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| Branchennachricht |
| Neues Verfahren entdeckt Stoffe auf beliebigen Oberflächen
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09.09.07 |
| Rund 50 Tonnen verdorbenes Fleisch entdeckte die deutsche Polizei im ver-gangenen August bei einem Grosshändler in Bayern. Da überall verdorbene Lebensmittel in den Handel gelangen können, ist eine effiziente Lebensmittelkontrolle von grosser Bedeutung. Für eine umfassende Überwachung braucht es jedoch zuverlässige Messverfahren, mit denen grosse Mengen an Proben schnell und kostengünstig analysiert werden können. Die Gruppe von Renato Zenobi, Professor für Analytische Chemie am Laboratorium für Organische Chemie der ETH Zürich, stellt nun in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Angewandte Chemie ein Verfahren vor, das genau diese Anforderungen erfüllt. Die neue Analysemethode ist eine Weiterentwicklung des Verfahrens, bei dem es den gleichen Forschern erst kürzlich gelang, verschiedene Stoffe in der Atemluft auf einfache Weise nachzuweisen. Nun können sie auch Substanzen auf beliebigen Oberflächen mit hoher Präzision aufspüren. Beide Verfahren basieren auf einem sogenannten Quadrupol-Time-of-Flight-Massenspektrometer (QTOF-Massenspektrometer). "Solche Messgeräte werden heute in vielen Bereichen routinemässig eingesetzt", erklärt Zenobi. Üblicherweise werden Proben für die QTOF-Massenspektrometrie als Lösung zugeführt. Diese wird mit Hilfe eines zugeführten Gases vernebelt, und aus den winzigen Tröpfchen entstehen charakteristische Ionen, die das QTOF-Gerät misst. Die Zürcher Forscher haben das Prinzip nun quasi auf den Kopf gestellt: Untersucht werden nicht mehr die Substanzen in der Lösung, sondern die Stoffe, welche sich im Gas befinden. Bei der nun entwickelten Methode wird aus einer kleinen Düse Stickstoff auf eine beliebige Probenoberfläche geblasen. Wenn das Gas auf die Oberfläche trifft, nimmt es dort halbflüchtige Stoffe auf. Der so "angereicherte" Gasstrom wird anschliessend in das Massenspektrometer geführt, wo die aufgenommenen Stoffe mit hoher Präzision analysiert werden können. "Rein technisch gesehen ist das neu entwickelte Verfahren nichts Aufregendes", hält Zenobi fest. Dies demonstrierte Zenobis Postdoktorand Huanwen Chen, als er die von ihm entwickelte Methode bei einer Firma vorstellte. Innerhalb einer Stunde hatte Chen das dortige Massenspektrometer so umgerüstet, dass damit die Oberfläche von beliebigen Objekten analysiert werden kann. Bemerkenswert sind die vielfältigen Möglichkeiten des Verfahrens. "Aussergewöhnlich an unserem Ansatz ist, dass auch Oberflächen von Lebewesen untersucht werden können. Die Messung einer einzelnen Probe dauert nur wenige Sekunden; man kann also routinemässig grosse Zahlen von Stichproben analysieren", so Zenobi. Im Falle der Fleischproben konnten die Wissenschaftler sogar zeigen, dass das Probematerial nicht einmal aufgetaut werden muss. In eine ganz andere Richtung gehen Untersuchungen, die erforschen, welche Substanzen sich auf der Haut finden lassen. So konnten Spuren von Nikotin, Kaffee und auch von Sprengstoff auf der Haut von Probanden nachgewiesen werden. "Die Stärke des Verfahrens ist, dass es schnell und nicht-invasiv ist und dass es keine spezielle Probenpräparation benötigt", hält Zenobi fest. Angesichts der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten erstaunt es nicht, dass sich nicht nur Lebensmitteltechniker und Sicherheitsexperten, sondern auch Mediziner und Dopingfahnder für das neue Verfahren interessieren. Weitere Informationen: Prof. Renato Zenobi Laboratorium für Organische Chemie/ETH Zürich Telefon +41446324376 zenobi@org.chem.ethz.ch Link zur Pressemitteilung: http://www.pressrelations.de/new/standard/dereferrer.cfm?r=295268 |
| Branchennachricht |
| Herstellung neuer Biomaterialien: Maßgeschneiderte Kapseln aus künstlicher Spinnenseide
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29.06.07 |
| Einsatz bei Medikamententransport, funktionalen Lebensmitteln, Kosmetik oder technischen Anwendungen Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) um Prof. Andreas Bausch, Ordinarius für Biophysik, und Dr. Thomas Scheibel, Lehrstuhl für Biotechnologie, ist es gelungen, einen Trick der Natur für die Herstellung vollkommen neuer Biomaterialien einzusetzen. Unter Ausnutzung des Grenzflächenverhaltens der künstlichen Spinnenseide nutzten sie diese als Verkapselungsmaterial für Wirkstoffe. Die renommierte Fachzeitschrift Advanced Materials berichtet dazu in ihrer aktuellen Ausgabe. Einkapselungsprozesse sind für viele Anwendungen von größter Bedeutung. Oft ist es beispielsweise nötig, bestimmte Arzneien oder Medikamente präzise im Körper an ihr Ziel zu steuern, ohne dass sich diese unterwegs auflösen. Andere Anwendungen sind die Einkapselung von Geschmacks- oder Wirkstoffen in Lebensmitteln, die immer neue Herausforderung an die Stabilität und gezielte Freisetzung stellen. Für ihre Experimente verwendeten die Forscher an der TU München als Schutzhülle ein bestimmtes Protein, das den Spinnfaden-Eiweißen nachgebildet ist. Diese sind - Grundvoraussetzung für Anwendungen im Körper - immunologisch unsichtbar. Die Protein-Moleküle sind mit dem zu verpackenden Wirkstoff in einem Wassertröpfchen gelöst. Dann emulgierten die Biophysiker die Tröpfchen in einem Öl. Bei diesem Prozess bildet sich zwischen den beiden Phasen eine Grenzfläche. Aufgrund ihres amphiphilen Charakters (Substanz löst sich in polaren und in unpolaren Lösungsmitteln) wanderten die Seidenproteine an diese Phasengrenze und bildeten eine sehr stabile b-Faltblattstruktur aus, wie man sie auch in den Seidenfäden findet. Auf diese Weise formierten sich die Seidenproteine zu einem hauchdünnen Film, nur wenige Nanometer dick. Die so entstandene Mikrokapsel bildet ein ideales System, verschiedenste Inhalte sicher ans gewünschte Ziel zu transportieren. Die gesamte Reaktionszeit, in der sich die kleinen Kapseln ausbilden, beträgt nur wenige Sekunden, was auf die einzigartigen Eigenschaften der Spinnenseidenproteine zurückzuführen ist. Die so erzeugten Mikrokapseln sind hochelastisch, können kaum osmotisch schwellen und sind somit gegen den osmotischen Druck nahezu immun. Dies ist deshalb wichtig, weil die Kügelchen nicht mitten im Körper an ungewollter Stelle platzen und ihren Wirkstoff freisetzen sollen. Außerdem weisen die ultrakleinen „Träger“ eine hohe chemische Stabilität auf, und das gleichzeitig bei absoluter Biokompatibilität und immunologisch neutralem Verhalten. Das Freisetzen der transportierten Substanz kann durch Proteasen erfolgen. Diese natürlichen Enzyme bauen die Schutzhülle von außen ab. Ein großer Vorteil dieser im Rahmen des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) entwickelten Methode ist nicht nur die Einfachheit des Prozesses, sondern auch die hervorragende Kontrollierbarkeit der Materialeigenschaften. So gelingt es, durch den Einsatz von speziellen Vernetzungsmethoden, den Prozess des Abbaus der Seidenkapsel gezielt zu verzögern. Auf diese Weise eröffnen diese neu entwickelten biomimetischen Seidenmaterialien vielfältige Einsatzmöglichkeiten – nicht nur zum Medikamententransport, sondern auch für funktionale Lebensmittel oder für technische Anwendungen. K. D. Hermanson, D. Huemmerich, T. Scheibel, A. Bausch, Engineered Microcapsules Fabricated from Reconstituted Spider Silk, Adv. Mater. 2007, dx.doi.org/10.1002/adma.200602709 Weitere Informationen unter: cell.e22.physik.tu-muenchen.de/bausch/index.html Oder: www.fiberlab.de Kontakt: Dr. Joachim Eiding Redaktionsbüro Hirschbergstraße 24 80634 München Tel. (089) 1679142 E-Mail: joachim-eiding@gmx.de www.joachim-eiding.de Kontakt: Dr. Joachim Eiding Redaktionsbüro Hirschbergstraße 24 80634 München Tel. (089) 1679142 E-Mail: joachim-eiding@gmx.de www.joachim-eiding.de Dr. Joachim Eiding Freier Fachautor für Bio- und Nanotechnologie eigenes Redaktionsbüro Diplom-Chemiker mit Promotion in Physikalischer Chemie 1992 Studium 1981 bis 1988 TU München seit 1996 freier Journalist Quelle: www.openpr.de |
| Branchennachricht |
| Bakterien stellen Nano-Cluster aus Edelmetall her
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14.08.06 |
| Die Nanotechnologie wird von Experten als die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Winzigkleine Partikel - ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter - werden heute bereits eingesetzt im Automobilbau, in der Optik und Elektronik oder auch in Materialien für Medizin und Hygiene. Die Natur hat eigene Mechanismen auf der Nanometerskala entwickelt. Grundlegendes Wissen um diese natürlichen Prozesse kann zur Entwicklung neuer Nano-Materialien beitragen. Um Nanopartikel aus dem Edelmetall Palladium herzustellen, nutzen Biologen vom Forschungszentrum Rossendorf (FZR) die Eiweißhülle eines Bakteriums als Trägerschicht. Das Bakterium schützt sich mit dieser Hülle vor dem Schwermetall Uran und kann damit in der exotischen Umgebung einer Uranerz-Abfallhalde überleben. Das Bakterium heißt "Bacillus sphaericus JG-A12" und wurde 1997 von einem Biologenteam des FZR in der Halde Johanngeorgenstadt in Sachsen entdeckt. Seine Eiweißhülle, im Fachjargon S-Layer genannt, weist eine regelmäßige Gitterstruktur mit Poren in der Größe von einigen Nanometern auf. Auf diese Gitterstruktur brachten FZR-Wissenschaftler zunächst ein Metallsalz mit gelösten Palladium-Ionen auf. Anschließend beobachteten sie die Anbindung der Metallsalze an die Eiweißhülle mit Hilfe eines patentierten Verfahrens der Infrarot-Spektroskopie. Das Hauptinteresse der Forscher galt genau dieser Interaktion zwischen dem biologischen Molekül und dem Metall. In den Poren des S-Layers verwandelt sich die unedle Metallsalzlösung unter Einsatz von Wasserstoff in das Edelmetall, das in Form von winzigen Palladiumkügelchen in regelmäßigen Abständen auf der Trägerschicht angeordnet ist. Ein solches Kügelchen besteht aus nur 50 bis 80 einzelnen Palladium-Atomen. Im Ergebnis entsteht eine Schicht aus Palladiumclustern mit neuartigen Eigenschaften. Das Bemerkenswerte hierbei ist, dass sich die Eiweißhülle und die Nanopartikel gegenseitig stabilisieren. Damit bleibt das Gesamtsystem sowohl bei hohen Temperaturen als auch in einer säurehaltigen Umgebung hochstabil. Aufgrund ihres kleinen Durchmessers bieten die Palladiumpartikel im Verhältnis zu ihrer Größe sehr viele Oberflächenatome, an denen andere Substanzen binden können. Palladium wird heute vielfach als Katalysator eingesetzt, etwa in der chemischen Industrie oder zur Entgiftung von Autoabgasen. Nano-Katalysatoren aus Palladium sind interessant, da sie bereits bei niedrigeren Temperaturen als Palladium in herkömmlichen Katalysatoren chemische Reaktionen beschleunigen. Die Technologie hierfür wird in vereinzelten Labors auch bereits erprobt. Die FZR-Wissenschaftler gehen jedoch einen Schritt weiter, denn ihr Ziel ist es, neuartige Nano-Katalysatoren mit anderen Edelmetallen wie etwa Gold herzustellen oder aber die Größe für Palladium-Nanocluster gezielt zu verändern. So könnten Einsatzmöglichkeiten und Effizienz von Nanokatalysatoren noch erheblich gesteigert werden. Als erster Gruppe ist es ihnen vor kurzem gelungen, die Art und den Ort der Bindung zwischen dem Edelmetall und der Eiweißhülle des "Bacillus sphaericus JG-A12" genauestens zu bestimmen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, das S-Layer-Protein gentechnisch zu manipulieren. Selbst Materialien mit neuen optischen oder magnetischen Eigenschaften könnten dann in Zukunft mit der Hilfe von Bakterien erzeugt werden. Die Biologen Dr. Katrin Pollmann, Dr. Mohamed Merroun, Dr. Johannes Raff, Dr. Sonja Selenska-Pobell und der Biophysiker Dr. habil. Karim Fahmy entschlüsselten vor kurzem mit unterschiedlichen Methoden den Mechanismus, wo und wie das Bakterium Edelmetalle in seiner schützenden Proteinhülle bindet. So charakterisierte Karim Fahmy mit Hilfe von Infrarotlicht die Natur der chemischen Gruppen, die die Metall-Protein-Wechselwirkung so stabil machen. Aufgrund dieser Ergebnisse und der bereits vollständig von der Gruppe entschlüsselten Struktur des S-Layers gelang es Johannes Raff, die Bausteine der Proteinhülle, die an der Metallbindung beteiligt sind, zu bestimmen. Mohamed Merroun und Dr. Christoph Hennig, ein weiterer Kollege des Teams, klärten mit Hilfe von Röntgenlicht an der Rossendorf Beamline der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble/Frankreich die atomare Umgebung des Palladiums in der biologischen Matrix. Die Forschungsergebnisse wurden in der Augustausgabe der Fachzeitschrift Biophysical Journal veröffentlicht (http://www.biophysj.org/) in dem Artikel von Karim Fahmy, Mohamed Merroun, Katrin Pollmann, Johannes Raff, Olesya Savchuk, Christoph Hennig, Sonja Selenska-Pobell: "Secondary structure and Pd(II) coordination in S-layer proteins from Bacillus sphaericus studied by infrared and X-ray absorption spectroscopy". Wesentlich für den Erfolg dieser Arbeit war die zielgerichtete Integration sich ergänzender Forschungsmethoden von Biologie, Chemie, Physik und Spektroskopie. Insgesamt beschäftigen sich weltweit bisher nur wenige Forschergruppen mit den spezifischen Eigenschaften von bakteriellen S-Layern, einem neuen und vielversprechenden Forschungsfeld. Weitere Informationen: Dr. Sonja Selenska-Pobell, Dr. Johannes Raff, Dr. Katrin Pollmann Institut für Radiochemie Tel.: 03512602989 oder - 2951 oder - 2946 s.selenska-pobell@fz-rossendorf.de, j.raff@fz-rossendorf.de, k.pollmann@fz-rossendorf.de Dr. Karim Fahmy Institut für Strahlenphysik Die aktuelle Telefonnummer kann über die FZR-Pressestelle erfragt werden. Pressekontakt: Dr. Christine Bohnet - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Forschungszentrum Rossendorf Tel.: 03512602450 oder 016096928856 Fax: 03512602700 c.bohnet@fz-rossendorf.de Postanschrift: Postfach 510119 ? 01314 Dresden Besucheranschrift: Bautzner Landstraße 128 ? 01328 Dresden Information: Das FZR erbringt wesentliche Beiträge auf den Gebieten der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zur o Aufklärung von Strukturen im nanoskaligen und subatomaren Bereich und der darauf beruhenden Eigenschaften der Materie, o frühzeitigen Erkennung und wirksamen Behandlung von Tumor- und Stoffwechselerkrankungen als den dominierenden Gesundheitsproblemen in der modernen Industriegesellschaft sowie o Verbesserung des Schutzes von Mensch und Umwelt vor technischen Risiken. Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten. Das FZR ist mit ca. 650 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 54 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 7 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 84 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Länder gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute haben ein Budget von über 1 Milliarde Euro und beschäftigen rund 13.000 Mitarbeiter (Stand 1.1.2006). Quelle: www.pressrelations.de |
| Branchennachricht |
| Publikation von organokatalytischen Kaskaden-Prozessen in der Zeitschrift Nature
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19.06.06 |
| Die selektive Synthese komplexer organischer Moleküle stellt noch immer eine große Herausforderung dar, die durch viele Reinigungsschritte von Zwischenprodukten, die Einführung und wieder Abspaltung von Schutzgruppen sowie die gezielte Darstellung von spiegelbildlich reinen Molekülen erschwert ist. Sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht werden seit kurzem katalytische Prozesse angestrebt, bei denen einfache Ausgangsstoffe und Organokatalysatoren (Metall-freie kleine organische Moleküle) eingesetzt werden. Nur durch gezielte Steuerung der Prozesse kann dabei erreicht werden, dass von den in der Synthese entstehenden räumlich unterschiedlich angeordneten Molekülen durch geschickte Wahl des Katalysators nur eines bevorzugt gebildet wird. Ein viel versprechender Lösungsansatz zu dieser synthetischen Herausforderung kann durch einen Dominoprozess erreicht werden, über den nun die weltweit hoch angesehene Zeitschrift Nature basierend auf den Forschungsergebnissen der Arbeitsgruppe um Professor Enders am Lehrstuhl I für Organische Chemie der RWTH Aachen berichtet (Nature 2006, 441, 861). In Analogie zu Dominosteinen, handelt es sich dabei um Reaktionen, die einmal angestoßen bis zum Ende durchlaufen und oft sehr selektiv sein können. Angeregt durch die von Mutter Natur in der Biosynthese verwendeten Enzym-katalysierten Kaskaden-Prozesse, hat Professor Enders mit seinen Doktoranden Matthias R. M. Hüttl und Christoph Grondal einen solchen Dominoprozess entwickelt, in dem aus drei einfachen Ausgangsverbindungen fünffach-substituierte Cyclohexenderivate mit vier Stereozentren gebildet werden. Den Anstoß hierzu gibt ein einfacher Organokatalysator, abgeleitet von der natürlichen Aminosäure Prolin, der stereoselektiv jeden einzelnen der drei Kohlenstoff-Kohlenstoff-verknüpfenden Schritte beschleunigt und von 16 möglichen Stereoisomeren nur ein spiegelbildlich reines Hauptisomer bildet. Die resultierenden Produkte dieser dreifachen Kaskade können als wertvolle Synthesebausteine in der organischen Chemie und als Vorläufer von pharmazeutischen Wirkstoffen dienen. Weitere Informationen erhalten Sie bei: Univ.-Prof. Dr. Dieter Enders Institut für Organische Chemie der RWTH Aachen Telefon: +492418094676 Fax: +492418092127 E-Mail: Enders@rwth-aachen.de Quelle: www.pressrelations.de |
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