ChemieXtra 12/2019

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Dezember 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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EDITORIAL

Von der Natur inspiriert Wissenschaft und Forschung stehen vor riesigen Aufgaben. Nicht nur der Klimawandel fordert ihre ganze Energie. Schaut man genauer hin, ist immer wieder Hilfe ganz

Kleine Berührung, grosse Gefühle.

nah – man muss sie nur erkennen. Immer wieder werden Mechanismen entdeckt, mit der die Natur auf negative Einflüsse reagiert. Selbst bei Mikroorganismen finden sich Vorgänge, die in irgendeiner Art kopiert oder nachempfunden werden können.

So haben Pflanzen Sensoren entwickelt, mit denen sie die Kohlendioxidaufnahme, und die Wasserabgabe regulieren. Forscher der Universität Würzburg entdeckten einen sehr komplexen Vorgang. Wie so oft bei Lebewesen werden auch bei Pflanzen die Vorgänge durch Botenstoffe ausgelöst. Die Schliesszellen für den Wasser-Kohlendioxid-Austausch steuern sechs verschiedene Hormone. So reagieren Pflanzen auf Wassermangel.

Die Herstellung von Arzneimitteln erzeugt durch langwierige Syntheseschritte

das hochaktive Epicoccin G herzustellen. Mittels des Mechanismus der «CH-Aktivierung» kam es zu diesem Fortschritt, der die Forscher zu weiterem Nachbau von hochkomplexen Naturwirkstoffen animiert hat. Es ist auf diesem Gebiet noch viel zu erwarten.

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se zu synthetisieren. In der Universität Basel ist es gelungen, in wenigen Schritten

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sucht man, die Natur zu imitieren oder die Wirkstoffe zumindest annäherungswei-

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Labor meist. Doch genau dies setzt den Ehrgeiz der Forscher in Gang. Und so ver-

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ablaufen. Doch was in den Zellen von Pflanzen oder Pilzen abläuft, misslingt im

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Immer wieder sind Chemiker von den Reaktionen beeindruckt, wie sie in der Natur

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Depolimerisation in kleinere Teile zerlegt werden. Die daraus entstehenden Pro-

einfach weiterverarbeitet werden.

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unerwünschte Nebenprodukt kann nun, der Natur abgeschaut, durch katalytische

der Zersetzung von Lignin fällt aber nur Wasser als Abfallprodukt an, der Rest kann

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viel Abfall. Und bei der Papierherstellung fallen grosse Mengen Lignin an. Dieses

dukte weisen Ähnlichkeiten mit der Medikamentenklasse der Benzazepine auf. Bei

Nitr

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CHEMIE

Weihnachtszeit ist Essenszeit

Elegante Totalsynthese zweier Naturstoffe

Chemiker der Universität Basel stellten zwei vielversprechende Verbindungen her, die womöglich gegen Malaria oder gar Krebs eingesetzt werden könnten.

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ERNÄHRUNG

Während der Festtage wird reichlich und gern gegessen. Wie steht es denn um die Qualität von Schokolade und Co.?

BIOWISSENSCHAFTEN Die Sensoren der Pflanzen

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I N KÜRZE

LABOR

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N EWS

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VERANSTALTUNGEN

Jedes Labor kann Mikroarrays herstellen

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MEDIZIN

Die Maintenance Schweiz und Solids Zurich

Der Schlaf offenbart Nebenwirkungen

Zellen, Hormone und Organe haben ihren eigenen Rhythmus und sind deshalb über den Tagesverlauf unterschiedlich empfindlich für Nebenwirkungen.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 9. Jahrgang (2019) Druckauflage 10 900 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2019 10 005 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 280 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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

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FIRMEN BERICHTEN

M ANAGEMENT Sorge um das Gemeinwohl in der Schweiz

FORSCHUNGSWELT Schädelform sagt nichts über Gehirn aus

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W ERKSTOFFE

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VERBANDSSEITEN

UMWELT Der Berg ruft nicht, er sendet Daten

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SCV-Informationen

STELLEN Stellenangebote

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P RODUKTE

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Bild: Shutterstock

CHEMIE

Bei schwierigen Totalsynthesen erzielen die Forscher magere Ausbeuten von gerade einmal zwei Prozent.

Aktivierung der C-H-Bindung

Elegante Totalsynthese zweier Naturstoffe

Bestimmte Mikroorganismen wie Pilze sind reich an Sekundärmetaboliten, die wiede­ rum ein grosses Potenzial für medizinische Anwendungen besitzen. Von besonderem Interesse sind hierbei die Dithioketopipera­ zine (DTP), die eine Vielzahl biologischer Aktivitäten aufweisen und als Wirkstoffe gegen Malaria oder Krebs in Frage kommen könnten. Trotz intensiver Bemühungen sind bislang jedoch nur relativ wenige Totalsyn­ thesen von Molekülen dieser Art bekannt, so dass es schwierig bleibt, ausreichende Mengen dieser Verbindungen für weiterge­ hende Untersuchungen zu gewinnen.

Professor Dr. Olivier Baudoin und Erstautor Pierre Thesmar vom Departement Chemie der Universität Basel ist es nun gelungen, eine effiziente und skalierbare Synthese­ route für zwei komplexe Naturstoffe dieser Gruppe zu entwickeln. Sie verbesserten die Synthese der Moleküle Epicoccin G und Rostratin A.

In wenigen Schritten zum Naturstoff Epicoccin G Zum Aufbau des Ringsystems der Zielver­ bindungen kam unter anderem der Mecha­ nismus der «C-H-Aktivierung» zur Anwen­ dung, welcher sich in den letzten Jahren als wertvoller Synthesetrick etabliert hat.

Hierbei wird eine Kohlenstoff-Wasser­ stoff-Bindung (C-H) aufgebrochen und 4

eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung (CC) neu geknüpft, wodurch sich zwei Ringe simultan bilden.

In sieben weiteren Schritten wurde dieses Intermediat dann zum Naturstoff Epicoccin G umgesetzt. Im Vergleich zur einzigen an­ deren bislang veröffentlichten Synthese brauchten die Basler Forschenden nur 14 statt 17 einzelne Schritte bei einer Gesamt­ ausbeute von 19,6 Prozent statt 1,5 Prozent.

Erste Totalsynthese von Rostratin A Nach der erfolgreichen Synthese von Epi­ coccin G wagte sich das Basler Forscher­ team an die erstmalige Synthese von Ros­ tratin A. Dieser verwandte DTP-Naturstoff besitzt einige herausfordernde Struktur­ elemente, für welche die Endphase der Synthese grundsätzlich angepasst werden musste. Nach umfangreichen Vorversu­ chen und der Optimierung eines jeden einzelnen Syntheseschritts konnte Rostra­ tin A schliesslich hergestellt werden. Diese Totalsynthese gelang in 17 Syntheseschrit­ ten und in einer verhältnismässig hohen Gesamtausbeute von 12,7 Prozent.

Die neue Synthesestrategie offenbart das grosse Potenzial der C-H-Aktivierung als effiziente Methode in der Naturstoff-Total­ synthese. In einem nächsten Schritt möch­ ten die Forschenden weitere Naturstoffe

Bild: Universität Basel

Die Königsdisziplin der Organischen Chemie ist ganz bestimmt die Totalsynthese. Mit vielen technischen Tricks und oft ganz neuen Synthesewegen versucht der Organiker, bestimmte Naturstoffe im Labor nachzubauen. Der Natur gelingt dies mühelos im Gegensatz zum Chemiker. Nicht selten scheitert er an seinem Vorhaben. Nicht so in diesem Fall. Chemiker der Universität Basel stellten zwei vielversprechende Verbindungen her, die womöglich gegen Malaria oder gar Krebs eingesetzt werden könnten.

Struktur von Rostratin A (Vordergrund) und der Pilz Exserohilum rostratum, aus dem die Verbindung isoliert wurde (Hintergrund).

und deren Analoga aus der Klasse der DTP herstellen, um weitergehende Studien zur Untersuchung ihres medizinischen Poten­ zials durchzuführen.

Originalpublikation Pierre Thesmar, Olivier Baudoin, «Efficient and divergent total synthesis of (–)-epi­ coccin G and (–)-rostratin A enabled by double C(sp³)–H activation», Journal of the American Chemical Society (2019); DOI: 10.1021/jacs.9b09359 Kontakt Prof. Dr. Olivier Baudoin Universität Basel Petersplatz 1 CH-4001 Basel +41 61 207 11 98 olivier.baudoin@unibas.ch www.unibas.ch

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CHEMIE

Vorwärts oder rückwärts?

Neuer Blick auf den Protonentransport Wissenschaftler des Max-Born-Instituts Berlin und der Universität Halle-Wittenberg haben das Verständnis elementarer ionischer Ladungstransport-Vorgänge im Wasser wesentlich erweitert: Durch präzise Infrarot-Spek­ troskopie in Verbindung mit quantenchemischen Simulationen konnten sie zeigen, dass nicht nur die Protonenbewegungen, sondern auch die Transportvorgänge von Hydroxidionen und Methoxidionen relevant sind. Die Ergebnisse sind zum Verständnis der Signalwege in Proteinen wichtig.

Der Austausch von Protonen zwischen zwei chemischen Gruppen (Säure-Base-Neutralisierung) ist eigentlich ein Lehrbuch-Problem. Umso erstaunlicher ist es, dass auch heute noch fundamental neue Erkenntnisse über die elementaren Prozesse gewonnen werden. Dies liegt auch daran, dass die Bewegung der beteiligten Teilchen (Protonen, H + oder eben Protonen-Fehlstellen, OH – bzw. CH3O –) auf Zeitskalen stattfindet, die so klein sind, dass sie «normalen» Laborexperimenten nicht zugänglich sind (Bild 1). Die von den beiden Arbeitsgruppen am Max-Born-In­ stitut und an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg beobachteten Prozesse finden auf Zeitskalen in der Grössenordnung von 1 bis 100 Pikosekunden statt, was eine entsprechend präzise experimentelle Methode sowie modernste Hochleistungsrechner erfordert.

Protonen-Fehlstelle wird auch transportiert Die beiden Forschergruppen haben an einem Modellmolekül gearbeitet (7-Hydrochinolin in einem Wasser-Methanol-Gemisch), bei dem ein kurzer Laser-Lichtblitz die Deprotonierung einer OH-Gruppe und die Protonierung eines Stickstoffatoms induziert. Die genaue Abfolge der Elementarprozesse bei dieser Art von Reaktionen war bislang unklar und hat für diverse Spekulationen gesorgt. Wie die Wissenschaftler nun zeigen konnten, löst sich zwar tatsächlich recht schnell ein Proton von der

¹ Forschungsverbund Berlin e.V.

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Bilder: MBI

Natalia Stolyarchuk ¹

Bild 1: Protonentransport in Wasser, wo die Protonen bzw. deren «Fehlstelle» (OH – ) sich in Schritten bewegen. Das Modelsystem 7-Hydroxychinolin legt die Richtung des Ladungstransfers fest.

nen-Fehlstelle bzw. eines OH – kommt. Die einzelnen Reaktionsschritte konnten durch zeitaufgelöste Schwingungsspektren im infraroten Spektralbereich und detaillierte quantenchemische Rechnungen konkret nachgewiesen werden. Auf Bild 2 ist der Verlauf der Reaktion anhand einiger Spektren sowie der Strukturformeln der sich verändernden Spezies illustriert. Ausgehend vom Reaktant N* (7-Hydrochinolin) wurde über das Intermediat C* das zwitterionische Produkt Z* gebildet (siehe Bild 2 oben). Spektroskopisch konnte die Extinktionsänderung der beteiligten Moleküle während des Protonentransports schrittweise aufgenommen werden, wobei die chronologische Abfolge der unterschiedlichen Spezies dank der hohen zeitlichen Auflösung des Messverfahrens ersichtlich wurde.

Originalpublikation M. Ekimova et al., «Ultrafast proton transport between a hydroxy acid and a nitrogen base along solvent bridges governed by hydroxide/methoxide transfer mechanism», Journal of the American Chemical Society 141 (37), 145810–14592 (2019); Bild 2: Mittels UV-Anrege/Infrarot-Abtast-­ DOI: dx.doi.org/10.1021/jacs.9b03471 Spektroskopie von infrarotaktiven Schwingungsmoden konnte der Protonentransport bestimmt werden (a). Der Schnappschuss in (b) zeigt den Moment, in dem der erste Schritt, Protonabstraktion von dem benachbarten Wassermolekül zu dem Stickstoff­a tom in 7-Hydroxychinolin (oben, blau), statt­ gefunden hat und sich ein OH – (orange) gebildet hat, umgeben von anderen Lösungsmittelmolekülen.

OH-Gruppe, aber die Protonierung des Stickstoffatoms aus dem Lösungsmittel findet bereits vorher statt, so dass es effektiv zu einem Transport einer Proto-

Kontakt Max-Born-Institut (MBI) Forschungsverband Berlin e.V. Dr. Erik T. J. Nibbering Max Born Strasse 2A D-12489 Berlin +49 30 6392 1509 erik.nibbering@mbi-berlin.de www.mbi-berlin.de

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CHEMIE

Lignin als Edukt

Aus Holzresten entstehen Wirkstoffe Bei der Produktion vieler Arzneimittel sammeln sich grosse Mengen umweltschädlicher Abfälle an. Forscher der Universität Groningen und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (Hips) haben nun eine überraschend einfache katalytische Methode entwickelt, die – ausgehend von Holzspänen – nur zwei bis drei Syntheseschritte benötigt und Wasser als einzigen Abfall erzeugt.

Lignin ist ein Bestandteil von Holz und verleiht ihm seine Flexibilität. Allerdings muss es bei der Herstellung von Papier entfernt werden, um ein Vergilben zu verhindern und die Festigkeit des Papiers zu erhöhen.

Dadurch fallen grosse Mengen Lignin an, die man viele Jahre lang nicht sinnvoll wiederverwenden konnte. Neuere Methoden zum Abbau (Depolymerisation) von Lignin haben dieses Problem mittlerweile zum Teil gelöst, doch nun warten die daraus entstehenden Produkte auf ihre Wiederverwertung.

Kürzlich haben Prof. Katalin Barta und Kollegen der Universität Groningen ein elegantes katalytisches Verfahren zur Verarbeitung der Lignozellulose (Holzspäne) entwickelt und anschliessend nach einer Möglichkeit gesucht, die neu gebildeten Produkte sinnvoll einzusetzen. In Zusammenarbeit mit der Abteilung «Wirkstoffdesign und Optimierung» von Prof. Anna Hirsch am Hips, einem Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), stellten die Wissenschaftler fest, dass die von ihnen erzeugten Ligninderivate strukturell einigen Arzneimitteln ähnlich sind. Dies macht sie zu einem günstigen Ausgangsstoff für die Synthese und Optimierung von Wirkstoffkandidaten. Der von der Natur inspirierte Ansatz hat den Vorteil, dass er die langen Synthesewege von Pharmazeutika abkürzt und dabei deutlich weniger Abfall entstehen lässt.

Moleküle für neue Arzneimittel Eine wichtige Medikamentenklasse sind Benzazepine, zu denen auch das bekannte Beruhigungsmittel Diazepam (siehe Bild 2) gehört. Die traditionelle mehrstufi6

Bild 1: Aus Holzresten wird ein potenzieller Wirkstoff: Lignin (1) wird zu Dihydrosinapylalkohol (2) und anschliessend über eine zweistufige Reaktion zu verschiedenen Benzazepinen (3) umgewandelt.

ge Herstellung dieser Substanzen erzeugt zu gleichen Teilen Abfälle und die gewünschten Benzazepine. Im Gegensatz dazu ist das neue, von Lignin ausgehende Verfahren abfallfrei und verwendet ausschliesslich ungiftige, recycelbare und biologisch abbaubare Lösungsmittel, um das Lignin in Benzazepinderivate umzuwandeln (siehe Bild 1). Die neuen Wirkstoffe zeigen eine krebshemmende und/oder antibakterielle Aktivität in den entsprechenden Zellen und sind damit ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Entwicklung zukünftiger Arzneimittel.

Die Forschungsarbeiten wurden gefördert vom Europäischen Forschungsrat (ERC), über das Programm «Talent Scheme» des Niederländischen Forschungsrates (NWO) sowie aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft.

Originalpublikation S. Elangovan, A. Afanasenko, J. Haupen­ thal, Z. Sun, Y. Liu, A. K. H. Hirsch, K. Barta, «From Wood to Tetrahydro-2-benzazepines in Three Waste-Free Steps: Modular Synthesis of Biologically Active Lignin-Derived Scaffolds», ACS Central Science (2019); DOI: 10.1021/acscentsci.9b00781

Bild 2: Diazepam, auch bekannt als Valium, ist beruhigend und relaxiert die Muskeln.

Wird das Medikament aber über längere Zeit eingenommen, macht es abhängig. Der Wirkstoff ist seit 1962 auf dem Markt.

Kontakt Prof. Dr. Anna K. H. Hirsch Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research Saarland (Hips) Universitätscampus E8 1 D-66123 Saarbrücken +49 681 98806 2100 anna.hirsch@helmholtz-hips.de www.uni-saarland.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Wie die Poren gesteuert werden

Die Sensoren der Pflanzen

Ist genügend Licht da, öffnen Pflanzen die Poren in ihren Blättern, um Kohlendioxid aufzunehmen, das sie dann mittels Photosynthese in Kohlenhydrate umwandeln.

Gleichzeitig entweicht durch die Mikroventile etwa hundertmal mehr Wasser als Kohlendioxid nach innen strömt. Bei guter Wasserversorgung ist das kein Problem.

Wenn aber, wie im Hochsommer, der Boden austrocknet, heisst es «Wasser sparen». Die Pflanzen öffnen ihre Poren dann nur solange für die Photosynthese, wie es zum Überleben gerade notwendig ist. Das Öffnen und Schliessen der Poren übernehmen dabei spezialisierte Schliesszellen, die jede Pore paarweise umgeben.

Die Einheiten aus Poren und Schliesszellen werden als Stomata bezeichnet.

Die Schliesszellen müssen die Photosynthese und die Wasserversorgung messen können, um passend auf die jeweilige Umweltbedingung zu reagieren. Das tun sie zum einen mit Rezeptoren für die CO2 -Konzentration, die im Blatt herrscht.

Steigt der CO 2 -Wert stark an, ist das ein Zeichen dafür, dass die Photosynthese nicht optimal läuft. Dann werden die Poren geschlossen, um nicht unnötig Wasser zu verdunsten. Fällt der CO2 -Spiegel wieder, öffnen sich die Poren.

Die Wasserversorgung wird über ein Hormon gemessen. Bei Wassermangel bilden Pflanzen das Welkehormon Abscisinsäure (ABA) und versetzen ihren CO2 -Regelkreis in den Wassersparmodus. Das läuft ebenfalls über die Schliesszellen, die auch Rezeptoren für ABA haben. Steigt die Hormonkonzentration im Blatt an, gehen die Poren zu.

Das Forschungsteam um Professor Hedrich wollte den Komponenten der Schliesszell-Regelkreise auf die Spur kommen.

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Bilder: Rainer Hedrich und Peter Ache/Universität Würzburg

Trockenheit bedeutet für Pflanzen eine Gratwanderung. Sie müssen ihre Poren in den Blättern schliessen, um nicht zu viel Wasser zu verlieren, dadurch erhalten sie aber dann kaum Kohlendioxid als Energieträger. Um diesem Dilemma entgegenzuwirken, besitzen Pflanzen ein perfekt abgestimmtes Netzwerk von Sensoren. Dieses System sorgt für die richtige Balance. Ein internationales Team an der Universität Würzburg hat nun diese Sensoren aufgespürt.

Wechselspiel über die Stomata: Kohlendioxid wird aufgenommen, gleichzeitig werden pro aufgenommenes CO 2 -Molekül hunderte H 2 O-Moleküle abgegeben.

Dazu wurden Pflanzen der Gattung Arabidopsis erhöhten Konzentrationen von CO2 oder ABA ausgesetzt. Das geschah über mehrere Stunden, um Reaktionen auf Ebene der Gene auszulösen. Danach wurden die Stomata aus den Blättern isoliert und die jeweiligen Genexpressionsprofile der Schliesszellen mit Methoden der Bioinformatik analysiert. Für diese Aufgabe gab es Unterstützung durch die JMU-Bioinformatiker Dr. Tobias Müller und Dr. Marcus Dietrich.

Die beiden Experten stellten fest, dass sich die Muster der Genexpression unter hohen CO 2 - oder ABA-Konzentrationen stark voneinander unterscheiden. Ihnen fiel ausserdem auf, dass sich bei viel CO2 auch die Expression von einigen ABA-Genen änderte. Das veranlasste das Forschungsteam, den ABA-Signalweg genauer unter die Lupe zu nehmen. Das besondere Interesse galt dabei den ABA-Rezeptoren der PYR/PYL-Familie (Pyrabactin-Receptor und Pyrabactin-like). Davon 12/2019

BIOWISSENSCHAFTEN

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gibt es in Arabidopsis vierzehn, sechs davon exprimieren in den Schliesszellen.

Die Rezeptoren im Fokus «Warum braucht eine Schliesszelle gleich sechs Rezeptoren für ein einziges Hormon? Zur Beantwortung dieser Frage haben wir uns mit dem ABA-Rezeptorexperten Professor Pedro Luis Rodriguez von der Universität Madrid zusammengeschlossen», so Hedrich. Das Team von Rodriguez erzeugte Arabidopsis-Varianten, in denen sich die ABA-Rezeptoren einzeln studieren liessen.

«Auf diese Weise konnten wir jedem der sechs ABA-Rezeptoren eine Zuständigkeit im Netzwerk zuordnen und einzelne Rezeptoren identifizieren, die für den ABA- und CO2 -induzierte Schliessung der Stomata zuständig sind», erklärt Hedrichs Kollege Dr. Peter Ache.

«Wir nehmen an, dass bei guter Wasserversorgung die ABA-Rezeptoren den Basishormongehalt quasi als ‹stressfrei› bewerten und die Stomata für die CO2 -Versorgung offenhalten. Bei Dürre erkennen die Trockenstress-Rezeptoren den erhöhten ABA-Gehalt und versetzen dann die Schliesszellen in den ‹Stomaschluss›-Modus, um das Verdursten zu verhindern», so Hedrich.

Als nächstes wollen die Forscher die besonderen Eigenschaften der ABA- und CO2 -relevanten Rezeptoren sowie deren Signalwege und Komponenten untersuchen.

Originalpublikation Marcus Dittrich, Heike M. Mueller, Hubert Bauer, Marta Peirats-Llobet, Pedro L. Rodriguez, Christoph-Martin Geilfus, Sebastien Christian Carpentier, Khaled A. S. Al Rasheid; Hannes Kollist; Ebe Merilo; Johannes Herrmann, Tobias Müller, Peter Ache, Alistair M. Hetherington, Rainer Hedrich, «The role of Arabidopsis ABA receptors from the PYR/PYL/RCAR family in stomatal acclimation and closure signal integration», Nature Plants (2019); DOI: 10.1038/s41477-019-0490-0 Kontakt Prof. Dr. Rainer Hedrich Lehrstuhl für Botanik I Universität Würzburg Sanderring 2 D-97070 Würzburg +49 931 31 86100 hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de www.uni-wuerzburg.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Gegen gramnegative Bakterien

Neue Klasse von Antibiotika

Die rasche Verbreitung von Antibiotikaresistenzen ist ein weltweites Problem. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellen insbesondere gramnegative Bakterien, die gegen Carbapenem- und Cephalosporin-Antibiotika resistent sind, eine wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Diese Erreger können schwere und oft lebensbedrohliche Infektionen wie Lungen- oder Hirnhautentzündungen, Wundinfekte oder Blutvergiftungen verursachen. Die letzte neue Klasse von Antibiotika, die gegen diese Mikroorganismen auf den Markt kam – die Fluorchinolone – stammt aus den 1960er-Jahren. Neue Antibiotika mit neuartigen Wirkmechanismen gegen gramnegative Bakterien werden dringend benötigt, zumal auch Resistenzen gegen das letzte Reserve-Antibiotikum Colistin weltweit zunehmen.

Schweizer Forscherteams unter der gemeinsamen Leitung der Universität Zürich (UZH) und der Polyphor AG haben eine neue Familie von synthetischen Antibiotika, die gegen diverse gramnegative Mikroben wirken, entdeckt und charakterisiert.

«Die neuen Antibiotika interagieren mit Proteinen der Aussenmembran von gramnegativen Bakterien», sagt John Robinson vom Institut für Chemie der UZH, einer der Co-Leiter der Studie. «Nach unseren Ergebnissen binden die Antibiotika einerseits an fettähnliche Membrankomponenten, den sogenannten Lipopolysacchariden, und andererseits an das Membranprotein BamA, das für den Aufbau der äusseren Hülle von gramnegativen Bakterien essenziell ist», ergänzt Robinson.

Aufbau der äusseren Membran wird blockiert BamA ist der Hauptbestandteil einer molekularen Maschinerie («β-barrel assembly machinery»), die für die Synthese der Aussenmembran unerlässlich ist. Nachdem die Antibiotika an dieses Protein binden, wird die Bakterienmembran zerstört, und die Zellen platzen. Die Aussenmembran schützt Bakterien etwa vor toxischen Umweltfaktoren und Antibiotika. Zudem ist sie für die Aufnahme und den Export von Nährstoffen und Signalmolekülen verantwortlich. «Trotz ihrer Bedeutung zielen keine der bisher klinisch eingesetzten Antibiotika auf Schlüsselproteine, die für die Biogenese der Aussenmembran erforderlich sind», sagt Robinson.

Leitmolekül in präklinischen Studien Das Forschungsprojekt wurde in enger Zusammenarbeit mit der Polyphor AG durch10

Bild: Matthias Ur fer/UZH

Viele lebensbedrohliche Bakterien werden zunehmend resistent gegen Antibiotika. Forschende an mehreren Schweizer Hochschulen und der Polyphor AG haben eine neue Antibiotikaklasse entdeckt, die gegen mehrere Bakterien wirksam sind und über einen einzigartigen Wirkmechanismus verfügen. Sie blockieren den Aufbau der äusseren Membran und töten so gramnegative Bakterien effektiv ab.

Kolibakterien, die mit einem neuartigen Antibiotikum behandelt wurden. Blaue Zellen sind lebendig, während grüne Zellen bereits durch das Antibiotikum getötet wurden. Das Antibiotikum zerstört die Integrität der bakteriellen Membranen, was zur Freisetzung der DNA führt (diffuses Grün).

geführt, einem ehemaligen UZH-­Start-upUnternehmen, das 1996 gegründet wurde.

Das biopharmazeutische Unternehmen mit Sitz in Allschwil plant nun, eine der Substanzen in die klinische Prüfung am Menschen zu bringen. «POL7306, ein erstes Leitmolekül der neuartigen Antibiotika-Klasse, befindet sich derzeit in der präklinischen Entwicklung», sagt Daniel Obrecht, Chief Scientific Officer bei Polyphor und Co-Studienleiter.

Originalpublikation Anatol Luther et al., «Chimeric Peptidomimetic Antibiotics Against Gram-Negative Bacteria», Nature (2019); DOI: 10.1038/ s41586-019-1665-6 Kontakt Prof. em. Dr. John A. Robinson Institut für Chemie Universität Zürich Winterthurerstrasse 190 CH-8057 Zürich +41 79 438 23 33 john.robinson@chem.uzh.ch www.chem.uzh.ch

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LABOR

Molekularbiologisches Untersuchungssystem

Jedes Labor kann Mikroarrays herstellen Analysegeräte und andere Gerätschaften im Labor sind häufig teuer und selten kommt jemand auf die Idee, ein solches selbst für das eigene Labor herzustellen. Aber genau einen solchen Grundgedanken hatten deutsche Forschende am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. Sie stellten mithilfe eines im Handel erhältlichen Lasergravierers für wenig Geld ein flexibel einsetzbares molekularbiologisches Untersuchungssystem her.

Katja Schulze ¹

Laserbasiertes Verfahren Die Arbeitsgruppe um Felix Löffler hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln und forscht an neuartigen laserbasierten Technologien zur chemischen Herstellung von Mikroarrays. Ähnlich wie bei einer Schreibmaschine, können mittels eines Lasers kleine Polymer-Nanoschichten, die bestimmte Farben bzw. chemische Bausteine enthalten, in fein definierten Mustern übertragen werden.

Anschliessend können diese Moleküle durch chemische Reaktionen komplexe künstliche Strukturen erzeugen, die z. B. in einem Krankheitserreger enthalten sind. Diese Mikroarrays werden dann für die Erforschung von Impfstoffen oder für Bluttests eingesetzt. Bisher konnte diese

¹ Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam-Golm

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Bild: MPI KG

Mikroarrays heissen die modernen molekularbiologischen Untersuchungssysteme.

Sie ermöglichen die schnelle und parallele Diagnose von unterschiedlichen Krankheiten und sind daher für die Erforschung neuer Impfstoffe unverzichtbar. Wie bei einem Computerchip sind hier viele Informationen auf kleinstem Raum enthalten.

Mikroarrays besitzen auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern tausende verschiedene Biomoleküle, die in einem einzigen Experiment analysiert werden können. Die Herstellung solcher Mikroarrays war bislang sehr teuer und erforderte komplexe Maschinen.

gleichzeitig grosses Potenzial für die Grundlagenforschung. Es ist sowohl zur parallelisierten Entwicklung von neuen chemischen Reaktionen als auch für die Anwendung in der Krankheitsforschung, zur Synthese von Proteinen, Zuckern sowie DNA geeignet.»

Herstellung eines Mikroarrays: Der Laser aus einem Blu-Ray-Player überträgt winzige Mengen an Biomolekülen zielgenau auf eine Oberfläche mit bis zu 2500 Punkten pro cm². Hier wurde zur Illustration die Abkürzung des Instituts (MPI, KG) eingraviert.

Technik jedoch nur von wenigen Spezialisten genutzt werden.

In Zusammenarbeit der Abteilungen «Biomolekulare Systeme» und «Kolloidchemie» präsentieren die Forschenden einen kostengünstigen Ansatz, um Mikroarrays herzustellen und zeigen auch eine erste Anwendung in der Kohlenhydratforschung.

Auf Basis eines preiswerten kommerziellen Lasergravierers, der auf einfachen Komponenten der Unterhaltungselektronik (BluRay-Player) basiert, entwickelten sie ein ganz einfaches System. Zusätzlich bastelten sie aus übriggeblieben Komponenten einen Rotationsbeschichter, der zur Herstellung der (Farb-)Trägerschichten dient.

Somit können alle Schritte zur Herstellung eines Mikroarrays in jedem Chemielabor der Welt ohne weitere Spezialausrüstung durchgeführt werden. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Gerät ist dies 2 ­ 00-mal günstiger.

Felix Löffler, leitender Wissenschaftler, betont: «Das Prinzip eignet sich für viele verschiedene Anwendungen und bietet

Originalpublikation Stephan Eickelmann, et al., «A Low-Cost Laser-Based Nano -3D Polymer Printer for Rapid Sur­face Patterning and Chemical Synthesis of Peptide and Glycan Microarrays», Advanced Materials Technologies (2019); https://­onlinelibrary.wiley.com/ doi/full/10.1002/admt.201900503 Kontakt Dr. Felix Löffler Max-Planck-Institut für Kolloidund Grenzflächenforschung Am Mühlenberg 1 D-14476 Potsdam-Golm +49 331 567 9359 felix.loeffler@mpikg.mpg.de www.mpikg.mpg.de

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LABOR

Zweidimensionales Screening

Synthese nach dem Zufallsprinzip

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Screening einer Vielzahl an Substraten in Gegenwart eines Photokatalysators, mit dem chemische Reaktionen durch Licht ausgelöst und gesteuert werden.

in Gegenwart eines Reaktionspartners und des Katalysators tatsächlich eine Re­ aktion stattfindet. Somit werden durch die Kombination zweier Screening-Schrit­ te erstmals beide Partner einer neuen Reaktion identifiziert, die hierbei zu ei­ nem neuen Produkt reagieren. «Diese zweidimensionale Strategie erlaubt es uns, nicht nur neue Katalysator-Sub­s tratInteraktionen zu finden, sondern tatsäch­ lich neue Reaktionen zu entdecken – auch solche, die wir vorher nicht erwartet haben», erläutert Prof. Dr. Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut der Universität Münster.

Entdeckung unerwarteter Reaktivität So geschehen in dieser Studie: Die Autoren konnten auf diese Art drei neue, bis dahin nicht bekannte Reaktionen entdecken und weiterentwickeln. Eine dieser Reaktionen ist eine lichtvermittelte Cycloaddition. Hierbei werden einfache, plane Moleküle, die Ben­ zothiophene, in komplexe, dreidimensiona­ le Strukturen überführt. «Auf dem Papier

Bild: Christian Henkel

Häufig verwenden Chemiker Katalysato­ ren, um chemische Reaktionen zu opti­ mieren. Um neue Synthesen zu eruieren, benötigen sie viel Geduld, Fleiss und no­ tabene auch etwas Glück. Je nach Aufgabe auch Nerven wie Drahtseile. Nicht selten spielt der Zufall eine entscheidende Rolle.

Genau hier setzt das Forscherteam an der Univesität Münster an. Die Chemiker ha­ ben eine Strategie entwickelt, um solche «Zufallstreffer» in systematischer Art und Weise zu generieren und so neue und un­ erwartete Reaktionen zu entdecken.

Eine systematische Durchführung vieler Experimente wird als Screening bezeich­ net und ist vor allem im Bereich der phar­ mazeutischen Wirkstoffforschung eta­ bliert. Das hier entwickelte Screening zur Reaktionsentdeckung kombiniert zwei Schritte, die verschiedene Einzelteile ei­ ner Reaktion abdecken und in Kombina­ tion dazu führen sollen, neue synthetisch relevante Reaktionen zu entdecken. Im ersten Schritt untersuchen Chemiker, ob ein mögliches Substrat überhaupt mit dem Katalysator interagiert. Hierzu wird im Falle von Photokatalysatoren, mit de­ nen chemische Reaktionen durch Licht ausgelöst und gesteuert werden, das Phä­ nomen der Emissionslöschung ausgenutzt: Verringert ein Substrat die Emission, also die Leuchtkraft des Katalysators, ist eine Wechselwirkung zwischen Katalysator und Substrat wahrscheinlich. Durch das systematische Screening einer Vielzahl zufällig ausgewählter Verbindungen kön­ nen so neue Moleküle identifiziert wer­ den, deren Interaktion mit Katalysatoren bisher noch nicht bekannt war. Die Wech­ selwirkung zwischen Substrat und Kataly­ sator allein macht jedoch noch keine Re­ aktion: Aus diesem Grund wird im zweiten Screening-Schritt untersucht, ob

Bild: Felix Strieth-Kalthof f

Ein Leben ohne synthetisch hergestellte Verbindungen ist kaum vorstellbar – egal ob es sich um Kunststoffe, Medikamente oder Zusatzstoffe in Lebensmitteln handelt. Um entsprechende Moleküle herzustellen, ist die Industrie auf effiziente und zuverlässige Methoden angewiesen. Chemiker aus Münster, Erlangen und Leipzig haben eine Strategie entwickelt, mit der sie neue und unerwartete Reaktionen entdecken können.

Photokatalysator in einer Küvette: Die molekularen Prozesse werden mithilfe von Ultrakurzzeitspektroskopie untersucht.

formuliert, hätte ich diese Reaktion nicht für möglich gehalten, denn aus energetischer Sicht dürfte der Schlüsselschritt dieser Re­ aktion eigentlich nicht funktionieren», er­ klärt Felix Strieth-Kalthoff, Doktorand und Erstautor der Studie.

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der Katalyse und darüber hinaus Anwen­ dung finden kann», betont Frank Glorius.

So arbeitet das Team bereits mit Hoch­ druck an der Entwicklung neuer Screening­ verfahren, um neue Reaktionsklassen ent­ decken und verstehen zu können. Hierzu setzen die Wissenschaftler unter anderem neueste Computertechnologien ein. Frank Glorius ist sich sicher: «Die Entdeckung neuartiger Reaktionen durch datenbasierte Strategien, wie zum Beispiel solche Screeningverfahren, wir die Entwicklung der synthetischen Chemie entscheidend verändern.»

Jeder Synthesechemiker weiss: Die meisten Reaktionen laufen nicht von Anfang an wie gewünscht. Viel Geduld und viele Versuche sind gefragt, bis das gewünschte Produkt am Rotationsverdampfer eingedampft werden kann.

Um dem auf den Grund zu gehen, kontak­ tierten die Chemiker Prof. Dr. Dirk Guldi von der Universität Erlangen-Nürnberg, der mit seiner Gruppe als weltweit führender Experte für die Untersuchung photochemi­ scher Prozesse gilt. Mithilfe von Messun­ gen in Form von Ultrakurzzeit-Spektrosko­ pie konnte das Team, gemeinsam mit Kollegen vom Leibniz-Institut für Oberflä­ chenmodifizierung in Leipzig, Licht ins Dunkel bringen: Die Chemiker verwende­ ten sehr kurze Laserpulse, um die Einzel­ schritte der Reaktion gezielt zu beobach­ ten und zu untersuchen. «Wir können die

zugrunde liegenden molekularen Prozesse des Triplett-Triplett-Energietransfers, also des zentralen Aktivierungsschritts, jetzt wesentlich besser erklären», betont Dirk Guldi. «Das bessere Verständnis erlaubt schliesslich die Entwicklung neuer Prozes­ se und Katalysatoren.»

Dieses Beispiel zeigt, dass die Ergebnisse eines solchen Screening-Ansatzes nicht nur neue Reaktionen hervorbringen, son­ dern darüber hinaus auch zu einem tiefe­ ren Verständnis der Materie beitragen kön­ nen. «Wir sind davon überzeugt, dass diese Strategie auch in anderen Gebieten

Originalpublikation F. Strieth-Kalthoff, C. Henkel, M. Teders, A. Kahnt, W. Knolle, A. Gómez-Suárez, K. Dirian, W. Alex, K. Bergander, C. G. Daniliuc, B. Abel, D. M. Guldi, F. Glorius, «Discovery of Unforeseen Energy-Transfer-Based Trans­ formations Using a Combined Screening Approach», Chem (2019); DOI: 10.1016/j. chempr.2019.06.004

Kontakt Prof. Frank Glorius Universität Münster Schlossplatz 2 D-48149 Münster +49 251 8333248 glorius@uni-muenster.de www.uni-münster.de

Verlag und Redaktion wünschen allen Lesern und Kunden frohe Festtage, Zeit zur Entspannung und viele Lichtblicke im kommenden Jahr!

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Analytik für die Hosentasche

IR-Spektrometer auf einem Chip Möglichst kleine Analysegeräte ist das Ziel vieler Forschende an unterschiedlichen Hochschulen. Handlich und robust, aber auch präzise genug sollen sie sein. Ein kleines Infrarot-Spektrometer haben nun Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich entwickelt. Das kompakte Gerät befindet sich auf einem winzigen Chip. Die Länge dieser Kunststoffkarte ist nicht grösser als der Durchmesser eines Einfränklers.

Ein Natel kann heute alle möglichen Aufgaben erledigen: Fotos und Videos aufnehmen, Nachrichten versenden, die gegenwärtige Position bestimmen – und natürlich auch Telefongespräche übermitteln. Und vielleicht kann man mit diesen vielseitigen Geräten auch einmal den Alkoholgehalt im Bier oder den Reifegrad von Früchten bestimmen.

Die Idee, Mobiltelefone für chemische Analysen zu nutzen, scheint auf den ersten Blick wagemutig. Denn die heutigen Infrarot-Spektrometer, die für solche Analysen eingesetzt werden, sind in der Regel mehrere Kilogramm schwere Kisten, die sich kaum in ein handliches Gerät integrieren lassen. Forschenden der ETH Zürich ist nun aber ein wichtiger Schritt gelungen, diese Vision dennoch Realität werden zu lassen: David Pohl und Marc Reig Escalé aus der Gruppe von Rachel Grange, Professorin für optische Nanomaterialien am Departement Physik, haben zusammen mit weiteren Kollegen einen rund zwei Quadratzentimeter grossen Chip entwickelt, mit dem sich Infrarotlicht auf die gleiche Weise analysieren lässt wie mit einem herkömmlichen Spektrometer.

Elektrisches Feld beeinflusst Brechungsindex Bei einem herkömmlichen Infrarotspektrometer wird das einfallende Licht in zwei Pfade aufgeteilt und anschliessend an zwei Spiegeln reflektiert. Das zurückgeworfene Licht wird wieder zusammengeführt und mit einem Fotodetektor gemes-

¹ ETH Zürich

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Bild: ETH Zürich/Pascal A. Halder

Felix Würsten ¹

Mit diesem 2 cm langen Chip lässt sich das Wellenspektrum von Infrarotlicht präzis aufschlüsseln.

Zum Vergleich: Ein Einfrankenstück verfügt über einen Durchmesser von etwas mehr als 2 cm.

sen. Verschiebt man nun einen der beiden Spiegel, kann man aus dem Interferenzmuster den Anteil der verschiedenen Wellenlängen im Eingangssignal bestimmen.

Da chemische Substanzen charakteristische Lücken im Infrarot-Wellenspektrum erzeugen, lässt sich anhand des gemessenen Spektrums nachweisen, welche Substanzen in der untersuchten Probe vorkommen.

Auf diesem Messprinzip basiert auch das von den Forschenden entwickelte Mini-Spektrometer. Das einfallende Licht wird allerdings nicht mehr mithilfe von beweglichen Spiegeln analysiert, sondern mit speziellen Lichtleitern, deren optischer Brechungsindex sich von aussen über ein elektrisches Feld verändern lässt. «Das Variieren des Brechungsindexes hat einen ähnlichen Effekt wie das Verschieben der Spiegel», sagt David Pohl. «Deshalb können wir mit dieser Anordnung das Spek­ trum des einfallenden Lichtes ebenfalls auflösen.»

Feine Metallstrukturen Je nachdem, wie der Lichtleiter konfiguriert ist, lassen sich dabei unterschiedliche

Bereiche des Lichtspektrums untersuchen.

«Mit unserem Spektrometer kann man im Prinzip nicht nur Infrarotlicht, sondern auch sichtbares Licht analysieren, wenn man den Lichtleiter entsprechend konfiguriert», erläutert Marc Reig Escalé. Im Gegensatz zu anderen integrierten Spektrometern, die nur einen engen Bereich des Lichtspektrums abdecken können, hat das von Granges Gruppe entwickelte Spektrometer den grossen Vorteil, dass es einen breiten Wellenlängenbereich analysieren kann.

Die Entwicklung der ETH-Physiker hat neben der Kompaktheit noch zwei weitere Vorteile: Das Spektrometer auf dem Chip muss nur einmal kalibriert werden, während herkömmliche Geräte immer wieder kalibriert werden müssen; und es benötigt weniger Unterhalt, da es keine beweglichen Teile mehr gibt.

Für das Spektrometer verwendeten die Wissenschaftler ein Material, das auch in der Telekommunikationsbranche als Modulator zum Einsatz kommt. Das von ihrer Gruppe verwendete Material hat zwar viele positive Eigenschaften. Als Lichtleiter hält es das Licht jedoch im Inneren gefangen. Das ist ungünstig, denn eine Mes15

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sung ist nur möglich, wenn ein Teil des zusammengeführten Lichts nach aussen dringen kann. Die Wissenschaftler haben deshalb auf den Lichtleitern feine Metallstrukturen angebracht, die das Licht nach aussen streuen. «Es brauchte viel Arbeit im Reinraum, bis wir das Material in der gewünschten Form strukturieren konnten», sagt Grange.

Bis das heutige Mini-Spektrometer tatsächlich in ein Natel oder ein anders elektronisches Gerät eingebaut werden kann, braucht es allerdings noch einiges an technischer Weiterentwicklung. «Im Moment messen wir das Signal mit einer externen Kamera», erklärt Grange. «Wenn

wir ein kompaktes Gerät haben wollen, müssen wir diese also auch noch integrieren.»

Ursprünglich hatte die Physikerin nicht chemische Analysen, sondern eine ganz andere Anwendung im Visier: In der Astronomie liefern Infrarotspektrometer wichtige Informationen über ferne Himmelsobjekte. Weil die Erdatmosphäre viel Infrarotlicht absorbiert, werden diese In­ strumente idealerweise auf Satelliten im Weltraum stationiert. Dabei ist es von Vorteil, wenn man ein kompaktes, leichtes und stabiles Messgerät zur Verfügung hat, das sich vergleichsweise kostengünstig ins All befördern lässt.

Originalpublikation D. Pohl et al., «An integrated broadband spectrometer on thin-film lithium niobate», Nature Photonics (2019); DOI: 10.1038/ s41566-019-0529-9

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MEDIZIN

Jeder Mensch kann quasi frei wählen, wann er schlafen will und ist damit mehr oder weniger erfolgreich.

Dank Blutanalyse gezielte Medikation

Der Schlaf offenbart Nebenwirkungen An der Berliner Klinik Charité wurde ein Bluttest entwickelt, der eindeutig die Phasenlage der inneren Uhr bestimmt. Da Zellen, Hormone und Organe ihren eigenen Rhythmus haben und zum Beispiel über den Tagesverlauf unterschiedlich empfindlich für Nebenwirkungen sind, können solche bei der Medikamentengabe verhindert werden – im Klartext heisst das also: gleiche Wirkung, aber weniger Nebenwirkung.

Romy Held ¹ Gegenwärtig hätte der Bluttest in der Medikamentengabe eine immense Bedeutung. Egal, ob bei Bluthochdruck, Chemooder Psychotherapie, man würde bei jedem Patienten individuell nach seiner Phasenlage den optimalen Zeitpunkt für die Wirksamkeit der Medikamente ermitteln und umsetzen können. Der Test ist jetzt validiert und wird in etwa zwei Jahren auf den Markt kommen. Aber auch das Einordnen von Untersuchungsergebnissen unter dem Faktor Zeit (24 Stunden) wird zu einer Präzisierung jeder diagnostischen Massnahme führen.

«Leben in biologischer Dunkelheit» Die Arbeitsgruppe von Dieter Kunz, Chef­ arzt der Klinik für Schlaf- und Chronomedizin im St. Hedwig Krankenhaus Berlin, war an der Validierung des Tests beteiligt, forscht seit langem im Bereich der klinischen Chronobiologie und derzeit schwerpunktmässig zur Verbesserung von Licht-

¹ Conventus Congressmanagement & Marketing GmbH

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verhältnissen bei der Therapie von Schlaf-Wach-Störungen: «Schlaf und Wachsein macht das Gehirn selbst. Jeder Mensch kann quasi frei wählen, wann er schlafen will und ist damit mehr oder weniger erfolgreich. Darunter aber steht unsere innere Uhr, die den geeignetsten Zeitpunkt für qualitativ guten Schlaf vorgibt.» Diese innere Uhr ist abhängig von Licht und Dunkelheit und nur diese beiden Einflussfaktoren können dauerhaft zu einer Phasenverschiebung führen. Da wir heute aber zu oft bei künstlichem Licht leben – Dr. Kunz nennt es das «Leben in biologischer Dunkelheit» – verändern sich unsere inneren Abläufe und das macht langfristig krank.

Schwerwiegendstes Beispiel hier sind wahrscheinlich die vielen Schichtarbeiter. «Der Forschungsstand zum Einsatz von vollspektralem Licht zum Beispiel ist jetzt auf einem Stand, von dem ich denke, wir könnten in die praktische Anwendung übergehen», sagt Dieter Kunz. Gerade beim Einsatz von Beleuchtungskonzepten für Schichtarbeiter könne man hier sehr gute Konzepte vorweisen, welche dauerhafte gesundheitliche Verbesserungen bringen würden. «Wir sprechen hier von weniger Krebserkrankungen, weniger Depressionen, weniger Demenzen, weniger Herzinfarkten – also schwerwiegenden Krankheiten», erklärt der Forscher.

Und weiter: «Mehr oder weniger betrifft uns das aber alle, ob Schichtarbeiter oder nicht.

Wir sollten alle zugunsten unserer Gesundheit versuchen, mehr Tageslicht bzw. voll­ spektrales Innenraumlicht zu bekommen.»

Die innere Uhr steuert die Schlafbereitschaft der Menschen und stellt sicher, dass alle inneren biologischen Prozesse mitei­ nander im Takt bleiben. Diese Innenzeit stimmt heute nicht mehr mit der sozialen Zeit überein. Die Folgen sind qualitative Schlafstörungen und/oder chronisches Schlafdefizit. Die Schlafmedizin hat als einziges medizinisches Fach «circadiane Rhythmik» in ihre Krankheitskonzepte integriert. Störungen des circadianen Systems haben schwerwiegende Konsequenzen für die allgemeine Gesundheit. Diese Erkenntnis ist wichtig für eine Vielzahl von Erkrankungsbildern, auch bei denen Schlaf bislang nicht im Fokus stand.

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MEDIZIN

Ein biologisches Polymergerüst eilt zu Hilfe

Narbenbildung rechtzeitig verhindern Schlecht heilende Wunden und starke Vernarbungen sind mehr als nur ein kosmetisches Problem; sie können die Beweglichkeit und Gesundheit eines Menschen deutlich beeinträchtigen. Forschende an der Empa haben nun einen biologisch abbaubaren Schaumstoff entwickelt, der übermässige Narbenbildung verhindern und der Wundheilung auf die Sprünge helfen soll. Die Wirkung wird zudem von einer essenziellen Zutat wesentlich verbessert: Kurkuma, der Gelbe Ingwer.

Eine Narbe am Ellbogen, die bei jeder Bewegung spannt, oder ein Fuss, an dem sich eine Wunde einfach nicht schliessen will.

Schlecht heilende Verletzungen sind eine verbreitete Ursache von gesundheitlichen Einschränkungen. Obwohl Millionen von Menschen in ihrem Alltag davon betroffen sind, ist der komplexe Prozess der Wundheilung noch nicht vollständig verstanden oder gar steuerbar. Forschende haben daher einen Schaumstoff entwickelt, der in Hautwunden platziert wird und den natürlichen Heilungsprozess optimiert. Mit dem Projekt Namens «Scaravoid» haben Markus Rottmar und sein Team im «Biointer­faces»Labor der Empa einen Schritt in eine neue

¹ Empa, Dübendorf

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Bild: Empa

Andrea Six ¹

Bild 1: Der Schaumstoff kann in eine Hautwunde platziert werden und den natürlichen Heilungsprozess optimieren (rechts). Im Gerüst des Polymerschaums finden Zellen Halt, um neues Hautgewebe aufzubauen (links).

Richtung gewagt. «Traditionelle Behandlungen zielen auf einzelne Faktoren der Wundheilung, etwa die Sauerstoffversorgung oder die Feuchtigkeitsregulation, ab und erzeugen lediglich eine unzureichende

Gewebeantwort», erklärt Rottmar. Innerhalb von «Scaravoid», das von der Stiftung Gebert Rüf gefördert wird, soll der Heilungsprozess indes umfassender verstanden und unterstützt werden.

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MEDIZIN

Ein perfektes Zusammenspiel Klar ist bisher, dass ein perfekt orchestriertes Zusammenspiel vieler Faktoren im Körper nötig ist, um eine Verletzung der Haut wieder zu schliessen und in gesundes Gewebe umzuformen. Bestimmte Zellen müssen angelockt werden, damit eine wohldosierte Entzündung die Wunde reinigt. Es wächst ein neues Gewebe heran, so dass sich der gesäuberte Defekt schliesst. So erstaunlich die Selbstheilungskräfte des Körpers im Idealfall wirken, so anfällig ist das System aber auch. Eine Fehlfunktion kann das Gleichgewicht stören und zu überschiessender Narbenbildung oder unzureichendem Wundverschluss führen. Bei älteren Menschen oder Diabetikern beispielsweise ist das Risiko erhöht, dass die komplexe Kaskade beeinträchtigt wird.

Im Projekt greift das Forscherteam nun mit einem bereits für die medizinische Anwendung zugelassenen biologischen Polymergerüst gleich an mehreren Stellen unterstützend in den Vorgang ein. In einem Hochdruckreaktor wird das Polymer mittels superkritischen Kohlendioxids (CO2) aufgeschäumt, wobei die Porengrösse mithilfe von Druck und Temperatur fein gesteuert werden kann. Einmal in eine Verletzung platziert, soll das Polymergerüst mit seiner Arbeit beginnen: Einwandernden Zellen bietet es mit seiner offenporigen Architektur ein geeignetes Gerüst, um sich anzusiedeln. Da der Schaumstoff biologisch abbaubar ist, gestalten die Zellen die angebotene Polymerstruktur nach ihren Bedürfnissen um und bilden ein neues, funktionstüchtiges Gewebe aus (siehe Bild 1).

Damit es dabei jedoch nicht zu unerwünschter Narbenbildung kommt, ist das Polymergerüst mit einer bioaktiven Sub­ stanz ausgerüstet, die die Narbenbildung hemmen soll. Hier haben sich die Forscher in der Natur bedient und einen Stoff verwendet, den wir eher aus der Küche kennen als aus dem Spital: Curcumin (siehe Bild 2). Das Pulver der Kurkuma-Wurzel, Gelber Ingwer genannt, färbt als Zusatzstoff E100 bestimmte Lebensmittel wie Senf oder Margarine und trägt im Currypulver zum Aroma bei. Als pharmakologische Komponente ist Curcumin hingegen 12/2019

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wegen seiner entzündungshemmenden Eigenschaften interessant. DieT Empa-ForT-1 8_ scher versetzten Zellkulturen mit 8Curcumin ren de r_1 -2 und fanden heraus, dass die Produktion von Biomarkern, die typischerweise in Narben vorkommen, deutlich hinunterreguliert wird.

Ins Gerüst des Schaumstoffs eingebunden ist Curcumin, das nach und nach freigesetzt wird. Es steuert das Verhalten und die Funktion der Zellen, die in das Gerüst einwandern, und soll so die natürliche Balance der Wundheilung unterstützen. Was derzeit in Labortests in Form von kleinen Polymerscheiben analysiert wird, soll in der klinischen Anwendung in Form von grösseren Polymermembranen eingesetzt werden. Die Membranen können dann vom Arzt passend zugeschnitten und im Wundbett platziert werden. Vor allem bei schwerwiegenden Verletzungen, etwa nach Verkehrsunfällen oder starken Verbrennungen, sollen die Membranen die Wundheilung optimieren.

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ERNÄHRUNG

Was auf den Teller kommt

Weihnachtszeit ist Essenszeit Bald ist Weihnachten. Der Schokoladenkonsum pro Kopf steigt rapide an, der Umsatz im Detailhandel nimmt kontinuierlich zu und bei manchen steigt die Vorfreude oder aber der soziale Stress. Etwas haben gewiss alle gemein. Während der Festtage wird reichlich und gern gegessen. Wie steht es denn um die Qualität von Schokolade und Co.? Kantonschemiker sorgen in der Schweiz für einwandfreie Lebensmittel, indem sie ganz genau hinschauen.

Salmonellen kennt jeder. Ganz besonders fürchten wir uns vor dieser unsichtbaren Gefahr bei Geflügel, Fisch oder bei rohen Eiern wie in Tiramisu. Aber wer denkt bei Salmonellen schon an Schokolade? Genau dies tun zumindest die Kantonschemiker.

Zürcher Experten haben 23 Schokoladenprodukte auf diesen Krankheitserreger hin untersucht, denn gerade die Kakaobutter sorgt gut dafür, dass sich die Bakterien in dieser süssen Köstlichkeit besonders wohlfühlen könnten. Sie schützt die Mikroorganismen nämlich vor äusseren Einflüssen, bis sie schliesslich im menschlichen Magen landen und dort auch bei einer geringen Konzentration krank machen können.

Die gute Nachricht vorweg: Die Chemiker konnten keine Salmonellen in der Schokolade nachweisen, wie sie in ihrem Jahresbericht 2018 schreiben. Doch ein unerfreuliches Resultat zeigte sich dennoch.

Die Analytiker stellten auf Agarplatten eine andere Bakterienpopulation fest. Auf einer bestimmten Schokoladensorte tummelten sich Erreger der Art Cronobacter malonaticus. Zum Glück war aber die Konzentration so gering, dass sie nicht gesundheitsschädlich war. Dennoch informierten die Kantonschemiker natürlich den entsprechenden Betrieb, damit dieser der Ursache auf den Grund gehen konnte.

Fiese Tricks entlarvt Ein besonders heikles Nahrungsmittel, welches auch oft zu Weihnachten verspeist wird, ist bei den Kantonschemikern ein ganz beliebtes Untersuchungsobjekt.

Die Rede ist von scheinbar frischem Fisch.

Damit dieser appetitlich aussieht, versu20

Bilder: Shutterstock

Roger Bieri

Neben Thunfisch wird auch der zu Weihnachten beliebte Lachs regelmässig von den Kantonschemikern untersucht. Bei bedenklichen Resultaten werden die Produkte zurückgerufen und die Öffentlichkeit informiert, wie im März dieses Jahres geschehen.

Heute noch sind die guten oder schlechten Eigenschaften von Schokolade umstritten.

chen gewisse Produzenten den Fisch auf illegale Weise, rot zu färben. So haben Chemiker des Kantonalen Laboratoriums in Basel-Stadt dreizehn Thunfischproben untersucht. Sage und schreibe 45 Prozent der Proben mussten für das aktuelle Jahr beanstandet werden, wie das Laborato­ rium publik machte. Doch wie gelingt es den Betrügern, dem bereits braun gewordenen, oxidierten Fisch wieder rote Farbe «einzuflössen»?

Eine Möglichkeit besteht darin, den Fisch mit Kohlenmonoxid anzureichern, welches sich an das Myoglobin anlagert und dadurch dem Fischfleisch wieder das kräftige Rot verleiht. Ein anderer, bis anhin ziemlich erfolgreicher Weg, das Fleisch zu färben, führt über die Beigabe von Nitrit-haltigen Verbindungen. Diese bilden wiederum über einen weiteren Reaktionsschritt Stickstoffmonoxid und führen zum selben Ergebnis wie im Falle von Kohlenmonoxid.

Dank «Insiderinformationen» erfuhren die Chemiker von dieser neuen Täuschungsmethode. Denn mit herkömmlichen Ana-

lyseverfahren konnte dieser Trick nicht aufgedeckt werden. Kohlenmonoxid ist schwer nachzuweisen, da es besonders instabil, das heisst, reaktiv ist. Dank der künstlichen Zugabe von Ascorbinsäure, die das Nitrit (NO 2 -) zu Stickstoffmonoxid (NO) reduziert, können auch die beigefügten Nitrit-Salze chemisch nicht nachgewiesen werden. Den Analytikern blieb nur ein einziger Weg offen, diesem Täuschungsversuch auf naturwissenschaftliche Art einen Riegel vorzuschieben. Anstatt der Nitrit-Salze analysierten sie ein weiteres Zwischenprodukt: Lachgas (N2O). Das am Myoglobin koordinierte Stickstoffmonoxid wird durch das vorherrschende Milieu im Fisch nachweislich zu Lachgas reduziert.

Lachgas kommt im Fisch normalerweise nicht vor. Wird dieser Stoff nachgewiesen, kann also auf das Vorhandensein von NO und somit auf eine Zugabe von Nitrit geschlossen werden.

Schliesslich kamen so die Basler Chemiker den Übeltätern dann doch noch auf die Schliche.

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NEWS

RZE KÜRZE – IN KÜ N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN n Lonza hat bekannt gegeben, dass CEO Marc Funk das Unter­ nehmen aus persönlichen Gründen verlassen wird. Der Verwaltungsrat gibt zudem be­ kannt, dass Verwaltungsratsprä­ sident Albert Baehny zusätzlich die Verantwortung als Chief Exe­ cutive Officer ad interim übernehmen wird, bis ein per­ manenter Nachfolger bestimmt ist. Marc Funk wird bis im Janu­ ar 2020 im Unternehmen blei­ ben, um eine reibungslose Stabsübergabe sicherzustellen.

Zusätzlich wurde Christoph Mä­ der vom Verwaltungsrat aus Gründen der Good Gover­ nance zum Lead Independent Director ernannt. www.lonza.com n Clariant steigert in den ers­ ten neun Monaten 2019 den Umsatz und verbessert die zu­ grunde liegende Profitabilität.

Der Umsatz aus fortgeführ­ ten Aktivitäten stieg in den ers­ ten neun Monaten 2019 um 3 Prozent in Lokalwährungen auf 3,272 Milliarden Franken Das EBITDA nach Einmaleffek­ ten aus fortgeführten Aktivitä­ ten (ohne Rückstellung für die wettbewerbsrechtliche Unter­ suchung der Europäischen Kommission) zeigte sich mit 484 Millionen Franken robust.

Die entsprechende EBITDA-­ Marge lag bei 14,8 Prozent ge­ genüber 14,7 Prozent im Vor­ jahr. Ausblick 2021: Fokussiertes Portfolio für überdurchschnittli­ ches Wachstum, höhere Profi­ tabilität und stärkere Cash­ flow-Generierung. www.clariant.com n BASF erwirbt 3-D-­ DruckDienstleister. Um die Position

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als Serviceanbieter im Bereich der additiven Fertigung weiter auszubauen, hat BASF New Business GmbH eine Verein­ barung zum Erwerb des On­ line-3-D-Druck-Dienstleisters Sculpteo unterzeichnet. Die Akquisition des französischen 3-D-Druck-Spezialisten mit Standorten in Paris und San Francisco ermöglicht der BASF 3-D Printing Solutions GmbH, einer hundertprozentigen Toch­ tergesellschaft der New Busi­ ness GmbH, neue Materialien im Bereich des industriellen 3-D-Drucks schneller einzufüh­ ren und am Markt zu etablie­ ren. Kunden und Partner pro­ fitieren so von erweiterten Dienstleistungen. www.basf.com n Die Wacker Chemie AG hat an ihrem norwegischen Stand­ ort Holla eine neue Anlage für die Herstellung von Silizium offiziell in Betrieb genommen.

Mit der Produktionsmenge des neuen Schmelzofens erhöht sich die Gesamtkapazität des Standortes Holla um mehr als 40 Prozent. Damit deckt das in Holla hergestellte Silizium et­ wa ein Drittel des Bedarfs der deutschen Standorte von Wa­ cker. www.wacker.com n Merck verzeichnete im drit­ ten Quartal 2019 ein starkes organisches Umsatzwachstum und profitierte von positiven Währungseinflüssen. Das EBIT­ DA pre stieg in den drei Mona­ ten Juli bis September noch stärker als der Umsatz. Merck erhöht die Prognose für das Gesamtjahr 2019 im Anschluss an den im Oktober abge­

schlossenen Zukauf von Ver­ sum Materials (Versum) bei Umsatz und EBITDA pre. www.merck.com n Der Spezialchemie-Konzern Lanxess hat sich ein ambitio­ niertes Klimaschutzziel ge­ setzt: Bis 2040 will der Kon­ zern klimaneutral werden und seine Treibhausgas-Emissio­ nen von derzeit rund 3,2 Mil­ lionen Tonnen CO2 abbauen.

Bereits bis 2030 will Lanxess den Ausstoss um 50 Prozent gegenüber heute auf rund 1,6 Millionen Tonnen CO2 reduzie­ ren. «Im Pariser Klimavertrag hat die Weltgemeinschaft be­ schlossen, die Erderwärmung auf unter zwei Grad zu be­ grenzen. Das erfordert massi­ ve Anstrengungen aller Betei­ ligten. «Mit unserem neuen Ziel, 2040 klimaneutral zu sein, werden wir unserer Ver­ antwortung als globaler Spe­ zialchemie-Konzern gerecht», sagte Matthias Zachert, Vor­ standsvorsitzender der Lan­ xess AG. www.lanxess.com n Eine Gruppe von Wissen­ schaftlerinnen und Wissen­ schaftlern des Zoologischen Forschungsmuseums Alexan­ der Koenig – Leibniz Institut für Biodiversität der Tiere in Bonn hat die wesentlichen Gene von Käfern untersucht.

Eines ihrer wichtigsten Ergeb­ nisse war, dass viele pflan­ zenfressende Käferarten in ihr Genom Gene für Pflan­ zenzellwand-abbauende En­ zyme von Pilzen und Bakteri­ en integriert haben. Diese Fremd-DNA haben Käfer über einen sogenannten horizonta­

len Gentransfer in ihr eigenes Genom integrieren können, was ihnen eine von Symbion­ ten unabhängige Verdauung von Holz und Blättern ermög­ licht. www.zfmk.de n Internationales Forschungs­ team erschliesst eine poten­ zielle Quelle für neue Antibio­ tika: Dem Team um Prof. Dr. Christian Jogler von der Fried­ rich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, mehrere Dut­ zend bisher wenig beachtete Bakterien aus dem Meer im Labor zu kultivieren, funktio­ nell zu charakterisieren und so einem systematischen Wirkstoff-Screening zugäng­ lich zu machen. Erste bioin­ formatische Analysen und zellbiologische Beobachtun­ gen deuten auf ein Potenzial zur Produk­tion neuer Antibio­ tika hin. www.uni-jena.de n Die Menge an Mikroplastik in Luft und Wasser ist gering im Vergleich zu einem ande­ ren Polymer, das unsere Luft und unsere Gewässer – und entsprechend auch unseren Organismus – belastet: Mi­ krogummi. Das sind feinste Partikel aus Reifenabrieb, die über den Strassenbelag in un­ sere Böden und in die Luft ge­ langen oder von Kunstrasen abgetragen werden. Forschen­ de der Empa haben berech­ net, dass sich in der Schweiz über die letzten 30 Jahre, von 1988 bis 2018, rund 200 000 Tonnen Mikrogummi in unse­ rer Umwelt angesammelt ha­ ben. www.empa.ch

12/2019

NEWS

Bild: MPIK

Verzerrte Atome

Schematische Darstellung der gekoppelten Anregung eines Elektronenpaars (blau) im Heliumatom durch einen intensiven ultrakurzen XUV-Laserpuls (violett).

Mit zwei Experimenten am Freie-Elektronen-Laser Flash in Hamburg gelang es einer For­ schergruppe unter Führung von Physikern des Max-Planck-Insti­ tuts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, starke nichtlineare Wechselwirkungen ultrakurzer extrem-ultravioletter (XUV) La­ serpulse mit Atomen und Ionen hervorzurufen. Die heftige Anre­ gung des Elektronenpaars in ei­ nem Heliumatom konkurriert so stark mit dem ultraschnellen Zerfall des angeregten Zu­ stands, dass vorübergehend so­ gar Besetzungsinversion auftre­ ten kann.

Ein internationales Team unter Leitung von Physikern des MPIK veröffentlicht seine Ergebnisse zur stark getriebenen Zwei-Elek­ tronen-Anregung in Helium durch intensive und ultrakurze extrem-ultraviolette (XUV) La­ serpulse. Derartige doppelt an­ geregte Zustände sind äus­serst kurzlebig und zerfallen inner­ halb weniger Femtosekunden (10 -15 Sekunden) durch Auto­ ionisation: Ein Elektron fällt in den Grundzustand zurück, während das andere aus dem Atom entkommt. Eine signifi­ kante Population des doppelt angeregten Zustands ist nur möglich, wenn die Anregung («pump») schneller erfolgt als der Zerfall. Das ist vergleich­ bar mit dem Versuch, durch eine starke Pumpe einen Was­ sertank mit einem grossen Leck zu füllen.

Das Experiment fand am Freie-Elektronen-Laser Flash in Hamburg statt, der intensi­ ve XUV-Laserpulse mit einer hinreichend kurzen Wechsel­ wirkungszeit erzeugt. Theoreti­ sche Modelle sagen ein effi­

zientes Pumpen (Anregung) des Elektronenpaars durch solche Pulse voraus. Vorüber­ gehend kann dabei die Beset­ zung des angeregten Zustands sogar die des Grundzustands übertreffen, also eine Beset­ zungsinversion eintreten. Die­ se laserkontrollierte Quanten­ dynamik mit zwei aktiven Elektronen führt zu einer er­ heblichen Veränderung der Absorption von XUV-Licht, was experimentell auch beobach­ tet wurde (siehe unterer Teil der Abbildung).

Ebenfalls am Flash führte das Team um die Heidelberger Phy­ siker transiente XUV-Pump/ XUV-Probe-Absorptionsspektro­ skopie an zweifach geladenen Neonionen durch. Dabei diente der Freie-Elektronen-Laser so­ wohl zur Produktion der Ionen wie auch als spektroskopische Lichtquelle. Auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden gab sich eine nichtlineare Ver­ stärkung der Absorp­tion (Cohe­ rence Spike, zu dt. Kohärenz­ spitze) zu erkennen, die mit der Kohärenzzeit der Freie-Elektro­

nen-Laser-Pulse in Beziehung steht. Dieses Ergebnis ist ein entscheidender Schritt hin zur Anwendung zwei- und mehrdi­ mensionaler spektroskopischer Methoden selbst an statistisch fluktuierenden Freie-Elektro­ nen-Lasern mit Proben in der Gasphase. Die direkte Messung von (Stark-Effekt-)Verschiebun­ gen atomarer Energieniveaus durch nichtlineare Wechselwir­ kung mit den intensiven XUV-Laserpulsen stellt das we­ sentliche wissenschaftliche Er­ gebnis dieses Experiments dar.

Insgesamt eröffnen diese Er­ gebnisse neue Wege, um ex­ treme Licht-Materie-Wechsel­ wirkungen zu untersuchen und zu verstehen. Darüber hinaus sind dies erste Schritte zur elementspezifischen Quanten­ kontrolle mit resonanter nicht­ linearer Optik bei kurzen Wel­ lenlängen.

Medienmitteilung Max-­PlanckInstitut für Kernphysik www.mpi-hd.mpg.de

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Die Hochleistungs-Dünnschicht-Chromatographie in einer neuen Dimension – zu finden auf camag.com

12/2019

23

NEWS

Bakteriophagen (oder kurz: Pha­ gen) werden als potenzielle Wunderwaffe gegen krankma­ chende Bakterien gehandelt, insbesondere solche, die gegen jegliche Antibiotika resistent ge­ worden sind. Phagen sind Vi­ ren, die Bakterien befallen, wo­ bei sie höchst wirtsspezifisch sind, also nur einzelne Bakteri­ enarten oder sogar Unterarten präzise erkennen und effizient abtöten können – ohne Kolla­ teralschäden in der übrigen Bakterienflora anzurichten, wie dies Antibiotika oft tun.

Diese hohe Spezifität hat aber auch einen Nachteil: Um Pha­ gen für Therapien verwenden zu können, mussten sie bis anhin aus der natürlichen Umwelt isoliert und charakte­ risiert werden. Das ist zeitund arbeitsintensiv. Und um halbwegs sicher zu gehen, dass der richtige dabei ist, mussten Kliniker verschiede­

ne Phagentypen aufs Mal ver­ abreichen. Solche Therapien sind allerdings kaum stan­ dardisierbar.

Unter der Leitung von Samuel Kilcher, Träger eines SNF Ambi­ zione Grants, haben Forschen­ de am Institut für Lebensmit­ tel, Ernährung und Gesundheit (IFNH) der ETH Zürich nun be­ stimmte Phagen genetisch so umprogrammiert, dass deren Nachkommen auch andere Wirte als ihren üblichen erken­ nen und attackieren können.

Dies berichten die Forscher in der Fachzeitschrift «Cell Re­ ports».

Phagen binden ihre Wirte mit­ tels sogenannter Rezeptorbin­ deproteine, welche das Ziel­ bakterium nach dem Schlüs­ sel-Schloss-Prinzip erkennen.

«Mithilfe der Röntgenkristallo­ graphie haben wir die erste atomare Struktur des Rezep­ torbindeproteins eines Liste­

riaphagen gelöst», sagt der Erstautor Matthew Dunne.

Anhand dieser Information entwarfen die Forscher dann neue Rezeptorbindeproteine mit unterschiedlicher Wirts­ spezifität, welche nach dem Legoprinzip aus verschiede­ nen Proteinbestandteilen zu­ sammengebaut werden kön­ nen. Listeriaphagen wurden letztlich genetisch so modi­ fiziert, dass sie solche Desi­ gner-Rezeptorbindeproteine kodieren und daher neue Stämme des Zielbakteriums er­ kennen, infizieren und töten.

Obwohl diese verschiedenen Designerphagen neue Wirte attackieren, teilen sie ein und dasselbe strukturelle «Gerüst».

Für eine Therapie könnte nun ein Mix solcher Phagenvarian­ ten verwendet werden. «Einen breiten Wirtsbereich können wir abdecken, wenn wir meh­ rere synthetisch erzeugte Pha­

Bild: M. Dunne/ETH Zürich

Synthetische Phagen mit programmierbarer Spezifität

Das natürliche Rezeptorbindeprotein der PSA-Phage.

gen in einem einzigen Cocktail verabreichen würden», erklärt Kilcher. Der Unterschied zu ei­ nem Wildtyp-Phagencocktail sei, dass die synthetischen viel gezielter entwickelt, hergestellt und angepasst werden könn­ ten. Die künstlichen Phagen in Reinkultur zu züchten, ist we­ der teuer noch aufwendig.

«Wir können sie für fast jeden Einsatzzweck entsprechend programmieren.»

Medienmitteilung ETH www.ethz.ch

Bild: Shutterstock

Vertrauen in Wissenschaft und Forschung

79 Prozent der Befragten sind der Ansicht, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Öffentlichkeit über ihre Arbeit informieren sollten.

Laut des «Wissenschaftsbaro­ meter Schweiz» 2019 vertraut etwas mehr als die Hälfte der Schweizer Bevölkerung der Wissenschaft und Forschung stark bis sehr stark. 79 Prozent der Befragten sind der Ansicht, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Öffentlich­ 24

keit über ihre Arbeit informie­ ren sollten. 56 Prozent der Be­ fragten geben an, ihr Vertrauen in die Wissenschaft sei «hoch» oder «sehr hoch». Damit ist das Vertrauen in die Wissenschaft ähnlich ausgeprägt wie bei der ersten Befragung des Wis­ senschaftsbarometer Schweiz 2016 – damals waren es 57 Prozent. «Insgesamt vertrauen Männer der Wissenschaft ein wenig mehr als Frauen, und jüngere Menschen ein wenig mehr als ältere», erklärt Mike S. Schäfer, Professor an der Uni­ versität Zürich, der die Studie gemeinsam mit Julia Metag, Professorin an der Universität Münster, leitet. «Ein weitrei­ chender Verlust des gesell­

schaftlichen Vertrauens in die Wissenschaft lässt sich damit nicht zeigen», so Schäfer, «das entspricht auch den Ergebnis­ sen vergleichbarer Studien in anderen Ländern.»

Das Vertrauen in Wissenschaft­ lerinnen und Wissenschaftler an Universitäten ist sogar noch hö­ her: Fast zwei Drittel (64 Pro­ zent) der Befragten vertrauen diesen in hohem oder sehr ho­ hem Masse. Auch dies unter­ scheidet sich nur geringfügig von den Ergebnissen 2016. Mit diesem hohen Vertrauen ver­ bunden ist ein insgesamt positi­ ves Bild der Wissenschaftlerin­ nen und Wissenschaftler. «Die Befragten weisen den Wissen­ schaftlerinnen und Wissen­

schaftlern überwiegend positive Eigenschaften wie ‹kompetent›, ‹erfahren› oder ‹verantwortungs­ bewusst› zu», so Julia Metag.

Die Ergebnisse des Wissen­ schaftsbarometers zeigen, dass die Schweizerinnen und Schwei­ zer der Wissenschaft insgesamt positiv gegenüberstehen. 64 Prozent sind der Ansicht, dass wissenschaftliche Forschung ihr Leben verbessert. 73 Prozent der Befragten finden Grundla­ genforschung notwendig, und ebenfalls 73 Prozent meinen, Forschung solle staatlich unter­ stützt werden.

Medienmitteilung Universität Zürich www.uzh.ch 12/2019

NEWS

CEM hat den Abschluss einer endgültigen Vereinbarung zur Übernahme der Laborgeräte­ sparte der Intavis Bioanalytical Instruments AG mit Sitz in Köln bekanntgegeben.

Mit der Übernahme stärkt CEM sein Produktportfolio im Life-­ Vor dem CEM-Werk in Kamp-­ Sciences-Bereich für Proteomik, Lintfort am Niederrhein stellen In-situ-Hybridisierung und ins­ sich Steffen Hüttner (links) und besondere auf dem Gebiet der Michael Collins nach der Unterschrift zum Foto.

Peptidsynthese. Die Laborgerä­

te von Intavis weisen eine ein­ zigartige robotergesteuerte Syn­ thesetechnologie auf, die sich perfekt mit den Mikrowellen-­ Peptid-Synthesizern von CEM ergänzt. Speziell geht es um hochgradig parallele Formate im kleinen Massstab zur Her­ stellung von Peptiden entweder auf Harzen oder Membranen, die direktes Screening ermögli­ chen. Dagegen bietet die Pep­

tidsynthesetechnologie von CEM eine schnelle und effizien­ te Peptidherstellung im grösse­ ren Massstab. Mit dieser Über­ nahme erhalten Kunden Zu­ gang zum kompletten Portfolio an Peptidsynthesetechnologien, das über das weltweite Service­ netz von CEM angeboten wird.

Medienmitteilung CEM www.cem.de

Schritt für Schritt zur Wasserstoff-Tankstelle Für eine Mobilität ohne fossi­ ersten Wasserstoff-Tankstellen len Energieträger gilt Wasser­ in der Schweiz hat sich ge­ stoff als vielversprechende Lö­ zeigt, dass der Genehmi­ sung. Was indes noch fehlt, ist gungsprozess und das Zusam­ ein flächendeckendes Tank­ mentragen der relevanten stellennetz. Grund dafür ist rechtlichen Bestimmungen der Genehmigungsprozess für sowohl für Tankstellenplaner Planung und Bau von Wasser­ als auch für die Behörden ei­ stoff-Tankstellen. Er ist noch ne Herausforderung sind», sehr unübersichtlich, da Erfah­ sagt Christian Bach, Leiter der rungen weitgehend fehlen. Empa-Abteilung Fahrzeugan­ Um hier Klarheit zu schaffen, triebssysteme. erarbeitete die Empa zusam­ Aus diesem Grund haben men mit verschiedenen Stel­ Bach und sein Team zusam­ len einen Genehmigungsleit­ men mit betroffenen Fachstel­ faden für Tankstellenbauer, len und Behörden einen Leit­ Behörden und Fachstellen – faden zum Bau von Wasser­ und ebnet so den Weg für ein stoff-Tankstellen erarbeitet, schweizweites Wasserstoff-­ den die Schweizerische Nor­ Tankstellennetz. men-Vereinigung (SNV) vor Zwei Wasserstoff-Tankstellen kurzem als «Schweizer Guide­ für Personenwagen gibt es line SNG 10000:2019» veröf­ zurzeit in der Schweiz. Eine fentlicht hat und über ihren davon steht im Mobilitätsde­ Online-Shop kostenlos ver­ monstrator Move bei der Em­ treibt. In einer Schritt-fürpa in Dübendorf, die andere Schritt-Anleitung schlüsselt in Hunzenschwil im Kanton der Leitfaden auf, welche Be­ Aargau. Beide Tankstellen sind hörden und Organisationen in im Rahmen einer Kooperation den Genehmigungsprozess in zwischen der Empa, dem der Schweiz einbezogen wer­ Bundesamt für Energie (BFE), den sollen und worauf bei H2 Energy und Hyundai ent­ Planung und Bau geachtet standen. «Beim Aufbau dieser werden muss. Dazu liefert er 12/2019

eine Übersicht über die ein­ schlägigen nationalen und in­ ternationalen Gesetze, Richtli­ nien und Normen. Der Leitfa­ den hat informellen Charakter und ist rechtlich nicht bin­ dend.

«Mit dem Leitfaden möchten wir Tankstellenbauern und Be­ hörden eine Hilfestellung ge­ ben und damit die Planung und den Aufbau von Was­ serstoff-Tankstellen vereinfa­ chen», so Bach. Seit vielen Jahren beschäftigt sich der Mobilitätsforscher mit seinem Team mit dem Umstieg von fossiler auf erneuerbare ­Energie und dem damit ein­ hergehenden Potenzial, die CO2 -Emissionen im Strassen­ verkehr deutlich zu senken.

Neben der Elektromobilität stehen dabei Wasserstoff und synthetische Treibstoffe im Zentrum. Im Hinblick auf ei­ nen stetigen Ausbau der Pho­ tovoltaik in der Schweiz dürf­ ten diese Mobilitätsformen künftig eine immer wichtigere Rolle spielen. Wasserstoff ist dabei auch ein zentrales Ele­ ment für die neue Energie­

Bild: Empa

Bild: CEM

CEM erwirbt Vermögenswerte von Intavis Bioanalytical Instruments

Im Mobilitätsdemonstrator Move an der Empa in Dübendorf kann seit 2015 Wasserstoff getankt werden.

strategie, denn er bietet die Möglichkeit, temporär über­ schüssigen Strom aus Wasser­ kraftwerken oder Solarstrom­ anlagen – der im Sommer­ halbjahr in grossen Mengen anfällt – in andere Energiesek­ toren wie die Mobilität zu übertragen. Mittels Elektrolyse wird dieser Strom in Wasser­ stoff umgewandelt und steht dann für die Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen zur Verfügung; gleichzeitig ist dies die erste Stufe der soge­ nannten «Power-to-Gas»-Tech­ nologie.

Medienmeldung Empa redaktion@empa.ch www.empa.ch 25

VER ANSTALTUNGEN

Industrielle Instandhaltung auf einen Blick

Die Maintenance Schweiz in Zürich

Der wichtigste Branchenanlass mit über 75 Ausstellern und rund 2000 Besuchern versammelt die führenden Anbieter und Experten. Mit dem Besuch an der Maintenance Schweiz bleiben Unternehmen und ihre Mitarbeiter informiert: An den Ständen werden Innovationen greifbar, an der «Smart Maintenance Conference» und im «Science Center/Solution Center» bringen Experten ihre Erkenntnisse aus der Forschung und Entwicklung auf den Punkt.

Parallel zur Maintenance Schweiz findet ausserdem die «Solids Zurich» statt – die Schweizer Fachmesse für Granulat-, Pulver- und Schüttguttechnologien.

Die Veranstaltung wächst Mit der zunehmenden Digitalisierung der Industrie wächst das Interesse an ihren Lösungen. Die Maintenance Schweiz verzeichnete 2019 einen Besucherrekord und hofft auf reges Interesse im kommenden Jahr. Auch in der 13. Ausgabe bietet sie den Teilnehmern die Möglichkeit, sich in nur einem Tag durch alle Aspekte der industriellen Instandhaltung zu bewegen.

Die genaue Liste der Akteure und ihrer Themen findet sich auf der Website der Maintenance Schweiz und wird laufend aktualisiert. Der Schweizerische Verband für Facility Management und Maintenance (fmpro) ist als bewährter Messepartner von Easyfairs erneut mit einem Gemeinschaftsstand präsent. «Auch die Aus- und Weiterbildung ist für den Verband und uns als Veranstalter ein wichtiges Anliegen, um den Nachwuchs zu fördern und den Schweizer Markt für Instandhaltung weiter zu bringen», sagt Stefan Voegele, Event Content Manager von Easyfairs Schweiz.

«Daher sind wir stolz, neben der ‹Swiss Al26

Bild: Susanne Seiler/Easy fairs

Mit der Digitalisierung sind für die Schweizer Industrie neue Chancen verknüpft. Wie sie sich nutzen lassen, zeigt am 12. und 13. Februar 2020 die Maintenance Schweiz in Zürich. Sie informiert über die neuesten Lösungen und Technologien in der industriellen Instandhaltung. Im Fokus der 13. Fachmesse stehen Energieeffizienz, «Predictive Maintenance» und «Smart Services». Die Begriffe stehen für neue Produkte und Dienstleistungen, die den Markt verändern. Parallel zur Maintenance Schweiz findet die «Solids Zurich» statt.

Die Maintenance Schweiz verzeichnete 2019 einen Besucherrekord und hofft auf reges Interesse im kommenden Jahr.

liance for Data-Intensive Services›, Topmotors und fmpro auch den Verband für Abwasser- und Gewässerschutzfachleute VSA mit an Bord zu haben.»

Know-how-Transfer mit einem starken Partner Eine grosse Bedeutung kommt an der Maintenance Schweiz der Wissenschaft zu.

Die Referate an der «Smart Maintenance Conference» bieten einen Überblick zu den Ergebnissen der angewandten Forschung.

Dazu arbeitet Organisator Easyfairs zum zweiten Mal mit der «Swiss Alliance for Data-Intensive Services» zusammen. Gundula Heinatz, Geschäftsführerin des Innova­ tionsnetzwerks, ist davon überzeugt, dass Branchenveranstaltungen zentral sind für den Know-how-Transfer: «Die wenigsten Unternehmen können Probleme für sich allein lösen. Der Austausch mit der Wissenschaft gibt Unternehmen die Möglichkeit, den geeigneten Forschungspartner zu finden», sagt sie. «Die Maintenance Schweiz zeigt, was in der Praxis funktioniert oder was eben nicht geklappt hat.»

Teilhaben am wichtigsten Branchentreffpunkt Trotz allen digitalen Trends kommt an der Maintenance Schweiz 2020 der persönliche Austausch nicht zu kurz. Wie gewohnt findet am ersten Messetag der traditionelle Ausstellerabend statt. Beim gemütlichen Apéro können sich die Aussteller mit den Referenten austauschen und ihr Netzwerk erweitern. Die Maintenance Schweiz wird damit ein weiteres Mal dem Anspruch von Easyfairs gerecht, alle Aspekte für ein zeitgemässes Messeformat abzudecken.

Sichern Sie sich Ihren kostenlosen Messeeintritt mit dem Gutschein-Code «2505» auf der Website unter: www.maintenance-schweiz.ch Weitere Informationen finden Sie auf: www.maintenance-schweiz.ch und www.solids-zurich.ch

Medienmitteilung Easyfairs www.easyfairs.com 12/2019

VER ANSTALTUNGEN

Rückblick Filtech 2019

Die Messe ist gewachsen

Als die Filtech 2019 am 24. Oktober zu Ende ging, konnte der Veranstalter während der dreitägigen Messelaufzeit 16 520 Teilnehmer verzeichnen – ein neuer Rekord für den international bedeutendsten Treffpunkt für Filtration und Separation.

Schon vor Beginn der Veranstaltung war sicher, dass die Zeichen für die Filtech weiter auf Wachstum stehen. «Mit über 420 Ausstellern haben sich 2019 so viele Unternehmen wie nie zuvor für den Messebereich angemeldet», sagt Suzanne Abetz von Filtech Exhibitions Germany. Unverkennbares Zeichen dafür war die vergrösserte Ausstellungsfläche: In diesem Jahr belegte die Filtech zum ersten Mal beide Ebenen der Halle 11 des Kölner Messegeländes.

Konferenz mit starkem Programm Ein wesentlicher Grund für die Bedeutung der Filtech als weltweit wichtigste Plattform für Filtrations- und Separationslösungen ist das starke Konferenzprogramm. Mit über 180 Vorträgen hatten Besucher 2019 noch mehr Auswahl als in den vergangenen Jahren. Ein wissenschaftliches Organisationskomitee stellt stets sicher, dass relevante Themen neutral und informativ vermittelt werden.

Das Trendthema Industrie 4.0 ist unverkennbar auch in der Filtration angekommen. Zur Digitalisierung von Zentrifugen sprach beispielsweise Prof. Dr. Hermann Nirschl vom KIT, der als ein Argument für die Digitalisierung in der Trenntechnik das Potenzial zur Optimierung der Prozesse betonte – so lasse sich Material, Energie und Zeit sparen.

Ein breites Branchenspektrum bei klarem thematischem Fokus macht die Filtech aus: 12/2019

Fachbesucher fanden auf der Veranstaltung Lösungen für alle relevanten Themengebiete und Techniken der Separation von Gasen, Feststoffen und Flüssigkeiten. Spürbar war 2019 die wachsende Bedeutung und Wahrnehmbarkeit der Filtration auch für die allgemeine Öffentlichkeit – etwa am Stand von Mann+Hummel. Der Filterhersteller zeigte seine Filter Cubes III, von denen am Stuttgarter Neckartor 23 Exemplare die Luft von Feinstaubpartikeln und Stickstoffdioxid reinigen. «Auf unserem Stand war seit dem ersten Tag viel Publikumsverkehr – besonders in den Pausen zwischen den Vorträgen auf der Konferenz», sagt Frank Spehl, bei Mann+Hummel Director R&D, der an der Filtech besonders den Mix aus Messe und Konferenz schätzt. «Die Konferenz im Rahmen der Filtech ist für uns eine wichtige Plattform, um unsere Innovationen zu präsentieren», so Spehl weiter, dessen Unternehmen mit fünf Vorträgen vertreten war.

Mit 58,3 Prozent bei den Besuchern und 64 Prozent bei den Ausstellern lag der Anteil der internationalen Teilnehmer wie im vergangenen Jahr hoch. Gerade Anbieter aus dem Ausland schätzen die Veranstaltung als wichtigen Treffpunkt. «Die Vergangenheit zeigt, dass Wachstum für die Filtech fast garantiert ist – nicht nur durch europäische Aussteller, sondern solche aus der ganz Welt. Besonders in Asien ist das Interesse an der Veranstaltung gross», sagt Graham Rideal, Founder & Senior Scientist beim Aussteller Whitehouse Scientific. Das Labor mit Sitz in Grossbritannien zählt zu den wichtigsten Anbietern von Partikelgrössenanalysen.

Ein Aussteller, der für das Wachstum der Filtech steht, ist Environ Care Products.

Der indische Anbieter aktivierter Kohlenstofffilter bewegt sich in Nischenmärkten

Bild: Filtech

Die vergangene Filtech 2019 hat erneut die hohe Bedeutung der Filtration und Separation über alle Branchen hinweg gezeigt. Die Veranstaltung hatte nicht nur mehr Besucher und mehr Aussteller, sie punktete auch mit mehr Vorträgen. Als ein Treffpunkt für Experten hat sich die Kombination aus Messe und Konferenz bei einem internationalen Publikum etablieren können.

Der Mix aus Messe und Veranstaltung findet internationalen Anklang.

und schätzt gerade daher den spezifischen Charakter der Filtech. «Wir sind das erste Mal hier, aber für uns ist die Filtech die richtige Veranstaltung, weil die Aufmerksamkeit für unsere Produkte hier sehr hoch ist», sagt Praful Surana, Executive Director beim Unternehmen. Ebenfalls zum ersten Mal dabei war 2019 Filt Air aus Israel, das mit Sterionizer ein Plugin-Modul für die Entkeimung von Umgebungsluft anbietet.

Der 18-monatige Turnus hat sich bei Ausstellern und Besuchern bewährt. «Wir haben schon jetzt Anmeldungen von zahlreichen Ausstellern, die beim nächsten Mal auf jeden Fall wieder dabei sein wollen», so Suzanne Abetz von Filtech Exhibitions Germany.

Die nächste Filtech findet in Köln vom 23. bis 25. Februar 2021 statt.

Medienmitteilung Filtech Exhibitions Germany www.filtech.de 27

TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen JANUAR 2020 28.01.

29.– 30.01.

30.01.

Richtig pH messen Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch Computervalidierung Modul 1: Grundlagen, Regeln, GAMP 5 Ort: D-Wiesbaden Veranstalter: PTS Training Service, Am Freigericht 8 D-59737 Arnsberg +49 2932 51477 info@pts.eu, www.pts.eu Leitfähigkeit richtig messen Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

12.02.

Basis: Validierung Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

18.02.

GMP-Dokumentation Modul 1: SOPs, erstellen und anwenden Ort: D-Karlsruhe Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

18.– 19.02.

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

25.02.

Verhalten im Reinraum Ort: D-Aschaffenburg Veranstalter: ReinraumAkademie der profi-con GmbH Rosa-Luxemburg-Str. 12-14, D-04103 Leipzig +49 341 98989-303 info@reinraum-akademie.de www.reinraum-akademie.de/veranstaltungen

27.02.

Basisschulung GMP Ort: D-Aschaffenburg Veranstalter: ReinraumAkademie der profi-con GmbH Rosa-Luxemburg-Str. 12-14, D-04103 Leipzig +49 341 98989-303 info@reinraum-akademie.de, www.reinraum-akademie.de/veranstaltungen

27.02.

Methodenvalidierungen in der Analytischen Chemie unter Berücksichtigung verschiedener QS-Systeme Ort: D-Frankfurt a.M. Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh) Varrentrappstr. 40–42, D-60486 Frankfurt a. M. +49 69 791 73 64 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

28.02.

Die Qualitätssysteme GMP und GLP im Überblick – Ein Leitfaden der Guten Praxis Ort: D-Frankfurt a.M. Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh) Varrentrappstr. 40–42, D-60486 Frankfurt a. M. +49 69 791 73 64 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

FEBRUAR 02.– 07.02.

XXII. Symposium on Atomic, Cluster and Surface Physics Ort: CH-St. Moritz Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 events@empa.ch, www.empa-akademie.ch

06.02.

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

07.02.

11.02.

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Empa-FSRM-Kurs Elektrochemische Charakterisierung und Korrosion Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 events@empa.ch, www.empa-akademie.ch Basis: Qualifizierung Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

11/2019

FIRMEN BERICHTEN

Prozesssicherheit

Druckentlastung? Aber bitte sinnvoll!

Bild: REMBE GmbH Safety + Control

Die Anzahl der Industrieanlagen, die ohne Druckentlastungseinrichtungen auskommen, ist verschwindend gering, die Aussage «Druckentlastung geht jeden an!» deshalb relativ nah an der Wahrheit. Rational betrachtet sind Einrichtungen zur Druckentlastung eher notwendiges Übel als beliebtes Thema. Sie machen die Anlage nicht schneller, erhöhen nicht den Output und sorgen unter Umständen sogar für zusätzlichen Ärger. Als ob es nicht schon herausfordernd genug wäre, heutige Anlagen am Laufen zu halten. Sowohl technisch als auch hinsichtlich des «Faktors Mensch». Der folgende Artikel soll Ihnen einige Tipps und Impulse an die Hand geben, wie Sie sich beim Thema Druckentlastung das (Berufs-)Leben etwas einfacher machen können.

Bei Anwendungen mit extremen Reaktionen werden Berstscheibe und Sicherheitsventil auch nebeneinander angebracht. Man spricht dann von primärer (Sicherheitsventil) und sekundärer (Berstscheibe) Druckentlastungseinrichtung. Bei einem schwerwiegenden Störfall, wenn die Abführung des Mediums über das Sicherheitsventil nicht ausreichend schnell geht, öffnet die Berstscheibe und sorgt für eine zusätzliche beziehungsweise schnellere Entlastung.

An Suchergebnissen auf Google mangelt es nicht, sucht man nach «Druckentlastung». Auch die Suchbegriffe «Sicherheitsventil» und «Berstscheibe» liefern reichlich Treffer.

Beide Konzepte haben ihre Daseinsberechtigung und blicken auf eine beachtliche Historie und Entwicklung zurück. Das ist für Betreiber nur leider irrelevant.

Richtig, Druckentlastungssysteme können eine Anlage nicht beschleunigen. Aber sie können Output und Anlagenverfügbarkeit sowie Instandhaltungskosten beeinflussen.

Deshalb ist es wichtig, sich keine Standard-

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12/2019

lösung «andrehen» zu lassen. Jeder Prozess und jede Anlage sind anders. Wenn die Anlage bestmöglich laufen soll, braucht es eine intensive Betrachtung, um die richtige Druckentlastung zu finden.

Vorsicht deshalb bei Anbietern, die auf Basis weniger Informationen eine «optimale» Lösung präsentieren. «Optimal» könnte damit auf den Anbieter, als auf Sie bezogen sein, wenn er Ihnen seine Standard-Lösung präsentiert.

Weit verbreitet ist beispielsweise das Hervorheben engster Bersttoleranzen oder die Einsatzmöglichkeit innerhalb verschie-

denster Anwendungen bei Druckentlastungsherstellern.

«Das ist die richtige Berstscheibe / das richtige Ventil für fast alle Prozesse» ist eine Aussage, die aus Herstellersicht zwar ganz toll, für Betreiber aber egal ist. Die Frage ist doch, ist es die richtige Lösung für die spezifische Anwendung?

Dichtigkeit, Temperatur, Korrosion und Co. Wenn die Prozessmedien unkritisch sind und Dichtigkeit kein Thema ist, kann eine

Sämtliche Umgebungsdaten im Griff RMS Überwachungssystem 35

(FDA und GAMP 5 konform)

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FIRMEN BERICHTEN

kostengünstige, einlagige Berstscheibe mit eher geringer Dichtigkeit ausreichen. Alternativ einsetzbar wäre ein Sicherheitsventil, denn Sicherheitsventile können konstruktionsbedingt nie dauerhaft hohe Dichtigkeiten aufweisen, verschliessen den Prozess aber nach einer Entlastung fürs Erste wieder.

Neben der Dichtigkeit sind die notwendige Entlastungsfläche sowie Temperaturund Korrosionsbeständigkeit weitere Merkmale, die man prozessbezogen betrachten sollte, um ein Overengineering zu verhindern. Bevor ein Sicherheitsventil in exorbitanter Grösse installiert wird, sollte geprüft werden, ob nicht die Installation einer Berstscheibe parallel zum Sicherheitsventil eine monetär sinnvollere Lösung ist. Manchmal hilft es auch, die angewandte Methode zur Ermittlung der notwendigen Nennweite zu erfragen und bei einem unabhängigen Dritten eine Vergleichsberechnung anstellen zu lassen.

Spielt der Prozess hinsichtlich Temperaturen eher in der Liga der Extreme, können ummantelte Sicherheitsventile und Sicherheitsventile aus Sonderwerkstoffen eine Verlängerung des Montagestutzen oder eine Berstscheibe vor dem Sicherheitsventil mögliche Lösungen sein.

Ernsthafte Druckentlastungsanbieter werden mindestens die folgenden Parameter abfragen: – Prozessmedium – Übliche Betriebsbedingungen, Arbeitsdruck und Temperatur – Druckzyklen – Ansprechdruck und zugehörige Temperatur – Auslegungsszenario, abzuführender Massenstrom und ggf. Nennweite – Flanschspezifikationen und Einbau­situation Fragen Sie auch nach einem Besuch vor Ort – Qualitätsanbieter kommen zu Ihnen in die Anlage und Machen die Bestandsaufnahme mit Ihnen zusammen. Das ist gut investierte Zeit.

Installation, Wartung: Herausforderungen?

Die besten Winterreifen und die teuersten Zubehör- oder Ersatzteile für Ihr Auto sind wertlos, wenn sie nicht vernünftig verbaut werden. Schlimmstenfalls stellen sie sogar ein Sicherheitsrisiko dar. Identisch verhält es sich mit Druckentlastungseinrichtungen. Das optimale Sicherheitsventil, die perfekt für die Anwendung ausgelegte Berstscheibe: sind die Systeme falsch oder fehlerhaft montiert, sprechen sie entweder zu früh an, was in unnötigem Produktverlust und Anlagenstillstand resultiert. Noch schlimmer kommt es, wenn die Einrichtungen nicht oder zu spät ansprechen, denn dann wird die Anlage beschädigt und die Anlage steht dauerhaft still.

Deshalb sollte nur geschultes Personal die Inbetriebnahme und Wartung übernehmen. Dafür gibt es sowohl unabhängige Servicegesellschaften als auch von Herstellern zertifizierte Unternehmen, die beim Produktlieferanten selbst regelmässig geschult werden und so die von Ihnen betreuten Systeme bestens kennen. Da sogar ausgewählte Berstscheiben nach einer Inspektion wiederverwendet werden können, sofern keine Druckentlastung stattgefunden hat, lohnt sich die Inspektion bei selbigen ebenso wie bei Sicherheitsventilen. Vorausgesetzt, die Verantwortlichen sind entsprechend geschult.

Kombination Berstscheibe und Sicherheitsventil Immer mehr Betreiber sind auf den Geschmack gekommen – die beiden Systeme Berstscheibe und Sicherheitsventil werden entweder hintereinander oder parallel zueinander installiert.

Ersteres (Berstscheibe mit nachgeschaltetem Sicherheitsventil) empfiehlt sich bei Prozessen, die höchste Dichtigkeiten fordern (zero emissions) oder besonders klebrige, aggressive oder abrassive Medien beinhalten.

Die Berstscheibe wird vor das Sicherheitsventil geschaltet. Das Sicherheitsventil kommt dann nur noch bei einer Druckentlastung mit dem Medium in Kontakt, im Normalbetrieb verhindert die Berstscheibe, dass das Medium durch Korrosion, Verklebungen oder andere Schäden am Sicherheitsventil hervorruft, die die Funktionsfähigkeit beeinträchtigen könnten.

Die Bertscheibe, sofern gefertigt aus dem richtigen Material, mit dem richtigen Fertigungsverfahren und mit absolut glatter Oberfläche zum Prozess hin, stellt eine hohe Dichtigkeit im Normalbetrieb sicher.

Muss das Sicherheitsventil überprüft werden, kann das durch In-situ Tests erfolgen.

Statt das Sicherheitsventil auszubauen, wird der Raum zwischen Sicherheitsventil und Berstscheibe mit Druck beaufschlagt und so geprüft, ob das Sicherheitsventil beim definierten Druck öffnet. Die für solche Einsätze entwickelten Berstscheiben weisen eine hohe Rückdruckbelastbarkeit auf, sodass der In-situ Test keinen Einfluss auf das Öffnungsverhalten der Berstscheibe hat.

Auch aus Kostensicht ist die Kombination Berstscheibe und Sicherheitsventil attraktiv. Ein herkömmliches Sicherheitsventil in Nennweite DN 40, gefertigt aus Standardmaterialien, liegt bei zirka 1500–2000 Euro. Das gleiche Ventil, korrosionsbeständig ausgekleidet, kostet ein Vielfaches, während eine hochwertige Berstscheibe aus korrosionsbeständigen Materialien wie Hastelloy preislich zirka auf Höhe des Ventils in Standardausführung liegt. Die Kombination ist somit bedeutend günstiger.

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12/2019

FORSCHUNGSWELT

Unabhängige Entwicklung

Schädelform sagt nichts über Gehirn aus

Aufrechter Gang verursachte Schädelverformungen José Luis Alatorre Warren vom Anthropologischen Institut der Universität Zürich untersuchte die Frage anhand von Computertomografie- und Magnetresonanztomografie-Daten von Menschen und Schimpansen. Eine Kombination der beiden bildgebenden Verfahren ermöglichte es ihm, die räumlichen Beziehungen zwischen Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci) des Gehirns einerseits und Schädelnähten andererseits zu quantifizieren.

Die Resultate zeigen, dass sich die charakteristischen räumlichen Verhältnisse zwischen Hirn- und Schädelstrukturen bei Menschen klar von denjenigen bei Schimpansen unterschieden. Gehirn und Schädel entwickelten sich im Laufe der Evolution zwar gleichzeitig weiter, dies aber weitgehend unabhängig voneinander. So haben sich etwa Gehirnstrukturen, die mit komplexen kognitiven Aufgaben wie Sprache, sozialen Verhaltens- und Denkweisen oder manueller Geschicklichkeit verbunden sind, im Laufe der Evolution deutlich vergrössert. Sichtbar wird dies zum Beispiel an für den Menschen charakteristischen Veränderungen im Frontallappen.

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Die Rekonstruktion der Schädelstrukturen wurden aus CT-Daten abgeleitet, diejenige der Gehirnsegmentierung aus nachbearbeiteten MRT-Daten. Zu sehen sind CT/MRI-Daten eines Menschen (links), eines Schimpansen (Mitte) und eines Gorillas (rechts).

Diese Reorganisation innerhalb des Gehirns hatte jedoch keinen Einfluss auf die Umformungen, die sich parallel dazu am Schädel zeigen. Ausschlaggebend dafür war vielmehr der aufrechte Gang auf zwei Beinen. Um das Gleichgewicht des Kopfes auf der Wirbelsäule zu verbessern, hat sich im Laufe der menschlichen Evolution zum Beispiel die Öffnung für das Rückenmark an der Schädelbasis nach vorne verschoben. Schädelveränderungen wie diese hatten wiederum keinerlei Auswirkungen auf die Entwicklung der Hirnstrukturen.

«Innerhalb des Schädels schwebend, ist das Gehirn also seinem eigenen evolutionären Weg gefolgt», fasst Alatorre Warren zusammen. «Aus der Position und Grösse von Schädelknochen können wir also keine Rückschlüsse auf evolutionäre Veränderungen in der Grösse oder Reorganisation benachbarter Gehirnregionen ziehen.» Für die Mitautoren Marcia Ponce de León und Christoph Zollikofer bilden die Daten der Studie eine wichtige Referenz für die zukünftige Forschung: «Nachdem wir die Frage nach dem Hirn-Schädel-Verhältnis für Menschen und Menschenaffen beantwor-

Bild: Shutterstock

Wie ein Fisch im Aquarium schwimmt das menschliche Gehirn in dem mit Flüssigkeit gefüllten Schädel, füllt diesen aber fast vollständig aus. In welcher Beziehung Gehirn und Schädel zueinanderstehen und wie sie während der menschlichen Evolution interagierten, fragen sich Forschende seit fast hundert Jahren. Antworten darauf hofften sie bei den nächsten noch lebenden Verwandten des Menschen zu finden: den Menschenaffen.

Bild: J.L. Alatorre Warren, UZH

Das Gehirn des Menschen ist ungefähr dreimal so gross wie dasjenige eines Menschenaffen. Zurückzuführen ist dies nicht zuletzt auf die evolutionäre Herausbildung neuer Hirnstrukturen, die zum Beispiel das Sprechen oder das Herstellen von Werkzeugen ermöglichen. Wie Anthropologinnen und Anthropologen der Universität Zürich zeigen, standen diese Veränderungen im Gehirn jedoch in keiner Wechselwirkung zu den Umformungen, die der Schädel im Zuge der Evolution durchlief.

Nachbildung eines Vorfahrens des Menschen im Evolutionsmuseum in Warschau.

tet haben, können wir nun einen neuen Blick auf die Schädel fossiler Hominiden werfen.»

Originalpublikation José Luis Alatorre Warren, Marcia S. Ponce de León, William D. Hopkins, Christoph P. E. Zollikofer, «Evidence for independent brain and neurocranial reorganisazion during hominin evolution», Pnas (2019); DOI: 10.1073/pnas.1905071116 Kontakt Prof. Dr. Christoph Zollikofer Universität Zürich Rämistrasse 71 CH-8006 Zürich +41 44 635 54 27 zolli@aim.uzh.ch www.uzh.ch

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FORSCHUNGSWELT

Grundlagenchemie

Sauerstoff mit stabiler Dreifachbindung

Jeder, der etwas mit Chemie am Hut hat, weiss: Kohlenstoff geht bis zu vier Bindungen ein, Stickstoff ungeladen bis zu drei und Sauerstoff kann normalerweise nur eine oder zwei Bindungen haben. So steht es zumindest im klassischen Grundlagenlehrbuch. Nun hat ein Team unter der Leitung von Jani Kotakoski von der Universität Wien und Jannik Meyer von der Universität Tübingen (vormals Universität Wien) die Bindung einer grossen Anzahl von Stickstoff- und Sauerstoffatomen mit Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie untersucht. Möglich wurde dies durch die Einbettung der Atome in das Kohlenstoffmaterial Graphen, das nur ein Atom dick ist.

Die Physiker stellten fest, dass Stickstoffund Sauerstoffatome in einer Vielzahl von Konfigurationen an ihre Nachbarn binden.

Die Studie bestätigte grösstenteils das aus dem Lehrbuch bekannte Bild, das nun mit direkten Aufnahmen der Atome sichtbar gemacht werden konnte: Stickstoffatome waren an zwei oder drei Kohlenstoffatome gebunden, während die meisten Sauerstoffatome zwei Kohlenstoffnachbarn hatten.

Die hohe Stabilität ist neu «Was uns jedoch wirklich überraschte, war das zusätzliche Vorhandensein von Strukturen mit Sauerstoff, die an drei Kohlenstoffnachbarn gebunden sind», sagt Christoph Hofer, der Hauptautor der Studie: «Die Ausnahme von Sauerstoff mit drei Bindungen war bisher nur in einem ungewöhnlich stark geladenen Zustand bekannt, dem sogenannten Oxonium, das schwer zu stabilisieren ist», erklärt er. Dies steht im Gegensatz zu der aktuellen Stu32

Bild: Christoph Hofer und Jannik Meyer, Creative Commons Attribution 4.0

Das Identifizieren neuer chemischer Bindungen ist entscheidend für das Entwickeln neuer Materialstrukturen.

Physikerinnen und Physiker um Jani Kotakoski an der Universität Wien und Jannik Meyer von der Universität Tübingen haben unerwartete, neue Konfigurationen von Sauerstoff und Stickstoff in Graphen entdeckt. Direkte Bilder der Atome und die Analyse der Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht.

Bilder von Sauerstoff- (obere Reihe) und Stickstoffatomen (untere Reihe) in einem Kohlenstoffnetzwerk, aufgenommen im Mikroskopielabor der Universität Wien. Unter den erwarteten Konfigurationen findet sich Sauerstoff auch mit drei Nachbarn sowie in einer «Paar»-Konfiguration mit einem anderen Sauerstoff.

die, in der die Strukturen bemerkenswert stabil waren, so dass sie im Mi­k roskop abgebildet werden konnten. Die Studie ergab auch eine «gepaarte Sauerstoff»-Konfiguration, bei der zwei Sauerstoffatome benachbarte Stellen im Graphengitter besetzen, jedoch keine Bindung eingehen.

Diese neuen Bindungskonfigurationen liefern nicht nur neue Einblicke in die Bausteine des Lebens, sondern könnten auch zur Entwicklung neuer Materialien führen.

Insgesamt bietet die Studie einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Bindungskonfigurationen für Stickstoff und Sauerstoff, der direkt durch Aufnahmen der einzelnen Atome veranschaulicht wird.

Während das Lehrbuchkonzept der Bindung von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff zum grössten Teil bestätigt wurde, können diese geläufigen Elemente nach Jahrzehnten von Untersuchungen offen-

sichtlich immer noch Überraschungen bereiten.

Originalpublikation Christoph Hofer, et al., «Direct imaging of light-element impurities in graphene reveals triple-coordinated oxygen», Nature Communications (2019); DOI 10.1038/ s41467-019-12537-3

Kontakt Jani Kotakoski Universität Wien Fakultät für Physik Boltzmanngasse 5 A-1090 Wien +43 1 4277 72844 jani.kotakoski@univie.ac.at www.physnano.univie.ac.at

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UMWELT

Sensoren im Felsen

Der Berg ruft nicht, er sendet Daten Seit zehn Jahren liefert ein drahtloses Sensornetzwerk auf dem Hörnligrat am Matterhorn ununterbrochen Messdaten über den Zustand der Felsen, des Permafrosts und des herrschenden Klimas. Die Forschenden lauschen sozusagen den Vorgängen im Berg. Sie erkennen, falls Felswände instabiler werden und abzubrechen drohen. Auf rund 3500 Metern über Meer sind an 29 Stellen unterschiedliche Sensoren installiert.

Im Hitzesommer 2003 ereignete sich am Matterhorn ein Felssturz, der Öffentlichkeit wie Forschung aufschreckte: Am Hörnligrat brachen 1500 Kubikmeter Fels ab. Im steilen Felsen klaffte eine Lücke, die mit Eis bedeckt war. Rasch wurde Fachleuten klar, dass die Rekordhitze den Felsen bis in grosse Tiefen erwärmt und das Eis in Poren und Rissen geschmolzen hatte. Dadurch fehlte der Kitt, welcher die Felsmassen zusammenhielt.

Dieser Felssturz war Auftakt für das Projekt PermaSense, ein interdisziplinär ausgerichtetes Forschungsvorhaben von Geo- und Ingenieurwissenschaftlern der ETH Zürich und weiterer Institutionen, darunter die Universitäten Zürich und Basel. Das Projekt startete 2006 mit dem Ziel, Messungen und Beobachtungen zu ermöglichen, die bis zum damaligen Zeitpunkt unmöglich waren. Die Forschenden wollten mithilfe modernster Geräte und Technologie

¹ ETH Zürich

Bild: PermaSense

Peter Rüegg ¹

Arbeiten mit einer spektakulären oder schwindelerregenden Aussicht: Jan Beutel während Unterhaltsarbeiten am Sensor-Netzwerk in der Felssturzzone von 2003.

in steilem Permafrost Messdaten in bisher unerreichter Menge und Qualität erheben.

Die Forschenden haben ihr Ziel weit übertroffen, wie sie in der Fachzeitschrift «Earth System Science Data» berichten. Die Stu-

die beschreibt einen einmaligen, zehn Jahre umfassenden und hochaufgelösten Datensatz, den die Wissenschaftler im Hochgebirge am Hörnligrat des Mat­ terhorns auf 3500 m ü. M. erhoben haben.

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Bild: Shutterstock

UMWELT

Das Bergdorf Zermatt und das Matterhorn ganz in Weiss.

17 verschiedene Sensortypen (an 29 Stellen am Grat und an der Abbruchstelle verteilt) lieferten 115 Millionen einzelne Datenpunkte.

Informationen in Hülle und Fülle «Dieser Datensatz ist wohl einer der längsten, dichtesten und diversesten Datensätze in der Geschichte der Permafrostforschung überhaupt», sagt Jan Beutel, Wissenschaftler am Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze der ETH Zürich. Beutel war und ist die treibende Kraft hinter dem Vorhaben. Durch den Einsatz drahtloser Sensorik ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, sehr viele Daten von hoher Qualität zu erhalten, diese Daten in nahezu Echtzeit verfügbar zu machen und die laufenden Experimente genau zu überwachen und zu steuern.

«Die kombinierte Analyse von Langzeitmessungen verschiedener Messsysteme führt zu einem vertieften Verständnis von Prozessen, welche zur Destabilisierung von Felswänden führen kann», sagt Samuel Weber, der Projektpartner von Beutel und derzeit Postdoktorand an der Technischen Universität München.

Zum Sensornetzwerk zählt unter anderem eine automatische Spiegelreflexkamera, die alle zwei Minuten Bilder von der Abbruchstelle schiesst; Abstandsmessungen in Felsspalten gehören dazu, welche die Weitung von Klüften und den Versatz von Felsbrocken zueinander messen. In verschiedenen Felstiefen, aber auch an der Oberfläche, werden Temperaturen gemessen. Permanent messen Neigungsmesser und GPS-Sensoren, wie sich einzelne Fels34

köpfe und der ganze Grat talwärts neigen.

In den letzten Jahren ergänzten die Forscher ihre Sensorenfamilie um Seismikund Akustik-Messgeräte.

Vom Hörnligrat gelangen die Messdaten über Funk zum Kleinen Matterhorn und von dort über das Internet praktisch in Echtzeit in ein Rechenzentrum der ETH Zürich. Dort werden sie gesammelt, analysiert und ausgewertet, seit nunmehr zehn Jahren permanent und beinahe ohne Unterbruch, im Sommer wie auch im Winter, zu jeder Tageszeit. «Vor allem die Seismik hat es uns in den letzten drei Jahren der Messkampagne erlaubt, das zu messen, was wir von Anfang an wollten: Steinschlag und Felsstürze. Wir konnten damit in den Signalen Muster erkennen, die solche Ereignisse quantitativ erfassbar machen», sagt Beutel. Mithilfe der seismischen Sensoren ist es ihnen gelungen, sehr viele Ereignisse – etwa die anfänglich unsichtbare Rissbildung in Felsen – zu registrieren, welche die bisherigen Sensoren nicht erfassen konnten. «Seismische Sensoren registrieren viel mehr und bieten eine Informationsdichte und Analysemöglichkeiten, die wir uns zuvor nicht vorstellen konnten», sagt der Elektroingenieur.

Der Nachteil dieser Sensoren: Sie brauchen Kabel, mehr Strom, tiefere Bohrlöcher, welche erst gebohrt werden mussten. Und sie zeichnen auch Signale auf, die gar nicht vom Berg stammen, wie etwa die Schritte von Bergsteigern auf dem Weg zum Gipfel. Dieses Hintergrundrauschen mussten die Forscher erst aus den Daten entfernen, mithilfe von maschinellem Lernen und klugen Algorithmen, welche von aktuell am Projekt beteiligten ETH-Doktoranden direkt auf die

drahtlosen Sensoren programmiert wurden. Zur Überprüfung fütterten sie die Algorithmen unter anderem auch mit den Belegungsdaten der Hörnlihütte, wo Bergsteiger übernachten. Die Belegungsdaten dienen dabei als Anhaltspunkt, wann Menschen am Berg unterwegs sind und welche Störsignale von ihnen ausgehen.

Analysen der so aufbereiteten Seismik-Daten zeigten Beutel und Kollegen ein interessantes Bild: «Die Resonanzschwingungen, die in Felsen auftreten, variieren über das Jahr hinweg stark.» Das hängt mit dem Tauen und Gefrieren am Berg zusammen.

Viele Klüfte und Risse sind mit Eis und Sedimenten gefüllt. Dieses Gemisch ist im Winter hart gefroren. Im Sommer taut es auf, der Verbund in den Rissen verändert sich. Dadurch wird der freistehende Teil des Felsens grösser, der Felsen schwingt mit einer tieferen Frequenz. Umgekehrt im Winter: Hier schwingt er mit einer höheren Frequenz. «Das funktioniert wie eine Gitarre – je nachdem, wo man den Hals ergreift, verändert man die Schwingungslängen der Saiten, was andere Töne erzeugt», erklärt Beutel.

Abrupte Veränderungen solcher Schwingungsmuster würden darauf hindeuten, dass sich die Stabilität einer Felspartie rasch verändert habe, sagt Beutel. Sinken die Frequenzen rasch, kann dies bedeuten, dass sich ein bestehendes Risssystem stark vertieft oder geöffnet hat. Und das bedeutet dann ein steigendes Risiko in Bezug auf einen grösseren Felssturz. «Wir können also mit seismischen und akustischen Messungen, gekoppelt mit Messungen von Spaltenweiten und Fotografien der Untersuchungsstelle, ziemlich genau abbilden, wie sich der Perma­frost verändert und Voraussagen machen, wo sich etwas anbahnen könnte», sagt Beutel, «ich halte dies für eines der besten Resultate, die wir im Rahmen von PermaSense erzielten.»

Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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VERFAHRENSTECHNIK

Öle aus heimischen Pflanzen sollen dereinst Erdöl als Rohstoff für die Produktion von Polymeren ersetzen.

Linolsäure bildet Basis

Polymerzwischenprodukte aus Pflanzenöl Wissenschaftler der Technischen Hochschule (TH) Köln arbeiten zusammen mit mehreren Unternehmen an einem neuen Verfahren für die chemische Industrie. Sie entwickeln einen interdisziplinären Lösungsansatz zur Herstellung von Polymerzwischenprodukten auf Basis von Distelöl. Dabei arbeiten Synthesechemiker und Biotechnologen der Hochschule eng mit den Forschungsabteilungen der Firmen Evonik und Enzymicals zusammen. Forschungsschwerpunkt sind Zwischenprodukte für Polyamide und Polyester.

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Linolsäure.

beispielsweise Hochleistungs-Polyamide und Polyester hergestellt werden. Daneben entstehen bei der Synthese Geruchsund Aromastoffe, die für Parfums und Aromen verwendet werden können», sagt Projektleiter Prof. Dr. Ulrich Schörken von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln.

Biotechnologie trifft Chemie Das Ziel ist die Entwicklung eines kombinierten Verfahrens, das einen neuen Zu-

Bild: Michael Bause/TH Köln

Mit einer jährlichen Produktion von rund 400 Millionen Tonnen zählen Polymere zu einer der bedeutendsten Märkte der chemischen Industrie. Noch werden sie zu grossen Teilen aus Erdöl gewonnen. Forscherinnen und Forscher der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln arbeiten daran, diesen Rohstoff durch heimische, pflanzliche Öle wie Sonnenblumen- oder Distelöl zu ersetzen, um daraus Polymere zu generieren. Das Projekt «Linopol» soll zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie beitragen.

«Unser Fokus liegt auf der Entwicklung von nachhaltigen und umweltschonenden Synthesen, die den zwölf Prinzipien der Grünen Chemie entsprechen. Wir wollen statt Erdöl heimische pflanzliche Öle wie z. B. Distelöl, nutzen, das zu etwa 70 Prozent Linolsäure enthält. Die Fettsäuren wollen wir so modifizieren, dass wir neue bifunktionelle Polymerintermediate gewinnen.

Aus diesen Zwischenprodukten können

Von links nach rechts: Valentin Gala Marti, Anna Coenen, Jan Drönner, Prof. Dr. Ulrich Schörken und Prof. Dr. Matthias Eisenacher.

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Technische Inszenierung.

Bild: Shutterstock

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«Daneben entstehen bei der Synthese Geruchs- und Aromastoffe, die für Parfums und Aromen verwendet werden können», betont Projektleiter Ulrich Schörken.

gang zu den industriell wichtigen Intermediaten liefern soll. Das Verfahren beinhaltet sowohl biotechnologische Abläufe als auch chemokatalytische Abläufe. Es besteht also aus einer Kombination von biotechnologischem und chemischem Know-how. Dazu arbeiten eine Doktorandin und zwei Doktoranden gemeinsam an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften in Leverkusen. Anna Coenen und Valentin Gala Marti erforschen in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Schörken neue biotechnologische Syntheserouten.

Das Projektteam komplettiert Jan Drönner, der sich in der Gruppe von Prof. Dr. Matthias Eisenacher mit der Entwicklung

Das Projekt «Linopol» Das interdisziplinäre Forschungsprojekt soll die Expertise der TH Köln in den Bereichen Biotechnologie und «Green Chemistry» weiter stärken. Mit dem Projekt soll eine langfristig orientierte, interdisziplinäre Forschung im Bereich nachhaltiger Prozesse an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln am Hochschulstandort Leverkusen etabliert werden. Das Projekt «Linopol» wird mit 530 000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

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chemokatalytischer Synthesen beschäftigt.

«Es gibt ein grosses Interesse in der In­ dustrie sowie bei Verbraucherinnen und Verbrauchern an Produkten auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Biobasierte Intermediate, die petrochemischen Produkten entsprechen oder ihnen zumindest in ihren funktionellen Eigenschaften ähneln, haben deshalb eine sehr gute Chance auf mittelfristige Implementierung in der chemischen Industrie», sagt Prof. Dr. Matthias Eisenacher von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften.

Dr. Oliver Thum, Forschungsleiter «Functional Solutions» der Evonik Performance Materials GmbH und Dr. Henrike Brundiek, Forschungsleiterin der Enzymicals AG, bringen ihre Expertise als Mitglieder eines Industriebeirats in das Projekt ein.

Die Firma Evonik zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Polyamid-Intermediaten und biobasierten Polyamiden. Enzymicals bietet eine anerkannte Expertise in der Anwendung enzymatischer Prozesse für die Synthese komplexer Chemikalien bis in den industriellen Massstab.

Medienmitteilung TH Köln www.th-koeln.de

Ein Unternehmen der Müller Group

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VERFAHRENSTECHNIK

Forschung an der Umsetzbarkeit

Keramik für Power-to-X-Prozesse

Derzeit werden verschiedene Strategien zur Nutzung unvermeidbarer CO2 -Emissionen verfolgt, um daraus beispielsweise chemische Grundstoffe (X) herzustellen.

Um dies möglichst klimaneutral zu realisieren, muss der dafür benötigte Strom (Power) aus erneuerbaren Energien bezogen werden: So wird klimaschädliches CO2 zur Herstellung klimaneutraler Produkte genutzt.

Solche Power-to-X-Prozesse sind aber bislang noch zu ineffizient, da sie aus vielen aufwendigen Einzelprozessen bestehen.

Wissenschaftlern des Instituts für Keramische Technologien (IKTS) ist es nun gelungen, eine Laboranlage – bestehend aus keramikbasierten Reaktoren – zu entwickeln, in denen eine CO2 -Umwandlung in klimaneutrale Chemierohstoffe gelingt. In diesen Reaktoren werden die Einzelprozesse intelligent gekoppelt sowie Stoffund Energieflüsse intensiviert. Dadurch steigt die Effizienz gegenüber bisherigen Power-to-X-Prozessen.

Die Co-Elektrolyse Unvermeidbare CO 2 -Emissionen fallen beispielsweise in grossen Mengen in der Zement- und Kalkindustrie an. Um dieses CO2 nutzbar zu machen, werden am IKTS vielfältige keramische Komponenten und Technologien eingesetzt. Beispielsweise sorgen keramische Filterkerzen für das Entstauben der Abgase. Erst nach einer solchen Grobreinigung kann das CO 2 durch keramische Membranen herausgefiltert werden. Das so gewonnene CO 2 wird in einem neu entwickelten, keramischen Hochtemperatur-Elektrolyse-Reaktor bei über 750 °C in Kohlenmonoxid umgewandelt. Gleichzeitig – und das ist das 38

Bild: Fraunhofer IKTS

Neben der Strategie, CO2 -Emissionen zu vermeiden, gibt es bereits Technologien, um unvermeidbares CO2 in wertvolle Produkte umzuwandeln. Doch diese sogenannten Power-to-X-Prozesse sind derzeit noch zu ineffizient und teuer. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme in Dresden haben nun keramikbasierte Reaktoren entwickelt, mit denen aus CO2 und Wasserdampf Grundstoffe für die chemische Industrie herstellbar sind.

Innerhalb der nächsten drei Jahre soll dieses Projekt in den Pilotmassstab überführt werden.

Besondere – wird im selben Reaktor aus Wasserdampf der Wasserstoff erzeugt – daher auch der Name Co-Elektrolyse. Kohlenmonoxid und Wasserstoff ergeben zusammen Synthesegas.

Die eingesetzten Reaktoren sind Elektrolysestacks (SOEC). Sie wurden am IKTS entwickelt und haben eine Langzeitstabilität von mehr als 4000 Stunden bereits erfolgreich demonstriert. Im Vergleich zur eta­ blierten alkalischen oder PEM-Elektrolyse benötigt die Hochtemperatur-Elektrolyse wesentlich weniger elektrische Energie und ermöglicht zudem die direkte Herstellung von Synthesegas. Um dies klima­ neutral zu erzeugen, wird der Elektrolysereaktor mit regenerativ erzeugtem Strom

betrieben. In einem nachgeschalteten, ebenfalls am IKTS entwickelten Fischer-Tropsch-Reaktor erfolgt dann die Überführung des Synthesegases in chemische Grundstoffe – beispielsweise in langkettige Kohlenwasserstoffe.

«Wir haben im Labormassstab den Nachweis erbracht, dass man die Einzelprozesse eines Power-to-X-Systems intelligent koppeln und zusammenfassen kann. Erst dadurch arbeitet unser Reaktorkonzept so effizient. Im nächsten Schritt zur Hochskalierung soll nun eine Power-to-X-Anlage mit einer Leistung von 10 kW entstehen.

Auf Basis der bisherigen Laborergebnisse und ausgehend von realistischen Annahmen für den Betrieb der Produktionsanla12/2019

ge im wirtschaftlichen Massstab ist dabei eine deutliche Effizienzsteigerung gegenüber heutigen Anlagen zu erwarten», erläutert Matthias Jahn, Projekt- und Abteilungsleiter Chemische Verfahrenstechnik am Fraunhofer IKTS. Eine derartige Erhöhung des Wirkungsgrades auf dann über 55 Prozent gelingt nur durch geschlossene und somit umweltfreundliche Stoff- und Energiekreisläufe. Das heisst: Die Nebenprodukte wie kurzkettige Kohlenwasserstoffe und Abwärme werden nicht mehr an die Umwelt abgegeben, sondern fliessen direkt ins System zurück. «Wir kümmern uns nun um die nächsten Schritte, damit künftig möglichst viele Produkte klimaneutral aus CO 2 -Emissionen herstellbar sind. So ist ein solches Reaktorkonzept natürlich auch übertragbar auf die Produktion von Schmierstoffen, Wachsen für die Kosmetikindustrie oder die Erzeugung von Kraftstoffadditiven mit verbesserten Verbrennungseigenschaften», resümiert Matthias Jahn. Eine weitere Automatisierung und Regelbarkeit der einzelnen Prozesse haben die Wissenschaftler dabei ebenfalls im Blick.

Überführung in den Pilotmassstab Innerhalb der nächsten drei Jahre soll dieses Reaktorkonzept im Kalkwerk Bergmann Kalk im oberfränkischen Kasendorf in den Pilotmassstab überführt werden.

Bild: Shutterstock

VERFAHRENSTECHNIK

Forschung entsteht meist im Labormassstab. Nun wollen die Forschende den Prozess in den Pilotmassstab überführen.

Colyssy heisst dieses ambitionierte – durch das BMBF geförderte – Projekt, welches Anfang des Jahres im Rahmen des Hypos-Konsortiums gestartet ist. «Möchte man über Power-to-X eine Sektorenkopplung erreichen und CO2 -Emissionen reduzieren, muss es künftig wirtschaftliche Anreize geben, das heisst, die politischen Rahmenbedingungen müssen so angepasst werden, dass die entstehenden Mehrkosten für eine klimaneutrale Produktion ausgeglichen werden und das Produkt trotzdem wettbewerbsfähig ist», wünscht sich Sebastian Groppweis, Geschäftsführer

und Mitinhaber des Familienunternehmens Johann Bergmann Kalk von den politischen Entscheidungsträgern.

Kontakt Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hansastrasse 27 c D-80686 München info@zv.fraunhofer.de www.fraunhofer.de

Chemische Reaktionen + Fluiddynamik = optimierte Geräte In einem Rohrreaktor finden sowohl chemische Reaktionen als auch Fluiddynamik statt. Mithilfe von Simulation können Sie Produktionsprozesse unter Berücksichtigung von Fluidströmung und chemischen Reaktionen untersuchen –dies führt zu einem verbesserten Gerätedesign und einem leistungsfähigerem Endprodukt.

Die Software COMSOL Multiphysics® wird zur Simulation von Designs, Geräten und Prozessen in allen Ingenieurdisziplinen, der Fertigung und der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Erfahren Sie, wie Sie mit COMSOL effizient chemische Reaktionen modellieren können.

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Visualisierung von Stromlinien und Temperaturverteilung in einem Multijet-Rohrreaktor.

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MANAGEMENT

Private und staatliche Organisationen

Sorge um das Gemeinwohl in der Schweiz

Besonders grosse Konzerne – wie Nestlé, Coca Cola oder Amazon – haben in diesem Jahr eine deutlich schlechtere Bewertung erhalten. Studienleiter Prof. Dr. Timo Meynhardt meint hierzu: «Das Gemeinwohl in der Schweiz schrumpft. In Deutschland sind die Werte dagegen im Durchschnitt stabil geblieben.»

Immer mehr Schweizerinnen und Schweizer machen sich Sorgen um das Gemeinwohl. So das Ergebnis der Studie.

Für die Untersuchung wurden zum vierten Mal Personen in der gesamten Schweiz gefragt, welchen Beitrag die führenden privaten und staatlichen Organisationen zum Gemeinwohl leisten. Der Gemeinwohlatlas Schweiz 2019 zeigt, dass die Sorgen der Bürger um das Gemeinwohl gestiegen sind. Noch 2014 und 2015 gaben ungefähr 65 Prozent der1 Schweizer 1: 1 Der in der Studie verwendete Begriff «Gemeinwohl» ist hier systematisch illustriert: TOSOH_Ins_58x90_4c_Layout 20.12.12 07:47Bild Seite

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Merkmale wie «Moral» oder «Lebensqualität» beeinflussen die Bewertung.

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Bürgerinnen und Bürger an, sich Sorgen zu machen, dass dem Gemeinwohl in der Schweiz zu wenig Beachtung geschenkt wird. In den letzten Umfragen ist der Wert deutlich gestiegen: Der Gemeinwohlatlas 2019 bestätigt den hohen Wert, der auch 2017 schon ermittelt worden ist.

Demnach sorgen sich aktuell 73 Prozent der bei der repräsentativen Forsa-Umfrage befragten Schweizer, darum, dass dem Gemeinwohl zu wenig Beachtung geschenkt werde. Damit nähern sich die Schweizer Werte denen, die in Deutschland ermittelt worden sind und eine in den vergangenen Jahren stabil bleibend hohe Sorge anzeigen. Der Gemeinwohlatlas Deutschland vom Mai 2019 offenbarte, dass dort mehr als 80 Prozent der Bürgerinnen und Bürger besorgt sind. In beiden Ländern ist zu beobachten, dass das Ver-

ständnis für, aber auch die Sorge um das Gemeinwohl mit dem Alter wächst. Diese Besorgnis spiegelt sich in der Bewertung des Gemeinwohlbeitrages der Unternehmen und Organisationen in der Schweiz wider. Nahezu alle Organisationen haben aus Sicht der Schweizerinnen und Schweizer einen geringeren Beitrag zum Gemeinwohl erbracht als noch vor zwei Jahren.

Deutsche und Schweizer scheinen sich einig zu sein, dass nicht nur öffentliche, sondern auch privatwirtschaftliche Organisationen das Gemeinwohl mit ihrem Handeln beeinflussen. In der Schweiz stimmten ganze 86 Prozent der Aussage zu, dass privatwirtschaftliche Organisationen eine hohe Verantwortung haben, zum Gemeinwohl beizutragen. In Deutschland waren es immerhin 82 Prozent. Schweizer wie Deutsche geben mehrheitlich an, den Ein12/2019

Bild: HHL

Schweizer Bürger sorgen sich um das Gemeinwohl. Das ist zumindest das Ergebnis der Untersuchung Gemeinwohlatlas CH 2019 der Handelshochschule Leipzig HHL in Kooperation mit dem Zentrum für Führung und Werte in der Gesellschaft der Universität St. Gallen. Dabei wurden knapp 15 000 Bürgerinnen und Bürger in der gesamten Schweiz dazu befragt, welchen Beitrag die führenden privaten und staatlichen Organisationen zum Gemeinwohl leisten.

MANAGEMENT

Connecting Global Competence

Platz

Organisation (privat und staatlich)

1

Schweizerische Rettungsflugwacht (Rega)

2

Spitex Verband Schweiz

3

Pro Senectute Schweiz

4

Schweizer Paraplegiker Stiftung

5

Schweizerisches Rotes Kreuz (SRK)

6

AHV/IV

7

Pro Infirmis

8

Schweizerische Unfallversicherung (Suva)

9

Schweizer Reisekasse (Reka) Genossenschaft

10

Heilsarmee

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Tabelle 1: Häufig korreliert der Auftrag der Organisation mit der Einstufung. So sorgt die Spitex automatisch für das Gemeinwohl pflegebedürftiger Menschen.

Platz

Organisation (privat und staatlich)

…

…

101

FC Zürich

102

Facebook, Inc.

103

Amazon.com Inc.

104

Syngenta AG

105

Blick

106

Tamoil

107

Vereinigung Europäischer Fussballverbände (Uefa)

108

Glencore

109

Fédération Internationale de Football Association (Fifa)

110

Marlboro

D

Tabelle 2: Interessanter als die Erstplatzierten sind die Organisationen auf den letzten Plätzen. Auffällig häufig sind Fussballorganisationen betroffen.

druck zu haben, dass Unternehmen diese Verantwortung nicht ernst nähmen. Studienleiter Prof. Dr. Timo Meynhardt erklärt: «Führungskräfte sollten ihren Beitrag zum Gemeinwohl ernst nehmen. Eine schlechte Bewertung im Gemeinwohlatlas kann als Warnung interpretiert werden, die genauso viel Aufmerksamkeit benötigt, wie finanzielle Kennzahlen.»

Die meisten Schweizer und Deutschen gaben an, bei ihrem Einkauf oder bei der Stellensuche auf das Gemeinwohl zu achten.

Die Rangliste im Überblick Den ersten Platz belegt in diesem Jahr, wie auch schon 2017, die Schweizerische Rettungsflugwacht (Rega). Die Spitex, der Sieger von 2015, belegt den zweiten Platz und Pro Senectute Platz drei. In den Top Ten konnten sich durchweg Institutionen platzieren, deren Leistungsauftrag im Kern auf 12/2019

A3

das Gemeinwohl zielt (siehe Tabelle 1).

Diese Tendenz war auch in Deutschland erkennbar, wo die Feuerwehr, das Technische Hilfswerk und das Deutsche Rote Kreuz die ersten drei Plätze belegt haben.

Auch bei den letzten Plätzen scheinen sich die Deutschen und Schweizer einig zu sein.

Wie auch in Deutschland geht der letzte Platz an Marlboro und der vorletzte an die Fifa (siehe Tabelle 2). Das gesamte Ranking ist unter www.gemeinwohl.ch einsehbar.

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MANAGEMENT

Zulassungszeiten für Medikamente

Swissmedic im internationalen Vergleich

Jessica Wüthrich ¹ Damit ein Medikament von Swissmedic zugelassen wird, muss der Antragsteller eine umfangreiche Dokumentation bereitstellen.

Diese muss gegenüber der Zulassungsbehörde unter anderem die Wirksamkeit, die Qualität und die Sicherheit des Medikaments belegen. Zudem müssen die Identität, die Reinheit und der Wirkstoffgehalt des Medikaments dargelegt werden. Die Prüfung der Zulassungsdokumentation ist aufwendig. In der Regel beansprucht das gesamte Zulassungsverfahren 330 Tage.

Auf Antrag des Herstellers oder der Vertriebsfirma kann Swissmedic ein beschleunigtes Zulassungsverfahren («fast track») vorsehen, wenn es sich um eine Erfolg versprechende Therapie gegen eine schwere, invalidisierende oder lebensbedrohliche Krankheit handelt, gegen die keine oder nur unbefriedigende Behandlungsmöglichkeiten mit zugelassenen Medikamenten vorhanden sind, oder wenn vom Einsatz des neuen Medikamentes ein hoher therapeutischer Nutzen erwartet wird. Solche Verfahren dauern dann erfahrungsgemäss 140 Tage.

Benchmarking-Studie 2019 Die pharmazeutischen Firmen und Swissmedic haben 2019 zum sechsten Mal die gemeinsame Benchmarking-Studie der Zulassungszeiten für Humanarzneimittel durchgeführt. Mit der Gegenüberstellung der Zulassungszeiten der European Medicines Agency (EMA), der US Food and Drug Administration (FDA) und Swissme-

¹ Interpharma, Basel

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dic konnte die Leistung der Swissmedic als kleine, unabhängige, nationale Zulassungsbehörde mit den Leistungen der grossen, internationalen Referenzbehörden verglichen werden. Neben dem internationalen Benchmarking enthält die Studie auch eine differenzierte Analyse der Swissmedic Zulassungsprozesse.

Die ausgewerteten Daten umfassen den Zeitraum vom 1.1.2018 bis zum 31.12.2018, dem letzten Jahr unter dem alten Heilmittelrecht. An der Benchmarking-Studie haben 79 Firmen (+10 %) teilgenommen. Sie decken 86 Prozent des gesamten Marktes, respektive 91 Prozent des Marktes mit verschreibungspflichtigen Arzneimitteln ab.

Diese hohen Anteile ermöglichen es, aus den Analysen aussagekräftige Schlüsse zu ziehen.

Resultate der Studie Bei den Neuanmeldungen neuer aktiver Substanzen (NA NAS) im Standardverfahren liegt der Medianwert für die Gesamtdurchlaufzeit in der Schweiz bei 555 Kalendertagen (KT) (+56 KT; +11 %), derjenige der EMA bei 410 KT und der FDA bei 365 KT. Arzneimittel mit hohem therapeutischem Nutzen für die Behandlung von schweren Krankheiten werden von Swissmedic im beschleunigten Zulassungsverfahren (BZV) begutachtet. 2018 wurden drei von insgesamt 26 NA NAS Gesuchen im beschleunigten Zulassungsverfahren (BZV) abgeschlossen. Damit wurde für NA NAS im BZV die Mindestanzahl von fünf Gesuchen nicht erreicht, und es war für das Geschäftsjahr 2018 keine Auswertung möglich.

Bei Gesuchen um Indikationserweiterung liegt der Medianwert in der Schweiz bei

Bild: Shutterstock

Im Zulassungsverfahren für Medikamenten beurteilt in der Schweiz das Heilmittelinstitut Swissmedic die Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit der angemeldeten Arzneimittel. Mit einer gemeinsamen Benchmarking-Studie sollen die Zulassungszeiten von Swissmedic mit internationalen Behörden verglichen werden. Die Schweizer Zahlen wurden schliesslich mit denjenigen Werten der European Medicines Agency (EMA) und der US Food and Drug Administration (FDA) gegenübergestellt.

Die pharmazeutischen Firmen und Swissmedic haben 2019 zum sechsten Mal die gemeinsame Benchmarking-Studie der Zulassungszeiten für Humanarzneimittel durchgeführt.

418 KT (–77 KT; –16 %), jener der EMA bei 273 KT und derjenige der FDA bei 303 KT. Im internationalen Vergleich sind die Schweizer Gesamtdurchlaufzeiten für Indikationserweiterungen trotz der signifikanten Beschleunigung weiterhin deutlich länger. Mit der Übernahme der Kategorisierung von Änderungsgesuchen der EU (Type II-Variations) und der damit verbundenen Verkürzung der Fristenmuster werden sich die Gesamtdurchlaufzeiten für Indikationserweiterungen voraussichtlich verringern. Bei den bekannten Wirkstoffen (BWS) ohne Innovation (Generika) liegen die Swissmedic-Medianwerte für die Gesamtdurchlaufzeit bei 503 KT (–13 KT; –3 %), diejenigen der EMA bei 491 KT und diejenigen der FDA bei 2326 KT. Hier bleibt weiterhin der «Generics Backlog» der FDA sichtbar. Bei BWS mit Innovation liegt der Medianwert in der Schweiz bei 559 KT (+18 KT; +3 %), jener der EMA bei 351 KT und derjenige der FDA bei 335 KT. Medienmitteilung Interpharma www.interpharma.ch 12/2019

WERKSTOFFE

Neuartiger Quantenmechanismus

Verhalten von topologischen Isolatoren

Dank ihren einzigartigen elektrischen Eigenschaften versprechen topologische Isolatoren zahlreiche Neuerungen in der Elektronik- und Computerindustrie, aber auch bei der Entwicklung von Quantencomputern. Ihre ultradünne Oberfläche kann Strom fast widerstandslos leiten, wodurch weniger Wärme entsteht als bei herkömmlichen Materialien. Das macht sie für elektronische Bauteile besonders interessant.

Kommt hinzu: Bei topologischen Isolatoren kann die elektronische Reibung, also die durch Elektronen vermittelte Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme, reduziert und gesteuert werden. Das konnten Forschende der Universität Basel, des Swiss Nanoscience Institute (SNI) und der Technischen Universität Istanbul nun im Experiment nachweisen und zeigen, wie sich der Übergang von Energie in Wärme durch Reibung genau verhält – ein Prozess, den man als Dissipation bezeichnet.

Mit einem Pendel Reibung messen Das Team um Professor Ernst Meyer vom Departement Physik der Universität Basel hat untersucht, wie sich Reibung an der Oberfläche eines topologischen Isolators aus Bismut-Tellurid auswirkt. Die Wissenschaftler verwendeten dazu ein Rasterkraftmikroskop im Pendelmodus. Dabei schwingt die leitende Spitze aus Gold knapp über der zweidimensionalen Oberfläche des topologischen Isolators hin und her. Wird eine Spannung an die Spitze angelegt, induziert die Bewegung des Pendels einen kleinen elektrischen Strom auf der Oberfläche. Bei herkömmlichen Materialien wird ein Teil dieser elektrischen Energie durch Reibung in Wärme umgewandelt. Bei 12/2019

Der Tunneleffekt Die Bezeichnung für dieses Phänomen ist tatsächlich wörtlich zu nehmen. In der Quantenwelt können Teilchen nämlich durch energetische Barrieren «schlüpfen», die sie nach klassischem Verständnis gar nicht durchdringen könnten, da die potenzielle Energie dieser Barriere, die sie überwinden müssten, zu hoch wäre. Je kleiner die Masse eines Teilchens, desto eher kommt dieser Effekt zu tragen. Dank dieser Eigenschaft sind erst Untersuchungen mit einem Rasterelek­ tronenmikroskop möglich. der leitenden Oberfläche des topologischen Isolators sieht das Ergebnis ganz anders aus: Der Energieverlust durch die Umwandlung in Wärme ist stark reduziert. «Wir sehen an unseren Messungen ganz deutlich, dass es bei bestimmten Spannungen praktisch keine Wärmebildung durch elektronische Reibung gibt», erklärt Dilek Yildiz, die diese Arbeiten im Rahmen der SNI-Doktorandenschule durchgeführt hat.

Neuer Mechanismus ähnelt dem Tunneleffekt Gleichzeitig konnten die Forschenden erstmals einen neuartigen, quantenmechanischen Dissipationsmechanismus beobachten, der nur bei bestimmten Spannungen erfolgt. Bei diesen Bedingungen wandern die Elektronen von der Spitze über einen Zwischenzustand ins Material – ähnlich wie beim Tunneleffekt in Rastertunnelmikroskopen. Über die Regulierung der Spannung konnten die Wissenschaftler die Dissipation

Bild: Universität Basel, Depar tement Physik

Topologische Isolatoren sind neuartige Materialien, die elektrischen Strom an der Oberfläche leiten, sich im Innern aber wie Isolatoren verhalten. Wie sie auf Reibung reagieren, haben Physiker der Universität Basel und der Technischen Universität Istanbul nun erstmals untersucht. Ihr Experiment zeigt, dass die durch Reibung erzeugte Wärme deutlich geringer ausfällt als in herkömmlichen Materialien. Dafür verantwortlich sei ein neuartiger Quantenmechanismus, so die Forscher.

Die Goldspitze über dem topologischen Isolator erfährt Energieverluste nur bei diskreten, quantisierten Energien – dies aufgrund von Bildladungszuständen, die sich über der Isolatoroberfläche bilden.

beeinflussen. «Die Messungen untermauern das grosse Potenzial topologischer Isolatoren, da sich die elektronische Reibung gezielt steuern lässt», ergänzt Ernst Meyer.

Originalpublikation Dilek Yildiz, Marcin Kisiel, Urs Gysin, Oguzhan Gürlü, Ernst Meyer, «Mechanical dissipation via image potential states on a topological insulator surface», Nature Materials (2019); DOI: 10.1038/s41563-019-0492-3 Kontakt Prof. Dr. Ernst Meyer Universität Basel Petersplatz 1 CH-4001 Basel +41 61 207 37 24 ernst.meyer@unibas.ch www.unibas.ch

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WERKSTOFFE

Schleichender Zerfall

Korrosionsvorgänge auf molekularer Ebene «Korrosion» stammt vom lateinischen «corrodere», zernagen. Darunter versteht man die allmähliche Zerstörung eines Stoffes durch Einwirkung von Stoffen aus seiner Umgebung. Spezialisten der Empa nehmen solche Prozesse unter die Lupe und können Wege finden, um Materialversagen durch Korrosion zu verhindern – lange bevor sich Katastrophen wie in Genua ereignen.

Der Bauherr einer neuen Schweizer Industrieanlage für Hightech-Geräte stand vor einem Rätsel: Kilometerlange, nagelneu verlegte Druck- und Kühlleitungen aus nichtrostendem Stahl und Aluminium im Wert von mehreren hunderttausend Franken fingen noch während des Baus an zu korrodieren. Was hatte die Metalle so schnell angegriffen? Experten der Empa nahmen das ganze System unter die Lupe: Waren korrosive Baustoffe im Spiel, waren Reinigungsmittel schuld, oder waren schlicht die falschen Materialien ausgewählt worden? Schliesslich fanden sie den Schuldigen in Form einer kleinen Flasche auf einem Werkstattwagen: Der Montagetrupp hatte statt eines professionellen Dichtigkeitsprüfmittels ein Universalreinigungsmittel aus dem Supermarkt verwendet, um mit dem Schaum Undichtigkeiten zu lokalisieren. Doch das Mittel aus dem Supermarkt enthielt Säuren und Chloride, die die Metalle korrodieren liessen.

Szenenwechsel: Dem Hausmeister einer Schule in der Ostschweiz fällt bei Reinigungsarbeiten in den Frühjahrsferien 2019 Korrosion an den Befestigungen der Deckenlampen in der Turnhalle auf. Die Schulverwaltung zieht den Architekten zu Rate, der den Bau seinerzeit beaufsichtigt hatte. Der Architekt informiert die Empa.

Die Deckenverkleidung wird abgebaut. Ergebnis: Die gesamte Deckenkonstruktion weist massive sicherheitsrelevante Korro­ sionsschäden auf. Bei der Sanierung einige Jahre zuvor hatten die Arbeiter, aus Unkenntnis des Materials, Metallhaken durch Isolationsplatten aus Phenolharz-Schaum

¹ Empa, Dübendorf

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gebohrt. Kondenswasser liess die Isolation später feucht werden. Der Phenolharzschaum entwickelte daraufhin starke Säuren, die die Befestigungshaken praktisch durchrosten liessen. Die Decke wäre irgendwann herabgestürzt.

Ingenieur und Wissenschaftler Ist das also die typische Tätigkeit von Korrosionsforschern? Sind sie so etwas wie die Pathologen der Bauwirtschaft, die Material-Leichen sezieren und immer von Neuem nach Tätern suchen? Keineswegs.

Korrosionsforscher sind viel mehr. Sie arbeiten an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und Konstruktion einerseits, Chemie und Physik andererseits. Mit einem Bein sind sie Ingenieure, mit dem anderen Naturwissenschaftler. Und sie betrachten nicht nur Fehler der Vergangenheit, sie blicken auch in die Zukunft.

Ein Beispiel: die Wasserstoffwirtschaft. Die angestrebte Energiewende wird es in den nächsten Jahren nötig machen, grosse Mengen an Überschussstrom in Wasserstoff umzuwandeln. Nur so ist Solar- und Windstrom aus dem Sommer bis in den Winter speicherbar. Doch dazu braucht es nicht nur Speichertanks, sondern auch Leitungen, Ventile, Zapfpistolen, Transportfahrzeuge und diverses Zubehör, etwa Zählwerke für die gelieferte Menge des Gases. All dies muss aus hochfesten Stählen gebaut sein, die Hunderte Atmosphären Druck aushalten und mit Dichtungen versehen sein, die Leckagen über Jahre verhindern. Doch Wasserstoff dringt in manche Stähle ein und führt schon bei normalen Umgebungstemperaturen zu einer Versprödung des Stahls. Bei Temperaturen über 300 Grad Celsius reagiert der

Bild: Empa

Rainer Klose ¹

Korrosion ist überall: Sie zerstört wertvolle Infrastruktur und kostet Milliarden. Doch nicht nur altbekannte Metalle korrodieren: Neuartige Verbundwerkstoffe und Dünnschicht-Technologien werfen neue Fragen auf. Die Empa findet Antworten.

Wasserstoff zusätzlich mit dem Kohlenstoffanteil des Stahls und verschlechtert dessen Qualität. Die Empa erforscht schon heute die Mechanismen der so genannten Wasserstoff-Versprödung und entwickelt Materialien für die Energieversorgung der Zukunft.

Spurensuche mit Mikrosensoren Fatalerweise entsteht Wasserstoff nicht nur gewollt, er kann auch bei der Korrosion entstehen und in das Material eindringen.

Und dort hat er, in kleinsten Mengen eingelagert, die gleiche zerstörerische Wirkung: Er macht Hightech-Legierungen spröde und bruchanfällig. Um zu verstehen, 12/2019

WERKSTOFFE

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was passiert und wie dies zu verhindern ist, müssen die Forscher ganz nahe an die Mikrostruktur eines Materials heranzoomen und die chemischen Reaktionen in winzigen, von Korrosion betroffenen Bereichen untersuchen. Die Empa hat hierfür eigens Mikrosensoren entwickelt, die Oberflächen von weniger als einem hunderttausendstel Quadratmillimeter analysieren können und dabei weniger als ein millionstel Gewichtsprozent Wasserstoff aufspüren. Mit diesen Methoden untersuchen sie kritische Zonen in Bauteilen, etwa Schweissnähte, die durch atomaren Wasserstoff spröde werden und letztlich versagen könnten.

Lars Jeurgens leitet seit 2012 die Empa- Abteilung «Fügetechnologie und Korrosion» und pflegt mit seinem Team eine gut ausbalancierte Mischung aus Forschung und industrierelevanten Dienstleistungen. «Wir haben Absolventen der ETH Zürich und der EPFL bei uns im Team und nutzen das geballte Wissen dieser beiden führenden Ingenieursschulen», sagt Jeurgens. Er selbst stammt aus Holland, hat lange am Max-Planck-Institut in Stuttgart gearbeitet.

Und es gibt wahrlich genug zu tun für die Korrosionsspezialisten.

So arbeitet etwa die Auto- und die Flugzeugindustrie immer häufiger mit Verbundwerkstoffen, die aus unterschiedlichsten Materialien zusammengesetzt sind. Über deren Korrosionsverhalten unter teilweise extremen Bedingungen ist nur wenig bekannt.

Vielenorts sind auch Legierungen aus Eisen, Titan und Aluminium im Einsatz. Sie verdanken ihre Korrosionsbeständigkeit einer winzigen, nanometerdünnen Passivschicht an ihrer Oberfläche, die man nur mit speziellen Analysenmethoden überhaupt nachweisen – und erst dann optimieren – kann. Schliesslich wirft auch die Anwendung von funktionellen Beschichtungen bei miniaturisierten elektronischen Geräten und Bauteilen neue Korrosionsfragen auf.

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Korrosion im menschlichen Körper Bisweilen tritt Korrosion sogar dort auf, wo man sie am wenigsten vermutet: mitten im menschlichen Körper mit seinen warmen, anscheinend harmlosen Körperflüssigkeiten. Experten der Empa untersuchen den Abbau durch lokale Korrosion an Materialien wie Edelstahl und Titanlegierungen, die häufig für Implantate verwendet werden, sowie an Silizium, das in zahlreichen neuen Implantaten enthalten ist. Auf grossen, glatten Flächen geschieht dabei wenig, doch in mikroskopisch kleinen Spalten, die konstruktionsbedingt vorkommen, können menschliche Körpersäfte so einiges anrichten. Vor kurzem konnte ein Empa-Team etwa die langsame Auflösung einer Silizium- Haftvermittlungsschicht im Labor nachweisen. Zwischen dem Implantat aus Titan und der abriebfesten Beschichtung war ein mikroskopischer Spalt entstanden. Dort kann unter Sauerstoffausschluss ganz langsam ein sehr aggressives Medium entstehen, das dann mit Hilfe der körpereigenen Phosphorverbindungen die Silizium-Haftvermittlungsschicht zerstören kann.

Die Empa-Forscher sind mit speziellen Sonden in der Lage, auch die lokale Korrosionschemie in solch feinen Spalten aufzuklären und die Korrosionsvorgänge für Versuchszwecke gar zu beschleunigen. So kann schon vor der Operation die voraussichtliche Nutzungsdauer eines Implantats recht genau vorausgesagt werden.

Medienmitteilung Empa www.empa.ch 12/2019

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SEKTION FRICKTAL

Dunkel und kalt ist es. Eben erhalte ich Fotos aus dem Oberwallis, auf denen mich der erste Schnee erreicht. Wenn auch nur als Pixel auf dem Handybildschirm . . . Aber eigentlich gibt es ganz anderes zu sehen.

Ich befinde mich am Rheinknie, spaziere zielstrebig über die mittlere Brücke ins Herz des Kleinbasels, welches im farbenfrohen Licht der Herbstmesse erstrahlt. Da ist er, mein Zielort. Im warmen, hellen Licht leuchten seine Schaufenster und gluschtige Leckereien zwinkern mir entgegen.

Beschle Eine grosse Hand voll Mitglieder der SCV Sektion Fricktal hat sich schon eingefunden, in diesem wunderbaren Paradies.

Richtig – wir sind bei Beschle, einer Confiserie-Institution in Basel. Egal ob luftige, buttrige Gipfeli, feine Patisserie oder liebevoll von Hand zubereitete Schoggispezialitäten – man könnte in dieser sich wunderschön präsentierenden Manufaktur mit Restaurant einfach nur überall rein beissen – aus purer Lust und Gaumenfreude.

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Und was haben wir erlebt?

Eigentlich bin ich immer noch am Verdauen. Der Geschmack der aus erlesenen Kakaobohnen zubereiteten Schokolade schwebt mir immer noch in Erinnerung. Aber auch der Gehalt an Informationen – rund um die nicht nur in der Schweiz so beliebte Süssspeise – während des Workshops, hinterlässt bleibende Erinnerungen. Dabei informiert uns Maria Wicki so gar nicht schulmeisterlich, sondern verwöhnt uns immer wieder mit Schokolade, während sie uns mit ihrer humorvollen und geistreichen Art alles Wissenswerte quasi nebenbei vermittelt. Bereits an dieser Stelle, liebe Frau Wicki, ein herzliches Dankeschön für Ihren grossartigen Auftritt an diesem geschmackvollen und geistreichen Workshop.

Interessant für uns Chemieund Pharmatechnologen und Chemikanten: Einige Equipments in dieser Manufaktur erinnert uns an Anlagen, wie wir sie z. B. aus der pharmazeutischen Produktion oder der Verpackung von Medikamenten kennen. Berufsmän-

Bilder: Patrick Merkofer

Schoggigluschtig: Schoggi-Workshop mit allem Drum und Dran

Während einige Teilnehmer noch im Stau stecken, ziehen die anderen schon mal die Arbeitskleidung an.

ner und -frauen aus unseren Reihen können sich also auch deshalb durchaus bei Beschle wohl fühlen. So erstaunt es nicht, dass alle Anwesenden die Ärmel nach hinten krempeln und tatkräftig zupacken, als es darum geht, selbst einige Tafeln Schokolade zuzubereiten. Dunkle Schokolade mit Salz und rotem Pfeffer, braune mit erlesenen Nüssen und weisse Schokolade (die streng genommen eigentlich gar keine Schokolade ist) mit … Die Auswahl an möglichen Supplement ist riesengross, dass ich hier gar nicht alles aufzählen

kann. Und so sehen die Kreationen auch ganz unterschiedlich und jede auf ihre Weise einfach nur zum Anbeissen aus. Egal ob eher puristisch oder reich befrachtet. So mancher Teilnehmerin und manchem Teilnehmer bereitet der Workshop so viel Freude, dass im Angesicht der Fotokamera nicht nur stolz die Kreation präsentiert, sondern auch die eigene Person mit hollywood­ reifem Geschick zur Schau gestellt wird.

Während die Schokolade ruht, erfahren wir, wie aus Kakaobohnen – die übrigens direkt 12/2019

VERBANDSSEITE

am Stamm des Baumes wachsen und für welche rund eineinhalb Bohnen pro Tafel Schokolade gepflückt werden müssen – schliesslich und endlich zartschmelzende Schokolade wird. Apropos: Um den Geschmack wahrhaft guter Schokolade bis zum letzten auszukosten lohnt es sich, die Schokolade auf der Zunge schmelzen zu lassen. Hastiges reinbeissen und runter schlingen wird dem reichhaltigen

Interessant, was Frau Wicki erzählt, aber eigentlich möchte ich einfach nur nach der Schokolade greifen …

Strauss an Aromen so ganz und gar nicht gerecht. Schokolade geniessen heisst, deren Geschmack aus dem cremig schmelzenden Tafelstück heraus zu extrahieren.

Süss und salzig Dies ist kein Widerspruch. So manch ein Teilnehmer hat eine Prise Salz in seine selbst zubereitete Schokolade gestreut. Beim Verpacken der süssen Leckerei dürfte wohl dem einen oder anderen Teilnehmer schon das Wasser im Munde zusammengelaufen sein. Aber der Mensch lebt nicht von der Schokolade allein … Obwohl, im Hause Beschle ist man versucht, genau dies auszuprobieren. Zumindest so lange, bis der Apéro serviert wird. Und plötzlich wird man wieder daran erinnert, dass es im Hause Beschle auch sonst so einiges an herrlichen (auch salzigen) Zu-

Maria Wicki kommentiert wohlwollend die Kreationen der Teilnehmer.

bereitungen zu schlemmen gibt. Dabei offenbart Maria Wicki, die eben noch ihre profunden Kenntnisse als Schokoladeexpertin unter Beweis gestellt hat, ihr Talent, ihre Gäste nach Strich und Faden kulinarisch zu verwöhnen.

Für unsere Gastgeberin, unsere Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Workshop und für alle Leckereien an diesem gelungenen Anlass. Die Erinnerungen

werden noch eine Weile anhalten, denn ein Säckli mit Versuecherli und den eigenhändig produzierten Schoggitafeln wandern mit nach Hause. Und während ich mich am Rheinknie auf den Weg zurück nach Hause begebe, da packt mich schon wieder diese Lust nach . . . Mmh.

Patrick Merkofer

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Komm und bestaune die wahren Schätze aus dem letzten Jahrhundert Wo Oldtimer Museum Pantheon Basel, Hofackerstrasse 72, 4132 Muttenz

Das Pantheon Basel ist das grösste Oldtimer-Zentrum der Schweiz und bietet alles, was sich Liebhaber und Liebhaberinnen klassischer Fahrzeuge nur wünschen können. Beim anschliessendem Apéro wird der gesellschaftliche Austausch 12/2019

nicht zu kurz kommen, um zu fachsimpeln und die eine oder andere Anekdote zum Besten zu geben.

Wann Freitag, 17. Januar 2020, 18.15 Uhr

Teilnehmer Mitglieder des SCV aus allen Sektionen.

Der Apéro und Imbiss wird von der Sektion NWS offeriert.

Weitere Getränke gehen zu Lasten der Teilnehmenden.

Kosten Für Mitglieder ist die Teilnahme gratis.

Für Nichtmitglieder wird ein Unkostenbeitrag von 15 Franken erhoben.

Anmeldung bis spätestens 10. Januar 2020 an: nagel.martin@bluewin.ch

Martin Nagel 47

VERBANDSSEITE

SEKTION OBERWALLIS Neue CPT-Lernende 2019 Am 2. August 2019 konnten sieben Jugendliche und sieben Erwachsene die Ausbildung zum Chemie- und Pharmatech-

nologen bei der Lonza AG und DSM AG in Visp beginnen.

Die SCV Sektion Oberwallis wünscht allen Auszubilden-

den eine interessante und erfolgreiche Ausbildungszeit, viel Mut, Zuversicht und vor allem die nötige Ausdauer auf

diesem neuen Lebensabschnitt.

Fredy Salzmann

Erwachsene

Michael Andenmatten

Drilon Meta

Christian Frey (DSM)

Raphael Schmid

Fabian Lomatter

Fabian Seematter

Melanie Wasmer

Jugendliche

Jonas Anthamatten

Janis Leiggener

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Claude Berclaz

Noah Markovic

Thierry Köppel

Luca Schönauer

Lulzim Saljii

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VERBANDSSEITE

Am Dienstag, dem 5. November hatte der Chemie- und Pharmaberufe Verband Oberwallis die Ehre, eines der neuen Produktionsgebäude des Bioparks von IbexTM Solutions zu besichtigen. Da dies in Zukunft für die Lonza ein wichtiger Produktionszweig in ihrer Firmengeschichte sein wird, war es für den Verein eine gute Gelegenheit, dieses Projekt in Augenschein zu nehmen.

Die Besichtigung wurde in zwei Phasen aufgeteilt: in eine kurze Information und in eine Besichtigung vor Ort. Der informelle Teil wurde mit einer sehr interessanten und lehrreichen Präsentation vorgetragen. Danach wurden noch einige Fra-

gen beantwortet und los ging es zur Besichtigung auf die Baustelle.

Bereits von Weitem erstreckte sich das Produktionsgebäude in die Höhe. Die Vereinsmitglieder wurden mit Sicherheitsausrüstung und einem Baustellen-Badge ausgerüstet. Danach ging es in das Innere des Gebäudes. Bereits bei Beginn der Führung wurde einem klar, wie gross und komplex das Bauprojekt ist. Der Verantwortliche führte uns durch mehrere Räume und erzählte uns begleitend zur Besichtigung die zukünftigen Pläne und Apparate, die an diesem Ort geplant sind.

Einige Installationen und Apparate waren bereits vorhanden.

Bild: Lonza AG

Die Besichtigung von Ibex™ Solutions bei Lonza Visp

Produktions- und Laborgebäude im Biopark

Nach ca. 45 min und einer sehr informativen Besichtigung ging es dann noch zu einem kleinen gemütlichen Apéro im Restaurant zur Mühle beim Bahnhof in Visp. Es war ein gelungener

und interessanter Anlass für die jeweiligen Mitglieder des Oberwalliser Chemie und Pharmaberufe Verbandes.

Silvio Abgottspon

Der Verband SCV, sowie Verlag und Redaktion bedanken sich bei ihren Mitgliedern, Kunden und Lesern für die stete Unterstützung und freuen sich auf ein erfolgreiches, gemeinsames neues Jahr.

Für die bevorstehenden Festtage wünschen wir viele schöne und besinnliche Momente sowie für 2020 Glück, Gesundheit und Erfolg.

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PRODUKTE

Zahnradpumpen für die chemische Industrie Industrielle Anwendungen stellen besonders hohe Anforderungen an Viskositäts-, Druck- und Temperaturbereiche sowie die Korrosivität der zu fördernden Stoffe. Maag Group stellt ein breites Spektrum an Zahnradpumpen für den industriellen Einsatz her, das genau die geforderte Anwendungstiefe abdeckt und auch die schwierigsten Anforderungen erfüllt.

Zur Förderung der stark korrosiven und giftigen chemischen Verbindung Bortrifluorid (BF3) war ein Kunde auf der Suche nach einer Zahnradpumpe. Bortrifluorid allein ist bei Temperaturen von über –100 °C gasförmig. Deshalb wird es zur leichteren Handhabung mit Diethylether zu einer Flüssigkeit vermischt, die im Labor als Quelle für BF3 weit verbreitet im Einsatz

ist. Bortrifluorid ist stark korrosiv und darf daher nur mit bestimmten Metallen, wie Edelstahl, Monel und Hastelloy Berührung kommen. In Kombination mit Feuchtigkeit greift es sogar Edelstahl an.

Die sehr geringe Viskosität der Flüssigkeit stellt zudem eine grosse Herausforderung bei der Schmierung der beweglichen Teile in der Pumpe dar. Durch die Modellierung des kompletten Maschinenbetriebs konnte Maag Group ein Modell entwickeln, das durch das Zahnradprofil und die Simulation

Ein besonders schneller Muffelofen

Unter Veraschungen in einem Muffelofen versteht man die thermische Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger Produkte, wobei die anorganischen Bestandteile zurückbleiben.

So werden konventionelle Muffel­ öfen schon seit langer Zeit für Veraschungen eingesetzt. Dabei wird eine Probe in einen Tiegel eingewogen, welcher vorher getrocknet bzw. ausgeglüht und tariert wurde. Anschliessend wird das Probengut in einen konventionell mit Starkstrom beheizten Muffelofen gegeben, wo es in der Regel etliche Stunden bis zur Gewichtskonstanz verbleibt. Danach wird der Tiegel aus dem Ofen entnommen und zum Abkühlen für gut eine Stunde in einen Exsikkator gegeben, ehe eine Rückwiegung erfolgen kann. Dieser relativ einfache Prozess ist äusserst kosten-, arbeitsund zeitintensiv, was vor allem in der Produktions- und Qualitätskontrolle ein grosses Problem darstellt und ein schnelles Zugreifen in laufende Produktionen verhindert.

Abhilfe schaffen hier die Muffel­

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ofensysteme von CEM (Phönix sowie Phönix SAS). Die Vorteile dieser Technik sind eine drastische Zeitreduktion und ein «sauberes» Arbeiten. Das eingebaute Abluftsystem entfernt Rauch und Dämpfe selbstständig. Was mit der konventionellen Technik früher Stunden benötigte, wird mit der Phönix-Technik nun in Minuten erreicht.

CEM hat mit dem Phönix SAS ein automatisiertes Sulfat-Veraschungssystem für die Anwendungen in der Pharmabranche entwickelt. Neben einer drastischen Zeitverkürzung sorgen ein Absaug- und Neutralisationssystem für komfortableres Arbeiten. Die komplette Veraschung inklusive Vorveraschung wird im Phönix SAS durchgeführt. Aus dem Veraschungseinsatz führt ein Quarzrohr zu einer Abscheide- und Neutralisationseinrichtung. Die Rauchgase werden dabei mittels einer Pumpe abgesaugt und dann neu­tralisiert.

Die Veraschungsdauer verkürzt sich deutlich auf ungefähr 90 Minuten, ausserdem können mehrere Proben gleichzeitig verascht werden.

CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauss-Strasse 9 D-47475 Kamp-Lintfort +49 28 42 96 44 0 info@cem.de www.cem.de

eines kompletten Hydrauliksystems eine detaillierte Bewertung des Durchflusses ermöglicht. Das Auswahlwerkzeug (PumpCalc) basiert auf einem separaten Parameteransatz und erlaubt die Analyse der Strömung unter genauer Bestimmung der Pumpenform und der Zahnprofile, der Aussparungen und der axialen (Zahnradseiten) und radialen (zwischen Zahnkopf und Gehäuse) Spalten.

Mithilfe von PumpCalc und aufgrund langjähriger Erfahrung mit unterschiedlichen Anwendungen empfahl Maag Group dem Kunden zur Förderung der stark korrosiven und giftigen chemischen Verbindung die Cinox-22/13-Zahnradpumpe.

Cinox- und Therminox-Zahnradpumpen kommen überall in der chemischen Industrie zum Einsatz.

Die korrosionsbeständigen, beheizbaren Edelstahl-Zahnradpumpen decken einen breiten Viskositäts-, Temperatur- und Druckbereich ab und arbeiten, auch in Kombination mit stark abrasiven und korrosiven Stoffen, äusserst zuverlässig. Neu im Portfolio ist der F-Series, der dank dem modularen Design flexibel konfiguriert und an die spezifischen Anforderungen der Kunden und ihrer Prozesse angepasst werden kann. Auch Reinigung und Wartung werden durch das modulare Prinzip zum Kinderspiel.

Maag Pump Systems AG Aspstrasse 12 CH-8154 Oberglatt +41 44 278 82 00 info@maag.com www.maag.com

Differenzdruck-Transmitter mit neuer Technologie

Die Überwachung des Differenzdrucks ist in vielen Produktionsbereichen zentral und in medizinischen Anlagen lebenswichtig. Um eine höchstmögliche Flexibilität zu gewährleisten, hat Rotronic die PF-Transmitter-Reihe ausgebaut.

Die Differenzdruck-Transmitter-Serie wurde mit zwei Geräten erweitert, die über eine unterschiedliche Messtechnik verfügen: die Flow(PF4) oder Membran-Sensor-Technologie (PF5).

Basierend auf dem PF4 V1 wurde die aktuelle PF4/5-Baureihe mit praktischen, neuen Funktionen ergänzt: einem integrierten Umgebungsdrucksensor sowie der automatischen Nullpunkt-Kalibration.

Für die Differenzdruckmessung steht nun ein präzises und wartungsfreies Gerät zur Verfügung, dessen Einstellungen sich durch das intuitive Menü ganz einfach ändern lassen.

Beim Thermischen Massenfluss­ prinzip (mit Flow Sensor PF4) ist ein Heizelement zwischen zwei temperaturempfindlichen Widerständen angeordnet. Ein Gasstrom verschiebt das Temperaturprofil in Richtung eines Widerstands. Dies wird gemessen und ausgewertet.

Beim Membransensor-Dehnungsmessstreifen-Prinzip (DMS), wie sie bei PF5 Anwendung findet, dehnt ein bestimmter Druck die Membrane. Diese Messstreifen verändern ihren elektrischen Widerstand bei jedem Druckstoss.

Die daraus entstehenden Dehnungen und Stauchungen werden dann in ein elektrisches Signal umgewandelt und auswertet.

Rotronic AG Grindelstrasse 6 CH-8303 Bassersdorf +41 44 838 11 11 measure@rotronic.ch www.rotronic.com

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PRODUKTE

Ölfreier Hochdruckkompressor

Der Kompressor (NanoLoc) eignet sich für die Verdichtung nahezu aller Gase auf bis zu 450 bar(ü). Die vollständig trockenlaufende und hermetisch gasdichte Lösung wurde speziell für Anwendungen entwickelt, die absolute Prozesssicherheit und -reinheit verlangen.

Mit der Integration der ehemaligen Haug Kompressoren AG hat Sauer Compressors sein Portfolio um branchenführende Lösungen für ölfreie Luft- und Gasverdichtung deutlich erweitert.

Sowohl das Kurbelgehäuse als auch die Verdichterstufen arbeiten voll-

kommen ölfrei. Damit sind die Kompressoren die ideale Wahl für sensible Anwendungen wie Industriegase, medizinische Bereiche und Biotechnologie sowie die Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie.

Durch die hermetisch gasdichte Konstruktion erreicht der Kompressor niedrige Leckraten von < 0,001 mbar l/s und ermöglicht eine 4-stufige Verdichtung nahezu aller Gase. Der Verdichter liefert aktuell einen Volumenstrom von maximal 66 Nm³/h und einen Enddruck von bis zu 450 bar(ü) bei einem Eingangsdruck von bis zu 30 bar(ü). Je nach Konfiguration verfügt der Kompressor über eine Motorleistung von 11–30 kW. J. P. Sauer & Sohn Maschinenbau GmbH Brauner Berg 15 D-24159 Kiel +49 431 3940 0 info@sauercompressors.de www.sauercompressors.com

Tastatur für hygienesensible Umgebung

Gett hat eine weitere kapazitive Tastatur mit Glasoberfläche entwickelt, welche die Cleankeys-Serie fortführt. Das Modell firmiert unter der Bezeichnung CK5 und ergänzt die bereits erfolgreich am Markt bestehende CK4-Reihe. Neu sind unter anderem deutlich reduzierte Abmessungen und ein extragrosses Touchpad, das zum Nummernblock umgeschaltet werden kann. Form und Konstruktion eignen die Tastatur perfekt für den Einsatz in hygienesensiblen Umgebungen. Gett fertigt die CK5 am Unternehmensstandort in Deutschland; sie ist ab Oktober 2019 als kabelgebundene Version verfügbar.

Trotz einer Länge von nur 405 Millimeter und einer Tiefe von 167 Millimeter besitzt die CK5 ein volles Tastenlayout. Möglich macht dies eine neuartige Technologie, die Nummernblock und Touchpad mit-

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einander kombiniert. Per Taste lässt sich das Operationsfeld am rechten Rand der Tastatur wechselweise als Touchpad oder Nummernblock schalten. Trotz kompakter Abmessungen der Tastatur steht somit eine extragrosse Touchpad-Bedienfläche von 76 × 90 Millimetern zur Verfügung. Dies ermöglicht ein grosszügiges Gleiten des Fingers.

Selbst das Tragen von Silikon- und Latexhandschuhen beeinträchtigt die ruckelfreie Bewegung des Cursors nicht.

Die Oberfläche aus nur einem Millimeter starken Spezialglas ermöglicht auch bei der CK5 die vollständige und schnelle Säuberung und Desinfektion.

Im ersten Release ist die CK5 mit einem USB-Kabel ausgestattet; eine kabellose Variante ist bereits in Arbeit.

Gett Gerätetechnik GmbH Mittlerer Ring 1 D-08233 Treuen +49 37468 660 0 info@gett.de www.gett.de

Dosierer für kleine Fördermengen

Lagern, grammgenau Dosieren und Fördern – für diese drei Prozesse bietet Schenck Process passendes Fachwissen.

Passend für kleine Extruder – Laborextruder: Der neue ProFlex C100 ist der Kleinste der ProFlex C Familie und passt dadurch auch auf kleine Masterbatch oder Laborex­ truder. Er zeichnet sich durch seine kompakten Abmessungen und geringe Gewichte seiner Einzelteile aus. Bis zu fünf Dosierer können um einen Einlauf eines Laborextruders gruppiert werden.

Die Option für einen schnellen Wechsel der Dosierbehälter in der

ProFlex-Linie sorgt für einen sauberen Wechsel ohne die Notwendigkeit der Demontage der Förderschnecke. Durch die Bevorratung mehrerer Dosierbehälter inkl.

Schnecke kann eine Vielzahl von Additiven und Farbpigmenten beliebig bereitgestellt werden.

Das System wird für die kontinuierliche Dosierung von Schüttgütern wie Pulver, Granulate, Pellets oder Fasern eingesetzt. Optimiertes Design, anpassungsfähige Behälterwände und flexible Installationsoptionen machen den Dosierer zu einer massgeschneiderten Lösung für die Compound- und Masterbatch-Industrie. Stähli Industrieberatung GmbH ist die Partnerfirma für die Schweiz.

Stähli Industrieberatung GmbH Allmendweg 98 CH-4242 Laufen sales@pulverhandling.ch www.pulverhandling.ch

Produktneuheit – die freistehende Medienbox

In Basel fand letzten Herbst die traditionelle Ilmac-Messe statt.

Vom 24. bis 27. September informierten sich an der wichtigsten Schweizer Fachmesse für Prozessund Labortechnologie über 12 000 Besucher über Produktneuheiten, technologische Anwendungen und Prozesslösungen. An der Ilmac dabei war dieses Jahr auch wieder die Firma H. Lüdi + Co. AG. Das Unternehmen präsentierte unter anderem die Produktneuheit Spine.

Am Messestand der H. Lüdi + Co. AG konnten die Besucher in entspannter Atmosphäre mit dem Lüdi-Beratungsteam auf erfolgreiche

Projekte der Vergangenheit zurückblicken oder auch bereits neue Pläne für die Zukunft schmieden.

Das Hauptaugenmerk lag an der diesjährigen Ilmac auf der Produktneuheit HL-X-Spine. Das neue, innovative System versorgt jedes Labor über neuartige, freistehende Medienboxen – für eine Medienversorgung der neusten Genera­ tion.

H. Lüdi + Co. AG Moosäckerstrasse 86 CH-8105 Regensdorf +41 44 843 30 50 sales@hlag.ch www.hlag.ch

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