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) hat Anfang März die im April 2015 pensionierte Empa-Mitarbeiterin Veronika Meyer zur «Distinguished Wo-

man in Chemistry» ernannt. Der internationale Verband zeichnet jedes Jahr Chemikerinnen und chemische Ingenenieurinnen aus, deren Arbeiten aussergewöhnlich sind.

Die Preisträgerinnen haben hervorragende Kenntnisse in der Grundlagen- oder Angewandten Forschung vorzuweisen und besitzen Erfahrung in der Lehre oder in Führungspositionen. Meyers Erfolg beruht nicht zuletzt auch auf dem Erfolg ihres Buches «Practical High-Performance Liquid Chromatography» mit rund 20 000 verkauften Ausgaben auf Deutsch (total 10 Auflagen) und rund 10 000 Ausgaben auf Englisch (total 5 Auflagen). Die Preisverleihung wird in der ersten Juliwoche am 46. Welt-Chemiekongress in São Paulo, Brasilien, stattfinden.

Meyer kam 1998 an die Empa in die damalige Abteilung Chemie, wo sie am Aufbau eines Chemie-Referenzlabors mitwirkte. 2009 wechselte sie in die Abteilung Schutz und Physiologie (heute Biomimetic Membranes and Textiles), wo sie mit ihrer langjährigen Erfahrung junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim Verfassen von Publikationen unterstützte. Zudem konnte sie mit ihrem Wissen in Chemieanalytik wertvolle Beiträge zur statistischen Datenauswertung und Interpretation der Resultate leisten. Quelle: Empa

Senior Validation Project Manager (w/m) Die Werte einer Schweizer Unternehmensgruppe von überschau­ barer Grösse im Familienbesitz und die Vorzüge eines Pharma­ konzerns – eine spannende Kombination und eine attraktive Ausganglage. Unsere Auftraggeberin mit Hauptsitz in der Zentralschweiz bewegt sich erfolgreich zwischen Tradition, Innovation und Pioniergeist. Sie entwickelt, produziert und vermarktet medizinische Produkte für die Regeneration von Knochen, Knorpel und Weichgewebe sowie Arzneimittel. Gut 500 Mitarbei­ tende sind weltweit für das kontinuierlich wachsende Unternehmen tätig. Mit zehn Tochtergesellschaften verfügt sie über ein globales Vertriebsnetz und ist im Bereich regenerative Zahnmedizin seit vielen Jahren weltmarktführend. Aufgrund des nachhaltigen Wachstums wird das Team am Standort in der Zentralschweiz verstärkt. Wir sind beauftragt, Sie als Senior Validation Project Manager (w/m) zu gewinnen. In dieser Schlüsselposition übernehmen Sie Projektaufgaben im Bereich der Validierung und Qualifizierung von Prozessen, Systemen, Anlagen und Geräten. Dabei leiten Sie die Projekte von der Planung über die Durch­ führung bis hin zur Kostenkontrolle. Sie definieren Prozessabläufe, legen Vorgaben fest und erstellen Berichte. Zudem unterstützen Sie die System­ eigner bei regulatorischen und validierungsrelevanten Fragestellungen, führen fachtechnische Schulungen durch und tragen mit Ihren Aktivitäten wesentlich dazu bei, dass die regulatorischen Anforderungen erfüllt werden.

Für diese vielfältige Aufgabe haben Sie ein Studium FH/Uni in Verfahrens­ chemie, Pharmazie, Biotechnologie, Elektro­ oder Maschinentechnik abge­ schlossen und verfügen über mindestens fünf Jahre Erfahrung in einer ver­ gleichbaren Position in einem (GMP) regulierten Umfeld. Nebst Ihren fachlichen Qualitäten überzeugen Sie intern wie extern durch Eigeninitiative, Kommunikationsfähigkeit und Verbindlichkeit. Sehr gute Deutsch­ und Englischkenntnisse setzen wir voraus. Es erwarten Sie ein professionelles, motiviertes Team, moderne Anstellungs­ bedingungen, exzellente Entwicklungsmöglichkeiten und viel Spielraum für Eigeninitiative. Interessiert? Dann freuen wir uns auf Ihre Bewerbungsunter­ lagen (PDF­Datei). Kontakt: Markus Theiler Sandra von Hermanni JÖRG LIENERT AG LUZERN Hirschmattstrasse 15, Postfach 6002 Luzern Telefon 041 227 80 30 luzern@joerg­lienert.ch www.joerg­lienert.ch

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VER ANSTALTUNGEN

Plattform für den Fachaustausch

14. Schweizer Sonderabfalltag

Auf dem Programm des 14. Schweizer Sonderabfalltags am 13. Juni in der Umwelt Arena in Spreitenbach stehen neun spannende Referate. Gleich zu Beginn werden die Änderungen in der Sonderabfall-Gesetzgebung thematisiert. Mitte 2016 wurden die Verordnung über den Verkehr mit Abfällen (VeVA) und die damit verbundene Verordnung des Uvek über Listen zum Verkehr mit Abfällen (LVA) umfangreich revidiert. Am 1. Juli 2017 stehen bereits die nächsten Änderungen an. Martin Luther vom Bundesamt für Umwelt (Bafu) berichtet über die Herausforderungen, welche die Änderungen mit sich brachten und erläutert die Neuerungen, die Mitte Jahr in Kraft treten werden. Ebenfalls mit den Gesetzesänderungen ab Mitte Jahr befasst sich Dieter Offenthaler von der Batrec Industrie AG. Konkret informiert er über die mittelfristigen Veränderungen bei der Quecksilberentsorgung, welche sich durch die Ratifizierung des Minamata-Abkommens ergeben. In den folgenden Referaten werden die Schwerpunkte mehrheitlich auf die technischen und organisatorischen Herausforderungen bei der Entsorgung und Verwertung von problematischen Abfallgruppen gelegt. Wieso Abfall-Verbundwerkstoffe bei Abgebern und Entsorgern immer häufiger für Kopfzerbrechen sorgen, wird von Stephan Baumann von der bafob GmbH näher beschrieben. Über die Zukunft des Elektround Elektronikgeräte-Recyclings klärt Andreas Heller von SafeRec AG auf, und welche Fortschritte in der jüngsten Vergangenheit bei der Verwertung von Tonerkartuschen erzielt wurden, wird von Carmen von Känel anhand von Praxiserfahrungen bei der Immark AG aufgezeigt. 24

Bild: Mekcar (Fotolia)

Der Schweizer Sonderabfalltag erfreut sich seit Jahren bei vielen Fachleuten aus Gewerbe, Industrie und Behörden grosser Beliebtheit. Neben den aktuellsten Informationen aus dem Abfallrecht, dem Umgang mit Sonderabfällen und der Entwicklung in der Entsorgungspraxis bietet die Tagung eine ideale Plattform für den Fachaustausch zwischen den unterschiedlichen Branchen.

Zu den Themen des Sonderabfalltags gehört auch das Recycling von Elektro- und Elektronikgeräten.

Der Nachmittag der Tagung startet gleich mit einem explosiven Thema: Roger Widmer vom Forensischen Institut Zürich führt dem Publikum vor Augen, welche Punkte es bei der Räumung und Rückführung von explosiven Stoffen wie beispielsweise Sprengstoffen, Feuerwerkskörpern, Laborchemikalien und pyrotechnischen Gegenständen zu beachten gilt. Die Verordnung über die Vermeidung und die Entsorgung von Abfällen (VVEA) löste bereits vor über einem Jahr die vormalige Technische Verordnung über Abfälle (TVA) ab. Maurice Jutz von der Effizienzagentur Schweiz AG erklärt, inwiefern die neue VVEA zur Ressourceneffizienz beiträgt und ob mehr Ressourceneffizienz auch wirtschaftlich interessant ist. Neben der Vermeidung, Verminderung und der gezielten Verwertung von Abfällen räumt die neue Abfallverordnung der Ausund Weiterbildung von Personen, die Tätigkeiten im Zusammenhang mit der Entsorgung von Abfällen ausüben, einen erhöhten Stellenwert ein. Gibt es konkrete Ausbildungspfl ichten? Welche Betriebe sind davon betroffen? Welche Angebote gibt es und welchen Mehrwert bringen diese Ausbildungen den Unternehmen?

Auf all diese Fragen wird Balz Solenthaler von der Umtec Technologie AG in seinem Referat eingehen. Für einen interessanten Abschluss des Sonderabfalltags wird Ronald Eng mit seinem Praxisbericht zur Sonderabfallentsorgung sorgen. Bei der Actelion Pharmaceuticals Ltd. fallen diverse Sonderabfälle in grösseren Mengen an – von flüssigen chemischen über biologische bis hin zu radioaktiven. Eng stellt dem Publikum das Abfallkonzept vor und zeigt die Entsorgungswege inklusive Zwischenlagerung, Klassierung, Kennzeichnung und Transport auf. Selbstverständlich bleibt nach jedem Beitrag Zeit, für einen kurzen Austausch zwischen den Referenten und dem Publikum. Neben den neun Fachreferaten wird der Sonderabfalltag auch dieses Jahr durch eine Ausstellung von Arsitec, dem Gefahrgut-Shop und Denios begleitet. Unterstützt wird die Tagung von den Patronatspartnern, dem Fachverband VREG-Entsorgung (FVG) und dem Schweizerischen Verband für Umwelttechnik (SVUT). Weitere Informationen und online-Formular für die Anmeldung: www.ecoserve.ch. 5/2017

TERMINE

Kurse, Seminare und Workshops JUNI 2017 31.05.– 01.06.

07.–08.06.

07.–08.06.

Chemspec Europe 2017 Ort: München Veranstalter: Mack Brooks Exhibitions Ltd Romeland House, Romeland Hill St Albans, Hertfordshire AL3 4ET, UK Telefon +44 (0)1727 814 400 info@chemspeceurope.com, www.chemspeceurope.com Einführung in die HPLC Ort: Olten Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch HPLC Troubleshooting Ort: Olten Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch

08.06.

Einführung in die multivariate Datenanalyse Ort: Basel Veranstalter: Aicos Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

12.06.

Grundlagen der Festphasenextraktion Ort: Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch

13.06.

Schweizer Sonderabfalltag Ort: Spreitenbach Veranstalter: EcoServe International AG Pulverhausweg 13, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserv.ch

13.06.

Basis: GMP im Labor Ort: Olten Veranstalter: PMC-support Winkelweg 3, CH-5034 Suhr Telefon +41 (0)44 450 19 20 info@pmc-support.ch, www.pmc-support.ch

13.06.

Validieren von Analysenverfahren I – Grundlagen Ort: Olten Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch

13.–14.06.

5/2017

Grundlagen der Gaschromatographie (GC1) Ort: Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

13.–14.06.

Einführung in die Biostatistik mit Excel Ort: Basel Veranstalter: Aicos Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0)61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

14.06.

10th Edition of the Life Science Forum Basel Ort: Basel Veranstalter: Swiss Chemical Society Laupenstrasse 7, CH-3001 Bern Telefon +41 (0)31 306 92 92 info@scg.ch, http://scg.ch

14.06.

Detektoren in der HPLC Ort: Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch

14.06.

Kompakt: GMP intensiv Ort: Olten Veranstalter: PMC-support Winkelweg 3, CH-5034 Suhr Telefon +41 (0)44 450 19 20 info@pmc-support.ch, www.pmc-support.ch

20.06.

GMP-Praxis im Labor Ort: Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft SCG Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 infodas@eawag.ch, http://kurse.scg.ch

21.–22.06.

Sachkenntnis Chemikalien Ort: Buchs Veranstalter: EcoServe International AG Pulverhausweg 13, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserv.ch

22.–23.06.

Statistische Analyse von Labordaten mit Excel Ort: Basel Veranstalter: Aicos Technologies AG Efringerstrasse 32, CH-4057 Basel Telefon +41 (0) 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

27.06.

Sonderabfallentsorgung. Sicher + gesetzeskonform Ort: Buchs Veranstalter: EcoServe International AG Pulverhausweg 13, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserv.ch

28.06.

Gefahrgutbeförderung. Sicher + gesetzeskonform Ort: Buchs Veranstalter: EcoServe International AG Pulverhausweg 13, CH-5033 Buchs Telefon +41 (0)62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserv.ch

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FIRMEN BERICHTEN

61 Jahre Gaschromatografie

GC-Pioniere der ersten Stunde

Bilder: Shimadzu

Mit 120 kg noch ein «Sumoringer» unter den GC, war von der Probeneingabe, der Trennung, der Detektion bis hin zur Chromatogramm-Auswertung alles inklusive in einem Gehäuse: Der GC-1A war der erste Gaschromatograf Japans, 1956 entwickelt von Shimadzu, nur vier Jahre nachdem der Engländer A. J. Martin mit dem Nobelpreis für seine grundlegenden gaschromatografischen Arbeiten ausgezeichnet worden war, die er mit seinem Kollegen A. T. James durchgeführt hatte.

Der GC-1A war der erste Gaschromatograf Japans, 1956 entwickelt von Shimadzu.

Mit dem GC-1A trug Shimadzu das Erbe der Gründerfamilie weiter, aus deren Mitte mit Genzo Shimadzu Junior einer der zehn wichtigsten vom damaligen Kaiser ausgezeichneten Erfinder Japans kommt. 2016 feierte Shimadzu ihr 60-jähriges GC-Jubiläum. Als Wegbegleiter in der über 140-jährigen Unternehmensgeschichte von Shimadzu hat die Chromatografie zahlreiche Meilensteine gesetzt, die heute zu technischen Standards geworden sind und dem Verbraucherschutz, Umweltschutz und Produktschutz dienen.

Bedeutende analytische Technik Die Gaschromatografie hat sich seit ihrer kommerziellen Einführung zu einer bedeutenden analytischen Technik entwickelt; heute sind zehntausende Anlagen in allen Bereichen industrieller und pharmazeutischer Entwicklung im Einsatz, in der Grundlagenforschung, der Umweltforschung sowie der Qualitätskontrolle. Die Trennung komplexer Gemische sowie die Identifizierung und Quantifizierung der 26

einzelnen Bestandteile gehört bis heute zu den wichtigsten Aufgaben der instrumentellen Analytik. «Der Gesellschaft zu nützen durch Wissenschaft und Technologie» ist die zentrale Philosophie von Shimadzu. Dazu zählt auch, bestehende Technologien stets weiterzuentwickeln, Möglichkeiten auszuloten und bisherige technische Grenzen zu überschreiten. Das hat Shimadzu zu einem Marktführer gemacht und zu einer festen Grösse in Wissenschaft und Industrien.

GC-Meilensteine Vieles, was heute in der GC technisch etabliert ist, wurde mitunter durch Meilensteine in Hard- und Software erreicht. Zwischen dem ersten GC-1A und dem heutigen ultramodernen universellen Tracera-System mit seinem neuartigen BID-Detektor (Barrier Ionisation Discharge), der bis auf Helium und Neon alle Substanzen nachweisen kann, liegen zahlreiche Weltneuheiten, Leistungssprünge und Innovationsschübe, die technische und wirtschaftliche Trends und Standards gesetzt haben. – Mit der GC-3-Serie stellt Shimadzu den ersten Mini-GC vor als Entwicklungsergebnis, Geräte zu verkleinern. – Der GC-4A macht den Schritt von der isothermen zur temperaturprogrammierten Chromatografie, was die Trennung komplexerer Substanzgemische in erheblich kürzerer Zeit erlaubt. Der GC-4A setzt den patentierten Dual-Flow-Betrieb zweier gepackter Säulen erstmalig um. – Mit dem Integrator C-1A beginnt die automatische Chromatogramm-Auswertung.

– Der GC-8A ist der erste asbestfreie GC. In Verbindung mit dem Autosampler AOC-8A sind automatische Probemessungen in Sequenzen möglich. – GC-9A und GC-14B bereiten den Siegeszug der Kapillar- gegenüber der Gepackt-Säulenchromatografie vor. Jetzt sind Trennungen komplexer Gemische in besserer Auflösung und in viel kürzerer Zeit möglich. – Der GC-9A ist der erste GC mit Kopplung zu einem Massenspektrometer. Neben quantitativer Auswertung erlaubt das Massenspektrometer die Identifizierung unbekannter Komponenten und bringt neue wissenschaftliche Erkenntnisse in Umwelt-, Pharma- und Materialforschung.

Tracera verknüpft das GC-2010 plus mit einem BID-Detektor.

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FIRMEN BERICHTEN

– Mit dem GC-17A sind Gasdrücke und Flüsse elektronisch regelbar und können über Fluss- und Druckprogramme geändert werden. – Der GC-2010 setzt langfristig den Massstab bezüglich Nachweisgrenzen. Bis heute ungeschlagen ist seine herausragende Reproduzierbarkeit. – Die LabSolution Software mit selbsterklärender Bedienung der GC-Kontrolle und neuartigen Diagnostikfunktionen machen die Gaschromatografie für alle zugänglich. – Die Modelle GC-2014 und GC-2025 für die Routineanalytik sind verlässlich und robust, dabei äusserst ökonomisch. Der GC-2025 ist der erste aus RoHS-kompatiblen Teilen und voll rezyklierbar. – Aktuellste Entwicklung ist der Tracera mit neuartigem BID-Detektor – die innovative Technologie zur Erzeugung eines Heliumplasmas verbindet Empfindlichkeit mit bis dato unerreichter Robustheit und Langzeitstabilität, wodurch sich ganz neue Möglichkeiten in der Spurenanalytik erschliessen.

Geschichte der Gaschromatografie von Shimadzu.

Breit aufgestelltes GC-Angebot Heute bestimmen Routine- wie High-End-Geräte das Produktangebot von Shimadzu – von kleinen vielseitigen Systemen über höchstempfindliche und hochproduktive bis hin zu Geräten, die technologisch Neuland beschreiten, etwa den multiplen HeartCut. Zahlreiche Detektoren runden das Bild ab, auch hier mit neu und weiterentwickelten Technologien, etwa dem Helium-Ionisationsdetektor BID. Systemlösungen, wie Detektor-Switching oder -Splitting, Backflushing oder Autosampler geben den Nutzern massgeschneiderte, aber auch flexible Einsatzmöglichkeiten. Mehr als 60 Jahre GC-Entwicklung von Shimadzu stehen für den Anspruch, auch weiterhin mit Innovationen und neuen Entwicklungen den Horizont für die GC-Analytik ständig zu erweitern.

Kontakt Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 717 93 33 Telefax +41 (0)61 717 93 30 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

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Chemspec Europe 2017

Fokus auf die Fein- und Spezialchemie

Bild: zVg

Von 31. Mai bis 1. Juni 2017 präsentieren Hersteller, Händler und Distributoren von Fein- und Spezialchemikalien ihre neusten Produkte, Dienstleistungen und Forschungsergebnisse auf der Chemspec Europe 2017 in München. Liljana Goszdziewski, Messedirektorin Chemspec Europe, beantwortet Fragen der «ChemieXtra»-Redaktion.

Liljana Goszdziewski, Messedirektorin Chemspec Europe.

ChemieXtra: Die Messe 2016 in Basel war die erste Chemspec Europe, die von Mack Brooks Exhibition veranstaltet wurde, und sie war sehr erfolgreich. Was erwarten Sie für die diesjährige Veranstaltung in München?

Liljana Goszdziewski: Wir konnten in der Tat einen grossen Erfolg verbuchen, was die vergangene Veranstaltung in Basel anbelangt. Die Messe war im Vergleich zum Vorjahr nicht nur gewachsen, was die Fläche und die Ausstellerzahl anbelangt; wir konnten vor allem bei der Besucherzahl mit 3800 Fachbesuchern ein Wachstum von 30 Prozent erzielen. Dies ist sicher darauf zurückzuführen, dass wir stark in unsere Informationskampagne investiert hatten, vor allem in den DACH-Ländern. Aber wir hatten auch organisatorisch einiges verbessert und modernisiert. Ein hauptsächliches Merkmal der letzten Messe war, dass eine Vielzahl neuer Teilnehmer zur Messe kam, und die Branchenvertreter vor Ort ihre Geschäftskontakte weiter ausbauen konnten. Für die kommende Veranstaltung Ende Mai in München haben wir uns weiter darauf konzentriert, zielgerichtet internationale Branchenvertreter aus der Fein- und Spezialchemie auf die Veranstaltung aufmerksam zu machen. Wir möchten der Branche also mit der diesjährigen Chemspec Europe ein weiteres Highlight bieten zur Gewinnung von neuen Kunden

und Lieferanten, den Austausch von Fachwissen und zum erfolgreichen Networken. Warum dieses Jahr München und nicht wieder Basel? Die Chemspec Europe ist eine jährlich stattfindende Veranstaltung. Der jährliche Ortswechsel ermöglicht uns, an verschiedenen für die Fein- und Spezialchemie zentralen Standorten präsent zu sein. Nach dem wichtigsten Standort der schweizerischen Fein- und Spezialchemie Basel, steht nun wieder einmal München an. Die bayerische Hauptstadt mit ihrer angrenzenden Region ist der wichtigste Chemiestandor t im Süden Deutschlands. Neben zahlreichen Global Playern und mittelständischen Firmen aus dem Chemiesektor sind dort viele Forschungseinrichtungen angesiedelt, die in Forschungskooperation mit Unternehmen wichtige Grundlagen für Innovationen schaffen. Schwerpunkte der süddeutschen Chemiemetropole sind Pharmazie, Primärkunststoffe, Farben und Lacke, Körperpflegemittel sowie Chemiefasern.

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FIRMEN BERICHTEN

Erklären Sie uns kurz das Ausstellungsprofil der Messe – was wird gezeigt? Das Ausstellungsangebot auf der Chemspec Europe ist rein auf die Fein- und Spezialchemie ausgerichtet. Diese Sparte deckt sie jedoch in ihrer gesamten Bandbreite ab. Die rund 360 Aussteller auf der Chemspec Europe sind Hersteller, Händler und Distributoren von Fein- und Spezialchemikalien. Sie bieten ihre neusten Produkte und Dienstleistungen an, und zwar aus so unterschiedlichen Bereichen wie Pharma, Agro, Lebensmittel und Getränke, Kosmetik, Reinigungsmittel, Wasseraufbereitung, Kleb- und Dichtstoffe, Farben und Lacke, Beschichtungen, Petrochemie, Kunststoffe und Polymere, elektronische und reprografische Chemikalien. Keine andere Messe bietet eine solche Vielfalt an Fein- und Spezialchemikalien. An wen richtet sich die Veranstaltung auf der Besucherseite? Besucher sind Unternehmensleiter, Produktionsleiter, Prozessspezialisten, Vertreter aus Forschung und Entwicklung, Technische Leiter, Produktentwickler, Einkaufsleiter, Chemiker und Berater. Auch sie kommen aus vielen Industriebereichen. Laut der Messeumfragen der letztjährigen Veranstaltung interessierten sich die Messebesucher insbesondere für die Beschaffung von chemischen Zwischenprodukten, Pharmazeutika, Industriechemikalien, Agrochemikalien, allgemeinen Chemikalien, Beschichtungen, Katalysatoren, Polymeren, Kleb- und Dichtstoffen, biobasierten Chemikalien und für Dienstleistungen, wie Auftrags- und Lohnfertigung. Laut unseren Umfrageergebnissen haben sie diese Produkte beziehungsweise die entsprechenden Lieferanten auf der Messe auch gefunden. Gibt es neben dem Messegeschehen Interessantes für Besucher der Chemspec Europe? Ein wichtiger Teil der Chemspec Europe ist auch das umfassende Konferenzprogramm, mit dem die Veranstaltung eine Plattform zur Vermittlung von Fachwissen und zum Austausch von aktuellen Ergebnissen aus der Forschung und Entwicklung bietet. Die

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Konferenzen werden von renommierten Partnerorganisationen organisiert. Dieses Jahr stehen auf dem Programm die Agrochemical Konferenz, ein Panel zum Thema Best Practice im Pharma Outsourcing, Aktuelles zum Thema REACH und ein Symposium der Royal Chemical Society. Darüber hinaus gibt es auch wieder die Career Clinic, eine Anlaufstelle zur Karriereentwicklung von Spezialisten aus dem Bereich der Fein- und Spezialchemie. Ein neuer Programmpunkt ist in diesem Jahr eine Präsentationsreihe für Start-ups in der Fein- und Spezialchemie. Acht innovative Unternehmen aus der klassischen Chemie und der industriellen Biotechnologie stellen ihre neuen Substanzen und Verfahren vor, eingebettet in eine Gesprächsrunde über Finanzierungs-, Kooperations- und Akquisitionsmöglichkeiten. Dieser Programmpunkt, der speziell junge, innovative Unternehmen anspricht, entstand in Zusammenarbeit mit BCNP Consultants. Das klingt nach einem anspruchsvollen Messeprogramm. Wie steht es mit den Teilnahmebedingungen für Besucher? Es klingt vielleicht überraschend, aber dieses umfassende und qualitativ hochwertige Messeprogramm der Chemspec Europe 2017 ist für Besucher, die sich vorab über die Messewebseite registrieren, kostenlos. Vor Ort kostet der Eintritt 50 Euro. Geöffnet ist die Messe auf dem modernen Messegelände der Messe München am 31. Mai und 1. Juni 2017, von 9.00 bis 17.00 Uhr; der Zugang erfolgt über den Eingang Ost. Die Erreichbarkeit des Messegeländes ist einfach, denn es ist hervorragend angebunden an das öffentliche Verkehrsnetz sowie an die Autobahnen und den Flughafen. Alles in allem also ein Event für die Fein- und Spezialchemie, das man nicht verpassen sollte, wenn man sich über die aktuellen Trends, Produktinnovationen und Forschungsergebnisse in diesem Bereich informieren will.

Weitere Informationen: www.chemspeceurope.com

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Um- und Abfüllen aktiver Wirkstoffe

Arbeiten unter High-Containment-Bedingungen Die Arbeit mit aktiven Wirkstoffen erfordert ein hohes Mass an Sicherheit. Besonders risikobehaftet sind das Einbringen von Gebinden und das Andocken von Behältern. Weiss Pharmatechnik bietet flexible Containment-Systeme mit bewährter WIBObarrier-Luft führungstechnik für gefahrloses Arbeiten – auch bei geöffneter Frontscheibe.

ten Container-Station mit Doppelklappensystem für die Abfüllung der Produkte.

Effektivität und Flexibilität

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Die WIBObarrier-Umfüllkabine bietet zwei klare Vorteile: Sie ermöglicht das sichere Arbeiten und bietet ausreichend Flexibilität für effektive Prozesse. So haben Mitarbeiter über die gesamte Breite Zugriff. Gleichzeitig ist das pharmazeutische Produkt vor Kontaminationen geschützt und die Reinheit gesichert.

Einfach umfüllen unter komplexen Bedingungen WIBObarrier-Umfüllstation mit integriertem Pulver-Transfer-System und angedocktem Container.

Die WIBObarrier-Umfüllstation bietet einen optimalen Produkt- und Personenschutz. Sie wurde speziell für das halbautomatische Um- und Abfüllen pharmazeutischer Wirkstoffe und Hilfsstoffe bis OEB 5 konzi-

piert. Sie besteht aus einer Materialschleuse zum Einschleusen der Gebinde, einer Umfüllkabine für die Aufgabe der Produkte, einer Abfüllkabine mit integriertem Pulver-Transfer-System sowie einer angedock-

Pulverförmige Stoffe werden in Gebinden über eine Rollenbahn mit Materialschleuse und gegeneinander verriegelten Hubtoren unidirektional in den Schutzbereich eingeschleust. Sämtliche Arbeitsschritte können bei geschlossener Frontscheibe durch Handschuheingriffe erfolgen. Eine Hubvorrichtung mit Kippfunktion sichert das komfortable Handling. Nach dem Einschleusen wird das Gebinde geöffnet. Der Inhalt wird

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per Sauglanze und Schlauchleitung zum Behälter des Vakuumförderers in die Abfüllkabine geleitet. Unterhalb des Behälters befindet sich die angedockte Container-Station, die die Befüllung über ein GMP-gerechtes Doppelklappensystem ermöglicht. Kleinere Mengen an pharmazeutischen Hilfsstoffen können Mitarbeiter über ein Handventil mit angeflanschtem Trichter hinzugeben. Grössere Mengen Hilfsstoffe ohne Gefährdungspotential werden über eine zweite Sauglanze direkt aus dem Anliefergebinde ausserhalb der Anlage zur Abfüllung gefördert.

High Containment Mithilfe des innovativen WIBObarrier-Luftführungssystems wird ein hoher Produktschutz erreicht. Bei geschlossenen Frontscheiben hat die Reinluft mindestens die Qualität ISO 5 nach DIN EN ISO 14644. Der stabile Barrier-Schleier gewährleistet selbst bei geöffneten Frontscheiben ein Sicherheitslevel von OEB 4. Weiss Pharmatechnik ist ein kompetenter Anbieter von anspruchsvollen Reinluft- und Containment-Lösungen. Das Produktprogramm umfasst unter anderem Barrier-Systeme, LaminarFlow-Anlagen, Sicherheitswerkbänke, Isolatoren und Schleusensysteme. Das Unternehmen ist aus Weiss GWE und BDK Luftund Reinraumtechnik hervorgegangen und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Reinraumtechnik.

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Anforderungen an Mitarbeiter in der Life-Science-Branche

Neue Kompetenzen für eine digitale Welt Die Digitalisierung verändert auch die Life-Science-Branche: Während neue Tätigkeitsfelder und neue Beschäftigungsverhältnisse entstehen, werden Routinearbeiten mittlerer Qualifikation ersetzt. Um den Wandel zu meistern, benötigen die Mitarbeiter nicht einfach mehr IT-Know-how, sondern vielmehr spezielle mentale und soziale Kompetenzen.

Frank Schabel Die Vorbereitung der Mitarbeiter auf die digitale Transformation steht seit Jahren auf der Liste der Topthemen im HR-Bereich. Denn die Diskussion um die zukünftige Gestaltung des Lebens und Arbeitens vor dem Hintergrund der Möglichkeiten, die die Digitalisierung bietet, beschäftigt Politik, Wirtschaft und Gesellschaft gleichermassen. Dies betrifft auch Unternehmen der pharmazeutischen Industrie. Viele Pharmafirmen sind in kultureller Hinsicht jedoch noch nicht ausreichend auf die digitale Transformation vorbereitet. Innovationsthemen wie die computergestützte Wirkstoffsuche und die personalisierte Medizin oder auch die Serialisierung von Produkten eröffnen der Branche zahlreiche neue Opportunitäten, während sich die Umsetzungsgeschwindigkeit aufgrund der rasanten technischen Entwicklung etwa bei Big Data, Cloud oder dem Internet der Dinge enorm erhöht. Durch die Digitalisierung und ihre Wechselwirkung mit weiteren Trends verändern sich aber nicht nur Geschäftsmodelle, sondern auch

Die grösste Herausforderung für die Führungskräfte liegt nicht in der Vermittlung neuer Lerntechniken für den Kompetenzerwerb; die Beschäftigten müssen auf die Veränderungen der Arbeitswelt vorbereitet werden.

die Kompetenzanforderungen an die Mitarbeiter. Entlang der gesamten Wertschöpfungskette sind Tätigkeiten in unterschiedlicher Intensität von diesem Wandel

betroffen. Ob sich letztlich eine positive Beschäftigungsbilanz aus der Digitalisierung ergibt, vermag zum heutigen Zeitpunkt noch niemand vorherzusagen.

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Veränderungsbereitschaft statt IT-Skills Der aktuelle HR-Report 2017, den das Institut für Beschäftigung und Employability IBE im Auftrag von Hays für Deutschland, Österreich und die Schweiz verfasste, zeigt die zentralen Effekte auf, die die digitale Transformation auf die Beschäftigung ausübt. Es sind dies die Entstehung neuer Tätigkeitsfelder, die Zunahme von flexiblen Beschäftigungsverhältnissen und der zunehmende Ersatz von Routinearbeiten im mittleren Qualifikationsniveau durch Maschinen und Software. Letzterer Befund entspricht so gar nicht der öffentlichen Befindlichkeit, geht der gesellschaftliche Diskurs – entgegen der aktuellen Lehrmeinung – doch eher davon aus, dass es die niedrig qualifi zierten Routinetätigkeiten sein werden, die unter der Digitalisierung leiden werden. Gerade in der Schweiz ist diese Sorge um die niedrigqualifizierten Jobs vergleichsweise gross. Wird über die Konsequenzen der Digitalisierung für die Arbeitswelt und insbesondere über die sich wandelnden Anforderungen an die Beschäftigten gesprochen, steht zumeist handfestes technisches Wissen wie Medienkompetenz, IT-Grundkompetenz oder Fachkenntnisse im Zentrum. Dabei sollte aber nicht vergessen gehen, dass es weitaus mehr bedarf als IT-Expertise und technologischen Know-hows. Vielmehr ist eine ganze Reihe sozialer Kompetenzen unerlässlich. Besonders wichtig ist die Bereitschaft der Mitarbeiter, sich auf Veränderungen aktiv einzulassen. Oder anders ausgedrückt: Eine der grössten Herausforderungen für Unternehmen ist, dass nichts bleibt, wie es war. Auf diesen Weg der Veränderung müssen einerseits die Mitarbeiter mitgenommen werden, andererseits müssen sie aber auch von sich aus die Bereitschaft dazu mitbringen.

Mentale Stärke und Eigenverantwortung Welche Herausforderungen ergeben sich nun vor dem Hintergrund veränderter Kompetenzprofile für die Art und Weise, wie Kompetenzen erworben und vermittelt werden können und müssen? Die Ergebnisse des HR-Report zeigen: Die gröss5/2017

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te Herausforderung für die Führungskräfte liegt nicht in der Vermittlung neuer Lerntechniken für den Kompetenzerwerb. Der Ausbau digitaler Lehr- und Lernmethoden ist zwar ohne Zweifel von Bedeutung. Von noch grösserer Bedeutsamkeit ist hingegen die mentale Stärkung des bzw. der Einzelnen. Die Beschäftigten müssen auf die Veränderungen der Arbeitswelt vorbereitet und ihre Eigenverantwortung gestärkt werden. Leider gilt aber nach wie vor, dass eine Mehrheit der Führungskräfte kaum Zeit für diese Aufgaben findet – weil sie sich noch zu stark auf fachliche Aufgaben fokussieren. Die Geschäftsleitung und der HR-Bereich haben zu gewährleisten, dass Führung einen zentralen Kern hat: Mitarbeiter zu entwickeln und zu fördern sowie Change zu gestalten.

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HR-Report 2017 – die Studie Insgesamt 591 Führungskräfte1 haben sich an der Onlineumfrage des Instituts für Beschäftigung und Employability IBE zum sechsten HR-Report beteiligt. 68 Prozent der Befragten stammen dabei aus Deutschland, zehn Prozent aus Österreich und 22 Prozent aus der Schweiz. Der HR-Report 2017 kann heruntergeladen werden unter: www.hays. ch/studien

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Kryobanken

Tiefkalt gelagert die Zeit überstehen

Bild: PanGas AG

Die Kälte von tiefkalt verflüssigtem Stickstoff schützt vieles, was Forschungseinrichtungen, Spitäler und Biotechnologie-Unternehmen in Kryobehältern aufbewahren: Bei bis zu –196 Grad Celsius werden Gewebeproben, Eizellen, Stammzellen oder Spermien konserviert und warten im eiskalten Schlaf auf ihren Einsatz. Damit dieser nicht gestört wird, ist eine durchdachte Planung der Kryobank nötig.

Konservierung für die Zukunft: Kryobanken machen es möglich.

Zu Hause funktioniert die Konservierung durch Kälte denkbar einfach: Man legt die Lebensmittel in das Tiefkühlfach, schliesst dieses und fertig. Das elektrische Gerät kühlt die Produkte ab und behält eine konstante Temperatur. Wir können uns auf eine zuverlässige Konservierung verlassen – es sei denn, die Stromversorgung werde unterbrochen. In diesem Fall ist der Schaden durch ein Auftauen der Lebensmittel zwar ärgerlich, aber meistens überschaubar. Einrichtungen, die biologische Produkte in Kryo-Aufbewahrungsbehältern aufbewahren, müssen wiederum sehr zuverlässig sein. Die Behälter, in denen die Proben gelagert werden, müssen konstant mit tiefkalt verflüssigtem Stickstoff befüllt sein und überwacht werden. Eine Unterbrechung der Kühlung und der damit zusammenhängende Anstieg der Temperatur hätten dramatische Auswirkungen auf die biologischen Proben. Des Weiteren ist die Präzision des Einfriervorganges ein wesentlicher Faktor in der Kryokonservierung, 23 4

um die Überlebensrate der Zellen zu verbessern. Ein gleichmässiges und kontrolliertes Einfrieren der biologischen Proben lässt sich nur mit Einfriergeräten erreichen, die unter Verwendung von tiefkalt verflüssigtem Stickstoff arbeiten.

Wichtige Planung Bereits in der Planung einer Kryobank macht es Sinn, sich unter anderem über Layout, Leitungsführung, Lagerungsform und automatische Überwachungseinrichtungen Gedanken zu machen. Dazu gehört unter anderem eine Temperatur- sowie Füllstandsüberwachung der KryoAufbewahrungsbehälter mit Alarmierung beim Betreiber, aber auch beim Lieferanten des tiefkalt verflüssigten Stickstoffs sowie Lüftungsanlage und Restsauerstoffmessungen im Raum. Mit der Möglichkeit, die Behälter fern zu überwachen und eine automatische Gaselieferung auszulösen, sichern sich Institutionen zusätzlich ab.

Auch in bestehenden Infrastrukturen ist eine zentrale kryobiologische Einrichtung jederzeit realisierbar. Dieser Trend ist in vielen Forschungseinrichtungen und Spitälern beobachtbar. Früher hatten Abteilungen ihre eigenen Kryo-Aufbewahrungsbehälter, welche in räumlicher Nähe untergebracht waren. Die Versorgung mit tiefkalt verflüssigtem Stickstoff war aufwendig. Auch die zentrale Überwachungseinrichtung der Behälter gestaltete sich so schwieriger, Synergien konnten nicht genutzt werden. Aus diesen Gründen entscheiden sich immer mehr Institutionen dazu, eine zentrale kryobiologische Bank einzurichten, in der die Behälter gebündelt gelagert und verwaltet werden. Neben den genannten ökonomischen Vorteilen bringt dies auch weitere Vorzüge mit sich – so lässt sich etwa die Zutritts- und Zugriffkontrolle auf die Behälter konsequenter regeln. Wird der Gaselieferant von Anfang an in die Planung dieser neuen Kryobank miteinbezogen, können Institutionen sowohl von der Unterstützung bei der Validierung und Qualifizierung des gesamten Systems als auch von der Erfahrung im Hinblick auf eine effiziente Gaseversorgung und Wartung der Behälter aus einer Hand profitieren. Quelle: PanGas AG, Dagmersellen

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PUBLIREPORTAGE

Strombestellung im Internet

EBM macht den Stromkosten Beine Einfach im Internet Strom bestellen. Die EBM aus Münchenstein hat mit so-easy.swiss eine neue Dienstleistung für Unternehmen geschaffen. Sie sieht die Strommarktöffnung als Chance, neue Kunden zu gewinnen und bietet erstaunlich günstige Preise. Wie das geht erklärt Cédric Christmann, Geschäftsführer der EBM Energie AG.

Herr Christmann, seit wann gibt es die Web-Plattform soeasy.swiss? Cédric Christmann: Das Projekt wurde im Frühling 2016 gestartet und die neue Plattform am 1. September 2016 lanciert. Was haben Sie damit für Erfahrungen gemacht? Christmann: Der Start ist sehr erfreulich verlaufen. Die Kampagne stiess auf ein positives Echo. Die Bewegungen auf der Webseite haben stark zugenommen. Man bestellt heute so einfach online Strom auf so-easy.swiss, wie man Kleider im Web einkauft. Welche Voraussetzungen muss ein Unternehmen mitbringen, um von so-easy.swiss profitieren zu können? Christmann: Die Firma muss über 100 000 kWh Stromverbrauch jährlich aufweisen.

Bilder: EBM

so-easy.swiss tönt unkompliziert; ist dieser Strom auch wirklich so einfach zu bestellen?

Cédric Christmann

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Christmann: Mit dem EasyEnergy-Rechner kann eine Firma ihren individuellen Strompreis einfach berechnen. Mit wenigen Klicks erhält man eine verbindliche Offerte für den Preisvergleich mit dem bisherigen Lieferanten. Anschliessend kann der Kunde einen Vertrag direkt online abschliessen. Luftaufnahme: Das Areal der EBM.

Und wie sieht es mit der Preisgarantie aus? Christmann: Der Preis ist für den Zeitraum der Vertragsdauer fi x. Er ist somit für den Unternehmer als feste Position im Budget planbar. Kann ein Interessent auch erneuerbaren Strom bestellen? Christmann: Er kann bei der digitalen Bestellung als Option Strom aus 100-prozentiger Wasserkraft anklicken. Was für eine Kundschaft sprechen Sie mit so-easy.swiss an? Christmann: Wir wenden uns an preisbewusste Gewerbetreibende, Dienstleistungsunternehmen und Industriebetriebe in der ganzen Schweiz, die einen einfachen Weg suchen, um ihren Strom einzukaufen. Den Kunden, die hingegen massgeschneiderte Lösungen suchen, stehen unsere erfahrenen und hochqualifi zierten Verkäufer zur Verfügung. Sind noch irgendwelche anderen Serviceleistungen im Angebot enthalten?

Christmann: Wir informieren die Kunden mit unserem halbjährlichen, digitalen Marktbericht über die aktuellen Entwicklungen am Strommarkt. Täglich beobachten wir die Strompreise an der Börse und informieren die Kunden mit dem «Price Tracker» über die Tageskurse. Klappt dann die Lieferung auch wirklich? Christmann: Wir organisieren den administrativen Lieferantenwechsel und im Hintergrund die Beschaffung an der Strombörse. Für die physikalische Lieferung des Stroms ist der jeweilige lokale Netzbetreiber zuständig. Wie ist es möglich, so einfach den digitalen Weg zu beschreiten? Christmann: Natürlich stehen hinter so-easy.swiss sehr viel Know-how und IT-Leistungen. Die EBM hat sich auf die Strommarktöffnung mehrere Jahre vorbereitet und ist ständig daran, ihre Infrastruktur

weiterzuentwickeln. so-easy. swiss ist der digitale Stromverkaufskanal der EBM. Der Markt ist hart umkämpft, die Margen sind dünn – schaut für die EBM dabei überhaupt etwas heraus? Christmann: Wir haben uns auf das Stromgeschäft fokussiert. Wir stehen aktuell in der Schweiz in einem harten Wettbewerb. Wir bleiben motiviert, diese Position weiterhin innezuhalten. Wir sind ebenfalls in Frankreich erfolgreich unterwegs mit unserer 50-Prozent-Beteiligung an Direct Energie EBM Entreprises, wo wir Strom und Gas für Grosskunden verkaufen. Kontakt

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FORSCHUNGSWELT

Physiker entwickeln neue Nanobeschichtung

Hauchdünne Supraleiterfolie

Bild: Oliver Dietze

widerstandslos und verlustfrei. Die Elektronen fliessen ungehindert im vor Kälte erstarrten Atomgitter. Mangels Widerstand überträgt sich auch das Feld eines Magneten wie ein Spiegelbild auf die frostigen Materialien. Bringt man Supraleiter und Magnet zusammen und kühlt alles mit flüssigem Stickstoff, stossen sie sich ab: Der Magnet schwebt über dem Supraleiter. Levitation nennen das die Forscher, nach dem lateinischen Wort levitas für Leichtigkeit.

Auf den ersten Blick unscheinbar: Was wie ein verbranntes Stück Papier aussieht, ist ein hauchdünner Supraleiter, den das Team von Uwe Hartmann (r.) – hier mit Doktorand XianLin Zeng – entwickelt hat.

Auf den ersten Blick sieht es recht unspektakulär aus, was die Experimentalphysiker der Saar-Uni entwickelt haben. Wie ein verkokeltes schwarzes Stück Papier. Aber das unscheinbare Blatt hat es in sich. Es ist ein Supraleiter. So dürfen sich nur Materialien nennen, die eine aussergewöhnliche Fähigkeit besitzen: Bei knackig kalten Minusgraden leiten sie elektrischen Strom

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Dünne anschmiegsame Folien Heute übliche Supraleiter sind starr, spröde und haben eine hohe Dichte, was sie schwer macht. Die Saarbrücker Experimentalphysiker haben die supraleitenden Eigenschaften in eine dünne anschmiegsame Folie gepackt. Der Stoff ist ein Gewebe aus Kunststofffasern und Hochtemperatur-supraleitenden Nanodrähten. «Das macht ihn formbar und anpassungsfähig wie Frischhaltefolie. Theoretisch könnte er in jeder Grösse hergestellt werden. Hierzu benötigen wir weniger Ressourcen als die üblicherweise für Supraleiter verwendeten Keramiken, was das Geflecht auch günstiger macht», erklärt Uwe Hartmann, Professor für Nanostrukturforschung und Nanotechnologie an der Saar-Uni. Vor allem das geringe Gewicht der Folie ist ein Vorteil. «Mit einer Dichte von 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter ist der Stoff sehr leicht, das ist etwa ein Hundertstel eines herkömmlichen Supraleiters. Damit ist er interessant überall dort, wo es auf Gewicht ankommt. Zum Beispiel in der Weltraumtechnik. Auch in der Medizintechnik könnte er zum Einsatz kommen»,

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Bild: zVg

Es ist eine neue Klasse von Supraleitern: Experimentalphysiker aus dem Forscherteam um Uwe Hartmann von der Universität des Saarlandes haben einen dünnen Nanostoff entwickelt, der supraleitende Eigenschaften hat. Ab etwa minus 200 Grad Celsius transportiert er elektrischen Strom verlustfrei, lässt Magnete schweben und schirmt Magnetfelder ab. Das Besondere: Die Forscher haben dabei Fasern mit supraleitenden Nanodrähten zu einem Stoff verwebt, der hauchfein, biegsam und flexibel ist wie Frischhaltefolie.

Mikroskopische Aufnahme der Nanodrähte.

erklärt Hartmann. Als neuartige Beschichtung könnte er bei kalten Temperaturen elektromagnetische Felder abschirmen, in flexiblen Kabeln zum Einsatz kommen oder für reibungsfreies Gleiten sorgen. Um den neuartigen Stoff zu weben, haben die Experimentalphysiker ein Verfahren genutzt, das sich Elektrospinnen nennt und üblicherweise für Kunststoffe zum Einsatz kommt. «Wir pressen dabei einen flüssigen Ausgangsstoff durch eine sehr feine Düse, die unter elektrischer Spannung steht. Heraus kommen Nanodrahtfäden, die tausendmal dünner sind als ein Haar – etwa 300 Nanometer und weniger. Danach erhitzen wir das Geflecht so, dass Supraleiter in der richtigen Zusammensetzung entstehen. Sie bestehen aus Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid oder aus ähnlichen Verbindungen», erläutert Michael Koblischka, Wissenschaftler in Hartmanns Arbeitsgruppe.

Kontakt Prof. Dr. Uwe Hartmann Universität des Saarlandes Campus C6 3 D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 302 3799 u.hartmann@mx.uni-saarland.de www.uni-saarland.de

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FORSCHUNGSWELT

Bewegungen eines eindimensionalen Materials

Indiumatomen beim Rennen zusehen Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (Cenide) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehen lässt.

Umwandlung Leiter – Isolator Hier setzt die Arbeit von Tim Frigge aus der Arbeitsgruppe von Michael Horn-von Hoegen an: Seine Probe bestand aus zwei einzelnen Ketten von Indiumatomen auf einer Unterlage aus Silicium. Oberhalb von rund –140 °C bilden die Atome lange Ketten: So ist das System metallisch und leitet den elektrischen Strom. Unterhalb der Temperaturgrenze rutschen die Atome jedoch paarweise zusammen und formen Sechsecke. Das System wird zum Isolator. Dieser Übergang findet blitzschnell innerhalb von nur 350 Femtosekunden statt. Um ihn zu untersuchen, haben die Forscher ihn künstlich hervorgerufen. Mehrere Millionen Male, allein 5000-mal pro Sekunde. Dazu haben sie das Material bei rund –243 °C mit einem ultrakurzen Laserpuls angeregt und so trotz eisiger Kälte in den kettenförmigen Metallzustand überführt, den es sonst nur bei höheren Temperaturen einnimmt. Anschliessend fällt das System von allein in einer Art Do5/2017

Bild: Andreas Lücke, Universität Paderborn

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das erste echte zweidimensionale Material, das Graphen, kennen wir erst seit weniger als 15 Jahren. Mittlerweile wird es wegen seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften unter anderem in transparenten Displays eingesetzt. Noch mehr versprechen sich Wissenschaftler von eindimensionalen Systemen – wie auf einer Perlenschnur aufgereihten Atomen. Diese dünnsten Drähte der Welt sind jedoch instabil, die Gründe dafür noch zu wenig untersucht. Elektronenstrahl (blau), der die Strukturänderung der Indium-Atomketten (rote Kugeln) nach Anregung durch einen Laserpuls (violett) abfragt.

minoeffekt in den nichtmetallischen Zustand zurück.

Unvorstellbar grosse Beschleunigung Um diesen Phasenübergang zu verfolgen, schiessen die Physiker einen Elektronenstrahl auf ihre Probe. Dessen Beugung lässt auf die Position der Atome rückschliessen. Nimmt man alle 50 Femtosekunden ein solches Beugungsbild auf, so ergibt sich in Summe ein «Molecular Movie»: Ein Film, der den Weg der Atome über die Probenoberfläche zeigt – «wie bei einem Daumenkino», erklärt Frigge. Mit diesem Film auf atomarer Ebene sind die Forscher den ersten Schritt gegangen, eindimensionale Systeme zu verstehen – und anschliessend möglichst nach Wunsch zu beeinflussen. Übrigens: Dabei konnten sie nicht nur den Weg der Atome beobachten, sondern auch deren Geschwindig-

keit berechnen. Rund 100 km/h erreichen diese auf der Kurzstrecke. Aber in winzigsten Bruchteilen einer Sekunde und mit einer Beschleunigung, die Billionen mal höher ist als die eines Porsche. Originalpublikation T. Frigge et al., «Optically excited strutural transition in atomic wires at the quantum limit», Nature (2017); DOI: 10.1038/nature21432

Kontakt Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen Universität Duisburg-Essen Fakultät für Physik Lotharstrasse 1-21 D-47057 Duisburg Telefon +49 (0)203 379-1438/1439 horn-von-hoegen@uni-due.de www.uni-due.de

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FORSCHUNGSWELT

Ein 155-Karäter mit 92 mm Durchmesser

Diamanten aus dem Physiklabor «Sind die denn echt?» Mit dieser Frage wird ein Diamantforscher immer wieder konfrontiert, wenn er mit Laien über seine Arbeit spricht. Natürlicher Diamant = «echter» Diamant, synthetischer Diamant = «falscher» Diamant – das ist eine weitverbreitete Vorstellung, die allerdings nichts zu tun hat mit der Realität des Physikers: Beim Vergleich der Kristallstrukturen stellt er eine vollständige Identität zwischen Naturdiamanten und im Labor gezüchteten Kristallen fest. Nur an charakteristischen atomaren Defekten, die beide besitzen, lassen sich natürlicher Ursprung oder synthetische Erzeugung noch feststellen.

Gasphasenabscheidung bei Unterdruck Diamanten werden an der Universität Augsburg seit 1991 erforscht und synthetisiert. Primäres Ziel dieser Forschungen ist es, die verschiedenen physikalischen und chemischen Prozesse beim Kristallwachstum zu verstehen. Die Natur bringt gewaltige Drücke und Temperaturen auf, um Graphit in Diamant umzuwandeln. In den Augsburger Labors hingegen wird mit chemischer Gasphasenabscheidung bei einem Unterdruck von einigen Zehntel Atmosphären gearbeitet. Unter spezifischen Prozessbedingungen lagern sich Kohlenwasserstoffmoleküle aus der Gasphase auf der Oberfläche ab und lassen so Schicht für Schicht Diamanten wachsen.

Vom unorientierten Kristall zum Einkristall Was sich im ersten Moment einfach anhört, ist es auch – dann jedenfalls, wenn es nur darum geht, beliebige Schichten mit unorientierten Kristallen herzustellen. «Als wir unsere erste Anlage aufgebaut hatten

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und die Herstellerfirma zur Inbetriebnahme kam, lieferte bereits der erste Prozess eine flächendeckende Schicht aus ganz passablen Diamantkristalliten», berichtet Matthias Schreck, der die Diamant-Arbeitsgruppe am Augsburger Lehrstuhl für Experimentalphysik IV seit ihren Anfängen leitet. «Leider», so Schreck weiter, «passten damals die einzelnen Körner an ihren Grenzen noch nicht zusammen, und so war es nicht möglich, einen flächendeckenden Einkristall zu erhalten. Dem Ziel, dieses Problem zu lösen, haben wir uns in den darauf folgenden zweieinhalb Jahrzehnten dann komplett verschrieben.» Nachdem das Edelmetall Iridium als geeignetste Wachstumsunterlage identifiziert war und man ein effizientes Verfahrens zur Erzeugung orientierter Kristalle gefunden hatte, wurden Schritt für Schritt alle weiteren Herausforderungen angegangen, um dem Ziel einkristalliner Scheiben – Wafern – näherzukommen. Die entscheidenden Fortschritte wurden dabei von Stefan Gsell und Martin Fischer erarbeitet. Beide haben zu dieser Thematik promoviert und treiben seit über zehn Jahren die Arbeiten voran, die jetzt zum entscheidenden Durchbruch führten. «Es war faszinierend, nach etlichen Tagen des Wachstums unter einer mehrere Tausend Grad heissen Plasmaentladung den Reaktor zu öffnen und die ersten grossflächigen Proben in Händen zu halten», schildert Gsell. Nach dem Entfernen der Wachstumsunterlage liess sich dann die Qualität der Scheiben auch hinsichtlich ihrer Transparenz und Perfektion beurteilen: «Als wir zum ersten Mal eine transparente Probe ohne Risse hergestellt hatten und

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Martin Fischer mit einer einkristallinen Diamantscheibe.

die Waage einen Wert von über 20 Gramm, also über 100 Karat, für die Probe anzeigte, war die Faszination natürlich noch grösser», fügt Fischer hinzu.

Seit Jahren beschrieben, jetzt erklärt In «Scientific Reports» beschreiben die Augsburger Forscher erstmals im Detail eine solche Probe mit einem maximalen Durchmesser von 92 mm und einem Gewicht von 155 Karat. Der Artikel erklärt darüber hinaus die ungewöhnlichen Phänomene, die bei der Bildung von Diamantkeimen ausschliesslich auf Iridium auftreten. «Diese Phänomene wurden bereits in Dutzenden von Veröffentlichungen von Wissenschaftlern weltweit übereinstimmend beschrieben, doch erst jetzt ist es gelungen, ein konsistentes Modell für ihre Erklärung zu entwickeln», sagt Schreck. 5/2017

FORSCHUNGSWELT

Vielfältige Anwendungen Die drei Wissenschaftler sind auch vom wirtschaftlichen Nutzen ihrer Entwicklung überzeugt. Sie haben im November 2015 gemeinsam die Augsburg Diamond Technology GmbH (www.audiatec.de) gegründet. Als Geschäftsführer des jungen Start-up-Unternehmens treiben Fischer und Gsell die technologische Entwicklung weiter voran und bemühen sich darum, dass die Augsburger Diamanten kommerzielle Anwendung in verschiedensten Technologiefeldern finden. Diese reichen von Schneidwerkzeugen für die Herstellung spiegelnder Oberflächen von Werkstücken über optische Bauteile bis hin zu Detektoren an grossen Teilchenforschungseinrichtungen wie am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf. Dort wurden erst kürzlich zwei Augsburger Kristalle für Messungen in den Beschleunigerring eingebaut.

Auch zum Gelingen der Energiewende könnten die Augsburger Scheiben einen wichtigen Beitrag liefern. «Seit Beginn meiner Arbeiten an der Universität Augsburg höre ich permanent in der Diamantgemeinde, dass Diamant das ultimative Material für Hochleistungselektronik sei, wie sie für den Aufbau moderner Stromnetze benötigt wird», bemerkt Schreck und fügt hinzu, dass auch er selbst häufig dieses Argument verwendet. Allerdings hat bisher noch niemand wirklich konkurrenzfähige Bauelemente demonstriert. Um hier voranzukommen, hat sich eine Gruppe von europäischen Forschungsteams zum Verbund «GreenDiamond» zusammengeschlossen. Auch in den USA gibt es Pläne zu ähnlichen Vorhaben. Erst kürzlich wurde bei zwei Workshops in Washington und im belgischen Hasselt die Maximalgrösse der bisher verfügbaren Einkristalle von unter 25 mm als grosser Hemmschuh bedauert. Dementsprechend hoffnungsfroh wurden die aktuellen Syntheseerfolge als wichtiger Fortschritt begrüsst. Können sich die Augsburger Einkristalle auch mit den grössten Brillanten aus Naturkristallen messen? Der wohl bekannteste unter diesen ist der Cullinan I, auch 5/2017

Bilder: Universität Augsburg

Material für die Hochleistungselektronik

Der Cullinan I aus dem Zepter der Kronjuwelen der britischen Königin im direkten Vergleich mit dem Augsburger Einkristall.

Great Star of Africa genannt. Im Tower von London sicher verwahrt, ziert er das Zepter der Kronjuwelen. Mit einer massstabsgetreuen Quarz-Kopie dieses einzigartigen Brillanten in Händen vergleicht Schreck dessen Grösse mit der Augsburger Diamantscheibe und stellt fest: «Mit seinem Gewicht von 532 Karat liegt der Cullinan I noch weit vor uns, und das wird wohl auch noch länger so bleiben. In der Fläche haben wir ihn aber bereits deutlich geschlagen.» Originalpublikation M. Schreck, S. Gsell, R. Brescia, M. Fischer: «Ion bombardment induced buried lateral

growth: the key mechanism for the synthesis of single crystal diamond wafers», Sci. Rep. 7, 44462; DOI: 10.1038/srep44462

Kontakt Dr. Matthias Schreck Universität Augsburg Institut für Physik D-86135 Augsburg Telefon +49 (0)821 598 3401 matthias.schreck@physik.uni-augsburg.de www.physik.uni-augsburg.de

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UMWELT

Natürliche Klimaschwankungen

Schwächere Sonne bringt Abkühlung Modellrechnungen zeigen erstmals eine plausible Möglichkeit auf, wie Schwankungen der Sonnenaktivität einen spürbaren Effekt auf das Klima haben. Gemäss den vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Arbeiten könnte sich die menschgemachte Erderwärmung in den nächsten Jahrzehnten leicht verlangsamen: Eine schwächere Sonne wird voraussichtlich ein halbes Grad Abkühlung beitragen.

Es gibt den menschgemachten Klimawandel – und es gibt natürliche Klimaschwankungen. Ein wichtiger Faktor bei diesem unabänderlichen Auf und Ab der Erdtemperatur, das in verschiedenen Zyklen verläuft, ist die Sonne: Ihre Aktivität variiert, und damit auch die Intensität der Strahlung, die bei uns ankommt. Es ist eine der zentralen Fragen der Klimaforschung, ob diese Schwankungen überhaupt einen Effekt auf das irdische Klima haben. Berichte der IPCC (siehe Kasten) gehen davon aus, dass die Sonnenaktivität in der jüngeren Vergangenheit und auch der nächsten Zukunft keine Bedeutung für den Klimawandel hat.

Abkühlung um ein halbes Grad Eine vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderte Studie relativiert diese Annahme nun. Die Forschenden vom Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos (PMOD), der EAWAG, der ETH Zürich und der Universität Bern liefern mit aufwendigen Modellrechnungen eine be-

lastbare Schätzung des zu erwartenden Beitrags der Sonne zur Temperaturänderung in den nächsten 100 Jahren und finden dabei erstmals einen signifikanten Effekt. Sie errechnen eine Abkühlung des Erdklimas um ein halbes Grad, wenn die Sonnenaktivität ihr nächstes Minimum erreicht. Auch wenn diese Abkühlung den menschgemachten Anstieg der Temperatur keineswegs kompensieren wird, ist sie bedeutsam, so Werner Schmutz, Direktor des PMOD und Leiter des Projekts: «Wir könnten wertvolle Zeit gewinnen, wenn die Aktivität der Sonne zurückgeht und sich der Temperaturanstieg damit ein wenig verlangsamt. Das dürfte uns helfen, mit den Folgen des Klimawandels umzugehen.» Doch die Zeit ist nur geborgt: Nach dem nächsten Minimum komme auch das nächste Maximum garantiert, warnt Schmutz. Ende März trafen sich die beteiligten Forscher zu einer Konferenz in Davos, um die Endresultate des Projekts zu diskutieren. Dieses bündelte das Know-how verschiedener Forschungsinstitutionen bei der Mo-

Intergovernmental Panel on Climate Change Der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen), im Deutschen oft als «Weltklimarat» bezeichnet, wurde im November 1988 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) als zwischenstaatliche Institution ins Leben gerufen, um für politische Entscheidungsträger den Stand der wissenschaftlichen Forschung zum Klimawandel zusammenzufassen, ohne dabei Handlungsempfehlungen zu geben. Der Sitz des IPCC-Sekretariats befindet sich in Genf. 195 Regierungen sind Mitglieder des IPCC, ausserdem sind mehr als 120 Organisationen als Beobachter des IPCC registriert. Hauptaufgabe des Ausschusses ist es, die naturwissenschaftlichen Grundlagen und den weltweiten Forschungsstand über die

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dellierung von Klimaeffekten. Das PMOD errechnete den sogenannten Strahlungsantrieb der Sonne (wobei neben der elektromagnetischen auch die Teilchenstrahlung berücksichtigt wurde), die ETH Zürich die weiteren Auswirkungen in der Atmosphäre und die Universität Bern die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozeanen. Die Schweizer Forscher gingen dabei von einer deutlich stärkeren Schwankung der auf die Erde treffenden Strahlung aus als in bisherigen Modellen. «Das ist der einzige Ansatz, um die natürlichen Klimaschwankungen der letzten paar Tausend Jahre zu verstehen», ist Schmutz überzeugt. Die anderen Hypothesen seien weniger schlüssig, wie zum Beispiel der Effekt grosser Vulkanausbrüche.

Wichtige historische Daten Wie genau sich die Sonne in den nächsten Jahren verhalten wird, bleibt allerdings Spekulation: Entsprechende Datenreihen gibt es erst seit ein paar Jahrzehnten, und über diese Zeitspanne weisen sie keine

Auswirkungen des Klimawandels und seine Risiken sowie Minderungs- und Anpassungsstrategien zusammenzutragen und aus wissenschaftlicher Sicht zu bewerten. Dazu beruft der IPCC tausende Wissenschaftler aus aller Welt. Diese erstellen die Sachstandsberichte des IPCC. Die Sachstandsberichte des IPCC gelten in der Wissenschaft als glaubwürdigste und fundierteste Darstellung bezüglich des naturwissenschaftlichen, technischen und sozioökonomischen Forschungsstandes über das Klima und seine Veränderungen sowie über Möglichkeiten des Umgangs damit.

Text: Wikipedia

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UMWELT

Für DreiteilBerstscheiben und Zwei-WegeBerstscheiben.

Bild: SNF

Die bewährte Dreiteil-Berstscheibe ist eine ideale Wahl für die Absicherung von Prozessüberdrücken. Vakuumfest und für Wechseldruckbelastungen geeignet.

Sonneneruption, aufgenommen vom 2010 gestarteten Nasa-Satelliten Solar Dynamics Observatory.

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beim letzten Minimum sehr kalt waren, zumindest in Nordeuropa», sagt Schmutz. Für die Forschenden bleibt noch einiges an Arbeit, um den Zusammenhang mit dem globalen Erdklima im Detail nachvollziehen zu können – in der Vergangenheit und eben auch in der Zukunft. Quelle: SNF Die Zwei-Wege-Berstscheibe sichert Tanks und Behälter gegen unzulässige Über- und Unterdrücke ab. Auch mit integrierter Signalisierung erhältlich.

Kontakt Werner Schmutz Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos Dorfstrasse 33 CH-7260 Davos Dorf Telefon +41 (0)58 467 5145 werner.schmutz@pmodwrc.ch www.pmodwrc.ch

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Schwankungen auf. «Insofern bleiben auch unsere neuen Ergebnisse noch eine Hypothese», sagt Schmutz: «Den nächsten Zyklus vorauszusagen, fällt den Solarphysikern nach wie vor schwer.» Doch weil wir seit 1950 eine konstante starke Phase beobachten, werden wir aller Voraussicht nach in 50 bis 100 Jahren wiederum einen Tiefpunkt erleben, und das könnte durchaus so stark wie das sogenannte MaunderMinimum ausfallen, das im 17. Jahrhundert für besonders kalte Verhältnisse sorgte. Auch die historische Perspektive war ein wichtiger Teil des Forschungsprojekts. Das Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern hat Datenreihen zur Sonnenaktivität aus der Vergangenheit mit konkreten klimatischen Verhältnissen verglichen. Sonnenflecken, deren Anzahl gut mit der Aktivität der Sonne korreliert, werden schon seit gut drei Jahrhunderten erfasst. Wie kalt es auf der Erde damals wirklich war, ist dagegen viel schwieriger exakt zu beziffern: «Wir wissen, dass die Winter

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UMWELT

(E)-α-Bergamoten trickst Tabakschwärmer aus

Sowohl Verlockung als auch Verhängnis

Blütenpflanzen sind auf Pollenüberträger angewiesen, um sich fortzupflanzen. Was aber tut eine Pflanze, wenn die von süssem Blütenduft angelockten Bestäuber ihre Eier auf der Pflanze ablegen und aus diesen dann gefrässige Raupen schlüpfen? Wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie jetzt herausfanden, trägt das Gen NaTPS38 im Kojotentabak Nicotiana attenuata massgeblich dazu bei, dieses Dilemma zu lösen. NaTPS38 reguliert die Bildung einer aromatischen Verbindung, des Sesquiterpens (E)-α-Bergamoten, sowohl in den Blüten als auch in den Blättern. «Wir konnten beobachten, dass die Blüten des wilden Tabaks während der Nacht (E)-α-Bergamoten abgeben, um mit diesem Duft Tabakschwärmer-Motten (Manduca sexta) zum Verweilen an den Blüten zu bewegen und erfolgreich bestäubt zu werden. Tagsüber lockt die Emission derselben Verbindung durch angefressene Tabakblätter Raubwanzen an, die sich von den kleinen Tabakschwärmerraupen ernähren. Der Duft ist also nicht nur für Bestäuber attraktiv, er

Bild: André Kessler, Cornell University

Der Tabakschwärmer ist ein wichtiger Bestäuber des Wilden Tabaks. Gleichzeitig schlüpfen aber hungrige Raupen aus den Eiern, die die Motte auf den Blättern ablegt. Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat ein Gen im Wilden Tabak beschrieben, das der Pflanze bei der Lösung dieses Dilemmas hilft. Das Gen NaTPS38 steuert die Bildung von (E)-α-Bergamoten. Während der Nacht bilden die Blüten diesen Duft und sind so für Tabakschwärmermotten besonders attraktiv. Tagsüber aktiviert das gleiche Gen die Bildung von (E)-α-Bergamoten in den Blättern, das Raubwanzen anlockt, die gerne die Raupen und Eier des Tabakschwärmers verspeisen.

Eine Geocoris-Raubwanze greift eine frisch geschlüpfte Tabakschwärmerraupe an. Bei Raupenbefall geben Tabakblätter am Tag (E) -α-Bergamoten ab, das die Feinde der Raupen anlockt.

dient auch der indirekten Verteidigung», fasst Wenwu Zhou zusammen. Auf diese Weise sorgt die gewebespezifische Bildung eines bestimmten Duftstoffs dafür, dass die Tabakpflanze aus ihrer Abhängigkeit vom Tabakschwärmer das Beste macht.

Neue Substanzen dank Genverdoppelung Obwohl NaTPS38 eher einer Monoterpensynthase ähnelt, ist es für die Bildung von (E)-α-Bergamoten verantwortlich, das zur Substanzklasse der Sesquiterpene gehört. 24 2

Da für deren Bildung normalerweise Sesquiterpen-Synthasen zuständig sind, tanzt das Gen daher aus der Reihe. Bei der Analyse der evolutionären Geschichte von NaTPS38 stellten die Wissenschaftler fest, dass es das Resultat der Verdopplung einer Monoterpen-Synthase ist, das anschliessend die Fähigkeit entwickelt hat, das Sesquiterpen (E)-α-Bergamoten zu bilden. Dieser einzigartige evolutionäre Prozess fand vor der Auseinanderentwicklung der verschiedenen Arten von Nachtschattengewächsen statt, zu denen auch der Tabak gehört. 5/2017

Bild: MPI f. chemische Ökologie/ D. Kessler

UMWELT

Ein Tabakschwärmer saugt in der Nacht mit seinem Saugrüssel Nektar aus der Blüte des Kojotentabaks. Auf dem Saugrüssel befinden sich Sinneszellen, die auf den Blütenlockstoff (E) -α-Bergamoten ansprechen.

Die Tatsache, dass ein einzelnes Tabakgen über eine gewebespezifische Duftstoffproduktion sowohl Bestäubung als auch Verteidigung vermittelt, ist ein Beispiel für ein Phänomen, das ökologische Pleiotropie genannt wird. «Es häufen sich Hinweise, dass ökologische Pleiotropie in Pflanzen sehr häufig vorkommt. Unsere Arbeit zeigt, dass Wechselwirkungen zwischen einzelnen ökologischen Faktoren, wie beispielsweise Bestäubern und Frassfeinden, wichtig für die Evolution von Pflanzen sind. Dennoch wissen wir bislang viel zu wenig darüber, wie sich diese Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Umwelteinflüssen auf die Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung auswirken», erläutert Shuqing Xu. Die Wissenschaftler entwickeln daher jetzt einen neuen Forschungsansatz, der diese Fragen systematisch untersuchen soll.

Originalpublikation Wenwu Zhou et al., «Tissue-specific emission of (E)-α-bergamotene helps resolve the dilemma when pollinators are also herbivores», Current Biology; April 20, 2017; DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j. cub.2017.03.017

Kontakt Prof. Ian T. Baldwin Max-Planck-Institut für chemische Ökologie Hans-Knöll-Strasse 8 D-07745 Jena Telefon +49 (0)3641 57-1100 baldwin@ice.mpg.de www.ice.mpg.de

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Hochempfindliche GC-Detektoren

Ein Billionstel Gramm Schadstoff genügt Mit den Methoden der Saarbrücker Messtechniker erschnüffeln transportable Gaschromatografen auch winzigste Spuren: Schon ein Billionstel Gramm eines Schadstoffes in einem Gasgemisch genügt den Sensorsystemen, die Andreas Schütze mit seinem Team an der Universität des Saarlandes entwickelt. Die Forscher sind darauf spezialisiert, die künstlichen Sinnesorgane immer feinfühliger, genauer und empfindlicher schnuppern zu lassen. Jetzt verbessern die Ingenieure die Detektoren für Gaschromatografen mit ihrer Technik. Vor allem mobile Geräte können hiervon profitieren.

stoffmoleküle unter einer Milliarde Luftmolekülen ausfindig. Für die Gaschromatografen bringen sie Halbleiter-Gassensoren ins Spiel, die auf nanostrukturierten Metalloxiden basieren.

Bild: Oliver Dietze

100 Fentogramm detektiert

Tobias Baur (l.) und Tilman Sauerwald (r.) lassen mit ihren Gasdetektoren Analysegeräte auch winzigste Spuren von Schadstoffen aufspüren.

Die Messtechniker aus dem Team von Andreas Schütze an der Saar-Uni arbeiten daran, den Detektor an Gaschromatografen zu verbessern. «Unser Verfahren macht es möglich, kurze Gaspulse hochge-

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MLT_Text-Ins. Kühlgeräte_58x45_4.17.indd 1

nau zu detektieren und kleinste Gasmengen selektiv auf die in ihnen enthaltenen Stoffe zu analysieren», erklärt Tilman Sauerwald, Habilitand am Lehrstuhl für Messtechnik. Dies könnte etwa auch zum Einsatz kommen, um Lungenkrebs anhand ausgeatmeter Luft zu diagnostizieren. Vor allem transportable Gaschromatografen haben die Forscher für ihre Gassensoren im Blick. Diese stossen bislang bei kleinen Gasmengen und geringen Spuren von Inhaltsstoffen an Grenzen. Die Arbeitsgruppe von Schütze entwickelt ihre neuartigen Gassensorsysteme in zahlreichen Forschungsprojekten für verschiedene Anwendungen weiter. Ihre Verfahren machen etwa in Raumluft einzelne Schad-

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«Unsere Sensoren reagieren hochempfindlich. Wir entwickeln sie so weiter, dass wir immer niedrigere Konzentrationen selektiv messen können. Derzeit können wir bereits 100 Femtogramm detektieren, das ist weniger als ein Billionstel Gramm», erläutert Sauerwald, der die Arbeiten der Gruppe auf diesem Gebiet koordiniert. Der Halbleiter-Detektor der Saarbrücker Messtechniker deckt zudem eine grosse Bandbreite an Stoffen ab, er kann also viele Arten von Stoffen aufspüren, von Kohlenmonoxid bis hin zu krebserregenden organischen Verbindungen, und zugleich ihre jeweilige Konzentration bestimmen.

Kontakt Prof. Andreas Schütze Universität des Saarlandes Lehrstuhl für Messtechnik Universität Campus D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 302 4663 schuetze@lmt.uni-saarland.de www.lmt.uni-saarland.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Plättchenförmige Zinkphosphatpartikel

Verbesserter Korrosionsschutz für Stahl Für Architektur, Brücken- und Schiffsbau werden grosse Mengen Stahl verbaut. Diese dürfen auch im Laufe vieler Jahre nicht an Festigkeit und Sicherheit verlieren. Dafür müssen verwendete Stahlplatten und Stahlträger dauerhaft und grossflächig gegen Korrosion geschützt werden. Vor allem Luftsauerstoff und Wasserdampf sowie Salze greifen den Stahl an. Forscher des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben spezielle Verfahren entwickelt, um das Eindringen der korrosiven Substanzen zu verhindern.

einen Weg durch die ‹Mauerritzen› suchen müssen», erklärt Becker-Willinger weiter. Das Ergebnis sei eine deutlich langsamere Korrosion als bei Beschichtungen mit kugelförmigen Partikeln, wo Gasmoleküle viel schneller einen Weg durch die Schutzschicht zum Metall finden.

Wirksamkeit der Partikel bestätigt

Bild: Ollmann

In weiteren Testreihen konnten die Wissenschaftler die Wirksamkeit der neuen Partikel bestätigen. Dazu tauchten sie Stahlbleche in Elektrolytlösungen mit je kugelförmigen und plättchenförmigen Zinkphosphatpartikeln. Bereits nach wenigen Stunden zeigten die Stahlbleche in den Elektrolyten mit kugelförmigen Partikeln Korrosionsspuren. In den Elektrolyten mit plättchenförmigen Partikeln blieben die Stahlbleche nach drei Tagen noch unversehrt.

Wegen der ungeordneten Verteilung der Plättchen ist ein «Durchrieseln in der Sanduhr» wie bei kugelförmigen Partikeln nicht möglich. Dies verbessert den Korrosionsschutz.

Eine gängige Korrosionsschutzmethode ist die Beschichtung mit Zinkphosphat bei gleichzeitiger Phosphatierung von Metalloberflächen. Nun haben Forscher des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien spezielle Zinkphosphatpartikel entwickelt: Sie sind plättchenförmig und zehnmal so lang wie dick; sie werden in einem kontrollierten Fällungsprozess erzeugt. Erste Versuche mit den neuen Partikeln deuten, aufgrund ihrer Anisotropie, auf eine bessere Löslichkeit im Vergleich zu kugelförmigen Partikeln hin. «Dadurch lie5/2017

gen mehr Phosphationen in Lösung vor. Dies gewährleistet eine verbesserte und raschere Repassivierung, falls Metalloberflächen durch mechanische Beschädigung freigelegt wurden», sagt Carsten Becker-Willinger, Leiter des Programmbereichs Nanomere am INM. «In ersten Testbeschichtungen konnten wir ausserdem zeigen, dass sich die plättchenförmigen Nanopartikel mauerartig übereinander schichten. Dadurch verlängert sich der Weg der Gasmoleküle durch die Schutzbeschichtung hindurch, weil sie sich

Kontakt Dr.-Ing. Carsten Becker-Willinger INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien Campus D2 2 D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 9300 196 nanomere@leibniz-inm.de www.leibniz-inm.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Umweltschonende und sichere Stromversorgung

Effektive Stromgewinnung aus Abwärme Industrielle Abwärme mit einem Turbinenwirkungsgrad von 75 Prozent in Strom verwandeln – dies gelingt mit kleinen Turbinen weltweit nur selten. Auf dem Campus der Universität Bayreuth ist ein solcher Spitzenwert Alltag: Wissenschaftlern der Universität Bayreuth und der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Amberg-Weiden ist es gemeinsam mit einem Amberger Turbinen-Hersteller gelungen, ein Forschungskraftwerk so zu optimieren, dass die Turbine Spitzenwirkungsgrade erreicht. Das bringt Bewegung in die Suche nach umweltschonender und sicherer Stromversorgung und stärkt die Energieversorgung von kleineren Industriebetrieben.

Christian Wissler 1 Der Organic Rankine Cycle (ORC), ein spezieller Dampfkraftprozess, bildet die Grundlage der Stromerzeugung im Bayreuther Forschungskraftwerk. Dieser Prozess wird üblicherweise für die Stromerzeugung in Geothermie-Anlagen oder in Biomasseheizkraftwerken genutzt. Dabei kommen organische Flüssigkeiten als Arbeitsfluide zum Einsatz, von denen die Leistungsfähigkeit von ORC-Anlagen wesentlich abhängt. Wirkungsgrade der Turbine von fast 75 Prozent konnten die Bayreuther Forscher dadurch erzielen, dass sie ein ungewöhnliches Arbeitsfluid eingesetzt haben – Hexamethyldisiloxan, eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Siloxane. Siloxane kommen vor allem in Kosmetika, Seifen und Waschmitteln vor. «Mit der Entscheidung für ein solches Arbeitsfluid, haben wir Neuland betreten», berichtet Markus Preissinger, Geschäftsführer des Zentrums für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth. «Siloxane haben den Christian Wissler, Universität Bayreuth

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Das Forschungskraftwerk im ZET wurde 2011 unter der Leitung von Dieter Brüggemann eingerichtet. Seitdem arbeitet es zur Optimierung der Stromgewinnung aus Abwärme mit Andreas Weiss von der OTH und mit der Deprag Schulz GmbH & Co in Amberg zusammen.

Vom Computer zum Nachweis im Experiment «Die vielen Jahre der Zusammenarbeit und die hervorragende Arbeit der Turbinenentwickler aus Amberg haben dazu geführt, dass wir mit den erreichten Wirkungsgraden in die Weltspitze der ORC-Forschung aufgestiegen sind», fasst Preissinger die

Bild: Christian Wissler

Hexamethyldisiloxan, ein ungewöhnliches Arbeitsfluid.

Nachteil, dass sie sich bei hohen Temperaturen zersetzen. Wir mussten daher im Verdampfer des Kraftwerks darauf achten, dass sich keine Hot Spots, also keine Bereiche mit sehr hoher Temperatur, bilden können.» Mit diesem besonderen Wärmeübertrager haben die Bayreuther Forscher dieses Problem in den Griff bekommen. Und noch in einer weiteren Hinsicht waren sie erfolgreich: Damit möglichst viel Wärme in Strom verwandelt wird, müssen sehr hohe Abgastemperaturen verwertet werden können. Knapp 410 Grad schafft die Bayreuther Anlage – in Anlagen mit Direktverdampfung ist dies im internationalen Vergleich ein Spitzenwert.

Markus Preissinger (unten) und Tobias Popp montieren die neue Turbine im Forschungskraftwerk des Zentrums für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth.

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VERFAHRENSTECHNIK

bisherigen Erfolge zusammen. Alle beteiligten Experten haben dabei immer Wert darauf gelegt, theoretische Berechnungen mit konkreten Nachweisen im Labor zu verbinden. «Zahlreiche Veröffentlichungen auf diesen Gebieten haben sich mit Berechnungen am Computer begnügt, sind experimentelle Nachweise aber schuldig

geblieben. Diese Lücke konnten wir schliessen und zeigen, welches grosse Potenzial für die Stromerzeugung auch in kleinen ORC-Anlagen steckt», betont Brüggemann. An der Universität Bayreuth setzt er sich schon seit mehr als einem Jahrzehnt dafür ein, solche Anlagen so effizient zu machen, dass sie sich eines Tages auch auf

Organic Rankine Cycle Der Organic Rankine Cycle (ORC) ist ein Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmedium als Wasserdampf. Der Name des Verfahrens geht auf William John Macquorn Rankine zurück, einen schottisch-britischen Physiker und Ingenieur im 19. Jahrhundert. Als Arbeitsmedium werden organische Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet. Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und -senke zu niedrig ist für den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine. Das ist vor allem bei der Stromerzeugung mithilfe der Geothermie, der Kraft-Wärme-Kopplung sowie bei Solar- und Meereswärmekraftwerken der Fall. Die Entspannungsmaschinen (Turbine, Schraubenexpander, Dampfmotor/Hubkolbenexpander) werden typischerweise mit Siliconöl, Kältemittel oder brennbarem Gas betrieben. Text: Wikipedia

dem Energiemarkt durchsetzen können. Der Bedarf ist vorhanden: Die Industriegesellschaften haben nach wie vor einen unstillbaren Energiehunger, weltweit steigt das Interesse, die in der Industrie entstehende Abwärme wieder für die Stromerzeugung zu nutzen. Die Frage ist immer noch: Welche umweltfreundlichen Technologien können die Stromversorgung in Zukunft sichern? In Bayreuth arbeitet man an der Antwort.

Kontakt Dr.-Ing. Markus Preissinger Zentrum für Energietechnik (ZET) Universität Bayreuth Universitätsstrasse 30 D-95447 Bayreuth Telefon +49 (0)921 55-7285 markus.preissinger@uni-bayreuth.de www.uni-bayreuth.de

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WERKSTOFFE

Fotochemische Metallisierung

Gebogene Touchscreens Handys und Smartphones sind den Tragegewohnheiten ihrer Nutzer noch nicht angepasst. Die Displays dieser Geräte sind starr und geben den anatomischen Formen ihrer Träger nicht nach. Damit Tippen und Wischen auf gebogenen Smartphones funktionieren, müssen auch die Touchscreens und die elektrischen Schaltkreise darauf gebogen sein. Dafür hat das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien ein Verfahren entwickelt, das solche Schaltkreise auf biegsamen Folien und auf dehnbarem Silikon ermöglicht: die fotochemische Metallisierung.

Bild: Gabi Klein, INM

Für die verschiedenen Funktionen eines Touchscreens sind die Oberflächen mit mikroskopisch kleinen, unsichtbaren Leiterbahnen versehen. In den Rändern der Geräte laufen diese mikroskopischen Bahnen zu grösseren Leiterbahnen zusammen. Bisher mussten diese unterschiedlichen Leiterbahnen in aufwendigen Prozessen in mehreren Schritten hergestellt werden. Durch die fotochemische Metallisierung gelingt dies nun in einem Schritt auf biegsamem Material. Das neue Verfahren ist schnell, flexibel, grössenvariabel, kostengünstig und umweltfreundlich. Weitere Prozessschritte für die Nachbehandlung entfallen.

Leiterbahnen aus Silber Bei der fotochemischen Metallisierung werden Kunststofffolien mit einer fotoaktiven Schicht aus Metalloxid-Nanopartikeln überzogen. «Anschliessend bringen wir eine farblose UV-stabile Silberverbindung auf», erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. «Durch die Belichtung dieser Schichtfolge zersetzt sich die Silberverbindung an der fotoaktiven Schicht und die Silberionen werden zu metallischem, elektrisch leitendem Silber reduziert. Mit diesem Verfahren lassen sich verschieden grosse Leiterbahnen bis zur kleinsten Grösse von einem Tausendstel Millimeter darstellen.» Mit diesem Grundprinzip können Leiterbahnen individuell aufgebracht werden. «Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die wir je nach Anforderung nutzen können: Das ‹Schreiben von Leiterbahnen› mittels UV-Laser eignet sich besonders gut für die erste massgeschneiderte Anfertigung und 24 8

Die fotochemische Metallisierung ermöglicht Schaltkreise auf biegsamen Folien.

das Austesten eines neuen Leiterbahn-Designs. Für die Massenproduktion ist diese Methode jedoch zu zeitaufwendig», erläutert de Oliveira. Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv an einer weiteren Methode, der Nutzung durchsichtiger Stempel: «Diese Stempel verdrängen die Silberverbindung mechanisch; Leiterbahnen entstehen dann nur dort, wo noch Silberverbindung vorhanden ist», meint de Oliveira. Da die Stempel aus einem weichen Kunststoff bestehen, kann man sie auf einer Rolle anordnen. Weil sie transparent sind, arbeiten die Forscher am INM nun daran, die UV-Quelle direkt in die Rolle einzubetten. Somit wären die ersten Schritte für ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren

getan», fasst der Programmbereichsleiter zusammen. Damit liessen sich Leiterbahnstrukturen unterschiedlicher Grösse auf Folien im Grossmassstab herstellen.

Kontakt Dr. Peter William de Oliveira INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien Campus D2 2 D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 9300 148 OptiMat@leibniz-inm.de www.leibniz-inm.de

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Bild: Gabi Klein, INM

WERKSTOFFE

Gedruckter Touchscreen.

Biegsame Touchscreens

Kostengünstiger Inkjet-Druck Auf der diesjährigen Hannover Messe präsentierte das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken neue Touchscreens, die durch den Aufdruck von Nanopartikeltinten aus transparenten leitfähigen Oxiden direkt auf dünne Kunststofffolien hergestellt wurden.

Flexible Smartphones sind für viele Nutzer wünschenswert. Bisher sind die Displays der unzähligen Handys und Pods starr und geben den anatomischen Formen seiner Träger nicht nach. Es ist mittlerweile kein Geheimnis mehr, dass die Grossen der Branche an biegsamen Displays arbeiten. Wie sie bald Realität werden können, zeigte das INM – LeibnizInstitut für Neue Materialien auf der diesjährigen Hannover Messe: Es stellte geeignete Beschichtungen vor, die sich kostengünstig über Inkjet-Druck herstellen lassen.

Elektrodenstrukturen im Ein-Schritt-Druckprozess Präsentiert wurden neue Touchscreens, die durch den Aufdruck von Nanopartikeltinten aus transparenten, leitfähigen Oxiden, TCO (TCO, engl.: transparent conducting oxides), direkt auf dünne Kunststofffolien hergestellt wurden. Per Inkjet-Druck, aber auch per Tiefdruck, bilden sich so durchsichtige Bahnen und Strukturen aus, die auch dann noch elektrisch leitend sind, wenn die Folien verformt werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Elektro5/2017

denstrukturen in einem kostengünstigen Ein-Schritt-Druckprozess. Üblicherweise werden leitfähige Beschichtungen mit TCO über Hochvakuumtechniken wie dem Sputtern aufgebracht. Zur Strukturierung der TCO-Schichten sind nach dem Sputtern weitere Prozessschritte erforderlich, wie Fotolithografie und Ätzprozesse, die den Gesamtprozess kostenintensiv werden lassen.

Verbogene Folien bleiben leitfähig «Wir stellen aus den TCO Nanopartikel mit besonderen Eigenschaften her», erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. «Die TCO-Tinte entsteht dann durch Zugabe eines Lösungsmittels und eines speziellen Binders zu diesen TCO-Partikeln. Dabei erfüllt der Binder mehrere Aufgaben: Er bewirkt nicht nur ein gutes Anhaften der TCO-Nanopartikel auf der Folie; er erhöht auch die Biegsamkeit der TCO-Beschichtung: So bleibt die Leitfähigkeit gerade beim Verbiegen der Folien erhalten. In Kombination mit einer angepassten Elektrodenstruktur erlaubt dies die Herstellung

flexibler, kapazitiver Touchscreens mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung in einem einfachen Druckprozess.» Die Beschichtung ist funktionsfähig, nachdem sie bei niedrigen Temperaturen unter 130 Grad Celsius mit UV-Licht ausgehärtet wurde. Mit den transparenten elektrisch leitfähigen Tinten liessen sich Leiterbahnen problemlos auch über klassische Rolle-zu-Rolle-Verfahren herstellen. Die ersten Versuche am INM dazu sind vielversprechend. Die Forscher sind sich einig, dass durch die Verwendung von strukturierten Walzen zukünftig strukturierte leitfähige Flächen mit hohem Durchsatz kostengünstig gedruckt werden können.

Kontakt Dr. Peter William de Oliveira INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien Leiter Optische Materialien D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 9300 148 peter.oliveira@leibniz-inm.de www.leibniz-inm.de

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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

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Kurzbericht über die 19. Generalversammlung Am 10. Februar 2017 fand die 19. Generalversammlung der Sektion Nordwestschweiz statt. Bekannte und teils unbekannte Gesichter nahmen nach ihrer Begrüssungsrunde Platz an den gedeckten Tischen, und schon nach kurzer Zeit war jeder im Saal in ein Gespräch verwickelt. Jeder (Frauen waren keine Anwesend) nutzte die Gelegenheit, um Persönliches oder andere Informationen auszutauschen. Zu Beginn der Versammlung wurden die Anwesenden durch Präsident Andreas Schläpfer willkommen geheissen. In den Räumlichkeiten Saal Toccata im Hotel Alfa in Birsfelden waren 18 Mitglieder, der ZV-Präsident Patrick Merkofer und 5 Vorstandsmitglieder der Sektion Nordwestschweiz anwesend. Durch den offiziellen Teil der Versammlung führte Vizepräsi-

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dent Martino Villani. Im vergangenen Jahr ist Richard Bürgi für immer von uns gegangen. Martino bittet die Anwesenden sich zu erheben zum Gedenken des Verstorbenen. Andreas Schläpfer streift in seinem ersten Präsidialbericht das vergangene Vereinsjahr 2016 und gibt uns einen Ausblick auf 2017. Nach der Präsentation der Rechnung 2016 wurde auf An-

Die Jubilare erhalten eine Flasche Wein vom Vorstand.

trag der Revisoren Paul Studer und Thomas Nagy dem Kassier Peter Tallowitz Decharge erteilt. Als Dank für seinen enormen Einsatz als Kassier und Mutationsführer wurde Peter Tallowitz eine Flasche Wein überreicht. Raymond Zufferey nahm seine Funktion als Tagespräsident in gewohnt kundiger und routinierter Manier war. Der Gesamtvorstand wurde einstimmig mit Applaus wiedergewählt und setzt sich wie folgt zusammen: Andreas Schläpfer, Martino Villani, Felice Bertolami, Martin Nagel und Peter Tallowitz. Nach dem Wahlakt wurde Raymond Zufferey mit viel Applaus von seinem Amt entbunden. Auch dieses Jahr konnten wieder zahlreiche Mitglieder für ihre Verbandszugehörigkeit mit einer edlen Flasche Wein geehrt werden. Es sind dies: Bühler Siegfried (50 Jahre), Schärli

Der frühere ZV-Präsident Thomas Börlin feiert 25 Jahre Mitgliedschaft beim SCV.

Viktor (45 Jahre), Itin Hanspeter, Nagel Martin und Studer Paul (35 Jahre) sowie Börlin Thomas, Wolf Georg und Zufferey Raymond (25 Jahre). Im Anschluss an die Versammlung wurde das feine Essen vom Hotel Alfa serviert. Nach gemütlichem Beisammensein wurde diesjährige Generalversammlung beendet.

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VERBANDSSEITE

SEKTION OBERWALLIS

Bild: Ch-info.ch (Wikipedia Commons)

Skitag in Zermatt

Blick auf die Gornergratbahn.

Trotz schlechter Wetterprognose brachen wir am frühen Morgen des 18. März in Richtung Zermatt auf. Die Matterhorn Gotthardbahn transportierte uns von Brig nach Visp und anschliessend weiter nach Zermatt. Die einstündige Reise mit dem Zug verging wie im Flug. Als wir in Zermatt ankamen, war das Wetter besser als erwartet, was uns natürlich sehr freute. Nachdem Tageskarte und Ausrüstung bereit waren, ging es mit dem Elektrobus zur

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Talstation der Matterhorn Glacier Paradise Bahn. Dort wurden wir von unserem ortskundigen Mitglied und Organisator Juon Orlando in Empfang genommen. Aufgrund vieler vorgängiger Entschuldigungen und der schlechten Wettervorhersage war die Gruppe klein. Zu dritt ging es mit der Gondel hinauf ins Skigebiet Glacier Paradise. Das kleine Matterhorn und Cervinia (I) waren leider wegen starken Winden geschlossen. So entschieden wir uns für die Rou-

te vom Trockenen Steg hinunter zum Schwarzsee und Stafel. Gegen 10 Uhr kamen wir im Furi an, wo wir uns eine kleine Pause mit einem guten «Kaffee Furi» gönnten. Da sich das Wetter zunehmend verschlechterte, beschlossen wir gemeinsam, später Mittagessen zu gehen und bis dann noch ausgiebig Ski zu fahren. Deshalb wechselten wir das Gebiet. Es ging hinüber zum Riffelberg und Gornergrad und später weiter zum Rothorn, Blauherd und Sunnuegga.

Zwischen den Fahrten wusste Orlando auch viel über Zermatt und dessen Skigebiet zu erzählen, was uns kulturell die Augen öffnete. Gegen 14.30 Uhr kamen wir wieder auf dem Furi an. Für das Mittagessen setzten wir uns müde und hungrig ins Restaurant Furi. Nach einem guten Skifahrermenü und Kaffee wollten wir noch einige Fahrten auf dem Trockenen Steg machen. Doch nun hatte uns das schlechte Wetter endgültig eingeholt. Es begann zu regnen und zu schneien, was uns die Entscheidung wesentlich vereinfachte, zurück nach Zermatt zu gehen. Mit der Matterhorn Glacier Paradise Bahn fuhren wir wieder zurück ins weltbekannte Bergdorf. Zu Fuss nahmen wir Kurs auf den Zermatter Bahnhof und krönten unseren sportlichen und gelungenen Skitag in der Schneewittchen Bar. Denn auch die Après-Ski-Kultur will gepflegt und zelebriert werden. Zu fortgeschrittener Stunde gelang es dem Aktuar und dem Präsidenten schliesslich doch noch, mit der Matterhorn Gotthardbahn die Heimreise anzutreten. Ein herzliches Vergelts Gott unserem Mitglied und ortskundigen Führer Juon Orlando für diesen kurzweiligen und unterhaltsamen Sporttag. (ZSt)

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VERBANDSSEITE

SECTION ROMANDE Rapport annuel 2016 L’année 2016 aura été marquée par la fusion des deux sections romandes, à savoir la section de Givaudan à Genève et la section Riviera-Chablais en une seule et même «Section romande». La concrétisation officielle de cette fusion a été réalisée le vendredi 08 avril 2016 à Monthey en présence de 3 membres du comité directeur de la section Givaudan et du comité directeur au complet de la section Riviera-Chablais. Pour ce faire, Robert Moreau avait adapté les statuts de la section Riviera-Chablais pour créer les nouveaux statuts de la section Romande. Les huit membres présents ont parcouru le document présentant les nouveaux statuts de la section Romande et ont approuvé à l’unanimité le texte. Les nouveaux statuts ont alors été signés par le greffier et le président de la nouvelle section Romande. Robert Moreau avait également préparé un autre document qui atteste officiellement la création de la section Romande et par

là même la dissolution des deux sections Riviera-Chablais et de Genève. Ce document a également été signé par tous les membres du nouveau comité directeur. Ainsi, le 08 avril 2016, sous le nom de SCV – Section Romande est constituée une Association, au sens des articles 60 et suivants du Code civil suisse, dont le siège se trouve à Monthey. Le nouveau comité directeur est alors composé de: Président: Frédéric Falcotet Vice-président: Robert Moreau Caissier: Jean-Paul Ebener Greffier: Fabien Mottier Membres actifs: Etienne Giroud Michel Dauget Jérémie Zuber Le 05 novembre 2016, lors du Klausur à Inzlingen réunissant tous les présidents de sections autour de son comité directeur de la SCV faîtière, la décision a été prise de traduire la dénomi-

nation de «Schweizerischer Chemie- und Pharmaberufe Verband» en français. Afin de garantir une traduction qui colle le plus étroitement possible tout en conservant une uniformité avec l’acronyme de trois lettres «SCV», tous les membres du comité directeur de la section romande ont validé la proposition de «Association suisse des métiers de la chimie et de la pharma», avec pour acronyme de trois lettres «ASC». Entretemps, la Poste a contraint la section romande à fermer sa case postale en raison d’un trop peu de courrier reçu. Il est vrai que tous les échanges entre le comité directeur romand et les membres, y compris les inscriptions des futurs membres se faisaient exclusivement par E-mail. Aussi, la nouvelle adresse de la section romande depuis le début 2017 est: ASC – Association suisse des métiers de la chimie et de la pharma, Section Romande Av. du Crochetan 68 CH-1870 Monthey romande@cp-technologe.ch

Notre sortie du 11 novembre 2016 nous a conduits à Sembrancher, au sein de l’entreprise Biar Sampling Systems. Cette sortie revêtait un caractère particulier cette année puisque qu’il s’agissait d’une première pour la section Romande nouvellement créée. Aussi, sept membres de l’ex section de Genève ont fait le déplacement jusqu’en Valais afin de montrer et de confirmer leur appartenance à cette nouvelle section. Après la visite, nous avons regagné «Le Catogne», un gîte-restaurant situé à Orsières, pour partager une fondue bourguignonne. Au 31 décembre 2016, notre association professionnelle compte plus de 130 membres et on constate avec satisfaction que d’autres inscriptions viennent encore grossir ce nombre en cours d’année.

Falcotet Frédéric Président de la section romande

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PRODUKTE

Kompakte Ventilanschaltungen mit hoher Luftleistung

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Mit einer Ergänzung um zwei neue Produkttypen sowie einer Anpassung bei einer bereits bestehenden Variante komplettiert das deutsche Unternehmen Gemü sein Portfolio und bietet seinen Kunden damit eine noch individuellere Auswahl. Damit wird es möglich, eine Ventilanschaltung auszuwählen, welche noch besser auf die jeweilige Anforderung abgestimmt ist. Durch das integrierte Vorsteuerventil bieten sich im Vergleich zu externen Varianten sowohl funktional als auch kostenseitig Vorteile wie schnelle Reaktionszeiten und ein verringerter Druckluftverbrauch. Damit ermöglichen Ventilanschaltungen von Gemü nicht nur eine präzise Positionserfassung, sondern auch eine effiziente Ansteuerung des jeweiligen Prozessventils. Die Ventilanschaltung Gemü 4242 (siehe Bild) ist ab sofort auch in einer erhöhten Luftleistung erhältlich, damit wird es möglich, Ventile mit einem Hub von 2 bis 75 mm mit diesem Produkt auszurüsten. Dabei bietet auch die neue Grösse die bereits bekannten Merkmale. Hierzu gehören eine Weitsicht- und Stellungsanzeige, verschiedene Schnittstellen wie AS-Interface, DeviceNet, IO-Link und 24V sowie eine schnelle Inbetriebnahme mittels automatischer Endlagenpro-

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grammierung, sowohl vor Ort als auch extern. Ausführliche Diagnosemöglichkeiten unterstützen im Betrieb und vereinfachen die Fehleranalyse. Die beiden neuen Typen Gemü 4240 und Gemü 4241 arbeiten mit mechanisch einstellbaren Sensoren und bieten eine kostengünstige Alternative im Vergleich zu Varianten mit einer elektronischen Positionserfassung. Bei Gemü 4240 ermöglichen wahlweise Mikroschalter oder Näherungsinitiatoren die Überwachung der Ventilendlagen. Bei Gemü 4241 wird diese ebenfalls durch die zuletzt genannte Technologie realisiert. Die Verstellung der Initiatoren erfolgt schnell und sicher mittels einer Rasterverstellung. Zusätzlich bietet dieser Produkttyp eine Explosionsschutz-Zulassung nach Atex. Sämtliche Ventilanschaltungen besitzen eine Handhilfsbetätigung, um eine Ansteuerung des Ventils ohne elektronische Unterstützung zu ermöglichen. Dies ist vor allem bei Wartungsarbeiten sehr hilfreich. Gemü Vertriebs AG Lettenstrasse 3 CH-6343 Rotkreuz Telefon +41 (0)799 05 55 Telefax +41 (0)799 05 85 vertriebsag@gemue.ch www.gemue.ch

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PRODUKTE

Zahnradpumpe für Heiss-Schmelz-Extrusion in der Pharma Maag hat eine speziell konzipierte Zahnradpumpe für den Einsatz in Heiss-Schmelz-Extrusionsprozessen (Hot Melt Extrusion Processes) an RCPE (Reserch Center Pharmaceutical Engineering in Graz) geliefert. Die Pumpe wird in der pharmazeutischen Herstellung von Mikropellets angewendet, wo hohe Drücke von bis zu 250 bar benötigt werden. Da die Pumpe als StandAlone-Unit in einer GMP-Umgebung betrieben wird, hat Maag speziell für den Pharma-Einsatz Washdown-Getriebe und -Motoren eingesetzt. Die Edelstahlausführung des Schaltschranks und Gestells vervollständigen diese GMP-taugliche Pumpeneinheit. Die Zusammenarbeit zwischen Maag und RCPE bezweckt primär die Entwicklung von innovativen Fertigungstechnologien für die Pharmaindustrie basierend auf der Hot Melt Extrusion. In diesem Bereich werden biokompatible Poly-

mere für die Stabilisierung von Feststoff-Dispersionen für eine verbesserte API-Löslichkeit (Active Pharmaceutical Ingredient) verwendet. Da solche Polymere eine hohe Viskosität aufweisen, reicht der Druckaufbau des Extruders allein nicht für die nachfolgende Verarbeitung der Schmelze.

Zahnradpumpen sind prädestiniert für den Einsatz in pharmazeutischen Anwendungen bei Heiss-Schmelz-Extrusion. Darüber hinaus verbessern Zahnradpumpen mit hoher Förderkonstanz und anwendungsgerechter Konfiguration die Produktqualität erheblich. Dies wird durch strömungsgerechte Fliesskanäle, gute

Selbstreinigungseigenschaften und pulsationsarme Förderung auch bei hohen Differenzdrücken und minimale Temperaturerhöhung erreicht. Die hochwertige Edelstahlausführung und die anwendungsgerechte Konstruktions-/Bauweise erfüllen die Sicherheitsanforderungen für die Produktion von Arzneimitteln und Wirkstoffen sowie Lebensmitteln. Durch die Zusammenarbeit des Anlagenherstellers Maag mit der Forschungseinrichtung RCPE eröffnen sich auch für Pharmahersteller neue Möglichkeiten zur zielgerichteten Entwicklung neuer Produkte, Anwendungen und Herstellverfahren.

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Die Anforderungen in der chemischen Industrie nehmen laufend zu. Um diesen gerecht zu werden, ist die Mikro-Prozessfiltration ein operativ wichtiger Schritt zur Erhöhung der Produktqualität und der Geschwindigkeit zur Markteinführung. Sefiltec AG unterstützt Unternehmen in diesem Bereich. Das Unternehmen ist ein führender Anbieter in der Filtration und schweizweit tätig. Durch die interne Konstruktion (Engineering) und Produktion (Fertigung) von Filtergehäusen aller Art kann es flexible und fortschrittliche Lösungen anbieten.

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Zudem macht es ein Lager auf über 1000 m2 möglich, die Produkte «just-in-time» zu liefern. Das breite Produktsortiment mit namhaften Partnern wie Eaton Technologies, Parker Hannifin, Graver Technologies und 3M Purification bietet für jede Applikation das richtige Produkt. Sefiltec AG Haldenstrasse 11 CH-8181 Höri Telefon +41 (0)43 411 44 77 Telefax +41 (0)43 411 44 78 info@sefiltec.com www.sefiltec.com

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PRODUKTE

Innovative Dosierpumpe Mit der neuen Verderflex Vantage 5000 stellt die Firma Verder die Schlauchpumpe der nächsten Generation vor. Der präzise Schrittmotor erreicht höchste Dosiergenauigkeit und eine Übersetzung von 4096:1. Damit kann ein Fördermengenbereich von 0,07 bis 6600 ml/min abgedeckt werden. Der federbelastete Rotor erreicht einen Förderdruck bis zu 7 bar. Über das intuitive Touch-Display können bis zu 30 Dosier- und Batch-Programme taggenau inkl. wöchentlicher Wiederholungen gespeichert werden. Mittels USB-Stick kann diese Programmierung gesichert und auf andere Pumpen übertragen werden. Eine dreistufi -

Die neue Schlauchpumpe kann überall dort eingesetzt werden, wo eine präzise Dosierung notwendig ist. Ganz gleich ob gefährliche Chemikalien, teure Additive oder Aromastoffe. Auch als Laborpumpe ist die Verderflex Vantage 5000 aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten bestens geeignet.

ge Benutzerverwaltung mit bis zu fünf Benutzern, ein integrierter optischer Schlauchbruchsensor so-

wie viele Steuerungsmöglichkeiten zeichnen die innovative Schlauchpumpe ebenso aus.

Verder Deutschland GmbH & Co. KG Heinz Raschdorf, Produktspezialist Schlauchpumpen Retsch-Allee 1–5 D-42781 Haan Telefon +49 (0)2104 2333-255 m.freier@verder.de www.verderliquids.com

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∙ Der kompakte Lyovapor™ L-200 bietet eine zuverlässige Gefriertrocknung mit hohem Automatisierungsgrad für wässrige Proben.

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∙ Die selbstreinigenden Kondensatoren im Lyovapor™ L-300 erlauben eine kontinuierliche Sublimation bei -105°C von Proben für Forschung und Entwicklung. ∙ Der Einsatz von App und Software ermöglicht eine maximale Kontrolle des Prozesses an jedem Ort, zu jeder Zeit.

∙ Reinigt komplexe Proben für Forschung und Entwicklung ∙ Normalphase und Umkehrphase, sowie Flash und präparative HPLC Methoden ∙ Detektiert sowohl Chromophore als auch nicht chromophore Substanzen

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Quality in your hands

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PRODUKTE

Druckmessung elektronisch und mechanisch

Bei den Kombibar-Geräten von Labom werden an einem einzigen Prozessanschluss zwei oder mehr unterschiedliche Verfahren zur Druckmessung kombiniert. Damit können gleichzeitig mehrere Funktionen realisiert werden, auch dann, wenn zum Beispiel nur ein Prozessanschluss zur Verfügung steht oder wenn eine Anlage entsprechend nachgerüstet werden soll. Ein elektronischer Messumformer sorgt für eine exakte Echtzeitmessung. Diese Daten werden in der Anlagensteuerung aufgezeichnet und stehen für eine detaillierte Auswertung zur Verfügung. Damit der Druck am Behälter entsprechend der Vorschriften der Betriebssicherheitsverordnung auch bei einem Stromausfall jederzeit abgelesen werden kann, ist das Kombisystem zusätzlich mit einer mechanischen Vorortanzeige (Manometer) ausgestattet.

Dem gleichen Prozessanschluss können bei Bedarf noch weitere Funktionen hinzugefügt werden, beispielsweise mit einem mechanischen Druckmesser (Kontaktmanometer), bei dem ein Schaltkontakt bei Überschreitung einer Druckobergrenze eine Sicherheitsabschaltung auslöst. Druckmittler mit entsprechenden Zertifikaten zur Prozessanbindung stehen in verschiedenen Ausführung für praktisch alle Bio-, Pharma-, Chemie- und Lebensmittel-Anwendungen zur Verfügung.

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Thermoelektrische Umwälzthermostate

Ein Highlight für die Fachbesucher des Forum Labo, welches vom 28. bis 30. März 2017 in Paris stattfand, war die Präsentation des neuartigen thermoelektrischen Umwälzthermostaten Lauda Loop auf Basis von Peltier-Technologie. Mittels eines Stromflusses wird die Temperatur durch Halbleiter erzeugt und kann dank einfachem Umkehren der Stromrichtung entweder zum Heizen oder zum Kühlen eingesetzt werden. Die luftgekühlten Gerätetypen L 100 und L 250 sind für externe Anwendungen in einem Temperaturbereich von +4 bis +80 °C geeignet. Für die Pharmaindustrie und die Biotechnologie ist das Gerät durch sein kompaktes und platzsparendes Gerätedesign ein echter Mehrwert. Es ist flexibel einsetzbar für die Temperierungen von Refraktometern, Bioreaktoren, Elektrophoresekammern oder für die Probenvorbereitung. Für die industrielle Kühlung hat Lauda mit den Ultracool UC Mini kompakte Prozessumlaufkühler für

Kälteleistungen von 2 bis 5 Kilowatt präsentiert. Im Vergleich zu den bewährten Vorgängermodellen wurde dabei die Grösse der Geräte wesentlich reduziert. Das quadratische Design mit einer Seitenlänge von jeweils nur 64 Zentimetern ermöglicht dem Kunden, den Ultracool UC Mini räumlich flexibel zu positionieren. Abgerundet wurde das Produktportfolio auf der Messe von der Gerätelinie Lauda Pro. Leistungsstarke Badthermostate für exakte, interne Temperierung von erstmals –100 bis +250 °C und effiziente Umwälzthermostate für dynamisches Heizen und Kühlen externer Applikationen von –45 bis +250 °C.

Lauda Dr. R. Wobser GmbH & CO. KG Pfarrstrasse 41/43 D-97922 Lauda-Königshofen Telefon +49 (0)9343 503-0 Telefax +49 (0)9343 503-222 info@lauda.de www.lauda.de

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PRODUKTE

Neue Software für Tropfenkonturanalyse bei Kontaktwinkelmessung

Mit der Software Advance stellt Krüss erstmalig einen völlig neu entwickelten Bildauswertealgorithmus für Kontaktwinkel vor. Für die Analyse von Benetzung und Haf-

tung detektiert die Software die Tropfenkontur und die Grenze zwischen Tropfen und Oberfläche (Basislinie) auch bei starken Störungen, zum Beispiel durch Fremdlicht

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oder Schatten, die bei herkömmlicher Software automatisierte Auswertungen nicht zulassen. Dass die Bildanalyse so gut wie immer automatisch erfolgen kann, beschleunigt zum einen die Kontaktwinkelmessung, zum anderen wird diese unabhängiger vom Benutzer, da keine manuellen Eingriffe mehr notwendig sind. Deutlich wird die Leistungsfähigkeit der Software bei positionsabhängigen Benetzungsmessungen, beispielsweise um die Homogenität einer Beschichtung oder Reinigung zu prüfen. Dabei werden Tropfen häufig auf viele Probenpositionen in einer rechteckigen Matrix dosiert. Daher liegen jeweils mehrere Tropfen auf einer Linie zwischen der Beleuchtung und der Kamera des Kontaktwinkel-Messinstruments. Früher mussten dann Tropfen während des Messablaufs entfernt werden, damit sie keinen störenden Schatten warfen. Dank

der robusten Bildauswertung mit Advance kann dieser Schritt entfallen. Bei vielen Anwendungen, wie etwa der Qualitätskontrolle einer Glasreinigung, bilden sich aufgrund gut benetzbarer Proben sehr flache Tropfen. Auch dieser bisher messtechnisch schwer zu erfassende Bereich zwischen 1° und 10° wird mit dem neuen Algorithmus aufgelöst. So kann Advance geringste Inhomogenitäten im Zuge programmierter Prozeduren detektieren.

Krüss GmbH Borsteler Chaussee 85 D-22453 Hamburg Telefon +49 (0)40 514401-0 Telefax +49 (0)40 514401-98 info@kruss.de www.kruss.de

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PRODUKTE

Geschraubte Wärmetauscher optimieren Prozesse

Mit ihren geschraubten Systemen bietet die Wärmeaustausch Technologien AG ein grosses Sortiment. Die Wärmetauscher sind mit Rahmen, Platten und Verbindungselementen so modular aufgebaut, dass sie in Verbindung mit unterschiedlichen Typeneigenschaften auf eine Fülle von Anwendungen abgestimmt werden können. Für die Durchführung von Inspektions-, Reinigungs- und Wartungsarbeiten lassen sich die Wärmetauscher einfach demontieren. Ausserdem können gedichtete Platten wärmetauscher durch Hinzufügen oder Austauschen von Platten bei Bedarf problemlos erweitert oder abgeändert werden. Die Spezifikationen eines gedichteten Plattenwärmetauschers: • Durchflussrate: 10–2000 m³/h • Betriebsdruck: 10–25 bar • Temperaturbereich: –20 –+180 °C • Anschlüsse: DN25–DN350, Vorschweissflansch oder Gewinde.

Unter anderem werden die Wärmetauscher der Firma aus Giffers in der chemischen Industrie, im Maschinenbau, in der Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik sowie in speziellen Bereichen wie in der Kraftwerk- und Schiffstechnik oder in der Speiseölherstellung eingesetzt. Dank dem grossen Lager, kompetenter Beratung, Qualitätsprodukten und einem zuverlässigen Service ist es möglich, kurze Lieferzeiten zu garantieren und ein breites Sortiment anzubieten. Weltweit Tausende von Installationen helfen täglich, Prozesse zu optimieren sowie den Energieverbrauch und die Kosten zu senken. Wärmeaustausch Technologien AG Hasenholz 38 CH-1735 Giffers Telefon +41 (0)26 418 06 56 Telefax +41 (0)26 418 06 57 info@wt-sa.ch www.wt-sa.ch

Drehzahlüberwachung in der 6-mm-Welt

Das SC-System von Pepperl+Fuchs ist eine Produktfamilie von Signaltrennern für den Nicht-Ex Bereich. Neuestes Mitglied ist ein Drehzahlwächter für alle marktüblichen binären Sensorsignale, das erste 6-mm-Modul mit dieser Funktionalität überhaupt. Die Neuentwicklung entspricht der Philosophie, mit nur einem Modul alle marktüblichen Signale einer Signalart verarbeiten zu können und ist damit auch für Bereiche ausserhalb der industriellen Automatisierung interessant, beispielsweise für die Gebäudeautomation durch eine S0-Schnittstelle. Der Drehzahlwächter kann Signale von Namur- und SN-Sensoren einschliesslich Leitungsbruch und Kurzschlusserkennung sowie von DC-Sensoren nach EN 60947-5-2 verarbeiten. Auch die Messdaten von S0-Sensoren, beispielsweise für die Wassermengenzählung in der Gebäudeautomation sowie 3-Draht-Sensoren mit PNP- oder NPN-Schaltausgängen und ACQuellen (24 bis 230 V AC) werden sicher in die Leitebene übertragen.

Ausserdem garantiert der neue Signaltrenner eine sichere Erfassung von Impulsen bis zu einer Eingangsfrequenz von 50 kHz. Durch die hohe Grenzfrequenz und das damit verbundene grosse Auflösungsvermögen ist sichergestellt, dass auch «verschmierte» Impulse sicher erkannt werden. Sollen Grenzwerte im laufenden Betrieb eingelernt werden, stehen frontseitige Teach-In-Tasten zur Verfügung. Zusätzlich zu den üblichen 8-V-Versorgungsspannung anderer Lösungen im Markt bietet das neue Modul eine kurzschlussfeste Sensorversorgung mit 15 V/20 mA. Das Modul verfügt über einen Relaisausgang. Die kompakten Module des SCSystems benötigen dank 6 mm Breite und 97 mm Höhe nur wenig Platz im Schaltschrank und sind für eine Betriebstemperatur bis +70 °C konzipiert. Darüber hinaus bieten sie eine hochwertige 3-Wege-Trennung zwischen Eingang, Ausgang und Versorgung, die einer Arbeitsspannung bis 300 V und einer Prüfspannung bis 3,0 KV standhält. Die Versorgung der Module des SC-Systems mit 24 Volt erfolgt wahlweise über Klemmen oder den Power Bus. Dieser versorgt die Module über Einspeisebausteine, bietet die Möglichkeit einer Sammelfehlermeldung und ist kompatibel zu vielen anderen Produkten.

Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen Telefon +41 (0)32 374 7680 Telefax +41 (0)32 374 76 78 triedweg@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

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