zum

zum
ZKZ 75010
No Risk..
Von Wissenschaftlern für Wissbegierige
Raus aus dem
Sommerloch!
in der Chemie, der Biotechnologie und Pharmaforschung
Knopfloch
Mit einem sehr eindringlichen Geräusch wird es
Ihnen gelingen, den Zeigefinger, den Sie vorher in einen Schweizer Käse gesteckt
haben, auch wieder herauszuziehen. Merke: Es ergibt
keinen Sinn ihn stecken zu
lassen, das Loch reagiert
nicht. Das Loch im Schweizer
Käse ist allerdings eine geniale
Erfindung. Nur unsere großartigen Schweizer Nachbarn
waren in der Lage, mit diesen
Löchern Geld zu machen.
Je ausgeprägter das Loch,
desto besser der Käse.
Eine geniale Erfindung aus
einem Land, das sich
hauptsächlich dadurch
hervortut, mit vorwitzig
in den Himmel gereckten Berggipfeln
die Aufmerksamkeit der Touristen
zu erregen. Es
ist üble Nachrede, Steuerschlupflöcher
als simplen
Käse darzustellen.
Lochblech
Plopploch
Noch eine geniale Erfindung.
Männer wünschen sich manches Knopfloch im
Sommer gerne weit geöffnet und riskieren dann
gewagte Blicke. Dramatisch ist hier ein Schreibfehler: Kopfloch. Ein Zustand, der selbst bei
bestem Wetter
weiteres Nachdenken über
die Besonderheit von
Löchern
jeglicher Art
verbietet.
Lochbleche sind Designer-Färzz (Mannheimer Mundart).
Da bekommt einer Geld für was, dem er vorher die Hälfte
Haufen Geld zu zahlen. Lochblech sollte deshalb heute
3/07
schon im Controlling auffallen und unter Androhung der
Editorial
Freisetzung von Mitarbeitern abgeschafft werden. Loch-
Gesund leben oder
nicht – das ist hier
die Frage?
rausgebohrt hat. Lochblech ist also nur etwas für Reiche, die
schon alles haben und bereit sind für halbe Sachen einen
blech ist also ein neuer Kampfauftrag für die Gewerkschaft
– wir empfehlen dafür das Sommerloch und stellen uns
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o
S
Loch
Jörg Peter Matthes
sehr nachdenklich die Frage:
Wie kann man nur so ein (Loch-)Blech reden?
3
Extraterrestrisches
Nachrichten vom Mars
Dr. Göstar Klingelhöfer,
Iris Fleischer
6
Entstehung des Lebens
Prof. Dr. Volker Schurig
8
Kommentar
Wie exzellent
ist Exzellenz?
Prof. Dr. Stefan Hüfner
Von allen Löchern dieser Welt (und es gibt viele
– selbst unter Bekannten) ist das Sommerloch
das, mit der stärksten Wirkung. Es taucht immer wieder auf, meistens im Sommer. Wenn
es dann da ist, raufen sich Erwachsene Manager-Männer und -Frauen die Haare, weil sie
kein Mittel dagegen kennen. Das Sommerloch ist zwar nicht hinterhältig, doch
man kann trotzdem hineinfallen. Vielleicht ist es deshalb so hartnäckig,
weil die Menschen in dieser Zeit
nicht mehr da sind. Jedenfalls
nicht da, wo sie sein sollten:
am Arbeitsplatz. Sie fliehen an die Strände,
schnorcheln
durch
Wellen und zeigen
Körperstellen, die
5 Monate verborgen waren.
Das Sommerloch ist also
gar nicht so
schlecht.
12
Aus nächster Nähe
Prof. Dr. R. Salzer,
Dr. G. Steiner
14
Interview
Eiweiß aus der Luft
Prof. em. Dr.
Gerhard N. Schrauzer
16
Biologische Puffer – Teil 2
Die Alleskönner
Dr. Wolfram Marx
Lufttechnik
in Laboratorien
Dr. Burkhard Winter
Schutz durch
Containment
Alexandra Mehlig, Skan AG
20
26
27
Stammzellforschung
Wissenschaftliches
Potenzial und gesetzliche Beschränkungen
Ch
Zwei Trichter wandeln
durch die Nacht.
Durch ihres Rumpfs ve
rengten Schacht
fließt weißes Mondlicht
still und heiter
auf ihren
Waldweg
u.s.
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Prof. Dr. Jürgen Hescheler
Kellerloch
Forschen im Grünen
Dr. Göran Key
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Die Sonne scheint ins
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Kellerloch –
Centerfold
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James Bond oder
die Erpressung der
Menschheit
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Prof. Dr.
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7 km
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rachen. Das Wasserloch i
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alleine
– das Zebra
hat jetzt keine Beine. (Matthe
s, 2007)
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editorial
Gesund leben oder nicht
– das ist hier die Frage.
Shakespeare, der alte Brite, hat mit einer ähnlichen Formulierung die Hitlisten erobert.
Kurz darüber nachgedacht, wie es im Gesundheitswesen manches Mal recht ungesund zugeht, scheint die Frage doch auch heute bedenkenswert. Berlin – besser die zugereisten
Regenten – haben aber beschlossen, es solle uns besser gehen und deshalb Kosten für die
Versorgung gegen Steuerausfälle abgewogen. Sie ahnen womöglich nicht, welche Qualen
das für einen ordentlichen Suchtkranken bedeuten kann. Der Italiener Italo Svevo hat,
wie viele Raucher wissen, ein ganzes Buch über diese Frage geschrieben und, obwohl die
Lektüre keineswegs langweilt, ist man doch nicht klüger danach. Weder, wie man es denn
schaffen kann mit dem Entzug, noch, was das Rauchen und die Inspiration miteinander
zu tun haben. Svevo selbst hat natürlich bis zum Ende geraucht und war selbstredend
­überzeugt, dass Inspiration und Genuss zusammengehören. Menschen, die gar nichts davon
verstehen, sagen zum Beispiel: „Man muss nur wollen“. So formulierte Elke Schmitter in
der ZEIT und besser kann man es auch gar nicht anfangen. Jetzt sind Sie im Thema.
Foto: photocase.de | Kellermeister
Vor Wochen habe ich eine Umfrage der Buchmesse zur
hoch spannenden Frage, ob man lieber die Hallen mit
oder ohne Qualm hätte, beantwortet, um meinen ehemaligen Kollegen und Gelegenheitsraucher Jürgen Boos zu
unterstützen, und in der Statistik den Trend gefördert.
Nicht weil ich das tatsächlich so wollte, sondern weil der
Krieg schon längst verloren ist. Und solche Schlachten
braucht dann auch keiner mehr. Nur im eigenen Haus,
konzentriert auf die Zigarren, da läuft es etwas anders –
indem ich die demokratische Enscheidung insoweit beeinflusse, das bei uns geraucht wird. Basta. Meine Gäste
ertragen mich höflich oder kaum, oder gern – ich nehme
es, wie es kommt und hier bin ich ganz liberal: wer nicht
will, der bleibt zu Haus.
Literatur ohne Qualm – geht das überhaupt? Was sagt
der alte Grass dazu, oder darf der seit seiner Selbst-Defloration nichts mehr sagen? Mark Twain – viel früher –
kam nie davon los und Arno Schmidt kämpfte in seinen
schweren Anfangsjahren stets um die Entscheidung:
Schnaps oder was zu Rauchen? Literatur ohne Dampf –
ich kann es mir nicht denken und auch deshalb werden
meine Lese-Bücher immer sanft von Aromen der kubanischen Insel umschmeichelt. Es liest sich einfach besser.
Es gehört zu den kleinen Ritualen, die dem Leben das
Besondere geben. Es hat auch nicht unbedingt etwas mit
Luxus zu tun. Bei mir kam die Rauch-Lust in Hassloch im
Wald auf, heimlich mit den Kumpels, da waren wir elf
oder zwölf Jahre alt und sehr verwegen. Das Kraut hieß
BALI. Eine Bombe – es war das pralle Leben.
03/07
■
Dieses Gefühl im bürgerlichen Leben wird nun verboten, weil die Vorsichtigen gesiegt haben. Applaus. Nun
sollte man konsequent in die nächste Schlacht ziehen.
Kampf dem Alkohol. Rund 2 % aller Todesfälle – sagt das
Statistische Bundesamt – sind auf die Trunksucht zurückzuführen. Das sind sogar mehr, als die freiwillig Aussteigenden – auch immerhin über 10.000. Die alkoholische
Leberzirrhose mit 9.550 Verstorbenen war allein schon
recht erfolgreich. Sie sehen, Gründe sind vorhanden und
warum sollten wir beim Essen den Geschmack der Kartoffel vom welschen Wein verfälschen lassen? Beginnen
wir doch mit den gleichen, bewährten Mitteln. Auf jeder
Flasche sollte ab sofort ein Etikett prangen, das deutlich
macht: der Tod steht vor der Tür.
Wir müssen uns auch keine Sorgen machen über die
wirtschaftlichen Auswirkungen. Der deutsche Wein, das
Bier, Korn, Obstler, kurz alles, was schon den Germanen
Freude machte, wird einfach exportiert. Die Chinesen
und die Inder sind nicht so pingelig und wollen auch mal
besoffen sein. Wir werden dadurch gerettet. No smoking
– auch nicht mehr im Smoking, der ja dann dringend
einen anderen Namen braucht – no drinking, bis auf die
Wasser, die sich dann im Preis nach dem Benzin-Prinzip
ständig „anpassen“. Das heißt schlicht, je gesünder ihr
lebt, desto teurer wird die trostlose Zeit. Und ich sage
gehässig – auf verlorenem Posten – macht nur so weiter,
bald sieht das Leben so aus, wie eine abgeschminkte
Schöne der Nacht.
Doch ich bin sicher: ihr bleibt dran. Immerhin hat die
deutsche Welt schon 10 % Diabetiker und es werden
schnell mehr. Weil man immer genauer messen kann und
das tut man, weil es der zuliefernden Industrie so richtig
gut tut. 25 % Rendite sind ganz normal bei den Teststäbchen. Bezahlt von Oma, die ständig mehr verunsichert,
misst und misst. Natürlich ist die Gesellschaft – also wir
– im Obligo. Wir müssen weiter verbieten. Da waren wir
Deutschen schon immer das Vorbild der Welt. Heiligendamm lässt grüßen.
Selbstbeschränkungen, der Industrie zaghaft empfohlen, helfen nicht. Das ist der Grund, warum die Regierung (das sind die von uns Gewählten, die uns aber gar
nicht kennen) der Industrie Selbstbeschränkungen auferlegt. Für CO2, für die Einhaltung der vielfältigen Lebensmittelgesetze und Verordnungen, die allerdings so ge-
heim und klein den Waren aufgedruckt werden, dass
kein Verbraucher weiß, was er und sie da nicht lesen
können – etc, etc. Nun gut, wir machen trotzdem weiter
und verbieten, sagen wir mal, Fernwärme aus Atommeilern. Denn das könnte ja lebensgefährlich sein. Also kleben die Bürgermeister der betroffenen Städte die kleinen
Schildchen auf die Meiler mit der Aufschrift „Wenn Sie
lesen, ohne zu Rauchen und ohne Rotwein zu trinken,
bringt Sie die Leselampe um.“
So könnte es sein. Wir lassen dann natürlich auch das
Lesen und schauen lieber in die Ferne – also Fernsehen.
Ohne zu Rauchen, ohne Wein, oder Paulaner, für das im
Fernseher dann nicht mehr heftig geworben wird, und
natürlich ohne Licht. – Halt der Fernseher hängt ja auch
an dem gefährlichen Meiler. Müssen wir sofort ausschalten und wegwerfen. Das ist aber nicht schlimm. Tut der
deutschen Wirtschaft auch nicht weh, denn alle Geräte
sind mittlerweile importiert. Die Grundigs ­haben schon
längst aufgegeben und EnBW-Vorstandschef Utz Claassen
wirft hin und will sich höheren Aufgaben widmen.
Bald sind wir wieder dort, wo unsere Altvorderen
auch schon mal waren. Sie haben nicht geraucht und
sind doch sehr früh gestorben. Sie hatten keinen Wein
und konnten trotzdem ein hohes Alter nicht genießen.
Schlemmen konnten sie mangels Masse nicht und doch
waren sie nicht gesund. Sie hatten keine Zeit für Sport,
denn es war immer Krieg. Der Turnkollege Jahn war
noch nicht im Geschäft und so sind sie dann (weil es
auch die Ärztekammer und den Hartmannbund noch
nicht gab) einfach gestorben. Bald, darüber wird dann
allerdings nichts mehr geschrieben und gedichtet von
den antialkoholischen Nichtrauchern, kaufen uns unsere
Nachfahren mit einem Echtheitszertifikat im Laden um
die Ecke. Sie wissen dann – so sahen sie aus, die Fanatiker der Sicherheit. Wenn sich dann irgendwann einmal
die Hysterie gelegt hat, wenn anderes die Welt bewegt
und das werden hoffentlich nicht Kriege oder andere Katastrophen sein, wenn man erkannt hat, dass die Lebenszeit trotz stetiger Verlängerung sehr endlich ist, dann werden sich ein paar Nachdenkliche fragen: „Was hatten die
denn eigentlich vom Leben?“
>> [email protected]
3
in
Dieser Ausgabe labor&more liegen Beilagen der Firmen AppliChem und Grace bei.
Auf Reisen – China & more
3/07
Editorial
Gesund leben oder nicht
– das ist hier die Frage.
Jörg Peter Matthes
3
Extraterrestrisches
See, Bach, Fisch
Dr. Marianne E. Balmer,
Dr. Thomas Poiger
Ozonalarm
Thomas Galonska
Nachrichten vom Mars
Dr. Göstar Klingelhöfer,
Iris Fleischer
6
Entstehung des Lebens
Prof. Dr. Volker Schurig
8
38
41
Schillings Ecke
Sommer, Sonne,
Sonnenbrand
Dr. Gerhard Schilling
42
Kommentar
Wie exzellent
ist Exzellenz?
Prof. Dr. Stefan Hüfner
12
Imaging
Aus nächster Nähe
Prof. Dr. R. Salzer,
Dr. G. Steiner
14
Eiweiß aus der Luft
Prof. em. Dr.
Gerhard N. Schrauzer
Das Sonnenvitamin
16
Biologische Puffer – Teil 2
Die Alleskönner
Dr. Wolfram Marx
Lufttechnik
in Laboratorien
Dr. Burkhard Winter
Tropfen-in-Tropfen
Prof. Dr. Gerald Muschiolik 46
Interview
Prof. Dr. Heinrich Schmidt-Gayk,
Heinz Jürgen Roth
48
Allergie
20
Pollen in gemeiner Mission
26
Heuschnupfen-Kontrolle
Schutz durch
Containment
Alexandra Mehlig, Skan AG 27
Stammzellforschung
Dr. Claudia Traidl-Hoffmann,
Prof. Dr. Heidrun Behrendt 50
Prof. Dr. Norbert Krug,
Dr. Philipp Badorrek
Süßer Käfer
Dr. Christian Pirk
52
54
lichkeiten gemeinsam mit Ihnen zu
nutzen. "Geld regiert die Welt" – so
zu lesen in diesem Heft auf Seite 68
– und Geld bekommt man nur in die
Hand durch eine feudale Erbschaft
oder durch gute Geschäfte.
Wir sind gespannt. Wie gut wird
unser sehr besonderes Zeitschriftenkonzept in den anderen Ländern
ankommen? Darüber wissen wir
sicherlich mehr in ein paar Wochen
nach dem Versand und werden
es Ihnen auch mitteilen. Auf dem
deutschsprachigen Markt haben
wir einen großen und sehr schnellen Sprung nach vorn gemacht. Wir
haben die konservativen Blätter der
Vergangenheit doch etwas in Verlegenheit gebracht. Gut für Sie, denn
die Wahl fällt dann wohl nicht mehr
so schwer... Das ist gut so.
Auf Erfolgskurs. Sie werden sehen, dass wir wiederum neue sehr
attraktive Autoren gewinnen konnten.
Herr Prof. Klingelhöfer wurde in der
Zeit unseres ersten Kontaktes ganz
aktuell mit dem Helmholtz-Preis für
Metrologie (für die Entwicklung eines
miniaturisierten Mößbauer-Spektrometers) geehrt. Seinen Beitrag finden Sie auf den Seiten 6 und 7.
Im Centerfold stellt Ihnen Jürgen
Brickmann, Prof. Johannes Buchmann vor, der zzt. die verwaiste Stelle des Präsidenten der Darmstädter
Technischen Universität innehat. Er
schreibt über die Möglichkeiten die
Welt zu erobern – das geht natürlich
nur, wenn James Bond es zulässt.
Aktuelles aus der Nanotechnologie erfahren Sie ab Seite 62 – Prof.
Riedel stellt neueste Technologie-
Robert Erbeldinger, succidia AG
Sales and Marketing Manager
Trends vor. Reisen Sie mit uns in
den Grand Canyon. Wir haben eine
sehr charmante, junge Wissenschaftlerin getroffen, die das teure
Lufthansa-Ticket nicht bezahlen
wollte und deshalb für uns in der
Nanoworld ein fantastisches Szenario entwickelt hat. Zeitgleich mit
der Dokumenta sind Sie mit uns
ganz aktuell dabei unter dem Thema nano+art.
Wir sehen uns wieder im September. Dann kann ich Ihnen berichten,
dass unser Verlag, die succidia AG,
mit einem weiteren Titel im technisch-wissenschaftlichen Bereich
in den Ring gestiegen ist.
STAY CONNECTED!
ChromChat
Wissenschaftliches
Potenzial und gesetzliche
Beschränkungen
LC-Spezialphasen
für die MS
Prof. Dr. Jürgen Hescheler 28
Dr. Andrea Junker-Buchheit 60
Wo immer Sie gerade sind – wir schicken labor&more auf Reisen!
Forschen im Grünen
Nano
Fern der Heimat und Langeweile ohne die richtige Lektüre?
Das muss nicht sein – kurze Mail genügt…
Dr. Göran Key
30
Centerfold
James Bond oder
die Erpressung der
Menschheit
Prof. Dr.
Jürgen Brickmann 32
Top-down und
Bottom-up
Dr. Emanuel Ionescu,
Prof. Dr. Ralf Riedel
33
> [email protected]
62
Nano Grand Canyon
Monika Johanna Lelonek 65
Impressum
Messe
Hannover ist bunt!
Gefahr aus Stephanie Wagner
dem Internet
Prof. Dr. Drehscheibe
Johannes Buchmann im Mittleren Osten
Dr. Markus Frasch
66
68
Gewinnspiel Haare + Persönlichkeiten – die Gewinner
Einstein
Lady Di
Kleopatra
Mozart
Ronald
Reagan
Shakespeare
Es war wohl schwerer als wir dachten – lag
es an den Persönlichkeiten, Ihren extravaganten Frisuren oder etwa an unserer Grafik? Alle Neune konnte niemand zuordnen.
Oft findet manche Frisur Ihre Nachahmer
– deshalb ließen wir auch andere Vorschläge gelten: James Brown anstelle von Ronald Reagan, Mozart statt Washington und
Rudolph Moshammer anstelle von Groucho Marx fanden wir eine originelle Idee.
Je ein Sommer-Beauty-Set von Wella für:
Sandra Krause (Koblenz), Michael Worms
(München), Nina Petri (Jena)
Elvis
4
Reisen bildet! Der reiche Bankier Fugger schickte seinen Sohn
nach Venedig, damit er das italienische Bankensystem kennenlernen konnte. Italienische Maler und
Architekten kamen nach Deutschland, um für Fürsten und Kaiser
Aufträge auszuführen. Der kleine Mozart fuhr mit seinem Vater
durch Europa um bekannt zu werden, was ihm ja auch gelang. Und
Marco Polo reiste nach China, um
angeblich von dort die Nudeln nach
Italien zu bringen.
Wir lernen bei den Großen
gern. Vor ein paar Wochen haben
wir in Moskau beschlossen, dieses
Jahr auch noch nach Shanghai zu
reisen, um dort mit der zweiten internationalen Ausgabe Furore zu
machen. Ich muss hier nicht verschweigen, dass wir zwei wunderbar kooperierende Partner haben,
bei denen ich mich auf diesem
Weg auch ganz herzlich bedanken
will. Die Kolleginnen und Kollegen
der Biotechnica sind mit im Boot
für ihre Veranstaltungsaktivitäten.
Und AppliChem hat sein gesamtes Händlernetz weltweit aktiviert,
sodass wir über diese Händler
Kunden in 75 Ländern erreichen
können. Das ist ein toller Start für
ein ganz kurzfristig ins Leben gerufenes internationales Heft.
Reisen macht Spaß und bringt
Kontakte. Wir werden deshalb
auch im kommenden Jahr verstärkt
unsere internationalen Aktivitäten
ausbauen (im September erscheint
die dritte internationale Ausgabe
„Special Indien“), um diese Mög-
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3. Jahrgang – 5 Ausgaben pro Jahr
+ 2 internationale Ausgaben
z.Zt. gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 1
vom Oktober 2006.
Herausgeber
Jörg Peter Matthes [JPM]
Dr. Markus Frasch [MF]
Dr. Wolfram Marx [WM]
Dr. Johannes Oeler [JO]
Verlag
succidia AG
Riedstraße 8 · 64295 Darmstadt
Tel. 06151/360 560
www.succidia.de
Redaktion
Prof. Dr. Jürgen Brickmann [JB]
Iris Ladewig [IL]
Jörg Peter Matthes [JPM]
Dr. Wolfram Marx [WM]
Claudia Schiller [CS]
Jutta Maur [JM]
Dr. Gerhard Schilling [GS]
Autorenkontakt
Claudia Schiller [CS]
Wissenschaftlicher Beirat
Prof. Dr. Helmut Böhme
Dr. Peter Christophliemk
Prof. Dr. Horst Hahn
Prof. Dr. Rüdiger Kniep
Verlag
Anzeigenleitung
Robert Erbeldinger, succidia AG,
[email protected]
Bezugspreis
Einzelheft 10 €
Jahresabo (5 Hefte) 40 €
Anzeigenverwaltung
Iris Ladewig, succidia AG,
[email protected]
Konzeption, Layout, Produktion
4t Matthes+Traut Werbeagentur GmbH
www.4t-da.de
Kontakt: Jutta Maur, [email protected]
Druck
Frotscher Druck, Darmstadt
www.frotscher-druck.de
Heftbestellung
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Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich
geschützt. Nachdruck – auch auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung und
Quellenangabe gestattet. Der Verlag hat das Recht, den redaktionellen Beitrag in unveränderter oder bearbeiteter Form für alle Zwecke, in allen Medien weiter zu nutzen. Für
unverlangt eingesandte Bilder und Manuskripte übernehmen Verlag
und Redaktion sowie die Agentur keinerlei Gewähr. Die namentlich
gekennzeichneten Beiträge stehen in der Verantwortung des Autors.
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marsmission
Nachrichten vom Mars
Dr. Göstar Klingelhöfer, Iris Fleischer,
Institut für Anorganische und Analytische Chemie,
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Seit mittlerweile drei Jahren und fünf Monaten erkunden die beiden Mars-Exploration­Rover (MER) „Spirit“ und „Opportunity“ die Umgebung ihrer Landestellen auf dem roten
Planeten. Als Teil der wissenschaftlichen Nutzlast tragen beide Rover das miniaturisierte
Mößbauer-Spektrometer „MIMOS II“. Vorrangiges Ziel der MER-Mission war, an zwei Stellen auf der Marsoberfläche nach Hinweisen auf mögliche Wasseraktivität in der Vergangenheit zu suchen und aus den Ergebnissen Rückschlüsse auf die Entwicklung des Marsklimas
und möglicherweise einst vorhandener lebensfreundlicher Bedingungen auf dem Mars zu
ziehen. Hierbei ist die Aufgabe von MIMOS II der Nachweis von Eisenmineralen, von denen
einige mit dem Vorhandensein von Wasser bei ihrer Entstehung in Verbindung gebracht
werden können.
Mößbauer-Spektroskopie
Die Aufgabe von MIMOS II ist der Nachweis von Eisenmineralen. Dazu wird der Mößbauereffekt verwendet: Da
die Präparation von Proben im Rahmen eines Einsatzes
auf einem anderen Planeten sehr aufwändig ist, arbeitet
MIMOS II in Rückstreu-Geometrie: Das Spektrometer
wird mithilfe eines robotischen Arms direkt auf Gesteinsund Bodenproben aufgesetzt.
Dazu wird die Probe mit Gammastrahlung aus einer
57Co-Quelle bestrahlt. Im Zerfall von 57Co treten Gamma­
quanten mit einer Energie von 14,4 keV auf. Diese ­können
in der Probe resonant absorbiert und reemittiert werden.
Die genaue Energielage der Resonanzen hängt von den
Bindungsverhältnissen der Eisenatome in der Probe ab.
Um die Lage der Resonanzen abzutasten, muss die Energie aus der Quelle dopplerverschoben werden. Dazu ist
die Quelle auf einem Antrieb montiert, der nach dem
Prinzip eines Lautsprechers schwingt. Die Maximal­
geschwindigkeit liegt üblicherweise im Bereich von elf
Millimetern pro Sekunde, kann aber bei Bedarf variiert
werden.
Dr. Klingelhöfer (vor einem Modell (1:1) des Mars-Rovers,
mit dem robotischen Arm, an dem sich MIMOS II befindet)
ist der erste Preis­träger des IBAME Awards, den er 2006
vom International Board of the Applications of the Mössbauer
Effect für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der
Mössbauerspektroskopie erhielt.
Aufnahme: NASA
Sowohl die Rover als auch die einzelnen Instrumente
haben die Anforderungen an ihre Lebensdauer weit übertroffen: Die ursprünglich für eine Dauer von 90 Marstagen („Sols“) geplante Mission dauert nun bereits seit über
1.200 Sols an und gegen Ende des Jahres 2007 werden
Spirit und Opportunity ihren 2. Mars-Geburtstag feiern
(ein Marsjahr dauert 687 Tage). Die Rover brachten die
ursprünglich geplante Strecke von 600 Metern innerhalb
der ersten 90 Sols hinter sich. Spirit hat mittlerweile über
sieben Kilometer und Opportunity über zehn Kilometer
zurückgelegt.
An jeder Landestelle sollten Mößbauerspektren von
mindestens drei verschiedenen Gesteins- und Bodenproben aufgenommen werden. Im bisherigen Verlauf der
MER-Mission wurden über 500 Spektren von über 300
verschiedenen Proben gewonnen. Dies entspricht einer
Gesamt-Messdauer von 180 Tagen für Spirits und 80 Tagen für Opportunitys Mößbauer-Spektrometer. Seit der
Landung sind fünf Halbwertszeiten der Quellen vergangen, trotzdem liefern beide Spektrometer noch immer
wissenschaftlich wertvolle Daten.
6
■
03/07
Mößbauer-Ergebnisse
der Mars-Exploration-Rover-Mission
Spirit begann nach der Landung eine geröllwüstenartige
Ebene zu überqueren, um die Hügelkette „Columbia
Hills“ zu erreichen, die der Rover direkt nach der Landung erspäht hatte. Auf den Ebenen fand Spirit gering
verwittertes, basaltisches Gestein. 150 Sols nach der Landung begann Spirit die Fahrt zum Gipfel des 120 Meter
hohen Hügels „Husband Hill“. An mehreren Stellen in
den Columbia Hills konnte das Mineral Goethit nachgewiesen werden, das nur unter Einwirkung von größeren
Mengen Wasser entsteht. Damit war nachgewiesen, dass
es im Gusev-Krater einst Wasservorkommen gegeben haben muss. 700 Sols nach der Landung erreichte Spirit
schließlich „Home Plate“, ein Plateau mit einem Durchmesser von 90 Metern und einer Höhe von zwei bis drei
Metern. Spirit verbrachte den Mars-Winter auf einer nahen Hügelflanke und ist seit März 2007 mit weiteren Untersuchungen an Home Plate beschäftigt.
Opportunity konnte im Verlauf der Mission an mehreren Kratern geschichtetes Sedimentgestein untersuchen.
Die aufgenommenen Mößbauerspektren zeigen, dass
dieses Gestein das Mineral Jarosit, ein Fe-Sulfat, enthält.
Jarosit entsteht nur in einer wässrig-sauren Umgebung.
Sein Nachweis belegt damit das Vorhandensein von Wasser in der Vergangenheit im Meridiani Planum. Das Sedimentgestein an allen untersuchten Stellen weist sehr
große Ähnlichkeiten auf. Entlang der Traverse von mehr
als 10 km wurden aber auch mehrere kleine Gesteinsbrocken variierender Zusammensetzung untersucht. Einer
der beeindruckendsten Funde ist „Heat Shield Rock“ – so
genannt, weil der Stein in der Nähe von Opportunitys
Hitzeschild, einem wichtigen Teil des Landesystems, gefunden wurde. Dabei handelt es sich um den ersten Eisenmeteoriten, der auf einem anderen Planeten gefunden wurde. Das Mößbauerspektrum zeigt die für
Meteoriten typische Eisen-Nickel-Verbindung Kamazit.
Im November 2006 erreichte Opportunity den Krater
„Victoria“, mit einem Durchmesser von 800 Metern bei
weitem der größte Krater, den der Rover untersuchen
konnte. Hier wird der Rover Opportunity die nächsten
Monate verbringen mit Untersuchungen der Kraterwände
und von Gesteinen, die durch den Meteoriteneinschlag
aus den Tiefen des Mars herausgeschleudert wurden in
die Umgebung. Diese Gesteine werden Einblick in die
Vergangenheit dieser Landestelle geben und unser miniaturisiertes Mößbauerspektrometer wird dabei entscheidende Information liefern.
>> [email protected]
>> [email protected]
Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Klingelhöfer (v.l.n.r.)
Dr. Christian ­Schröder, Michaela Hahn, Dr. Göstar Klingelhöfer, Iris Fleischer, Mathias Blumers, Dr. Chandan Upadhyay
Iris Fleischer ist 1981 in Hünfeld, Nähe Kassel, geboren.
Sie nahm nach Ihrem Abitur 2001 das Physikstudium an der
­Universität Mainz auf, das sie Ende 2006 mit dem Diplom
Physik abschloss. In der Mainzer Mössbauer-Gruppe arbeitet
sie seit etwa 4 Jahren (seit ihrem 4. Fachsemster), zunächst
als Hilfswissenschaftlerin und anschließend in ihrer Diplomarbeitszeit. Seit Februar ist sie in der Gruppe Doktorandin.
­Ihre außerberuflichen Interessen sind vor allem Astronomie
und Sport.
Dr. Göstar Klingelhöfer, geb.1956 in Gedern/Oberhessen, studierte Physik an der Technischen Universität
Darmstadt, wo er promovierte. Nach dortigem Postdoktorat
und Hochschulassistenzzeit ist er seit 1999 im Institut für anorganische und analytische Chemie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz tätig. Neben zahlreichen Auslandsaufenthalten und Lehrtätigkeiten ist er u.a. Mitglied der
Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), der European
Geophysical Union (EGU), der American Geophysical Union
(AGU), der Science-Advisory-Board der ESA-ExoMars-Mission
sowie Gutachter für NASA und ESA. Neben dem aktuell verliehenen Helmholtzpreis erhielt Dr. Klingelhöfer die EugenSänger-Medaille 2005 der Deutschen Gesellschaft für Luftund Raumfahrt e.V. und den IBAME Award 2006.
Helmholtz-Preis 2007 für MIMOS
Dr. Göstar Klingelhöfer, Universität Mainz, e
­ rhält den bedeutendsten Preis der Metrologie
für die Entwicklung eines miniaturisierten M
­ ößbauer-Spektrometers
Göstar Klingelhöfer ist es gelungen, dasselbe Mess­
prinzip in derart kleinen Geometrien unterzubringen,
sodass auch ESA und NASA darauf aufmerksam wurden und ihre Marsmissionen mit diesem Messgerät
ausstatteten. Der Sensor, der auf den Namen MIMOS
hört, ist eine etwa 100-fach miniaturisierte Version
eines üblicherweise deutlich ­größeren Laborkollegen. MIMOS konnte in den Gesteinsproben auf dem
Mars spezielle Eisenverbindungen aufspüren, die nur
in feuchter Umgebung entstanden sein konnten – ein
eindeutiges Indiz, dass es bedeutende Mengen Wasser auf dem Mars gegeben haben muss.
Für diese technische Leistung und die damit mögliche Qualität der Messungen erhält der Mainzer Physiker den diesjährigen Helmholtz-Preis für ­Metrologie,
der mit 20.000 Euro dotiert ist. Die ­offizielle Preisübergabe fand am Montag, den 18. Juni 2007 in
Braunschweig, dieses Jahr die „Stadt der Wissenschaft“, statt.
labor&more gratuliert herzlich zur Preisverleihung.
Dies ist das „McMurdo-Panorama“, das der Rover Spirit
im Verlauf mehrerer Monate aufgenommen hat –
aus Energiegründen musste der Rover auf einer Hügelflanke
­„geparkt“ werden, die Zeit des Überwinterns konnte dann zur Aufnahme dieses äußerst detailreichen Panoramas genutzt werden.
03/07
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7
Quelle: Uwe J. Meierhenrich
aus dem all
Entstehung
des Lebens
Methoden zur Suche nach Homochiralität in Weltraumexperimenten
Die Homochiralität gilt als die notwendige Bedingung für die Entstehung des Lebens auf der
Erde. Selbst im dritten Millennium ist noch unbekannt, wie die Bevorzugung des Bildes vor
dem Spiegelbild erfolgte und warum die Evolution L-Aminosäuren und D-Zucker ausgewählt hat. Die chirale Urzeugung mag auf der Erde stattgefunden haben, kann aber grundsätzlich auch durch Kontamination mit homochiraler Materie aus dem Weltraum herrühren.
Homochiralität im Weltraum kann als Folge der Existenz zirkular-polarisierter Strahlung
oder als Folge der Paritätsverletzung bei der schwachen Wechselwirkung auftreten.
­Deshalb sind Raumsonden auf dem Weg (Rosetta-Mission) oder in der Planung (Exo-Mars­Mission und Cassini-Huygens II Titan-Saturn-Mission), um extraterrestrische Homochiralität
nachzuweisen. Dazu ist es erforderlich, Enantiomere getrennt identifizieren zu können.
In unserer Tübinger Arbeitsgruppe werden seit 30 Jahren
gaschromatographische Verfahren zur Enantiomerentrennung entwickelt, die weltweit eingesetzt werden. Diese
Trennmethoden machen sich das einfache Prinzip der
Unterscheidung von rechten und linken Händen (D und
L) durch einen rechten Handschuh (D’) zunutze. Die
Übertragung dieses Prinzips in den molekularen Maßstab
ist aufwändig und zeitraubend. Hierbei wird zum Beispiel ein rechts-konfigurierter Selektor (D’) in eine Trennsäule eingebracht und danach rechts-konfigurierte und
links-konfigurierte Selektanden (D und L) beim Durchströmen der Säule aufgetrennt. Die Enantiomerentrennung beruht auf dem energetischen Unterschied der diastereomeren Assoziate DD’ und LD’, die in jedem
theoretischen Boden der Trennsäule schnell und reversibel ausgebildet werden. Die Trennung gibt sich durch ein
charakteristisches Elutionsprofil aus zwei gleichen gaschromatographischen Peaks zu erkennen, falls eine 1:1Mischung der Enantiomere (D und L), die auch als racemische Mischung bezeichnet wird, vorliegt. Ist ein
Enantiomer im Überschuss vorhanden, so ändert sich
8
entsprechend das Peakverhältnis, wodurch dann die Enantiomerenzusammensetzung bestimmt werden kann.
Das erste Beispiel der Enantiomerentrennung racemischer D,L-Aminosäuren als N-Trifluoracetyl-O-alkyl­
ester an verschiedenen L-Aminosäureselektoren wurde
1966 von E. Gil-Av et al. am Weizmann Institute of Science, Israel, beschrieben [1].
H. Frank, G. Nicholson und E. Bayer haben 1977 den
L-Valindiamidselektor von Gil-Av an ein Polydimethylsiloxan gebunden (Chirasil-L-Val) [2] und auf diese Weise die
Enantioselektivität mit der gaschromatographischen Effizienz von Siliconen kombiniert. Glas- und später QuarzKapillarsäulen (25 m x 0.25 mm) wurden mit der chiralen
Stationärphase belegt. Eine gelungene Enantiomerentrennung kann eindeutig durch die Verwendung des Selektors
mit entgegengesetzter Chiralität (Chirasil-D-Val) bewiesen
werden, wobei Peakumkehr auftritt [3]. In neuen ChirasilPhasen werden nach Schurig et al. chirale Selektoren mit
anderen Wechselwirkungscharakteristiken, z.B. Metallchelate oder modifizierte Kohlenhydrate an Polysiloxane
chemisch angebunden. Wichtige Selektoren für die gas-
Quelle: Uwe J. Meierhenrich
Prof. Dr. Volker Schurig, Institut für Organische Chemie, Universität Tübingen
COSAC-Experiment der Rosetta-Mission und enantioselektive
Kapillarsäule (mit Chirasil-Dex-Belegung, Heizung und
thermischen Leitfähigkeitsdetektor) [6]
chromatographische Enantiomerentrennung der zweiten
Generation stellen modifizierte Cyclodextrine dar [4]. In
Chirasil-β-Dex ist permethyliertes β-Cyclodextrin über einen Polymethylen-Anker an Polydimethylsiloxan chemisch angebunden. Chirasil-β-Dex lässt sich thermisch
auf Quarz- und Silikagel-Oberflächen immobilisieren. Es
kann deshalb in allen modernen chromatographischen
und elektrophoretischen Methoden als universelle chirale
Trennphase in offenen und gepackten Säulen eingesetzt
werden („unified enantioselective approach“) [5].
Die robuste Phase Chirasil-Dex eignet sich zur gaschromatographischen Enantiomerentrennung von Enantiomeren, die nicht an Chirasil-Val getrennt werden können, z.B. gesättigte chirale Kohlenwasserstoffe. Sowohl
eine Chirasil-Val als auch eine Chirasil-Dex Kapillarsäule
befindet sich seit mehr als einem Jahr im Weltraum auf
dem Weg zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko
zum Nachweis etwaiger extraterrestrischer Homochiralität in der Rosetta Mission der europäischen Raumfahrtbehörde. Weitere Anwendungen von Chirasil-Dex sind für
die Exo-Mars-Mission Pasteur eingeplant.
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03/07
Die Bedeutung der Händigkeit
Der Begriff Chiralität (Händigkeit, griech. cheir = Hand)
wurde vor über hundert Jahren von Lord Kelvin geprägt.
Danach ist jede geometrische Figur chiral, wenn Bild
und Spiegelbild nicht zur Deckung gebracht werden
können. Chirale Objekte enthalten keine Elemente der
Reflexion wie Spiegelebene, Inversionszentrum oder
Drehspiegelachse. Deshalb bilden chirale Objekte, wie
die Hand, stets zwei inkongruente Spiegelbildformen,
die als Enantiomere bezeichnet werden. Nach Lord
Kelvin sind zwei rechte oder zwei linke Hände zueinander homochiral. Rechte und linke Hand sind dagegen
heterochiral.
Prof. Dr. Volker Schurig (hier im Bild rechts mit Ernst Bayer (links) und Emanuel Gil-Av (rechts) während des „3rd International Symposium on Chiral Discrimination“ in Tübingen 1992) promovierte und habilitierte im Fach Chemie an der Universität
zu Tübingen. Er war Postdoktorand (1969-71) am Weizmann-Institute of Science, Rehovot, Israel, und (1972) an der University
of Houston, Texas, USA. Er war Gastwissenschaftler in Paris-Orsay, Frankreich und Jerusalem, Israel. Seit 1990 ist er Professor
für Organische Chemie und Trenntechniken an der Universität zu Tübingen. Er ist Autor und Koautor von über 375 Publikationen
und erhielt 2004 den M.I.E. Golay-Award für Chromatography (in Riva-del-Garda) und die Chirality Medal (in New York).
Ein weiteres Weltraumprojekt stellt die Trennung
chiraler Kohlenwasserstoffe für die Cassini-Huygens IIKampagne dar (Titan-Mission).
In der Zeitschrift „Enantiomer“ (Band 6, Nummer 2–3,
2001) sind 15 Forschrittsberichte bezüglich der Suche
nach extraterrestrischer Enantiomerenanreicherung publiziert. Der Saturnmond Titan ist größer als Merkur und
Pluto. Die Oberflächentemperatur beträgt –178 °C. Der
„Titan Organics Explorer“ ist Nachfolger der Cassini-Huygens-Mission (2005). Der Aufbau findet bis 2010 statt. Der
Start ist für 2011 vorgesehen und die Ankunft auf dem
Titan ist für 2018 prognostiziert. Auf Titan wird ein Meer
von Kohlenwasserstoffen vermutet, das sich aus Methan
durch Wasserstoffabspaltung bildet. Chirale unfunktionalisierte Kohlenwasserstoffe sind von Interesse aufgrund
ihrer chemischen und konfigurativen Stabilität. Die Enantiomerentrennung ist aufgrund des Fehlens von chemischen Funktionen extrem anspruchsvoll und bisher
gaschromatographisch nur an Cyclodextrinderivaten gelungen (durch König, Meierhenrich und Schurig). Die
beiden kleinsten gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe sind Methyl-ethyl-n-propyl-methan und Methylethyl-isopropyl-methan. Die Enantiomerentrennung dieser kleinsten C7- (aber auch C8-) Kohlenwasserstoffe an
Chirasil-Dex ist bisher nur zum Teil möglich.
Für Weltraumexperimente ist es wünschenswert,
wenn unterschiedliche Stoffklassen von Enantiomeren an
nur einer gaschromatographischen Säule getrennt werden
können. Erste Arbeiten zu gemischten chiralen Stationärphasen mit zwei Selektoren (Chirasil-Val und ChirasilDex und Modifizierungen) wurden inzwischen erfolgreich durchgeführt [7,8]. Die neuartigen gemischten
chiralen Stationärphasen erlauben die simultane Enantiomerentrennung von derivatisierten Aminosäuren und unfunktionalisierten zyklischen Kohlenwasserstoffen im
singulären gaschromatographischen System. Prototypen
für Weltraumexperimente werden zurzeit in Kooperation
mit Dr. Sternberg durch die französische Weltraumagentur im Rahmen des Programms „Chiral Analysis Unit“ getestet.
Ausblick
Während das Problem der gaschromatographischen Enantiomerentrennung prinzipiell gelöst ist, müssen im
Weltraumexperiment die Prozesse Probenvorbereitung,
Derivatisierung von Aminosäuren, Probenaufgabe, Vorabtrennung von Kontaminanten oder anderen Stoffklassen und massenspektrometrische Detektion optimiert
werden. Die Herausforderungen der Weltraumanalytik
führen nicht zuletzt zu wichtigen technologischen Fortschritten auch auf der Erde, wie beispielsweise die rasante
Entwicklung der Computertechnik als Folge der ApolloMissionen gezeigt hat.
■
Heterochiral
Homo- und Heterochiralität kann auch auf den Vergleich zwischen helikalen Objekten angewendet werden. Die homochirale Anordnung rechtsgängiger Doppelhelices entspricht dem Bauprinzip des Trägers der
Erbinformation, der DNA.
Förderungen
Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Professor Volker Schurig erhielt
2004 von der TL-Stiftung, Tübingen, einen Forschungspreis für das Projekt ‚Miniaturisierte Gaschromatographie
zur Bestimmung extraterrestrischer Asymmetrie in der
chiralen Weltraumanalytik’ im Rahmen der Ausschreibung „Immer kleiner – neue Entwicklungen bekannter
Technologien“.
Homochiral
> [email protected]
Literatur
[1] E. Gil-Av, B. Feibush, R.. Charles-Sigler, Tetrahedron Lett. 1009 (1966)
[2] H. Frank, G. Nicholson, E. Bayer, J. Chromatogr. Sci. 15, 174 (1977)
[3] V. Schurig, Angew. Chem. 96, 73 (1984)
[4] V. Schurig, H.-P. Nowotny, Angew. Chem. 102, 969 (1990)
[5] V. Schurig, M. Jung, S. Mayer, S. Negura, M. Fluck, H. Jakubetz, Angew.
Chem. 108, 2265 (1994)
[6] U. J. Meierhenrich, W. H.-P. Thiemann, H. Rosenbauer, Enantiomer 6,
97 (2002)
[7] P.A. Levkin, A. Ruderisch, V. Schurig, Chirality 18, 49 (2006).
[8] P.A. Levkin, A. Levkina, V. Schurig, Anal. Chem. 78, 5143 (2006).
Heterochiral
Chiralität hat eine zentrale Bedeutung in den Naturwissenschaften. Sie tritt beispielsweise auf, wenn das Zentralatom Kohlenstoff vier verschiedene Reste in tetraedrischer Anordnung aufweist. Die meisten Bausteine
von Lebewesen, wie Aminosäuren und Zucker, sind
chiral und zeigen Spiegelbildasymmetrie. Dabei tritt bei
allen selbstreplizierenden Systemen (Viren, Bakterien,
Pflanzen, Tiere, Mensch) immer nur eine Form auf,
nämlich L-konfigurierte (proteinogene) Aminosäuren
und D-konfigurierte Zucker (L von levo = links, D von
dextro = rechts).
Quantitative gaschromatographische
Enantiomerentrennung von Methylethyl-isopropylmethan und Methylethyl-n-butylmethan an Chirasil-Dex
03/07
Homochiral
Enantiomere von α-Aminosäuren im Tetraedermodell
nach van’t Hoff und von D,L-Alanin in der FischerProjektion (Quelle: Fond der chemischen Industrie)
9
Probenfläschchen
news
CyBio und Promega
Gemeinsame Entwicklung von Hochdurchsatz-Applikationen
CyBio AG, anerkannter Marktführer erstklassiger Pipettiersysteme und bildbasierter Detektionstechnologien, und Promega
Corporation, Madison WI, USA,
führender Anbieter innovativer
Lösungen für die Life-Science-Industrie, haben eine langfristige
Vereinbarung zur gemeinsamen
Entwicklung und Vermarktung
von Applikationen auf CyBios Liquid-Handling-Plattformen unterzeichnet.
Die Kooperation führt den
Geräteanbieter CyBio mit einem
Partner zusammen, der hochspezifische Reagenzien, Kits und Assays für die Gen-, Protein- und
Zellanalyse entwickelt und weltweit vertreibt. Die Kooperation
hat zum Ziel, validierte Anwendungsprotokolle gemeinsam zu entwickeln und für das Hochdurchsatz-Screening
in der Medikamentenentwicklung und in der Life-Science-Forschung zu vermarkten.
> www.cybio-ag.com.
Novartis erhält Zulassung für Optaflu®
Der Zellkultur-Grippeimpfstoff Optaflu® hat von der Europäischen Union die Zulassung
für alle 27 Mitgliedsstaaten sowie für Island und Norwegen erhalten. Optaflu ist der
erste Grippeimpfstoff, bei dessen Herstellung statt Hühnereiern eine firmeneigene Zelllinie von Novartis zur Produktion von Antigenkomponenten eingesetzt wird. Das Verfahren wurde in Marburg von Novartis Behring, dem deutschen Impfstoffstandort von
Novartis Vaccines and Diagnostics, entwickelt. In Marburg steht auch die weltweit erste
Anlage, die Zellkultur-Grippeimpfstoff im industriellen Maßstab für den Markt produziert. Erstmals zu der Saison 2007/2008 sollen der deutsche und österreichische Markt
beliefert werden. Der neue Zellkultur-Grippeimpfstoff wurde für den Gebrauch von
Impfungen gegen die jahreszeitlich auftretende Grippe zugelassen und trägt dazu bei,
die steigende Nachfrage für saisonale Grippeimpfstoffe zu decken. Die Verwendung
einer Novartis-eigenen Zellkulturtechnologie beschleunigt das Anfahren der Impfstoffherstellung und könnte es ermöglichen, bei einer potenziell drohenden Grippepandemie flexibler und schneller zu reagieren. „Optaflu kennzeichnet die erste bedeutende
Innovation in der Grippeimpfstoffherstellung seit 50 Jahren.”
> www.novartis.com
In labor&more 04/07 wird’s extraterristisch
Grünzeug in Rot und Gelb
NASA-Forscher entwerfen Modelle für die Farbe
des Lebens in fernen Planetensystemen
Dr. Nancy Y. Kiang vom NASA Goddard Institute for
Space Studies (GISS), Columbia Universität in New York
City, wird exklusiv für labor&more über Ihre Forschung
berichten. Auf anderen Planeten wird die dominante
Form der Photosynthese wahrscheinlich keinen Sauerstoff produzieren oder aber die Pflanzen werden Photo- So bunt könnte die
Pflanzenwelt auf einem fernen
synthese mit einer anderen Wellenlänge als die der Planeten aussehen.
grünen Pflanzen ausführen.
Illustration: Dough Cumming, Caltech
Nancy Kiang promovierte an der Universität von
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Kalifornien in Berkeley, wo sie Biometeorologie und
Biogeochemie studierte. Ihr Interesse gilt der Photosynthese. Sie arbeitet mit dem virtuellen planetarischen Labor des astrobiologischen Instituts der
NASA zusammen.
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03/07
succidia: Join the team – go international!
So wunderbar der deutsche Markt ist, so wichtig –
das wissen wir – sind die internationalen Märkte in
Europa und in Übersee. labor&more hat seine Reise
um die Welt bereits im April mit einer russischen
Ausgabe begonnen.
Im Juli geht es mit einer englischsprachigen Ausgabe nach Shanghai zur BIOTECH CHINA – als offizieller Medienpartner – denn natürlich wollen wir
auch den chinesischen Forschern unser großes Magazin nicht vorenthalten.
Gemeinsam mit der Münchner Messe starten wir
im Herbst mit einer 2. englischen Ausgabe nach Indien – wir nehmen Sie gerne mit und kümmern uns
um Ihren Auftritt. Der indische Markt boomt, die
Wachstumsraten sind atemberaubend und können
sich durchaus mit der chinesischen Performance
messen.
An der 2. Internationalen Ausgabe können sie
noch beteiligt sein! 2008 geht es dann weiter mit 4
internationalen Ausgaben – für Ihren Erfolg.
> [email protected]
Bitteres Süßwasser aus dem Meer
Mehr als eine Milliarde Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser.
Wassermangel ist ein Problem, das sich vor dem Hintergrund des Klimawandels und
wachsendem Konsum noch verschärft. Weltweit setzen mehr und mehr Länder auf
Meerwasser-Entsalzung. Doch das ist nur eine Scheinlösung.
„Zwar lagern 95 % der Wasserressourcen des Planeten in den Weltmeeren, doch die
Entsalzung ist teuer, energieaufwändig und mit fatalen ökologischen Nebenwirkungen
verbunden“, fasst Martin Geiger, Leiter des Süßwasserbereichs beim WWF im neuen
Report zusammen.
Derzeit sind weltweit mehr als 10.000 Anlagen zur Meerwasserentsalzung in Betrieb.
Sie produzieren Tag für Tag etwa 31 Millionen Kubikmeter Trinkwasser. Dies würde
reichen, um rund die Hälfte der EU-Bürger mit Wasser zu versorgen.
„Mit den Anlagen wachsen die Probleme“, betont Geiger. Große Anlagen benötigen
zuviel Energie, dass man im Grunde gleich ein eigenes Kraftwerke daneben bauen muss.
Das führe wiederum zu einer Erhöhung des Treibhausgasausstoßes und trage zum Klimawandel und damit letztlich zu zunehmender Dürre in vielen Gebieten bei.
> www.wwf.de
Gnade der frühen Geburt
Nach einer norwegischen Untersuchung sind die ältesten Geschwister einer Familie in
der Regel ein bisschen intelligenter als die jüngeren. Das haben Intelligenztests bei
241 310 Norwegern im Alter von 18 oder 19 Jahren ergeben. Dies berichteten Forscher
im US-Fachjournal „Science“ (316, S. 1717). Die jeweils ältesten Geschwister weisen demnach im Durchschnitt einen um 2,3 Punkte höheren Intelligenzquotienten (IQ) auf als
ihre jüngeren Geschwister. Die Wissenschaftler erklären das unter anderem mit der „Nachhilfe“, die ältere ihren jüngeren Geschwistern beim Erlernen von Fertigkeiten geben.
Der Arbeitsmediziner Petter Christensen von der Universität Oslo und sein Kollege
Tor Bjerkedal von der medizinischen Abteilung der norwegischen Streitkräfte konnten
unter anderem Intelligenztests aller Wehrpflichtigen in dem skandinavischen Land von
1953 an auswerten. Insgesamt ergab die Studie einen durchschnittlichen IQ von 103,2
für Erstgeborene, 101,2 für Zweitgeborene und 100 für Drittgeborene. Diese Unterschiede seien relativ gering, betonen die Forscher. Wichtiger als der biologische Altersunterschied für die Entwicklung der Intelligenz sei der (in der Studie nicht untersuchte)
(Quelle: dpa)
soziale Rangunterschied der jeweiligen Geschwister in einer Familie.
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Giraffenverbot
Der südafrikanische Stromversorger Eskom muss einem Farmer Schadensersatz für eine
Giraffe zahlen, die durch einen Stromschlag getötet wurde. Die Richter befanden, dass
die Stromleitung zu niedrig hing und nicht ausreichend geschützt war.
Giraffen können bis 5,50 m groß werden.
Damit hätten sie in Deutschland ebenfalls ein
Problem, da die Mindesthöhe für Strommasten
nur 4 Meter beträgt.
Aus gut unterrichteten Kreisen konnten wir
erfahren, dass die Bundesregierung einen Giraffenausschuss eingesetzt hat, der eine Gesetzesvorlage zu erarbeiten hat, die es verbieten wird,
die Hausgiraffe unter Hochspannungsleitungen
frei laufen zu lassen.
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kommentar
Wie exzellent
ist Exzellenz?
Mit der Exzellenzinitiative geht die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
neue Wege in der Förderung von Spitzenforschung an deutschen Hochschulen.
Damit soll auch die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen
Wissenschaft verbessert werden. Eine „Außensicht“ liefert in diesem Beitrag
der Physiker Prof. Stefan Hüfner.
Prof. Dr. Stefan Hüfner
Das waren wirklich noch Zeiten, als der lehrfaule Professor sich in das sonnige Kalifornien für ein, nach Möglichkeit zwei Forschungssemester absetzte, um sich an einem der
schönen Strände mit Hippie-Mädchen zu erfreuen. Alle vier Wochen ein Brief von der
Heimatinstitution, hin und wieder ein schon zehn Tage alter „Spiegel“. Da machte das
Professorenleben noch Spaß.
Aber jetzt?
Wir sind wirklich heruntergekommen: täglich der Blick ins Internet. Und was bleibt hängen? Exzellenz, Exzellenz, Exzellenz. Um zu wissen, worum es sich handelt, wird gegoogelt. Aha: „Exzellenz“ kommt von übertreffen, überragen. Aber was und wen? Dazu ein
Artikel, der das definieren will, der aber zu der deprimierenden Erkenntnis kommt, dass
heute im universitären Bereich der Begriff Exzellenz als Markenname ein Gebrauchsgegenstand geworden ist, durch den man Aufmerksamkeit erheischen will wie durch gute
Verpackung und reißerische Slogans. Exzellenz ist die Norm der Selbstbeschreibung von
Universitäten geworden, von Timbuktu über Schmidtstadt bis Berkeley, natürlich auch
in Zittau und Flensburg.
Wenn jeder exzellent ist,
wer übertrifft dann wen?
Natürlich haben die deutschen Universitäten ihre Probleme, aber werden sie dadurch
gelöst, dass jetzt jede zweite zu der in ihr ohnehin vorhandenen Exzellenz noch ein
wenig Exzellenzpuderzucker übergestreut bekommt, eine Art Puderzuckerhäubchen
sozusagen? Schon die Zahlen geben zu denken: 380 Mio. Euro pro Jahr, verteilt auf etwa die Hälfte der fast hundert deutschen Universitäten. Knapp 2 Mrd. US-$ betragen
die Jahresetats von Harvard und Stanford und genauso viel spendiert die Bundesrepublik zur Subventionierung (nicht Erforschung!) von alternativen Energien. Ein wenig hat das ganze Verfahren den Charakter der Behandlung eines Kranken mit Aspirin, bei dem man nach dem Tode eine Blinddarmentzündung entdeckt.
Stefan Hüfner 1935 in Löwenberg (Schlesien) geboren, studierte nach seinem
­ bitur 1955 in Darmstadt dort und an der Universität Frankfurt Mathematik und Physik,
A
promovierte 1963 an der Technischen Universität Darmstadt in Festkörperphysik und
habilitierte sich dort nach einem Forschungsaufenthalt an der Technischen Universität
München 1966 für Physik. 1967 bis 1975 war er Mitglied der Forschungslaboratorien
der Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey, USA und wurde danach als Professor
für Physik an die Universität des Saarlandes berufen. Eine Institution, der er noch heute
angehört. Hüfner war und ist aktiv in einer Reihe von wissenschaftlichen Organisationen und war Gastprofessor renommierter Hochschulen (ETH Zürich, Cambridge,
­Fribourg, Berkeley) und ist derzeit Visiting Professor in Vancouver. Er erhielt die
­Ehrendoktorwürde der Universität Fribourg 1997 und der freien Universität Berlin 2000.
Von 2001 bis 2003 war er Vizepräsident der Universität des Saarlandes und zuständig
für Planung und Strategie.
Worum handelt es sich denn eigentlich?
Die deutschen Universitäten haben nicht den besten Ruf und selbst wenn man einmal
davon absieht, dass etwa in Kanada auch Schlechtes schöngeredet wird, in Deutschland
aber Gutes schlechtgeredet wird, so bleiben doch echte Defizite. Worin bestehen sie?
Wenn ich eine Zeit von 45 Jahren an deutschen Hochschulen an mir vorbeiziehen lasse,
dann hat mir immer wieder Folgendes gefehlt:
1. gute Ideen,
2. gute Studierende,
3. ein gutes wissenschaftsfreundliches Klima.
Geld? – Nein, Geld eigentlich nie, denn das stellten DFG, VW-Stiftung, BMFT und EU
immer zur Verfügung.
Der gerade erwähnte dritte Punkt ist wohl der entscheidende. Viele deutsche Hochschulen haben sich noch immer nicht von 1968 erholt. Sie sind nach wie vor durch und
durch politisiert. Mit Hingabe wird in Gremien, Kommissionen, Unterkommissionen
und Unterunterkommissionen gesessen und intrigiert und noch immer hat häufig bei
der Mittelverteilung derjenige schlechte Karten, der versucht, sich dem „Gremienzirkus“
12
zu entziehen oder der gar Drittmittel eingeworben hat. Denn wozu benötigt er noch
Geld aus den Töpfen der Universität, wenn er sich doch, offensichtlich durch gute Beziehungen, so wird vermutet, Geld von der DFG beschafft hat?
Wissenschaft als Störfaktor
im täglichen Betrieb einer Hochschule!
Dabei geht es auch in Deutschland anders: Die Max-Planck-Gesellschaft hat einen hervorragenden Namen, nicht weil sie mehr Geld hat, sondern weil sie streng
­wissenschaftsorientiert arbeitet. Die DFG hat ebenfalls international einen ausgezeichneten Namen, weil sie die Mitglieder für ihre Gremien nicht nach deren Kommissionserfahrung in den Hochschulen auswählt, sondern nach deren wissenschaftlichen Verdiensten.
Seit den Zeiten Platons und Aristoteles gibt es drei Grundsätze für das Gedeihen einer
wissenschaftlichen Einrichtung: Qualität, Qualität, Qualität. Und um diese zu erreichen,
gibt es wieder drei Grundsätze: harte Arbeit, harte Arbeit, harte Arbeit.
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03/07
Wenn die Exzellenzinitiative etwas
­erreichen wird, dann liegt es in der
Veränderung des Geistes, in dem man
die deutschen Hochschulen regiert.
Die Mittel, die sie bereitstellt, sind
­international gesehen „Peanuts“.
Sollte man erreichen, dass die
­Hochschulen wieder die Gelehrten
achten, statt den „Gremienvertretern“
den Hof zu machen, wenn man lernt,
den zu belohnen, der wirklich etwas
leistet, statt den von den Gremien­
winden aufgeblasenen Windbeutel,
der darüber schwadroniert, wie er die
Hochschule des Jahres 2500 erforschen will, zu alimentieren, wenn es
gelingt, an einigen Stellen in der
­Republik zusammen mit nahe liegenden Max-Planck-Instituten (und
­anderen Forschungseinrichtungen)
Zentren der Wissenschaft zu eta­
blieren oder dort, wo sie existieren,
zu stärken, sodass die Kolleginnen
und Kollegen aus Tokio, Berkeley und
­Paris gerne dorthin pilgern, haben
wir viel erreicht.
Die Chancen stehen gar nicht so schlecht.
Hier und dort hat man schon begonnen,
die Fundamente der Wissenschaft vom
Zeitgeistmüll der demokratischen, gremienbestimmten 68er-Gesamthochschule zu
befreien. Wissenschaft ist das undemokratischste Geschäft der Welt, das wusste
schon Aristoteles, denn in ihr hat die mediokre Mehrheit oft Unrecht. Und wenn
man sich die Entscheidungen in der Exzellenzinitiative vom Oktober 2006 betrachtet, kann man nur feststellen, dass
das Ergebnis ohne Fehl und Tadel ist. Das
Schlimmste, was jetzt passieren kann, besteht darin, dass die Politik mit wissenschaftsfremden Gründen das weitere Verfahren beeinträchtigt. Die DFG war über
Jahrzehnte so erfolgreich, weil sie ihre
Entscheidungen immer nach wissenschaftlichen und nicht nach politischen
Kriterien gefällt hat. Die deutschen Universitäten sind in ihrem problematischen
Zustand wegen politischer Entscheidungen. Wir benötigen die Exzellenzinitiative, um politische Fehlentscheidungen
aus der Vergangenheit zu korrigieren.
Und auch jetzt kann föderale Gerechtigkeit kein Argument bei der Exzellenzfindung sein. Man kann sogar ganz unföderal träumen: Könnte es nicht in Deutschland
möglich sein, vier Institutionen vom Range der ETH Zürich oder der University of
California in Berkeley zu schaffen, obwohl es in der Bundesrepublik 16 Länder
gibt?
Natürlich kann man fragen, warum
man das Geld der Exzellenzinitiative nicht
einfach dem Etat der DFG zugeschlagen
hat, sodass sie es mit ihren erprobten Verfahren verteilen kann. Das wäre die einfachste, schnellste, gerechteste und effektivste Lösung gewesen. Dann jedoch hätte
man nicht so viele schöne Pressekonferenzen abhalten können und ungezählte
Seiten in der Presse wären leer geblieben.
Und wenn es denn dem Fortschritt bei
der Genesung der deutschen Hochschulen dient ...
Auszugsweise aus einer Veröffentlichung des Magazins der
Deutschen Forschungsgemeinschaft, forschung 1/2007
>> [email protected]
03/07
■
13
DFG
Elf neue Sonderforschungsbereiche
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft
(DFG) richtet zum 1. Juli 2007 elf neue
Sonderforschungsbereiche ein. Die Forschungsvorhaben befassen sich unter anderem mit der Rekonstruktion biologischer Körperfunktionen, mit vielseitig
einsetzbaren „molekularen Schaltern“ und
innovativen optischen Techniken – insgesamt 4 betreffen den Bereich Medizin/Biologie. Für die elf neuen Bereiche stehen
in den kommenden Jahren insgesamt 75,5
Millionen Euro bereit. Insgesamt fördert
die DFG ab Juli 2007 270 Sonderforschungsbereiche. Das Fördervolumen für
das Jahr 2007 beträgt rund 388 Millionen
Euro.
Ein Auszug
Im Sonderforschungsbereich „Mikro- und Nanosysteme in der Medizin – Rekonstruktion biologischer Funktionen“ entwickeln Forscher der Medizin, der Materialund Naturwissenschaften mithilfe von Nano- und Lasertechnik neue Technologien
und Therapieverfahren für die regenerative Medizin.
Im Sonderforschungsbereich „Umweltinduzierte Alterungsprozesse“ sollen die Mechanismen des Alterns auf molekularer Ebene aufgeklärt und ihre Bedeutung für
den Alterungsprozess ganzer Organe modellhaft erforscht werden.
Der Sonderforschungsbereich „Die bakterielle Zellhülle: Struktur, Funktion und
Schnittstelle bei der Infektion“ soll das noch begrenzte molekulare Wissen um die
Zellhülle von Bakterien erweitern, um unerwünschte bakterielle Prozesse wie Infektion oder Biofilmbildung zu beeinflussen und gegebenenfalls neue antimikrobielle
Wirkstoffe zu entwickeln.
>> www.dfg.de/sfb
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Modularität der zweiten Generation
für den Serumarbeitsplatz
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imaging
Aus ­nächster Nähe
Hochauflösende molekulare Kartierung dünner Schichten und Oberflächen
Prof. Dr. R. Salzer, Dr. G. Steiner,
Institut für Analytische Chemie, Technische Universität Dresden
Heute bestimmen oft die Oberflächen­
eigenschaften den Wert eines Produkts.
Neben den mechanischen werden auch
die chemischen Eigenschaften, z.B. die
­Biokompatibilität, immer wichtiger.
Ein B
­ eispiel sind künstliche Blutgefäße,
die so genannten Stents . Für sie wird noch
immer nach B
­ eschichtungsmaterialien
­gesucht, die bei Blutdurchfluss nicht die
Gerinnungskaskade auslösen.
Stents werden eigentlich auch mit kleinen Durchmessern
bis herunter zu 1 mm benötigt. Solche feinen Röhrchen
würden sich vor allem ­wegen der Gerinnung rasch zusetzen und wären dann nutzlos. Das gilt selbst dann, wenn
ein geeignetes Beschichtungsmaterial zwar gefunden ist,
die Oberflächenbeschichtung aber noch minimale Fehlstellen aufweist. Dabei kann es ausreichen, wenn diese
­Fehlstellen sich nicht chemisch, sondern nur strukturell
unterscheiden (Abb. 1).
Oft sind die interessierenden Oberflächenschichten
ultradünn, bis herab zu Monolagen von Molekülen. Wenn
über die Topologie dieser Schichten hinaus noch die Verteilung deren chemischer ­Eigenschaften ermittelt werden
muss, eignet sich als strukturanalytisches Verfahren
höchstens noch die Infrarot-Spektroskopie. Mit ihr können
selbst Submonolagen noch erfasst werden, aber wegen
des Diffraktionslimits sind im Fingerprintbereich des IRSpektrums prinzipiell nur laterale Auflösungen von wenig unter 10 µm erreichbar. Das Diffraktionslimit gilt nicht
mehr für sogenannte Nahfeld-Untersuchungen, hier haben die methodischen Entwicklungen aber gerade erst
richtig begonnen.
Wir können heute die Topologie einer Oberfläche
leicht mit atomarer Auflösung ermitteln und so selbst
kleinste Fehlstellen auffinden. Wenn aber eine komplette
Werkstofffläche von einigen Quadratzentimetern erfasst
werden muss, wächst die Datenmenge ins Unermessliche. In Nature Methods ist gerade das Beispiel einer
solchen Datenlawine beim hoch auflösenden Imaging illustriert worden: Bei der Untersuchung von 1 mm3
Maushirn mit Magnet-Resonanz-Tomographie (Auflösung
0,1 mm) entsteht ein Datenvolumen von 1 Kilobyte. Das
vollständige Abrastern mittels Transmissions-ElektronenMikroskopie (Auflösung kleiner 10 nm) lieferte mehr als
1 Petabyte, also mehr als das ­Volumen allen schriftlichen
Materials in allen Bibliotheken dieser Welt. Analysentechniken atomarer Auflösung sind also realistisch nur für
nanoskalige Areale einsetzbar. Diese Areale müssen vorher mit strukturempfindlichen Techniken geringerer lateraler Auflösung, wie der IR-Mikrospektroskopie, identifiziert werden.
Das spektrale Erfassen einer Ober­fläche – gelegentlich mit dem aus der S­ atellitentechnik entliehenem Amerikanismus „hyperspectral imaging“ vermarktet – liefert
einen Datenquader, dessen Boden von der erfassten Probenfläche gebildet wird und dessen Volumen die spektralen Informationen enthält (Abb. 2). Die laterale Auflösung der Messung bezieht sich auf das Raster im Boden
des Datenwürfels, die spektrale Auflösung auf die Spektrenachse. Beide Auflösungen haben zunächst nichts miteinander zu tun, werden aber immer wieder vermischt
oder verwechselt. Die maximale laterale Auflösung wird
theoretisch durch das Diffraktionslimit begrenzt, wegen
der begrenzten Strahlungsleistung der üblichen Schwarzkörper-Lichtquellen tatsächlich meist durch das erreichbare Signal-/Rausch-­Verhältnis. Die spektrale Auflösung
wird in der Regel nur durch das Signal-/Rausch-Verhältnis begrenzt.
Das Erreichen eines akzeptablen Signal-/Rausch-Verhältnisses erforderte bisher schwierige Kompromisse:
Aperturblenden werden geöffnet, wodurch sich die laterale Auflösung proportional verschlechtert und/oder die
spektrale Auf­
lösung wird verschlechtert, dadurch sinkt
die gewinnbare Strukturinformation. Einen Ausweg bietet
der Einsatz alternativer Lichtquellen, die nicht den Gesetzen des Schwarzen Strahlers unterliegen. Dazu kann man
Synchrotron-Strahlung nutzen. Eine besonders hohe Brillanz (Zahl der Photonen pro Fläche, Raumwinkel und
Zeit) liefern Freie-Elektronen-Laser (FEL), die inzwischen
weltweit zugänglich sind. Wir haben den FEL der Strahlungsquelle ELBE (Elektronen Linearbeschleuniger mit
hoher Brillanz und geringer Emittanz) genutzt. Intensitätsfluktuationen der FEL-Strahlung wurden durch Polarisationsmodulation eliminiert. Um eine S­ ättigung des Detektors zu vermeiden, musste der FEL-Strahl dabei um
100 dB abgeschwächt werden. Die bisher übliche Energielimitierung existiert also nun selbst nach der anspruchsvollen Polarisationsmodulation nicht mehr.
Untersucht wurde eine mikrostrukturierte Schicht
von Al2O3-Hexagonen auf Gold (Abb. 3). Für die selbstassemblierende Monoschicht (SAM) haben wir
­Octadecylphosphonsäure ausgewählt, sie zeigt einen hohen Ordnungsgrad und ist auf Al2O3 bzw. Gold unterschiedlich gebunden. Die Bindungszustände über zwei
bzw. drei Sauerstoffatome der Phosphonsäuregruppe (bidentat bzw. tridentat) lassen sich IR-spektroskopisch
identifizieren (Abb. 4). Zudem garantiert die Polarisationsmodulation, dass nur Schichtbereiche mit hohem
Ordnungsgrad erfasst werden.
Der Ordnungszustand der aufgebrachten SAMs sowie
die chemische A
­ nbindung der Moleküle an die Mikrostruktur wurde durch Abrastern mit dem FEL-Strahl bei
den drei charakteristischen Banden aus Abb. 4 ermittelt.
Werden die drei Informationskanäle zu einem RGB-Bild
zusammengeführt, dann erhält man eine ausgezeichnete
Übersicht über die Verteilung der chemischen Eigenschaften über die Probenoberfläche. Die Farbkodierung
des RGB-Bildes in Abb. 5 entspricht der Farbkennzeichnung der Banden. Helle Töne zeigen hohe Intensitäten
an, dunkle Töne niedrige Intensitäten. Die bidentate Anbindung (rote Töne) dominiert auf den Al2O3-Inseln, die
tridentate Anbindung (blaue Töne) auf den Goldstegen.
64
spectra
5 nm
Adsorbierte Proteine
40 µm
m
20 µ
Monoschicht
ek
t
re
na
ch
se
y
Sp
Substrat
R
P= O
O O
R
P
O OO
x
Probenebene
Abb. 1 Schon strukturelle Defekte in Oberflächenschichten
können chemische Effekte auslösen.
14
Abb. 2 Im Datenquader sind die geometrischen Daten der
Oberfläche (x-, y-Ebene) und die zugehörigen spektroskopischen Daten zusammengefasst
Abb. 3 Wie bindet Octadecylphosphonsäure an die
mikrostrukturierten Al2O3-Inseln und an die Goldstege?
Wo weist die SAM hohe Ordnungsgrade auf?
■
03/07
Dr. Gerald Steiner (li.) studierte Bio­
medizinische Technik an der TU Dresden.
Nach einer ­Tätigkeit in der Industrie fertigte
er seine Habilitation am Institut für
­Analytische Chemie der TU Dresden an.
Jetzt arbeitet er in der Medizinischen
Fakultät Carl Gustav Carus der TU Dresden.
Seine Arbeitsgebiete sind spektroskopische
Bildgebung, Charakterisierung von Zellen
und Gewebe sowie optische Sensoren für bioanalytische Fragestellungen.
Prof. Dr. Reiner Salzer (re.) studierte
Die Kartierung in Abb. 5 eröffnet einen Zugang zur gezielten Optimierung
der chemischen Eigenschaften von homogenen wie von mikrostrukturierten Oberflächen oder ultradünnen Schichten. Die
geometrische Auswertung von Abb. 5
zeigte, dass für die laterale Auflösung das
Diffraktionslimit erreicht wurde. Bei der
hier verwendeten Messwellenlänge um
10 µm (1000 cm-1) liegt es bei ca. 5 µm, bei
kürzeren Messwellenlängen ent­sprechend
niedriger. Die optische Anordnung erlaubt entweder das Erfassen ­feinster Strukturdetails (spektrale Auf­
lösung < 1 cm–1)
oder das Verfolgen der Dynamik von
Ordnungsprozessen oder von chemischen
Prozessen (Messzeit 10 s pro IR-Map).
Literatur
[1]S. Wagner; labor&more 02/07, 39.
[2]B.-S. Yeo, Th. Schmid, W. Zhang and R. Zenobi;
Analytical and Bioanalytical Chemistry 387
(2007) 2655-2662.
[3]N. Kasthuri, J.W. Lichtman; Nature Methods 4
(2007) 307-308.
[4]http://de.wikipedia.org/wiki/Hyperspektral
[5]K. Hinrichs, M. Gensch, A. Röseler, E.H. Korte, K. Sahre,
K.-J. Eichhorn, N. Esser, U. Schade; Appl. Spectrosc. 57
(2003) 1250-1253.
[6]http://sbfel3.ucsb.edu/www/fel_table.html
[7]http://www.fzd.de/pls/rois/Cms?pNid=471
[8]G. Steiner, V. Sablinskas, M. Kitsche, R. Salzer;
Analyt. Chem. 78 (2006) 2487-2493.
Chemie an der Universität Leipzig und
wurde 1990 auf die Professur Analytische
Chemie an die TU Dresden berufen.
Seine Forschungsinteressen sind spektro­
skopische Bildgebung, Polymere mit
­biologisch-aktiven Funktionen und elektronische Medien in der universitären
Ausbildung. Von 1996–2003 war er Stellv.
Vorsitzender und Vorsitzender der Fach­
gruppe Analytische Chemie der GDCh.
Seit 2006 ist er Mitglied des Label Committee
für den Chemistry Eurobachelor.
>> [email protected]
>> [email protected]
1120 cm-1 ν (P-O-)
1282 cm-1 ν (P=O)
ν (P=O)
rot
νas (P-O)
950 cm-1 ν (P-OH)
blau
grün
Extinktion
νs (P-O)
ν (P-OH)
δ (CH)
RGB-Bild
0
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Wellenzahl (cm )
-1
Abb. 4 Das IR-Spektrum der Octadecylphosphonsäure
mit seinen charakteristischen Banden.
03/07
■
Abb. 5 Die Kartierung der Bindungszustände kann i­ndividuell erfolgen. Einen sehr guten Überblick
über die Verteilung aller Eigenschaften liefert die Zusammenfassung im RGB-Bild.
15
interview
ö
Wurzelkn
Eiweiß aus der Luft
n Lupinu
llchen vo
Zum Mechanismus der biologischen Stickstoff-Fixierung
Die Nitrogenasen reduzieren außer Stickstoff auch Acetylen
(C2H2) zu Ethen (C2H4) sowie auch Nitrile, Isonitrile, Cyanid,
Azid usw. Sie konnten diese Reduktionen mit einfachen katalytischen Modellsystemen reproduzieren und schlossen hieraus,
dass die Reaktionen aller Substrate des Enzyms charakteristisch sind für Reaktionen, die an einem monoatomaren Molybdänzentrum ablaufen. [G.N.Schrauzer, Angew. Chem. 97, 579
(1975), Angew. Chem. Internatl. Ed. Engl. 14, 514 (1975)]. In
der neueren Literatur wird aber erwähnt, dass es auch molybdänfreie Nitrogenasen gibt, d.h. Nitrogenasen, die statt Molybdän Vanadium oder nur Eisen enthalten.
Die Existenz dieser Enzyme wird noch angezweifelt und daher möchte ich auf diese hier nicht näher eingehen.
Wie nun wird Ihrer Auffassung nach der molekulare Stickstoff
reduziert?
Aus unseren Modellstudien konnten wir folgern, dass Molybdän in der aktiven reduzierten Form – wir nannten sie „Mored“
16
– in der Oxidationsstufe +4 vorliegt. Aus dem beobachteten
stereochemischen Verlauf der Reduktion des Acetylens erkannten wir weiterhin, dass diese über einen Molybdänkomplex ablaufen muss, in dem das Acetylen „side-on“ gebunden
ist und aus dem nach Hydrolyse der Mo-C-Bindungen das
Ethen und die oxidierte Form des Molybdäns, „Moox“, entstehen. Analog musste daher angenommen werden, dass auch
der Stickstoff zunächst ‚side-on‘ gebunden wird und in dessen 2-Elektronen-Reduktionsprodukt, dem cis-Diazen, umgewandelt wird – Gleichung (2):
Und wie geht es vom Diazen weiter zum Ammoniak?
Aus dem Diazen entsteht Hydrazin (N2H4) aber nicht durch
direkte Reduktion des Diazens, sondern durch Disproportionierung zweier Diazenmoleküle. Damit diese Reaktion stattfinden kann, muss das Diazen in hinreichender Menge vorhanden sein. Bildet es sich in zu niedriger stationärer
Konzentration, so unterliegt es der Zersetzung in die Elemente (N2 und H2), Gleichung (3):
Warum wird denn Ihrer Ansicht nach, das Diazen nicht einfach zu Hydrazin und Ammoniak weiterreduziert?
Dafür gibt es zwingende energetische Gründe. Auch ist das
Diazen in Lösung einfach zu unbeständig. Die weitere, molybdän-katalysierte Reduktion des Hydrazins zum Ammoniak
ist demgegenüber unproblematisch und erfolgt, etwas vereinfacht dargestellt, gemäß Gleichung (4)
Sie nehmen an, dass der Stickstoff, wie Sie sagen, „side-on“ gebunden wird. In isolierbaren Komplexen mit Übergangsmetallen ist der Stickstoff doch aber praktisch immer nur „end-on“
gebunden....
Das ist richtig. Nur: Wir wollen keinen Stickstoffkomplex bilden, sondern den Stickstoff reduzieren und dies geht in unseren Systemen über eine „side-on“ Zwischenverbindung, aus
der durch Hydrolyse Diazen, N2H2, freigesetzt wird. Übrigens
werden auch Nitrile, R-CN von der Nitrogenase zu Ammoniak
und Kohlenwasserstoffen R-CH3 über „side-on“-Zwischenstufen reduziert.
Es gibt aber doch Substrate, die sich „end-on“ binden und von
Nitrogenase ebenfalls reduziert werden, die Isonitrile, R-NC,
z.B. Sehen Sie hier einen Widerspruch?
Keineswegs. Bei deren enzymatischer Reduktion entstehen
ein primäres Amin und Methan, das sich vom endständigen
Kohlenstoffatom ableitet und C2- sowie C3-Kohlenwasserstoffe. Die Bildung der letztgenannten zeigt an, dass am aktiven
lus
I&m Herr Prof. Schrauzer, Sie feierten vor wenigen Wochen
Ihren 75. Geburtstag. Wir wünschen Ihnen nachträglich alles
Gute und weiterhin viel Erfolg bei Ihrer Forschungstätigkeit.
Sie sind uns bekannt durch ihre Arbeiten auf dem Gebiet der
Koordinationschemie, der Katalyse, des Vitamins B12, der Spurenelemente und der Stickstoff-Fixierung. Über letztere möchten wir Sie heute befragen. Wir wissen, dass die Synthese von
Ammoniak aus den Elementen hohe Temperaturen und Drücke erfordert. Bitte erklären Sie uns, wie die Natur es fertig
bringt, den so reaktionsträgen Stickstoff bei Raumtemperatur
und Normaldruck zu reduzieren.
Schrauzer Die biologische Stickstoff-Fixierung ist neben der
Photosynthese der wichtigste lebenserhaltende Prozess auf
unserem Planeten. Frei lebende Bodenbakterien reduzieren
auf der Erdoberfläche jährlich etwa 70 Millionen Tonnen
Stickstoff; weitere 80 Millionen Tonnen Stickstoff werden von
den Knöllchenbakterien der Leguminosen reduziert. Die zur
Stickstoffreduktion notwendigen Elektronen liefert der Abbau
von Kohlehydraten. Die Enzymologie der Stickstoffreduktion
gilt als weitgehend aufgeklärt; die hierzu notwendigen Enzyme, die Nitrogenasen, bestehen aus zwei Eiweißkomponenten, dem Molybdän-Eisenprotein (Mo-Fe-Protein) und
einem ferredoxinartigen Eisenprotein (Fe-Protein). Im Mo-FeProtein wird der Stickstoff gebunden und reduziert. Das MoFe-Protein z.B. des Clostridium pasteurianum hat das Mol.Gew. von 210.000 und enthält ein Molybdän-Eisen und labilen
Schwefel (in Form von labilem Sulfid). Das dazugehörige und
zur enzymatischen Aktivität notwendige Fe-Protein hat das
Mol.-Gew. von 55.000. Es gehört zur Klasse der Ferredoxine.
Es enthält einen pseudokubischen Fe4S4-Cluster. Seine Funktion ist, die zur Stickstoffreduktion notwendigen Elektronen
an das Mo-Fe-Protein zu liefern. Zu dieser Elektronenübertragung werden Magnesium und ATP gebraucht. Letzteres wird
zu ADP und Phosphat hydrolysiert. Bei der StickstoffReduktion entsteht neben Ammoniak auch Wasserstoff, pro
Mol reduziertes N2 jeweils 1 Mol H2. Die Gesamtstöchiometrie
der enzymatischen Stickstoff-Reduktion wird durch Gleichung (1) wiedergegeben:
s polyphyl
Prof. Dr. Ernst A. Stadlbauer war für die succidia AG im Gespräch mit
Prof. em. Dr. Gerhard N. Schrauzer,
University of California, San Diego (UCSD), USA anlässlich dessen 75. Geburtstag
Zentrum auch Einschiebungsreaktionen in Zwischenprodukte
mit Mo-C-Bindungen stattfinden können.
Lassen sich diese Interpretationen auch mit dem ATP-Bedarf
der Nitrogenase vereinbaren?
Der amerikanische Chemiker W.A. Parshall postulierte schon
1967, dass das ATP zur Aktivierung des Molybdäns im Enzym
gebraucht wird [J. Am. Chem. Soc. 89, 1822 (1967)]. Ich halte
dies nach wie vor für richtig, denn das Molybdän (VI) ist stark
hydrophil und wenn dessen freie Koordinationsstellen hydroxyliert oder hydratisiert werden, kann es nicht rasch genug in
die aktive reduzierte Form übergeführt werden. Durch die
Reaktion mit ATP wird dem Molybdän nach jedem Reaktionszyklus koordiniertes Wasser bzw. eine Hydroxylgruppe entzogen. Auch ist bekannt, dass Molybdat die Hydrolyse des
ATP in ADP und anorganisches Phosphat katalysiert, was im
funktionellen Enzym der Fall ist. Vermutlich wird dabei ein
Teil der bei der ATP-Hydrolyse freigesetzten Energie auf das
Molybdän übertragen, wodurch es zusätzlich aktiviert wird.
Der ATP-Verbrauch bei der Stickstoffreduktion hängt im Übrigen auch von der Qualität der Enzympräparate und Elektronentransfer-Effizienz ab. In einigen Lehrbüchern steht, dass
bei der Reduktion eines Moleküls N2 nicht weniger als 16
Moleküle ATP verbraucht werden. Mit den besten Enzympräparaten und unter optimalsten Versuchsbedingungen ist der
ATP-Verbrauch dagegen wesentlich geringer und entspricht
eher der in Gleichung (1) angegebenen Stöchiometrie. Wir
konnten den aktivierenden Effekt des ATP mit unseren Modellen bestätigen.
Zurück zum Diazen. Aus der Literatur gewinnt man den Eindruck, dass es von den Chemikern noch immer mit Skepsis betrachtet wird. Und von anderen sich mit der Nitrogenase befassenden Autoren wird es kaum erwähnt. Was sagen Sie hierzu?
Die Skepsis rührt wohl daher, dass das Diazen so instabil und
kurzlebig ist und sich nicht leicht nachweisen lässt. Es gibt aber
indirekte Nachweismöglichkeiten und diese haben wir genutzt.
Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit Stickstoff über
das Diazen effizient zu Ammoniak reduziert werden kann?
Hierzu darf der pH nicht zu stark alkalisch sein, denn die Zersetzung des Diazens in die Elemente ist basenkatalysiert. Das
Diazen muss auch, nachdem es gebildet ist, in der Nähe des
aktiven Zentrums verbleiben und darf nicht gleich weg diffundieren. Dies ist im Enzym der Fall, denn das aktive Zentrum
befindet sich in einer vom Apoprotein geschützten Umgebung.
In unseren ersten, niedermolekularen Modellsystemen wurde
zwar Diazen gebildet, doch es diffundierte rasch ab und ging
weitgehend durch Zersetzung in die Elemente verloren. Statt in
hohen Ausbeuten Hydrazin oder Ammoniak zu erhalten, beobachteten wir eine stickstoff-abhängige Wasserstoffentwicklung.
Ist diese mit der unter enzymatischen Bedingungen auftretenden Wasserstoffentwicklung vergleichbar?
Ja, denn diese findet, ähnlich wie im Enzym, nur in Gegenwart von Stickstoff statt.
Soll das heißen, dass selbst das Enzym die Zersetzung des Diazens nicht ganz verhindern kann?
So ist es.
■
03/07
Sie behaupten, dass die Stickstoffreduktion an einem Molybdänatom stattfindet. In den letzten Auflagen von Lehrbüchern der
Biochemie und einschlägigen Monographien steht aber doch,
dass die Reduktion des N2 vermutlich an Eisensulfid-Zentren
des im Mo-Fe-Protein vorliegenden Fe-Mo-Clusters, Fe-Mo-co
genannt, stattfindet. Was können Sie uns hierzu sagen?
Der sogenannte Fe-Mo-Cofaktor (Fe-Mo-co) hat die empirische Zusammensetzung MoFe7S9. Im Inneren der Fe7S9Komponente befindet sich möglicherweise noch ein weiteres,
bisher nicht sicher identifiziertes Atom X, was aber für die
jetzige Diskussion nicht berücksichtigt werden muss. Aus
dessen Struktur, wenngleich diese noch nicht in allen Einzelheiten feststeht, lassen sich jedoch einige wichtige Schlussfolgerungen ziehen. So liegt das Molybdänatom in einer sechsfach koordinierten Form vor. Da koordinativ abgesättigt, kann
es in diesem Zustand sicher nicht mit Stickstoff reagieren. Der
Fe-Mo-co darf dementsprechend nicht als das aktive Zentrum
der Nitrogenase angesehen werden, sondern allenfalls nur als
eine inaktive Vorstufe desselben. Und dann ist noch ausgesprochen merkwürdig, dass zwei Koordinationsstellen des
Molybdäns durch ein Homocitrat-Dianion belegt sind.
Wenn nun der Fe-Mo-co, wie Sie sagen, als solcher katalytisch
inaktiv ist, welche strukturellen Änderungen müssen erfolgen,
damit er aktiv wird?
Wir postulieren, dass das aktive Molybdänzentrum erst im
funktionellen Holoenzym aus dem Fe-Mo-co durch reduktive
Spaltung im Sinne der Gleichung 5 freigesetzt wird:
Das aktive Zentrum der Nitrogenase wäre demnach ein Homocitrat-Komplex des Molybdäns, der mit einer koordinativen
Mo-N-Bindung an das Stickstoffatom der Histidin-Imidazolgruppe Nr. 442 des Mo-Fe-Apoproteins gebunden ist?
Das ist richtig und dessen Struktur ist in Formel (6) wiedergegeben:
In der aktiven reduzierten Form würde das Mo(IV)-Ion drei freie
Koordinationsstellen aufweisen. „Side-on“-bindende Substrate
wie C2H2 oder N2 könnten somit mit dem Mo-Zentrum reagieren
und es wäre dann immer noch eine Koordinationsstelle frei, zur
Anlagerung von Wasser oder zur Elektronenübertragung, wobei
die abgespalteten Eisensulfid-Komponenten des Fe-Mo-co im
katalytischen Zyklus als reversible Elektronenspeicher und überträger fungieren würden.
Sind diese Annahmen nicht etwas zu hypothetisch?
Keineswegs, denn sie wurden durch unsere Modellversuche
gestützt. Und diese Versuche erlaubten im Übrigen sogar
auch die Erklärung der überraschenden Tatsache, dass der
Ersatz des Homocitrats durch Citrat im Enzym sowie in den
Modellsystemen den praktisch völligen Aktivitätsverlust bei
der Stickstoffreduktion bewirkt [siehe Z. Naturf. 56 b 386
(2001); ibid., 56 b, 1354 (2001)].
Welche Gründe können Sie hierfür angeben?
Im Gegensatz zum Homocitrat, das als zweizähniger Ligand
fungiert, verhält sich das Citrat als dreizähniger Ligand, bewiesen durch die Röntgenstrukturbestimmung eines Molybdän-Citratkomplexes [ Z.-H. Zhou et al., Polyhedron 16., 75
(1997)]. Im aktiven reduzierten Zustand würde das Molybdänatom daher nur mehr zwei freie Koordinationsstellen aufweisen, was zu einer wesentlichen Verminderung der katalytischen Aktivität führen müsste. Und dies ließ sich durch
entsprechend Modellversuche bestätigen. [Z. Naturf. 48b,
1295 (1993); ibid.,56 b, 386 (2001)].
Hat die Homocitronensäure im Enzym sonst noch eine Funktion?
Die Homocitronensäure zählt zu den α-Hydroxycarbonsäuren
und diese bilden mit Molybdat stabile Chelate. Durch diese
Komplexbildung wird das Molybdänzentrum stabilisiert und
Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Norbert Schrauzer
geb. 1932, studierte Chemie an der Ludwig-MaximiliansUniversität München; 1966 wurde er an die University of
California zu San Diego (UCSD) berufen. Mitbegründer der
neuen Forschungsrichtung „Bioanorganische Chemie“;
über 300 Veröffentlichungen auf den Gebieten des Selens,
des Vitamins B12 sowie der Stickstoff-Fixierung;
Leiter des Biological Trace Element Research Institute in
San Diego, USA.
gleichzeitig bewirkt die Anwesenheit der beiden anderen Carboxylgruppen, dass sich das Molybdänzentrum in einer lokal
leicht aciden Umgebung befindet. Von allen bekannten Säuren
bewirkt die Homocitronensäure die höchste Nitrogenaseaktivität. Man könnte die biologische Selektion der Homocitronensäure durchaus als ein Beispiel für die 'chemische Brillanz der
Evolution' ansehen. Auch halte ich den Nachweis dieser Säure
im Enzym durch P.W. Ludden u. Mitarb. (Madison, Wisconsin),
[Biochemistry 27, 3647 (1988)] für eine der wichtigsten Entdeckungen der neueren Nitrogenaseforschung.
Darf man somit sagen, dass die Aufklärung der Rolle der Homocitronensäure den Schlüssel zum Verständnis der Wirkungsweise der Nitrogenase darstellt?
Auch wir sind dieser Meinung und glauben, diesen Schlüssel
gefunden zu haben.
Herr Professor Schrauzer, wir danken Ihnen für dieses Interview und wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg.
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Jeder benutzt sie, jeder schüttet rein, wer
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überlaufen? Auslaufende Abfallbehälter
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18
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aller befragten Nicht-Radiologen an
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wird jedoch oft unterschätzt, was laut
einer Studie des Instituts für Radiologie der Ruhr-Universität Bochum zu
einem unkritischen Einsatz des Verfahrens führt.
39,5 % der Befragten schätzten die
Strahlendosis einer konventionellen
Röntgenaufnahme des Brustraums mit
0,01–0,1 Milli-Sievert (mSv) richtig ein;
33,6 % der Ärzte wussten, wie hoch
die Strahlenbelastung einer CT des
Brustraums beim Erwachsenen ist: 1–
10 mSv. Zum Vergleich: Die Strahlenbelastung eines Menschen durch
natürliche Quellen wie kosmische
Strahlung beträgt ca. 2,1 mSv/Jahr.
Noch weniger Befragte waren sich
der Höhe der Strahlendosis einer
Herz-CT und einer CT-Untersuchung
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19
puffer
Die Alleskönner
Biologische Puffer – wichtiger Bestandteil jeden Experimentes
Teil 2 – Kriterien für die Auswahl eines Puffers
Dr. Wolfram Marx, Applichem GmbH
Wie bereits beschrieben, haben auch
die Puffer mitunter entscheidenden
Einfluss auf die Aktivität eines Enzyms.
Im Zusammenspiel mit anderen Faktoren,
wie der Ionenstärke und Salzkonzentration,
konnte zum Beispiel die Aktivität des
Restriktionsenzyms EcoRV verbessert
werden (Wenner & Bloomfield, 1999). Deshalb werden an dieser Stelle verschiedene
Parameter eingehender besprochen.
uu (Störende) Einflüsse biologischer Puffer auf verschiedene Assays *
Puffersubstanz
BCA a, d
+
+
+
–
+
ACES
ADA
Lowry b, d (Folin)
BES
Bicarbonat
Bicin
Bis-Tris
+
+
+
starke Absorption im UV-Bereich unter 260 nm; bindet Metallionen
bindet Cu2+
begrenzt löslich; braucht geschlossenes System, da im Gleichgewicht mit CO2
wird langsam durch Ferricyanid oxidiert; bindet stark Cu2+
Ersatz für Cacodylat
Bis-Tris-Propan
Boratbildet kovalente Komplexe mit Mono-/Oligosacchariden,
Ribose-Untereinheiten von Nukleinsäuren, Pyridinnukleotiden, Glycerin
Cacodylat
–
+
Auswahl des Puffers für den
richtigen pH-Bereich
Der pKa-Wert des Puffers sollte möglichst im Bereich des
pH-Optimums des Testsystems liegen. Wenn man schon
vorher weiß, dass der pH-Wert während des Experimentes zunehmen wird, dann sollte von vorneherein ein
Puffer ausgewählt werden, dessen pKa-Wert etwas höher
liegt als das Optimum zu Versuchsbeginn. Umgekehrt,
wenn zu erwarten ist, dass der pH-Wert im Experiment
sinkt, wird ein Puffer mit einem etwas niedrigeren pKaWert gewählt.
Citrat
sehr giftig; heute meist durch MES ersetzt
CAPSO
+
CHES
DIPSO
Glycin
Glycylglycin
HEPES
HEPPS, EPPS
HEPPSO
+
+
+
+
+
+
–
–
–
Imidazol
MES
Ermittlung des pH-Optimums eines Enzyms
MOPS
bindet an einige Proteine, komplexiert Metalle; ersetzt durch MES
Maleinsäure
–
–
MOPSO
stört Bradford-Proteinnachweis
bindet Cu2+
kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studien c
kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studien c
kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studien c
komplexiert Me2+, relativ instabil
absorbiert im UV-Bereich; ersetzt durch MES oder Bis-Tris
Ersatz für Cacodylat
+
Zersetzung beim Autoklavieren in Anwesenheit von Glukose;
+teilweise
vernachlässigbare Metallionen-Bindung
+
PhosphatSubstrat/Inhibitor verschiedener Enzyme (hemmt viele Kinasen und
Dehydrogenasen, Enzyme mit Phosphatestern als Substrat;
hemmt Carboxypeptidase, Fumarase, Urease;
präzipitiert/bindet zweiwertige Kationen; pK steigt bei Verdünnung;
PIPES
–
POPSO
TAPS
TAPSO
+
+
+
+
kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studien c
TEA
TES
Tricin
Tris
–
+
+
bindet Cu
+
bindet stark Cu ; zusätzliches Cu im Lowry-Assay ermöglicht seine
+
­Verwendung; wird durch Flavine photooxidiert; Ersatz für Barbiturat (Veronal)
Temperatur-sensitiv; pH sinkt pro 10-fache Verdünnung um 0,1 Einheit;
+stark
inaktiviert DEPC, kann Schiff-Basen mit Aldehyden/Ketonen bilden,
2+
2+
2+
da primäres Amin; nimmt an manchen enzymatischen Reaktionen teil
(z. B. Alkalische Phosphatase)
*
z.T. nach Bollag, D.M. & Edelstein, S.J. (1992) Protein Methods, Kapitel 1, II (S. 3–9). Wiley-Liss, New York.
a
BCA Kaushal, V. & Barnes, L.D. (1986) Anal. Biochem. 157, 291-294 – Bicinchoninic Acid – Proteinnachweis:
Die Puffer wurden in einer Konzentration von 50 mM eingesetzt.
bLowry
Peterson, G.L. (1979) Anal. Biochem. 100, 201–220 – mit Empfehlungen, wie man störende Einflüsse mindern bzw.
beseitigen kann und Angaben zu tolerierbaren Endkonzentrationen. Zum Teil reicht es, die betreffende Substanz als Kontrolle
einzuschließen.
cRadikalbildung
Grady, J.K. et al. (1988) Anal. Biochem. 173, 111-115. Das Piperazin-Ringsystem bildet unter bestimmten
Bedingungen Radikale. Diese Puffer sind deshalb nicht für die Untersuchung von Redox-Prozessen in der Biochemie
geeignet.
d
20
signifikante Absorption von UV-Licht bei 230 nm, bindet Cu2+
AMP
CAPS
Soll ein Enzym untersucht werden, gilt es in der Regel
zunächst die Parameter ausfindig zu machen, unter denen das Enzym die möglichst höchste Stabilität und Aktivität zeigt. Die Ermittlung des pH-Optimums ist dabei ein
wichtiger erster Schritt. Es empfiehlt sich erst chemisch
ähnliche Puffer zu testen, die insgesamt ein breites pHSpektrum abdecken, z.B. MES, PIPES, HEPES, TAPS,
CHES und CAPS für den pH-Bereich ~5,5–11,0 (Viola &
Cleland 1978, Cook et al. 1981, Blanchard 1984). Ist erst
einmal das pH-Optimum ermittelt, können verschiedene
Puffer (z.B. für den pH-Wert 7,5: TES, TEA oder Phosphat; Blanchard 1984) getestet werden, um für spätere
Untersuchungen unspezifische Puffereffekte auszuschließen bzw. zu minimieren. Der pKa-Wert eines Puffers, also
der Mittelpunkt seines pH-Bereichs, sollte möglichst nahe am gewünschten pH-Wert des einzustellenden Puffers
liegen, also am pH-Optimum des zu untersuchenden Enzyms. Die protonierte (ionisierte) Form von Amin-Puffern wirkt weniger hemmend als die nichtprotonierte
Form. Deshalb ist für Tris und zwitterionische Puffer in
der Regel ein Arbeitsbereich etwas unterhalb des pKaWertes besser geeignet, während im Gegensatz dazu
Carboxylsäure-Puffer oberhalb deren pKa-Werte bessere
Eigenschaften besitzen, da hier der Großteil des Puffers
ionisiert vorliegt (Good & Izawa 1972).
Bemerkungen
fehlende Eintragungen bedeuten nicht, dass keine Beeinflussung der Ergebnisse möglich ist.
■
03/07
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LIBRA Spektralphotometer
uu Konzentrationsgrenzen für Puffer in Protein-Assays *
Puffersubstanz
Lowry BCA
Bradford
(Folin)
Acetat
Ermittlung der optimalen
Pufferkonzentration
Eine adäquate Pufferkapazität wird häufig erst ab einer
Konzentration von 25 mM erreicht. Allerdings können
hohe Pufferkonzentrationen und damit verbunden hohe
Ionenstärken Enzymaktivitäten hemmen. Eine geeignete
Anfangskonzentration liegt daher bei 10–25 mM. Sollte
sich nach Zugabe des Proteins/Enzyms der pH-Wert um
mehr als ±0,05 pH-Einheiten ändern, kann die Konzentration des Puffers zunächst auf bis zu 50 mM erhöht werden. Bis zu dieser Konzentration wurden für die GoodPuffer zum Beispiel in Zellkultur-Experimenten keine
störenden Effekte nachgewiesen (Ferguson et al. 1980).
Um Schwermetalle zu komplexieren, kann, falls wünschenswert, einem Puffer EDTA in geringen Mengen zugefügt werden (10 bis 100 µM; Stoll & Blanchard 1990).
Für die vollständige Entfernung von mehrwertigen Kationen können zwischen 0,1 und 5,0 mM an Chelatoren
zugesetzt werden.
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0,1 M
10 mM
Borat
10 mM
> 100 mM
Citrat
2,5 mM
< 1 mM
Glycin
2,5 mM
1 M
0,1 M
HEPES
0,2 M
Colloidales Gold
0,6 M
5 %
< 10 mM
1 M
5 mM
20 mM
< 20 mM
50 mM
2,5 µM
100 µM
100 mM
Phosphat
250 mM
250 µM
2 M
Tris
250 mM
0,1 M
100 mM
100 mM
1 M
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2 M
0,5 M
40 mM
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*nach Stoscheck, C.M. (1990) Methods Enzymol. 182, 50-68 – Die Werte entsprechen der Endkonzentration.
Im Falle der UV-Absorption entspricht die Endkonzentration der Chemikalie einem Absorptionswert
der kleiner als 0,5 über Wasser ist.
Bradford, M.M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254
uu „Alte“ Puffer, die von Puffern mit besseren Eigenschaften abgelöst wurden (nach Scopes 1994)
„Alte" Puffer
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Veronal (5,5-Diethylbarbitursäure; Barbital)
giftig
Cacodylsäure, Cacodylat
Citronensäure, Citrat
Tricin, Tris
giftig
MES, Bis-Tris
komplexiert Metall-Ionen
MES, Bis-Tris
UV-Absorption
MES, Bis-Tris
Maleinsäure
Anwendungsabhängige Wahl
der Puffersubstanzen
Die Entscheidung für oder gegen einen Puffer hängt auch
von der Methode ab, für die er eingesetzt werden soll.
Bei der Aufreinigung von Proteinen/Enzymen werden
neben Aktivitätsmessungen in der Regel auch Konzentrationsbestimmungen durchgeführt. Viele der auf Aminosäuren basierenden Puffersubstanzen können Messungen
mit Proteinnachweis-Reagenzien durch Wechselwirkungen mit diesen oder durch Eigenabsorption des Puffers im Bereich oberhalb 230 nm verfälschen. Verschiedene Puffer interferieren zum Beispiel mit dem
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18.06.2007
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puffer
FAQ
Wie wird eine mikrobielle Kontamination
von Pufferlösungen verhindert?
1. Sterilisation durch Filtration oder
Autoklavieren
2. Zugabe von 0,02 % (3 mM) Natriumazid
3. Lagerung bei +4 °C
4. hochkonzentrierte Stammlösungen
Spezieller Hinweis für Puffer, die Natriumhydrogencarbonat (Natriumbicarbonat) enthalten: Diese
Puffersubstanz erfordert ein geschlossenes System. In wässrigen Lösungen zersetzt sich Natriumhydrogencarbonat ab 20 °C in CO2 und Natriumcarbonat. Bei 100 °C findet eine vollständige Zersetzung
statt. Daher können Natriumhydrogencarbonathaltige Lösungen nicht autoklaviert werden, sondern müssen sterilfiltriert werden. Beim Ansetzen
sollte nicht zu stark und nicht zu lange gerührt werden. Der pH-Wert einer frischen 100 mM Lösung
beträgt bei 25 °C 8,3.
Wie verhindert man das Ausfallen
von TBE-Pufferkonzentraten?
TBE-Pufferkonzentrate (üblicherweise 10X) tendieren dazu, sehr schnell nach der Herstellung ein
Präzipitat zu bilden. Dies kann verhindert werden,
indem man die Lösung durch einen Celluloseacetat- oder Cellulosenitrat-Filter (0,2–0,45 µm) filtriert. Die Gefäße, in die der filtrierte Puffer abgefüllt wird, müssen staubfrei sein. Es sind scheinbar
Salzkristalle für die Präzipitat-Bildung verantwortlich, die sich als Kristallisationskeime an Staubpartikeln oder anderen mikroskopisch kleinen Partikeln bilden. Trüb gewordene konzentrierte
TBE-Puffer können auch autoklaviert werden
(Mayeda & Krainer 1991).
Wie bekommt man die freien Säuren von PIPES,
POPSO oder ADA in Lösung?
Die freie Säure von PIPES ist sehr schlecht wasserlöslich (nur 1 g/L; siehe Good et al. 1966 (Seite
469)). Durch Überführen in das Natriumsalz mit
NaOH, der pH-Wert der Lösung steigt dann auf
über 6, erhält man ein gut lösliches Salz. Das gleiche gilt für POPSO und ADA, die sehr unlöslich
sind und erst bei der Überführung in das Natriumsalz in Lösung gehen.
Welche Bedeutung hat das Lösungsmittel Wasser?
Die Puffersubstanzen, die heute kommerziell erhältlich sind, erfüllen in der Regel die höchsten
Ansprüche. Sie werden zum Beispiel auf niedrige
Schwermetall-Gehalte, Endotoxin-Freiheit und die
Abwesenheit von Enzym-Kontaminationen (DNasen, RNasen, Proteasen, Phosphatasen) getestet.
Das Wasser, in dem die Puffersubstanzen gelöst
werden, stammt aber in der Regel aus dem Labor
des Anwenders, in dem die Pufferlösungen hergestellt werden. Auch hier muss darauf geachtet werden, dass nur die höchste Qualität eingesetzt wird.
Zulange Standzeiten in einer Wasserleitung erhöhen das Risiko der Verunreinigung der Pufferlösung. Es können sich Gase im Wasser lösen und
Verschmutzungen am Leitungsausgang festsetzen.
Deshalb empfiehlt es sich, erst eine gewisse Menge Wasser aus der Leitung zu verwerfen und dann
Wasser für die Pufferzubereitung zu entnehmen.
22
Lowry-Proteinnachweis (s.u.). Diese störenden Effekte
können aber meistens relativ einfach durch Einschluss
des Puffers in die „blank“-Kontrolle ausgeschaltet werden
(Peterson 1979).
Für Gelfiltration sind grundsätzlich viele Puffer geeignet. Für Anionenaustausch-Chromatographie werden
kationische Puffer wie Tris bevorzugt. Für Kationenaustausch-Chromatographie oder Hydroxylapatit-Chromatographie sind anionische Puffer (z.B. Phosphat, MES) vorzuziehen, d.h. der Puffer sollte die gleiche Ladung
besitzen wie das Ionenaustausch-Material, damit er nicht
selbst an den Ionenaustauscher bindet (Blanchard 1984;
Scopes 1994). Die Pufferbedingungen für die Ionenaustausch-Chromatographie werden ausführlich von Scopes
(1984) diskutiert.
Borat ist zum Beispiel nicht für die Isolierung von
Glycoproteinen oder Systemen, die Nukleotide beinhalten, geeignet, da es mit der cis-Hydroxyl-Gruppe von
Zuckern interagiert. Wenn in Proteinaufreinigungssystemen nach der Auflösung des Proteins eine Elektrophorese folgt, sollten Puffer mit einer niedrigen Ionenstärke
zum Einsatz kommen, da diese die Aufheizung des Gels
zur Folge hätten (Hjelmeland & Chrambach, 1984).
Die auf dem Piperazin-Ring basierenden Good-Puffer
HEPES, HEPPS, HEPPSO und PIPES sind nicht für die
Untersuchung von Redox-Prozessen geeignet, da sie in
Anwesenheit von H2O2, Sauerstoffradikalen, autooxidierendem Eisen oder unter bestimmten elektrolytischen
Bedingungen leicht Radikale bilden. Der auf einem Morpholin-Ring basierende Good-Puffer MES formt dagegen
keine Radikale (Grady et al. 1988).
u Tris-Puffer: Nicht immer die beste Wahl!
(nach Sambrook & Russell 2001)
Tris (Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan) ist wahrscheinlich die am häufigsten eingesetzte Puffersubstanz in biologischen Experimenten. Das kommt daher, dass Tris
vergleichsweise preisgünstig, sehr gut wasserlöslich, in
vielen enzymatischen Systemen inert ist (keine Wechselwirkungen mit anderen Komponenten) und eine hohe
Pufferkapazität besitzt. Da Tris aber auch eine ganze Reihe negativer Eigenschaften haben kann, soll er hier detaillierter vorgestellt werden.
1. Der pKa-Wert von Tris ist 8,06 bei 25 °C. Damit liegt er
schon am oberen Ende des pH-Bereichs vieler biologischer Systeme (pH 6,0 – 8,0). Im eigentlichen physiologischen pH-Bereich (7,0 – 7,5) hat er also relativ
wenig Pufferkapazität.
2. Die Temperaturempfindlichkeit von Tris-Puffern ist
signifikant. Es macht also einen großen Unterschied,
ob ein Tris-Puffer im Kühlraum, bei Raumtemperatur
oder bei 37 °C eingesetzt wird. Dementsprechend
muss der pH-Wert auf die Umgebungstemperatur eingestellt werden, bei der er eingesetzt wird.
pH-Wert einer 50 mM Tris-Lösung
5 °C
25 °C
37 °C
9,5
8,9
8,6
3. Tris reagiert mit vielen pH-Elektrodentypen, die ein
Leinen-Faser-Diaphragma (engl.: linen-fiber junctions)
besitzen. Dies resultiert in hohen Flüssigkeits-Diaphragma-Potenzialen (engl.: liquid-junction potentials), „electromotive force drifts“ (emf) und langen
Äquilibrierungszeiten. Man darf daher nur Elektroden
mit Keramik- oder Glas-Diaphragmen (engl.: electrodes with ceramic or glass junctions) verwenden,
die vom Hersteller als geeignet beschrieben werden.
4. Der pH-Wert einer Tris-Lösung ist konzentrationsabhängig. Bei Verdünnung sinkt der pH-Wert um 0,1
pH- Einheit, wenn von 100 mM auf 10 mM verdünnt
wird.
5. Tris ist für viele Säugerzellen toxisch, da es aufgrund
seiner relativ guten Fettlöslichkeit in Zellen eindringt.
6. Tris ist ein primäres Amin. Es kann nicht mit Fixierungsreagenzien wie Glutaraldehyd oder Formaldehyd verwendet werden. Es reagiert auch mit Glyoxal
und DEPC. Als Ersatz werden Phosphat-, HEPES- oder
MOPS-Puffer eingesetzt.
u Flüchtige Puffer
Es stehen eine Reihe von Puffern zur Verfügung, die
leicht und vollständig entfernt werden können. Diese
Puffer werden besonders dann angewendet, wenn in
Folgereaktionen keine störenden Komponenten enthalten sein dürfen. Sie sind hilfreich in der Elektrophorese,
Ionenaustauschchromatographie oder beim Verdau von
Proteinen mit nachfolgender Abtrennung von Peptiden
und Aminosäuren. Zu den Puffersubstanzen zählen:
Ameisensäure, Ammoniak, Ammoniumcarbonat, Essigsäure, Pyridine, Triethanolamin. Mit entsprechenden Mischungen dieser Substanzen kann ein Bereich von pH 1,9
bis 8,9 abgedeckt werden.
u Puffermischungen
Da der maximale Pufferbereich einer schwachen Säure
bzw. Base auf einen relativ engen Bereich begrenzt ist,
nämlich eine pH-Einheit oberhalb und unterhalb des
pKa-Wertes, ist es unter Umständen notwendig Puffermischungen herzustellen, die einen weiteren pH-Bereich
abdecken und in diesem Bereich dann auch eine
konstante Pufferkapazität haben. Für solche Puffermischungen empfiehlt sich die Mischung von Puffern,
die strukturell ähnlich sind und deren optimalen Pufferbereiche (pH-Bereiche) sich überlappen (z.B. MES/Acetat/Tris, pH 4,0–9,0). Die pK-Werte sollten nicht weiter
als eine bis zwei pH-Einheiten voneinander getrennt sein
(Williams & Morrison 1981, Blanchard 1984, Stoll &
Blanchard 1990). Die Pufferkapazitäten addieren sich im
überlappenden Bereich.
Diese Systeme haben aber mitunter auch ihre Nachteile. Da jede Pufferkomponente nur in einem sehr
schmalen pH-Bereich puffert, liegt sie außerhalb ihres
Pufferbereiches in ihrer ionisierten Form vor. Diese ionisierte Form wiederum kann hemmend wirken. Außerdem
erhöht die Anwesenheit verschiedener zusätzlicher
Puffersubstanzen die Ionenstärke.
Pufferreihen oder Mehrkomponenten-Puffer finden
z.B. bei der Untersuchung der pH-Abhängigkeit von Enzymaktivitäten Anwendung. Beispiele für die Verwendung von Pufferreihen sind die Untersuchungen zur
Hexokinase aus Hefe (Viola & Cleland 1978) und MuskelKreatinkinase aus Kaninchen (Cook et al. 1981) oder der
Dihydrofolat-Reduktase aus S. faecium (Williams & Morrison 1981), Chymase aus Mensch (McEuen et al. 1995)
und Trehalase aus Seidenspinner (Ando et al. 1995).
Falls die Ionenstärke eine große Rolle spielt, kann
diese durch eine entsprechende Wahl von Puffersubstanzen reduziert werden. Bei Kombination einer schwachen
Säure mit einer schwachen Base kann die Zugabe von
Säure bzw. Alkali (Elektrolyt) zur Einstellung des pHWertes reduziert werden (Ellis & Morrison 1982). Auch
die Ionenstärke lässt sich bei entsprechender Pufferauswahl über weite pH-Bereiche konstant halten. Entsprechende Beispiele für Drei-Komponenten-Puffer, die bis
zu 4 pH-Einheiten abdecken können, werden von Ellis &
Morrison (1982) vorgestellt.
Eine andere Anwendung finden Puffermischungen
bei der ‘high performance chromatofocusing’. Mit dieser
chromatographischen Methode wird die Auftrennung,
z.B. auch von Protein-Isoformen, entsprechend der Oberflächenladung der Proteine in pH-Gradienten, die durch
Anlegen eines elektrischen Feldes erzeugt werden, ermöglicht. Die entsprechenden Fokussierungspuffer können sehr komplex sein (31 Komponenten; Hutchens et
al. 1986).
u Puffer für die Gelelektrophorese
Die Gelelektrophorese ist zu einer der wichtigsten Methoden in der Analyse von Nukleinsäuren und Proteinen
geworden. Für diese Technik(en) der Polyacrylamid-Gelelektrophorese und der Agarose-Gelelektrophorese haben sich im Wesentlichen 3 Puffer durchgesetzt: TAE-Puf-
■
03/07
Darmstadt 9 Uhr, windig, 18 Grad
Karlsruhe 11 Uhr, Sonne, 28 Grad
Zugspitze 19 Uhr, Schneefall, 1 Grad
Zuverlässigkeit bei Wind und Wetter –
stabil bei jeder Temperatur –
dauerhaft!
uu Temperatur-Abhängigkeit des pKa-Wertes biologischer Puffer (100 mM)
Bezeichnung
d(pKa)/dT
pKa (0 °C)
pKa (4 °C)
pKa (20 °C)
pKa (25 °C)
1,2 – 2,6
Maleat (pK1)
1,7 – 2,9
Phosphat (pK1)
0,0044
2,15
2,2 – 3,6
Glycin (pK1)
2,35
2,2 – 6,5
Citrat (pK1)
3,13
2,5 – 3,8
Glycylglycin
3,14
2,7 – 4,2
Malat (pK1)
3,40
3,75
1,97
3,0 – 4,5
Formiat
3,0 – 6,2
Citrat (pK2)
–0,0016
–0,0018
4,21
0,0
4,79
4,77
4,76
3,2 – 5,2
Succinat (pK1)
3,6 – 5,6
Acetat
0,0002
4,76
4,0 – 6,0
Malat (pK2)
5,13
4,9 – 5,9
Pyridin
–0,014
5,23
5,0 – 7,4
Cacodylat
6,27
5,5 – 6,5
Succinat (pK2)
5,64
0,0
pKa (37 °C)
4t Matthes + Traut · Darmstadt
effektiver pH-Bereich
4,74
5,5 – 6,7
MES
5,5 – 7,2
Maleat (pK2)
5,5 – 7,2
Citrat (pK3)
5,8 – 7,2
BIS-Tris
–0,017
6,82
6,54
6,46
6,25
5,8 – 8,0
Phosphat (pK2)
–0,0028
7,26
7,21
7,20
7,16
6,0 – 7,2
ADA
–0,011
6,80
6,60
6,59
6,45
6,0 – 8,0
Carbonat (pK1)
–0,0055
6,30
6,35
6,1 – 7,5
PIPES
–0,0085
7,02
6,94
6,80
6,76
6,66
6,1 – 7,5
ACES
–0,020
7,32
7,20
6,90
6,78
6,56
6,2 – 7,6
MOPSO
–0,015
6,95
6,87
6,2 – 7,8
Imidazol
–0,020
7,05
6,3 – 9,5
BIS-Tris-Propan
–0,011
6,38
6,33
6,15
6,10
6,15
6,24
0,0
6,85
7,37
5,98
6,40
6,95
6,71
6,80
6,4 – 7,8
BES
–0,016
7,41
7,15
7,09
6,90
6,5 – 7,9
MOPS
–0,011
7,41
7,20
7,14
6,98
6,8 – 8,2
TES
–0,020
7,92
7,82
7,50
7,40
7,14
6,8 – 8,2
HEPES
–0,014
7,85
7,77
7,55
7,48
7,31
7,50
7,0 – 8,2
DIPSO
–0,015
7,60
7,52
7,0 – 8,2
TAPSO
–0,018
7,70
7,61
7,0 – 8,3
TEA
–0,020
7,76
7,1 – 8,5
HEPPSO
–0,010
7,85
7,90
7,2 – 8,5
POPSO
–0,013
7,85
7,78
7,4 – 8,8
Tricin
–0,021
8,15
8,05
8,60
8,49
7,5 – 8,9
Glycylglycin
–0,025
9,00
8,85
8,40
8,25
7,90
Tris
–0,028
8,90
8,80
8,30
8,06
7,70
7,6 – 8,6
HEPPS, EPPS
–0,015
8,18
8,10
8,00
7,81
7,6 – 9,0
Bicin
–0,018
8,64
8,35
8,26
8,04
8,02
8,31
8,40
8,62
7,7 – 9,1
TAPS
+0,018
7,8 – 9,7
AMPD
–0,029
8,3 – 9,7
AMPSO
Taurin (AES)
–0,022
9,06
8,5 – 10,2
Borsäure (pK1)
–0,008
9,23
8,8 – 9,9
Ammoniak
–0,031
9,25
9,00
8,6 – 10,0
CHES
–0,011
8,7 – 10,4
AMP
–0,032
9,69
8,8 – 10,6
Glycin (pK2)
–0,025
9,78
8,9 – 10,3
CAPSO
9,60
9,5 – 11,1
Carbonat (pK2)
–0,009
10,33
9,7 – 11,1
CAPS
–0,009
10,40
Phosphat (pK3)
–0,026
12,33
Borsäure (pK2)
12,74
Borsäure (pK3)
13,80
9,73
10,30
9,55
9,90
Protein-frei
lyophilisiert
für Agarose- und Acrylamid-Gele
frei von Nuklease- &
Protease-Kontaminationen
● über 5 Jahre haltbar
●
●
●
●
8,80
8,4 – 9,6
9,10
für die Gelelektrophorese
7,80
7,5 – 9,0
8,70
Size
Marker
DNA
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Gel Electrophoresis
Size Marker
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d(pKa)/dT aus Ellis & Morrison 1982 und Good & Izawa 1972 und Dawson et al. 1986
pKa 25 °C aus Stoll & Blanchard 1990 und Dawson et al. 1986
BioChemica Chemica Synthesis Service
pKa 20 °C aus Good et al. 1966 und Good & Izawa 1972 und Ferguson et al. 1980
pKa 0 °C und 37 °C aus Good et al. 1966
Je nach Autor treten geringe Unterschiede bei den Angaben auf!
fer (Tris-Acetat-EDTA), TBE-Puffer (Tris-Borat-EDTA) und
Tris-Glycin-Puffer. Je nach Anwendung gibt es zu diesen
Puffern noch Zusätze wie zum Beispiel Harnstoff und
SDS. Da es von dieser Elektrophoresetechnik viele Abwandlungen gibt, gibt es dementsprechend auch eine
Vielzahl an Modifikationen der Puffer.
03/07
■
Darmstadt hat eine weitere Topadresse:
AppliChem GmbH Ottoweg 4 64291 Darmstadt
Fon 06151/93 57-0 Fax 06151/93 57-11
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Teil 1 erschien in der labor&more 02/07
Literatur beim Autor
>> [email protected]
23
produkte
Neuer Whatman Katalog
mit 3.000 Produkten erhältlich. Ab sofort ist der
neue Whatman Katalog verfügbar. Zusätzlich zu den einzelnen Produktinformationen enthält der Katalog wertvolle Applikationsbeispiele und Anwendertipps. Neu ist der Application Finder, der es Forschern
ermöglicht, von einer Anwendung ausgehend im Sortiment nach passenden Produkten zu suchen. Das
klar strukturierte Nachschlagewerk bietet auf 422 Seiten umfassende Informationen über 3.000 Produkte
aus den Bereichen LabSciences und BioSciences.
Der Katalog steht in Englisch, Deutsch, Französisch, Spanisch und Italienisch zur Verfügung und kann
online bestellt werden.
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SigmaPlot 10
Der einfachste Weg, Daten zu analysieren und präsentieren. Die neueste Version
des technischen Graphik- und Analyseprogramms von Systat Software präsentiert zahlreiche neue Graphikfunktionen (Linien- und Füllmuster, 3D-Maschendiagramme, Weibull- und reziproke Skalen, mehr selektierbare Objekte...) und allgemeine Funktionen (Publikations-Assistent, Audit-Trails zur Dokumentation nach 21
CFR Part 11) sowie weitere Verbesserungen für einen effizienteren Arbeitsablauf von der Grapherstellung bis
zur Veröffentlichung. Neue Curve Fitting-Optionen wie z.B. das ROC Kurvenanalyse-Modul zur Bestimmung
des besten klinischen Tests, ein dynamischer Anpassungs-Assistent als Ergänzung des Regressions-Assistenten
bei der Suche nach der besten Lösung für schwierige Kurvenanpassungsprobleme oder automatisch generierte
Konfidenz- und Vorhersage-Intervalle für Kurvenanpassungen ermöglichen eine flexiblere Feld- und Labordatenanalyse.Weitere Informationen und kostenlose Demo-CD unter
[email protected]
Hochgenau temperieren
– Fallstudie 705 – Aufheizen und Abkühlen. What you
see is what you get: Die Grafik zeigt die Temperaturänderungsgeschwindigkeit eines Unistat 705 mit einem
1 Liter Reaktor. Die Umwälzung wird durch Verwendung von Schläuchen mit NW12 statt NW10 erhöht. Je
höher die Umwälzung desto besser der Wärmeübergangskoeffizient und somit die Wärmeübertragung am
Reaktor. Das Ergebnis: Höhere Temperaturänderungsgeschwindigkeiten und bessere Regelergebnisse.
Die Fakten sollten überzeugen: Der Unistat 705w mit einer maximalen Kälteleistung von 700 Watt erzielt eine
durchschnittliche Abkühlrate von 2,58 Kelvin pro Minute mit einem gefüllten 1 Liter Glasreaktor. Dieser Wert
unterstreicht die außergewöhnlich hohe Dynamik. Durch die TAC-Technologie überzeugen auch die Regelergebnisse. Weitere Fallstudien unter:
WWW.HUBER-ONLINE.COM
24
Einfach, genau und flexibel
Dank der speziellen Materialeigenschaften werden
faserverstärkte Kunststoffe häufig im Flugzeug-, Fahrzeug-, Bootsbau und für Rotoren von Windkraftwerken
eingesetzt. Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen ermöglicht dieses Material Verbesserungen in der Steifigkeit und Festigkeit bei niedriger Dichte. Um die hohen Beständigkeitsanforderungen zu testen, wurde ein Tool
mit hydraulischer Probenklemmung entwickelt, das sich gegenüber herkömmlichen mechanischen Vorrichtungen
durch viele Vorteile auszeichnet: – Zeitersparnis durch ein gravierend vereinfachtes Handling der Proben und eine
wesentlich verringerte Prüfzeit der Serie – Genauere, reproduzierbare Ergebnisse durch die Vermeidung von
Fehlerquellen und Reduktion der Zahl der ungültigen Prüfungen. – Flexibilität durch eine variable Vorrichtung,
die es erlaubt, viele unterschiedliche Prüfkörpergeometrien zu prüfen.
[email protected]
■
03/07
CO-Fermentationsanlage
im Industriepark Höchst
Erfolgreich in der Region Nordwest
Der Gewerbepark ecopark liegt am Knotenpunkt der Verkehrsachsen BAB A1/A29
und den Bundesstraßen B72, B69 und B213 (E233) im Oldenburger Münsterland –
die Kompetenzregion für Ernährungs-, Agrarwirtschaft und Umwelttechnik. Der
ecopark nutzt das vorhandene Potenzial und ist gerade für Unternehmen aus dem
Technologie- und Life Science Sektor sowie der Logistik ein optimaler Standort im
Nordwesten Deutschlands. Die besondere Standortqualität und die attraktive Landschaftsarchitektur prägt den Charakter des ecoparks und verleiht ihm ein erstklassiges Ambiente. Ein umfassender Ansiedlungsservice sowie ein zügiges Behördenund Genehmigungsmanagement sind selbstverständlich. Zudem bietet der Raum
Cloppenburg als „jüngster“ Landkreis der Bundesrepublik gute Perspektiven für
qualifizierte und motivierte Mitarbeiter.
>> www.ecopark.de
BioManufacturing Cluster
Berlin-Brandenburg
Bundesweit einmalig ist das Angebot des Parks, für produzierende Biotech-/Pharmaunternehmen. 9.000 m² Reinraumflächen – GMP zertifiziert – der Klassen D bis A können
kurzfristig in Einheiten ab 500 m² für die spezifischen Bedürfnisse des jeweiligen Nutzers angepasst und für GMP-Anforderungen qualifiziert werden. Der Anfang für ein
BioManufacturing Cluster ist schon gemacht. Vier Unternehmen produzieren bereits im
Park. Zusammen mit dem Life-Science-Analytikunternehmen SGS Institut Fresenius Berlin GmbH (früher Pharmalyticon GmbH & Co. KG) ergeben sich daraus schon heute
zahlreiche Synergien.
>> www berlinbiotechpark.de
226878_Infraserv_AZ_3
14.06.2007
18:05 Uhr
Infraserv Höchst investiert 15 Millionen Euro in umweltfreundliche Energieerzeugung.
In der CO-Fermentationsanlage, die im dritten Quartal 2007 in Betrieb genommen werden soll, werden täglich 30.000 m3 Biogas durch die Umwandlung der organischen Inhaltsstoffe von Klärschlämmen sowie von organischen Abfällen produziert. Mit dieser
wird erstmals in größerem Maßstab die Nutzung industrieller Klärschlämme für die
­Biogas-Erzeugung ermöglicht.
Die Kapazität der Anlage beläuft sich zunächst auf ca. 90.000 Tonnen CO-Substrate
pro Jahr, wobei die modulare Konzeption Erweiterungsmöglichkeiten beinhaltet. In der
CO-Fermentationsanlage erfolgt die anaerobe Vergärung von Klärschlamm und organischen Abfällen. Das Verfahren wird bei Infraserv Höchst seit rund zwei Jahren im
Probebetrieb getestet.
Der Bau der CO-Fermentationsanlage ist innovativer Bestandteil des Energie- und
Entsorgungskonzeptes für den Industriepark, mit dem Infraserv Höchst die Ver- und
Entsorgung der Standortgesellschaften zu international wettbewerbsfähigen Preisen gewährleistet. Für produzierende Unternehmen sind diese Kosten ein immer wichtiger
werdender Erfolgsfaktor im internationalen Wettbewerb.
>> www.infraserv.com
Hessische Biotechnologie-Initiative
siegt im Bundeswettbewerb
Die Clusterinitiative der Frankfurt Bio Tech Alliance zählt zu den Gewinnern des Wettbewerbs „BioIndustrie 2021“ des Bundesforschungsministeriums. 19 Mitbewerber aus
ganz Deutschland waren ursprünglich angetreten. Fünf Gewinner wurden heute in Köln
vor einer internationalen Jury ausgewählt. Damit gehen fünf Millionen Euro Fördermittel in Projekte der weißen Biotechnologie nach Hessen. Die weiteren Gewinner kommen aus Nordrhein-Westfalen, Hamburg, Baden-Württemberg und Bayern.
Der Frankfurter Wettbewerbsbeitrag beschreibt ein Clustermodell für die Entwicklung
der weißen Biotechnologie. Darin sind die Elemente Forschung, Entwicklung, Produktion und Finanzierung so aufeinander abgestimmt, dass insbesondere kleine und mittlere
Unternehmen ideale Voraussetzungen finden, um biotechnologische Prozesse und Technologien in ganz unterschiedlichen Branchen erfolgreich einzusetzen. Mit den gewonnenen Fördermitteln sollen anwendungsnahe Verbundprojekte ermöglicht werden.
>> www.hessen-biotech.de
Seite 1
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Der einen großen Flughafen direkt „vor der Haustür“ hat? Der Sie in ein kompetentes, wissenschaftliches und unternehmerisches Netzwerk einbindet? Willkommen im Frankfurter
Industriepark Höchst. Hier verwirklichen wir von Infraserv Höchst spezielle Kundenwünsche
so maßgeschneidert wie nur möglich. Insbesondere für Chemie, Pharma, Biotechnologie und
verwandte Prozessindustrien. Egal wann und in welchem Umfang Sie einen umsetzungsstarken Partner zum Betreiben anspruchsvoller Infrastrukturen benötigen – nehmen Sie Dienstleistung bei uns einfach wortwörtlich. Sprechen Sie uns an: 069 305-46300,
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26
Jetzt ist der Groschen auch in einigen anderen Ländern gefallen:
in Großbritannien und in den USA haben sich unter dem Namen
„Labs21“ Organisationen etabliert, die sich die Verbesserung der
Laborlufttechnik auf die Fahnen geschrieben haben. Sie folgen
damit einem Weg, der in Deutschland schon in den späten achtziger
Jahren beschritten wurde und auf dem mit der Veröffentlichung
erster DIN-Normen 1992 ein Zwischenziel erreicht wurde.
Bis 1992 war das wichtigste Sicherheitskriterium für Laborabzüge deren Luftdurchsatz. Es war ein Mindestvolumenstrom festgelegt, der die Anreicherung
von Gefahrstoffen im Abzugsinnenraum
verhindern und den Austritt von möglichen Schadstoffen durch die Arbeitsöffnung vermeiden sollte. Mit der Publikation von DIN 12924-1 wurde ab 1992 ein
anderer Weg beschritten: statt des Luftvolumenstroms wurde das Rückhaltevermögen des Abzugs in der Norm bestimmt und festgelegt. Dies führte unter
den Abzugsherstellern zu einem Wettbewerb, wer mit dem niedrigsten Luftvolumenstrom das beste Rückhaltevermögen
erzielen konnte. Das Resultat waren wesentlich niedrigere Betriebskosten des Labors und ein nicht unwesentlicher Beitrag
zum Umweltschutz und zur zukunftsfähigen Entwicklung.
Als Mitte der neunziger Jahre mit der
Arbeit an einer europäischen Normenreihe
zu Laborabzügen (EN 14175) begonnen
wurde, war zwar das Prinzip des Rückhaltevermögens unumstritten, die meisten
und insbesondere die größeren europäischen Nachbarländer arbeiteten jedoch
mit einem anderen Prüfverfahren und
traditionell mit wesentlich höheren
Luftdurchsätzen als in Deutschland. Die
deutschen Experten in der zuständigen
Working Group des CEN/TC 332 „Laboratory equipment“ hatten bei der Verteidigung des mit der DIN 12924-1 erreichten
Stands der Technik eine sehr schwierige
Aufgabe übernommen und es bedurfte
fast zehnjähriger, mühsamer Diskussionen,
bis die neue Normenreihe EN 14175 den
Ansprüchen aller beteiligten Länder genügte.
Die neue europäische Norm ermöglichte Frankreich und England ihre traditionell höheren Luftvolumenströme ebenso
wie die niedrigeren Luftdurchsätze, die
hauptsächlich in der Schweiz, Österreich,
den Niederlanden und Deutschland seit
1992 erfolgreich angewendet werden. Erst
jetzt beginnt in England im Rahmen der
allgemeinen Diskussion zum Klimaschutz
ein Umdenken. In den USA hat sich auf
Initiative der EPA (Environmental Protec-
tion Agency) und des Energieministeriums
vor etwa 3 Jahren eine Initiative „Labs21“
(siehe www.labs21.org.uk) gebildet, die
umweltfreundlichere Laboratorien in den
USA zum Ziel hat; unter anderem werden
Energie- und Wasserverbrauch von Laboratorien auf den Prüfstand gestellt und
optimiert.
Was den deutschen Experten 10 Jahre
lang misslang, gelang den amerikanischen
Kollegen fast auf Anhieb: sie überzeugten
wichtige englische Meinungsführer niedrigere Luftströme für Abzüge einzusetzen
und zukunftsfähige Konzepte bei Laborplanung und Laborbau in die Praxis umzusetzen. Die englische Organisation HEEPI
(Higher Education – Environmental Performance Improvement, siehe www.heepi.
org.uk) hat in kurzer Zeit eine Reihe von
„Leuchtturmprojekten“ erfolgreich durchgeführt, von denen in einigen Fällen auch
Deutschland noch profitieren könnte.
So wurde beispielsweise an der Universität von Edinburgh das Beschaffungswesen so umgekrempelt, dass bei Vergabeverfahren für Beschaffungen u. a. die
Betriebskosten und der Energieverbrauch
berücksichtigt werden. Einzelheiten hierzu finden sich auf der Internetseite von
HEEPI.
Fortbildungstag zu Lufttechnik
in Laboratorien
Zurzeit wird in Deutschland DIN 1946-7
„Raumlufttechnische Anlagen in Laboratorien“ überarbeitet. An der Überarbeitung sind Fachleute aus den Reihen der
Laboranwender, hier hauptsächlich chemische und pharmazeutische Industrie,
aus Hochschulen, Schulen und Großforschungsinstituten ebenso beteiligt wie
Laborplaner, Laboreinrichter, lufttechnische
Ausrüstungsfirmen, Sicherheitsfachkräfte
und technische Aufsichtsbeamte. Es
wurde beschlossen, dieses versammelte
Know-how nicht nur in der eher abstrakten Form einer überarbeiteten Norm
DIN 1946-7 weiterzugeben, sondern auch
einen praxisorientierten Fortbildungstag
mit Kurzvorträgen, Postern und Exponaten zu veranstalten. Die Diskussion am
ausgestellten Objekt erlaubt doch einen
wesentlich wirkungsvolleren Informationstransfer als der trockene und geraffte
Text der Norm.
Der Fortbildungstag zur Planung, Ausführung und dem Betrieb laborlufttechnischer Anlagen wird am 22. August 2007
im DECHEMA-Haus in Frankfurt am Main
stattfinden.
Es ist nicht die Intention des Fortbildungstages einfach Regelwerke zu zitieren
und zu erläutern. Der Schwerpunkt liegt
auf der praktischen Umsetzung von Anforderungen, die aus technischen Regelwerken (GefStoffV, Laborrichtlinie, TRGS
526) und dem Bedarf des Laborbetreibers
und Labornutzers resultieren.
> [email protected]
Das ausführliche Programm
und Anmeldeunterlagen können
per E-Mail an
[email protected] oder über
Telefon 069/7564-256 angefordert werden.
Die Anmeldung ist auch via Internet möglich:
www.events.dechema.de
Literaturhinweise
DIN 1946-7, Raumlufttechnik Teil 7: Raumlufttechnische
Anlagen in Laboratorien (VDI-Lüftungsregeln)
DIN EN 14175-2, Abzüge Teil 2: Anforderungen an
Sicherheit und Leistungsvermögen
DIN EN 14175-3, Abzüge Teil 3: Baumusterprüfverfahren
DIN EN 14175-4, Abzüge Teil 4: Vor-Ort-Prüfverfahren
BGR 120 und GUV-R 120, Richtlinien für Laboratorien
Bezugsquelle für alle Regelwerke: www.beuth.de
■
03/07
planung
Advertorial
VITsafe™ – die
Sicherheitsspritzflasche
NEU!
Schutz durch
Containment
Von der Probenvorbereitung bis zur Reinigung
und Entsorgung
Alexandra Mehlig, Skan AG
Wie aber wird mit den Analysenproben
­zwischen den einzelnen Sicherheitseinrichtungen umgegangen? Werden pulverförmige
toxische Substanzen in verschlossen Behältern oder in gelöstem Zustand transferiert?
Wie wird sichergestellt, dass anhaftende
Stäube nicht in die Umgebung gelangen
oder etwas verschüttet werden kann?
Beim Einrichten eines Labors sind die
Arbeitsabläufe mit entscheidend für das
Plazieren der Geräte und ihrer dazuge­
­
hörigen Schutzeinrichtungen wie Abzüge
und Wägekabinen. Können diese Sicherheitseinrichtungen durch Schleusen sinnvoll
miteinander verbunden werden, wird das
Hantieren der Analysenprobe sicherer, denn
diese müssen zum Ausführen des nächsten
Arbeitsschrittes nicht aus der schützenden
Umgebung herausgenommen werden.
Beispiel: Eine toxische Substanz muss
eingewogen und im Anschluss getrocknet
werden. Steht die Waage in einem Abzug, in
welchem seitlich die Türe des Trockenschranks eingebaut wurde (s. Abb.), be­
findet sich die Substanz während aller
Analysenphasen in einem schützenden
­
Containment. Verfügt dieser Abzug über
eingebaute Schwebstofffilter, werden ausserdem die freigesetzten pulverförmigen
Stäube auf diesen Filtern zurückgehalten,
womit verhindert wird, dass sie sich in die
Gebäudelüftung verteilen. In der Folge sind
nicht nur Laborant und Chemiker im Labor
besser geschützt, sondern auch die Umgebung und die Mitarbeiter, die das Gebäudeabluftsystem warten müssen.
In der Planungsphase ist es daher notwendig, die Arbeitsabläufe genau zu analysieren: welche Arbeitsschritte lassen sich
unkompliziert miteinander verbinden, welche Geräte werden nacheinander benutzt,
wo werden die Chemikalien entsorgt und
die Gefässe gereinigt? Dann werden die notwendigen Schutzeinrichtungen definiert.
Hersteller von Abzügen und Werkbänken,
die über ein breites und abgestuftes Sortiment verfügen, können Ihre Systeme einfach miteinander verbinden und so Schnittstellenprobleme vermeiden.
In den letzten Jahren ist die Nachfrage
nach Systemen, die durch ihren kombinierten Einsatz den Schutz von Mitarbeiter,
03/07
■
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Moderne Schutzeinrichtungen in den Laboratorien wie Abzüge
und Sicherheitswerkbänke unterliegen strengen Normen und
werden Baumusterprüfungen, Qualifizierungen und regelmässigen
Kontrollen unterzogen. Dadurch hat der Benutzer den besten
Schutz, den ein solches System bieten kann.
Erstmals erhalten Sie VITsafe™ Sicherheitsspritzflaschen wahlweise aus Polyethylen (PE-LD) oder
Polypropylen (PP). PP weist eine deutlich höhere
Beständigkeit gegenüber vielen organischen
Lösungsmitteln auf – dies ermöglicht Ihnen völlig
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ist Sie für die Produkte aus eigener Herstellung ­zuständig.
neue Einsatzgebiete im Laboralltag.
Die spezielle VENT-CAP Verschraubung verhin-
Erhöhter Dampfdruck baut sich
dert weitestgehend ein Auslaufen, Tropfen oder
wird fast gänzlich unterbunden.
durch VENT-CAP ab. Nachtropfen
Entweichen der Flüssigkeit über den Spritzschlauch, wie es leicht bei Temperaturveränderungen im Labor geschehen kann.
Alle VITsafe™ Sicherheitsspritzflaschen sind mit
der gesetzlich geforderten Kennzeichnung nach
GefStoffV dauerhaft haltbar bedruckt. Sie können
aus 18 verschiedenen Varianten mit unterschiedUmgebung und Gebäudeinfrastruktur zusätzlich erhöhen, gestiegen. Der Vorteil dieser fortschrittlichen Lösung liegt auf der
Hand: es müssen keine zusätzlichen organisatorischen oder persönlichen Schutzmassnahmen getroffen werden, die das Handhaben der Substanzen zwischen den einzelnen
Schutzeinrichtungen regelt. Von der Vorbereitung der Proben bis zum Entsorgen der
Chemikalien und Reinigung der Gefässe
können alle Einzelschritte im schützenden
Containment ausgeführt werden.
lichen Stoffbezeichnungen wählen.
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27
stammzellen
Wissenschaftliches
Potenzial und gesetzliche
Beschränkungen
Zur aktuellen Situation der Stammzellforschung
Prof. Dr. Jürgen Hescheler, Geschäftsführender Direktor am Institut für Neurophysiologie,
­Universität zu Köln, betrachtet für labor&more die politische Lage der Stammzellforschung
in Deutschland vor dem Hintergrund des aktuellen Forschungsstandes.
In den letzten Monaten überschlagen sich wieder die Meldungen und Kommentare zum Thema „embryonale Stammzellforschung“. Fünf Jahre nach Einführung des deutschen Gesetzes „zur Sicherstellung
des Embryonenschutzes im Zusammenhang mit Einfuhr und Verwendung menschlicher embryonaler
Stammzellen“. Leider werden wieder fast die identischen Argumente genannt und eine aufgeregte
­politische Diskussion geführt und auch diesmal wird wieder die adulte Stammzelle als die Alternative
zu embryonalen Stammzellen stilisiert, ohne auf die wissenschaftlichen Erkenntnisse und Ergebnisse
der Grundlagenforschung in den letzten 5 Jahre zu schauen.
Jürgen Hescheler wurde 1959 in Saarbrücken geboren, er ist verheiratet und hat einen Sohn. Nach dem Abitur 1978 in Homburg/Saar studierte
er an der Universität des Saarlandes bis 1984 Medizin und habilitierte dort 1988 für das Fach Physiologie. Nach Abweisung eines Rufes auf eine
C4-Professur an der Martin-Luther-Universität Halle erhielt er das Angebot auf eine Professur für Physiologie an der Universität Tübingen 1993.
Er war Gastprofessor an der Tongij Medical University in Wuhan, China, der University of Texas, Houston, USA, und der Forth Military University,
Xian, China. 2004 und 2005 war er maßgeblich beteiligt an der Gründung der Deutschen Gesellschaft für Stammzellenforschung, e.V.
28
Eine seriöse Beurteilung unterschiedlicher
Stammzellen für den Einsatz in der Regenerativen Medizin sollte jedoch meiner
Meinung nach weder auf juristischen Aspekten, noch auf Wunschdenken und populistischen Versprechungen basieren.
Vielmehr ist für mich als Arzt und Wissenschaftler ausschlaggebend, dass in einer
überwältigenden Zahl seriöser Studien internationaler Arbeitsgruppen der letzten 5
Jahre klar gezeigt wurde, dass die humanen
embryonalen Stammzellen (hES) ganz besondere und in der Biologie einmalige
Eigenschaften besitzen, die bei fetalen (FS)
und adulten (AS) Stammzellen nicht mehr
vorhanden sind: (1) Es handelt es sich um
eine klar definierte Population von Zellen
mit gleichbleibenden Eigenschaften, FS/
AS Zellen sind jedoch immer ein Gemisch
unterschiedlicher Zelltypen, die durch
Oberflächenmarker wie z. B. CD34, CD133
nicht eindeutig getrennt werden können.
(2) Unter anderem haben auch unsere eigenen Studien im Rahmen des EU-Projektes FunGenES1 gezeigt, dass ES-Zellen
völlig andere Gen-Gruppen ­aktivieren als
FS/AS-Zellen und daher (3) sicherlich als
einzige Stammzellen die E
­ igenschaften der
Pluripotenz2 und des „self-renewal“3 besitzen,
was sie zum idealen Werkzeug in der Regenerativen Medizin macht. (4) Wir konnten überzeugend demonstrieren, dass die
ES-Zellen selektiv in Herzvorläuferzellen
differenziert werden können, die nach Injektion in das Herzinfarktgewebe dieses
regenerieren und aktiv die Herzarbeit steigern. Ebenso wurden Strategien zur Vermeidung der Tumorentwicklung und der
immunologischen Abstoßung bereits erfolgreich im Tierversuch getestet.
Der proof of principle ist erbracht.
Jetzt gilt es die Strategien auf den Menschen zu übertragen und so eine wissenschaftlich fundierte Therapie zugunsten
des Patienten zu etablieren. Neben dem
Herzinfarkt gibt es eine Reihe weiterer Indikationen von schweren Krankheiten,
bei denen hES-Zellen erfolgreich eingesetzt werden könnten.
■
03/07
03/07
■
29
Bild: wikipedia
Unter §1 des Stammzellimportgesetzes
heißt es unter anderem als Zweck des Gesetzes „zu vermeiden, dass von Deutschland aus eine Gewinnung embryonaler
Stammzellen oder eine Erzeugung von
Embryonen zur Gewinnung embryonaler
Stammzellen veranlasst wird.“ Fest steht,
dass dieser Zweck zwar erreicht wurde,
dass das Gesetz aber definitiv nicht verhindern konnte, dass im Ausland intensiv
an der Herstellung neuer Stammzelllinien
gearbeitet wurde und heute bereits weit
mehr als 400 neue Stammzelllinien etabliert sind, davon über 200 in Fachjournalen publiziert (siehe Stellungnahme der
DFG vom Oktober 2006). Es gibt eine
Reihe neuer Argumente, die für eine Lockerung der Stichtagsregelung in Deutschland sprechen, u. a. ist eine koordinierte
europäische Forschung im 7. Rahmenprogramm kaum noch möglich, da die anderen europäischen Partner bereits nur noch
mit neueren Stammzelllinien arbeiten,
auch wird im Ausland vermehrt an Stammzelllinien mit genetischen Defekten als
Krankheitsmodell gearbeitet, die in
Deutschland verwendbaren Stammzelllinien sind jedoch verunreinigt und werden
von Gutachtern oft schon als Modell einer
reproduzierbaren Forschung abgelehnt.
Auch meine Arbeitsgruppe musste dies
bereits schmerzlich erfahren, als Anträge
leider nur aus diesem Grund abgelehnt
wurden. Während sich die wissenschaftlichen Erkenntnisse weiterentwickelt haben und eine Reihe von Problemlösungen
anbieten, hat sich leider die ethische Beurteilung bei den Gegnern der Stammzellforschung immer noch um keinen
Millimeter geändert. Während wir in
­
Deutschland diskutieren, geht das Ausland mit Riesenschritten in der Forschung
an hES-Zellen voran und wird dafür die
Früchte ernten. Die Folgen einer möglichen wirtschaftlichen Verwertung dieser
Ergebnisse ist nicht absehbar. Bei den zu
erwartenden vielen Einsatzbereichen in
den verschiedensten klinischen Disziplinen lässt sich bereits jetzt abschätzen,
dass die Stammzellforschung einen beträchtlichen wirtschaftlichen Anteil haben
wird. Was jetzt wirklich wichtig ist, ist
nicht eine erneute Diskussion und eine
Änderung unserer Gesetzeslage in Mini­
schritten, sondern eine zügige Umsetzung
der Forderungen der DFG, die in der
Stellungnahme vom Oktober 2006 zum
­
Ausdruck gebracht wurden. Hier heißt es:
„Um die Rahmenbedingungen für die
Stammzellforschung zu verbessern, empfiehlt die DFG für die nahe Zukunft, das
Stammzellgesetz wie folgt zu ändern:
uu Der deutschen Forschung sollten
auch neuere, im Ausland hergestellte
und verwendete Stammzelllinien
­zugänglich gemacht werden, sofern
­diese aus „überzähligen“ Embryonen
entstanden sind. Deshalb sollte
die Stichtagsregelung abgeschafft ­
werden.
uu Die Einfuhr von Zelllinien sollte auch
dann erlaubt werden, wenn diese für
diagnostische, präventive und therapeutische Zwecke verwendet werden
sollen.
uu Die Strafandrohung für deutsche
­Wissenschaftler sollte aufgehoben
und der Geltungsbereich des Stammzellgesetzes sollte eindeutig auf das
Inland bezogen werden.“
Die Stammzellforschung braucht noch
viel Zeit und es dürfen keine vorzeitigen
Heilungsversprechungen gemacht werden. Und insbesondere sollten wir auch
in Deutschland in diese zukunftsträchtige
Technologie, die die moderne Medizin revolutionieren wird, massiv investieren.
Nutzen wir das einmalige Potenzial der
hES-Zellen für die Regenerative Medizin!
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Menschliche embryonale Stammzellen. Links: undifferenzierte Kolonien.
Rechts: Neuron-Tochterzelle
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1
2
3
functional genomics of embryonic stem cells
Pluripotenz – differenzieren in jedes Körpergewebe
„self renewal“ – nahezu unendliche Vermehrbarkeit
laborbau
Forschen im Grünen
Neue Labors mit neuesten Geräten
Dr. Göran Key, Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin, Münster
Grün ist die vorherrschende Farbe im Neubau des
Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster.
Von der Glasfassade über die Etagentüren bis zu den Küchenzeilen: alles erstrahlt in kräftigem Grün.
Die großzügig dimensionierten Laborbereiche sind jedoch ihrem Zweck entsprechend in
sachlichem Weiß/Grau gehalten. Mittlerweile wurden die Labore von den Forschern in Besitz
genommen und die Arbeiten laufen wieder auf Hochtouren.
Bei einem solch komplexen Gebäude
spielt das Thema (Arbeits-)Sicherheit eine
große Rolle. Zum einen berührt dies die
baulichen Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb des Gebäudes, zum anderen aber auch, nach Inbetriebnahme, die
Maßnahmen und Voraussetzungen, die
aufgrund der konkreten Tätigkeiten notwendig sind.
Arbeitssicherheit ist kein Selbstzweck
an sich, sondern eine Bündelung von
Maßnahmen, mit denen konkrete Vorhaben jeweils abgeglichen werden müssen.
Im Vordergrund stehen hierbei immer die
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und der
Schutz ihrer Gesundheit bei der Durchführung ihrer Tätigkeiten.
Die Arbeitssicherheit stützt sich auf eine Vielzahl von Gesetzen und die daraus
abgeleiteten Regeln und Vorschriften, die
natürlich bereits in der Planungs- und
Bauphase Berücksichtigung fanden. Viele
Aspekte des technischen Betriebs eines
Labors sind hiervon betroffen: Welche
Luftwechselrate braucht ein bestimmtes
Labor - manche Labore müssen im Überdruck betrieben werden (z. B. im Zellkulturlabor, in das keine Substanzen von außen gelangen dürfen), andere wiederum
im Unterdruck zur Umgebung, wie z. B.
Isotopenlabore, aus denen nichts nach
außen entweichen darf; die Anordnung
der Fluchtwege, die minimale Breite von
Durchgängen, Zugangskontrolle zu den
Laborbereichen insgesamt sowie zu spe-
ziellen Laboren wie z. B. Isotopenlabore,
etc. Die entsprechenden Genehmigungsbzw. Überwachungsbehörden wurden
frühzeitig in die Planung mit einbezogen,
sodass sie rechtzeitig Einfluss nehmen
und in Zweifelsfällen auch beratend tätig
werden konnten. Obwohl die Forschungsschwerpunkte der beiden wissenschaftlichen Abteilungen um den Gründungsdirektor Prof. Dietmar Vestweber und den
zurzeit geschäftsführenden Direktor Prof.
Hans Schöler unterschiedlich sind, konnten aufgrund der ähnlichen Arbeitstechniken, die in beiden Abteilungen zum
Einsatz kommen, die Planungskonzepte
für die entsprechenden Labore fast identisch ausfallen. Dennoch blieben während
der frühen Bauphase viele Details zu klären. In mancher Bausitzung wurde zwischen den späteren Nutzern und den
Fachplanern trefflich und konstruktiv z. B.
um Regalbreiten und Schrankhöhen gerungen. Platz ist zwar bekanntlich in der
kleinsten Hütte, aber selbst im größten
Labor ist der Bedarf stets beträchtlich. So
„Blick ins Grüne": Laborflur
30
musste denn bisweilen auch das Ästhetische dem Praktischen Tribut zollen …
Seit Frühherbst 2006 ist der Neubau
bezugsfertig und die Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter der beiden wissenschaftlichen
Abteilungen haben die Labore innerhalb
kürzester Zeit bezogen. Auch die Kolleginnen und Kollegen aus den nichtwissenschaftlichen Bereichen sind schnell
eingezogen, sodass der Betrieb rasch aufgenommen werden konnte. Der Einzug
war zugleich der Startschuss für einen
weiteren Bereich des Arbeitsschutzes, der
mehr das operative Geschäft betrifft. Hier
galt es nun, die auch in diesem Bereich
zahlreichen Regeln etc. umzusetzen und
den Laborbetrieb an diese anzupassen.
Hierzu gehört der sichere Umgang mit
gentechnisch veränderten Organismen
der Risikogruppen 1 und 2 genauso wie
die adäquate Handhabung radioaktiver
Materialien. Wo gehobelt wird, fallen Späne und wo geforscht wird, entsteht bis-
weilen Gefahrstoff-Abfall. Dieser muss
von den Verursachern gesammelt, gekennzeichnet, in entsprechenden Räumlichkeiten zwischengelagert und von speziell dazu autorisierten Firmen entsorgt
werden, sodass keine Gefahr für Mensch
und Umwelt besteht. Für alle Gefahrstoffe, die zum Einsatz kommen, müssen entsprechende Betriebsanweisungen erstellt
werden, die den Anwender in die Lage
versetzen, sicher mit diesen Stoffen umzugehen und bei einem Unfall die entsprechenden Maßnahmen zu ergreifen.
All dies (und noch viel mehr) muss den
Kolleginnen und Kollegen in geeigneter
Form mitgeteilt werden. Ein wichtiges Instrument ist die mindestens jährlich erfolgende Sicherheitsbelehrung. Hier werden
den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
diejenigen Maßnahmen nahe gebracht,
die notwendig sind, um einen sicheren
Betrieb zu gewährleisten und damit auch
den einschlägigen Gesetzen Genüge zu
Einblick ins Labor
■
03/07
Flexibilität, Schnelligkeit und Zuverlässigkeit
Dr. rer. nat. Göran Key ist Diplom-Biologe und seit 2004 Beauftragter für
Biologische Sicherheit (BBS) und Strahlenschutzbeauftragter am MPI. Seit Bezug des
Neubaus ist er als bestellte Sicherheitsfachkraft auch zuständig für die Arbeitssicherheit.
„Platz ist zwar
bekanntlich
inderkleinstenHütte
–
der Bedarf ist aber
selbst im
größten Labor
beträchtlich.…“
tun. Mit manchen Maßnahmen wird man
nicht die gleiche Begeisterung hervorrufen, wie sie ein bewilligtes Drittmittelprojekt erzeugt, doch kann man auf Verständnis zählen, wenn der Sinn und der Nutzen
der Bestimmung deutlich gemacht werden.
Arbeitssicherheit ist ein dynamischer
Prozess, bei dem jeder Einzelfall als solcher betrachtet und bewertet werden
muss. In Zweifelsfällen hat es sich auch
hier bewährt, Rücksprache mit den zuständigen Behörden zu nehmen, die, was
oft vergessen wird, nicht nur eine beaufsichtigende, sondern auch eine beratende
Funktion haben, der sie, nach unseren Erfahrungen, gerne und äußerst effizient
nachkommen.
Bei der Vielzahl der erforderlichen Maßnahmen sind wir bisher noch nicht ganz
am Ende angelangt, doch können wir in
allernächster Zukunft mit gutem Gewissen
sagen: „Alles im grünen Bereich.“
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03/07
■
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31
31
Foto: Jutta Maur
Prof. Dr. Jürgen Brickmann
James Bond
oder
die Erpressung der Menschheit
Geschichten über Mord und Totschlag im Zusammenhang mit Macht , Geld, Erpressung und Einfluss
sind nicht neu. Unsere Geschichtsbücher sind voll davon und die Berichterstattung in Kommunikationsmedien unserer Zeit suhlt sich in dieser Thematik (Man sollte die Bildzeitung
nicht schräg halten, es könnte Blut herausfließen). Besondere Aufmerksamkeit
ist immer dann gewährleistet, wenn die Zahl der betroffenen Mitmenschen die Vorstellungskraft übersteigt und (oder) die realen (oder fiktiven) Bösewichte besonders „böse“ sind:
Dschingis Khan, Adolf Hitler oder Osama bin Laden in der Realität, Dr. Mabuse, Dr. Fu
Man Chu oder Ernst Stavro Blofeld in Fiktionen. Die Ziele sind vergleichbar: Meist geht es
um Gewalt und Erpressung zur Erringung der Weltherrschaft. Fiktion unterscheidet sich
von der Realität meist nur dadurch, dass es hier einen tapferen „Helden“ gibt, der dem
Bösewicht die Suppe versalzt, dort meist Unzulänglichkeit und Arroganz die (nicht)
Handelnden vereint: Auch Hartgesottene werden in George W. Busch nicht den positiven
Helden sehen, der fundamentalistischen Terrororganisationen das Fürchten lehrt.
Kehren wir zur Fiktion zurück: Hervorstechende
Akteure sind hier wohl die Figuren von Ian Fleming
in den Romanen um den britischen Geheimagenten
James Bond, die ihren Niederschlag in einer Serie
von höchst erfolgreichen Filmproduktionen gefunden
haben. Das Strickmuster ist bei fast allen Geschichten
weitgehend das gleiche: Eine einflussreiche Organisation (zunächst in den Romanen die Sowjets
und der KGB, später zur Vermeidung von geschäftsschädigenden diplomatischen Verstrickungen die anonyme Terror-Organisation „SPECTRE“ – Special Executive for Counterintelligence,
Terrorism, Revenge and Extortion) unter
der Leitung eines Oberschurken (personifiziert durch den Katzenfreund
Ernst Stavro Blofeld) versucht die
Menschheit – oder einen Teil derselben – durch Androhung von
gigantischen meist nuklearen
Katastrophen zu erpressen.
Agent 007 James Bond und
seine Truppe verhindern
diese Untaten unter
Einsatz aller Mittel.
Dabei ist die
menschliche
Komponente
des positiven
Helden wohl
zuallererst zu
nennen. Er
verfügt über
alles, was sich
ein
Normalsterblicher wohl
nur
erträumen
kann: Geld und
Luxus in voller Breite
und überragende Fähigkeiten als Kämpfer
und Liebhaber.
32
(Nach statistischer Auswertung schläft 007 mit 2,7 Frauen pro
Film.) Geprägt wird die Auseinandersetzung zwischen Gut und
Böse auf beiden Seiten durch gigantischen Technologieaufwand:
Ob die Bösewichte einen Öltanker zur Atom-U-Boot-Falle umrüsten, einen erloschenen Vulkan aushöhlen und dort ein Raketenkontrollzentrum installieren oder eine Weltraumstation unter
ihre Gewalt bringen – nichts ist methodisch zu aufwendig, um in
den Besitz von Material und Technologie zu gelangen, die sich
für eine Erpressung großen Stils eignen. Die eingesetzten technischen Mittel der „Guten“ stehen dem nicht viel nach. Die Automobilfirma, deren Karosse zu einem Mittelding zwischen Raketenwerfer, Kurzstreckenjet oder Unterseeboot umgerüstet wurde,
wird sich über den Werbeeffekt freuen – und hat sich diesen wohl
auch einiges kosten lassen.
Beide Szenarien lassen sich hervorragend in ein Filmprojekt
umsetzen und Millionen zahlender Kinobesucher geben den Produzenten Recht. Dennoch: ist diese Art der Erpressung der
Menschheit heute noch zeitgemäß? Eindeutig: Nein. Der Film
„War Games“ zeigt auf, wie es gehen kann: Einem Junghacker
gelingt es in das Sicherheitssystem des Pentagon einzudringen
und den Verantwortlichen dort zu suggerieren, dass die Sowjets
eine Armada von Atomraketen in Richtung USA auf den Weg
gebracht haben. In letzter Minute wird das Computerloch gefunden und der atomare Supergau abgewendet.
l&m fragte einen Experten, den Darmstädter
Informatikprofessor Johannes Buchmann, dessen
Forschungsaktivitäten auch auf dem Gebiet der Internetsicherheit liegen und der in diesen Tagen mit seinen Mitarbeitern gewaltige Lücken in der WLAN-Kommunikation aufspürte (siehe
Kästen) und damit die Gemeinde der Labtop-Benutzer und auch
die Presse in helle Aufregung versetzte.
Was müsste Ernst Stavro Blofeld heute tun, um mittels
Internetmanipulation die Welt zu erpressen und wie ließe
sich ein solches Unterfangen verhindern? Johannes
Buchmann, der mit James Bond nicht nur die Initialen JB,
sondern auch die Assoziation zu allen Schönen (siehe Centerfold) teilt, könnte dann in die Rolle des Gangsterjägers
schlüpfen.
■
03/07
sicherheit
Gefahr aus dem Internet
Prof. Dr. Johannes Buchmann
Schon 1998 war in einem offiziellen Bericht der US-amerikanischen Regierung zu lesen: „Die Vereinigten Staaten von Amerika sind
sowohl die stärkste militärische als auch ökonomische Kraft der Welt. … Wegen unserer militärischen Stärke werden zukünftige Feinde,
ob es nun Nationen sind oder Einzelne, versuchen uns auf unkonventionelle Weise zu schaden. Unsere Wirtschaft hängt mehr und mehr
von vernetzten und cyber-unterstützten Infrastrukturen ab und solche unkonventionellen Angriffe auf unsere Infrastrukturen und unsere
Informationssysteme können unsere militärische und unsere ökonomische Kraft erheblich beschädigen.“ Weiter heißt es in diesem
White Paper: „Präsident Clinton wird alle notwendigen Maßnahmen ergreifen, um jede Angriffsmöglichkeit auf unsere kritischen Infrastrukturen und besonders auf unsere IT-Systeme schnellstens zu eliminieren.“
War Präsident Clinton erfolgreich? Vernetzte Computer bestimmen heute unser Leben.
In der Gesundheitsversorgung, Verkehr, Bildung, Unterhaltung, Finanzverwaltung und
Produktion und natürlich beim Militär. Von den 6,5 Milliarden Menschen in der Welt
benutzen über eine Milliarde das Internet. Im vergangenen Jahr ist die Internetnutzung
weltweit um 214 % gestiegen. Haben Cyber-Terroristen heute keine Chance? Wie würde
ein moderner Ernst Stavro Blofeld in einem James-Bond-Film von heute versuchen die
Welt anzugreifen?
Über 90 % der Computer in der Welt benutzen Microsoft-Betriebssysteme. Diese
Betriebssysteme sind nicht fehlerfrei. Immer wieder werden dramatische Sicherheitslücken aufgedeckt. So berichtete die PC-Welt im Jahre 2004 von einer dramatischen
Sicherheitslücke im Betriebssystem Windows XP. Die Folge: „Ohne größere Mühe und
in nur kurzer Zeit fanden wir private Dokumente auf leicht zugänglichen Rechnern im
Internet.“ Wenn eine solche Sicherheitslücke entdeckt wird, verschickt Microsoft sogenannte Updates. Das sind Computerprogramme, die die Sicherheitslücke schließen.
Diese Updates werden über das Internet versendet. Die meisten Computer sind so eingestellt, dass sie die Updates automatisch einspielen. Zwischen dem ersten und dem 12.
Juni 2007 veröffentlichte Microsoft bereits sechs Sicherheits-Updates. Was würde Ernst
Stavro Blofeld also heute tun, um die Welt unter seine Kontrolle zu bringen? Er würde
den Update-Service nutzen, um den Computern in der Welt „Sicherheits-Updates“ zu
schicken, die verheerende Folgen anrichten. Solche vermeintlichen Sicherheits-Updates
könnten zum Beispiel einfach die Festplatte der Computer löschen. Ein solch böses
Programm sieht zum Beispiel so aus:
For Each foundFile As String In
My.Computer.FileSystem.GetFiles("C:\",
FileIO.SearchOption.SearchAllSubDirectories, "*.*")
My.Computer.FileSystem.DeleteFile(foundFile)
Next
Aber so naiv sind die Computer heutzutage auch wieder nicht. Sie können feststellen, ob ein Update tatsächlich von Microsoft kommt oder nicht. Das Microsoft-TechNet
erklärt, wie das funktioniert: „The data is transferred using HTTPS. The data packages
downloaded to the user’s system by Microsoft are digitally signed.” Alles klar? Das
Zauberwort heißt „digitally signed” also „digital signiert“. Der Computer überprüft die
„digitale Signatur“ des Updates. Nur wenn die stimmt, wird das Update eingespielt.
Was sind also solche digitalen Signaturen und was kann Ernst Stavro Blofeld tun, um
sie zu fälschen? Das Verfahren, das benutzt wird, um die Microsoft-Updates zu signieren,
wurde 1978 von drei berühmten Informatikern, Ron Rivest, Adi Shamir und Len Adleman
veröffentlicht. Die drei bekamen dafür im Jahr 2002 den Turing Award, den „Nobelpreis
der Informatik“. Das Verfahren heißt nach den Initialen der Erfinder RSA. Will Ernst
Stavro Blofeld den Computern in der Welt ein Microsoft-Update schicken, muss er die
RSA-Signatur für dieses Update fälschen. Dazu muss er ein Geheimnis kennen, das nur
Microsoft hat. Er muss einen „Teiler“ der riesigen Zahl (s. u.) herausfinden.
Brisante Entdeckung der
TU Darmstadt zieht bundesweit Kreise
Enorme Sicherheitslücke in drahtlosen Netzen aufgedeckt
Kryptologen der TU Darmstadt unter der
Leitung von Prof. Dr. J. Buchmann haben eine gravierende Sicherheitslücke
im Wireless-Lan-Standard WEP aufgedeckt. Wie die Universität bereits mitteilte, gelang es den Wissenschaftlern, die
Sicherheitsmechanismen von drahtlosen
Netzen, die mit WEP arbeiten, in Sekundenschnelle zu knacken. Mittlerweile
haben auch der Bundesbeauftragte für
Datenschutz, Peter Schaar und der Bundesverband der Verbraucherzentralen zu
der brisanten Darmstädter Entdeckung
Stellung bezogen: Schaar forderte in der
Sendung „Frontal 21“ eine gesetzlich
verankerte Aufklärungspflicht über derartige Sicherheitsmängel für Provider.
Der Bundesverband der Verbraucherzentralen schloss sogar eine mögliche
Haftung der Provider für Schäden bei
WLAN-Nutzer nicht aus.
WLAN-Netze mit WEP-Absicherung
sind in Deutschland noch immer weit
verbreitet: Die TU Darmstadt geht davon
aus, dass bis zu 50 % aller drahtlosen
deutschen Netze betroffen sind. Hierzu
zählen nicht nur private, sondern auch
Netze von Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen.
Die Entdeckung der Darmstädter
Forscher zeigt, dass es für Personen mit
entsprechenden Kenntnissen praktisch
keine Hürde gibt, in WEP-Netzwerke
einzubrechen. Wer sich auf diese Weise
unbefugt Zugang zu einem Laptop oder
Netzwerk verschafft, kann zum Beispiel
unbemerkt private Nachrichten mitlesen
oder den Internetzugang des ahnungslosen Besitzers für Verbrechen wie Kreditkartenbetrug oder das Ansurfen illegaler Seiten benutzen.
(Quelle TUD 14.6.2007)
Wenn er einen Teiler findet, kann er die Signatur mit einem der vielen frei verfügbaren Programme, zum Beispiel mit dem FlexiProvider der TU Darmstadt, leicht ausrechnen. Aus der Schule weiß man noch was ein Teiler ist. Ein Teiler der Zahl 6 ist zum
Beispiel 2, weil 6 = 2*3 ist. Ein anderer Teiler von 6 ist 3. Natürlich sind auch 1 und 6
Teiler von 6, weil 6 = 6*1 ist. Aber das ist nicht besonders interessant. Die Mathematiker
nennen darum 1 und 6 „unechte Teiler“ von 6, die Teiler 2 und 3 nennen sie dagegen
„echte Teiler“ von 6. Um abzuschätzen wie schwer es ist, einen solchen Teiler zu finden,
probiert Ernst Stavro Blofeld weiter. Er versucht es mit 143. Nach ein bisschen probieren
findet er heraus, dass 143 = 11*13 ist. Die echten Teiler von 143 sind also 11 und 13.
Ernst Stavro Blofeld merkt aber schon, so einfach ist es nicht, die Teiler einer Zahl zu
finden. Recht hat er! Mit diesem Problem beschäftigen sich die Forscher schließlich
21335625291600027351142759355194209132914767425698066864818245285802697571587504827160038
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03/07
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Pierre der Fermat (1601–1665)
schon seit Jahrhunderten. Einer von ihnen war der französische
Jurist und Mathematiker Pierre de Fermat (1601–1665). Er stellte
das Problem, die Teiler von 2128+1 = 3402823669209384634633746
07431768211457 zu finden. Die Zahl hat nur 39 Dezimalstellen.
Aber die Lösung des Problems hat 300 Jahre gedauert. Im Jahre
1975 fanden die beiden Mathematiker Michael A. Morrison und
John Brillhart mit einer neuen Computermethode, dass die Teiler
59649589127497217 und 5704689200685129054721 sind. Seitdem
arbeiten viele Informatiker und Mathematiker an dem Problem,
Teiler von Zahlen zu finden. Aber bei der Zahl, die die MicrosoftUpdates schützt (s. Zahl Seite 33), ist das noch viel zu schwer. Sie
hat immerhin 617 Dezimalstellen. Um die Welt zu überzeugen, dass das RSA-Verfahren
sicher ist, ver­öffentlicht die Firma, die die Rechte an RSA hat, sogenannte RSA-Zahlen
und verspricht denen, die Teiler dieser Zahl finden, Geldpreise. So bekam 2005 ein
deutsches Forscherteam 20.000 $ dafür, dass es die Teiler einer 193-stelligen Zahl fand.
Die nächstgrößere Zahl hat 212 Stellen. Wer einen Teiler findet, bekommt 30.000 $. Das
ist aber noch niemandem gelungen. Mit den heute bekannten Methoden hat Ernst Stavro
Blofeld also keine Chance, die Welt mit gefälschten Updates lahm zu legen.
James-Bond-Filme sind futuristisch. Heute würde Ernst Stavro Blofeld die Technik
der Zukunft einsetzen: Quantencomputer. Die ersten Ideen zu solchen Computern hatte
1982 der berühmte Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman. Quantencomputer
benutzen die Gesetze der Quantenmechanik, einer berühmten physikalischen Theorie,
die Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde, um viel mehr berechnen zu können
als traditionelle Computer. 1994 entdeckte der Informatiker Peter Shor, dass Quantencomputer die Teiler auch von sehr großen Zahlen sehr schnell finden können. Damals
gab es die Quantencomputer aber nur auf dem Papier. Heute gibt es erste Prototypen.
Monströse Apparate. Sie können aber so gut wie nichts. Das unter der Leitung von Isaac
Chuang an der Stanford Universität gebaute Modell kann gerade mal die Teiler der Zahl
15 finden.
Ernst Stavro Blofeld –
böser Gegenspieler Bonds
Die Weiterentwicklung von Quantencomputern erfordert die Lösung großer technologischer Probleme. Nehmen wir an, der Bösewicht Blofeld hätte diese Probleme gelöst.
Ihm steht ein riesiger Quantencomputer zur Verfügung, der kurz davor steht, das Geheimnis von Microsoft zu knacken. Aber ein James Bond unserer Tage kann die Oberhand behalten, wenn es ihm gelingt, bei Microsoft ein neues Signaturverfahren zu
etablieren. Es geht auf den Informatiker Ralph Merkle zurück, der Mitte der siebziger
Jahre Konkurrent von Rivest, Shamir und Adleman war und unterlag. Jetzt wurde das
Merkle-Verfahren von der kryptologischen Forschungsgruppe der Technischen Universität Darmstadt (Anmerkung der Redaktion: der Arbeitsgruppe Buchmann) perfektioniert. Das rettet die Welt. Die Quantencomputer sind machtlos dagegen.
>> [email protected]
Exzellenz und Initiative
TU Darmstadt führend im Bereich IT-Sicherheit
Die Kryptographie-Forschung der TU Darmstadt befasst sich mit der Optimierung
von Verschlüsselungsverfahren, um langfristig IT-Sicherheit zu gewährleisten.
Professor Johannes Buchmann und seine Mitarbeiter haben hierfür eine frei verfügbare Kryptobibliothek namens FlexiProvider erstellt.
Die TU Darmstadt gilt in der Bundesrepublik als führend im Bereich IT­Sicherheit. Die Universität hat für diesen immer bedeutenderen Bereich eigens
einen interdisziplinären Forschungsschwerpunkt eingerichtet. Mit dem Darmstädter Zentrum für IT-Sicherheit, das ebenfalls an die TU Darmstadt angebunden
ist sowie dem Fraunhofer Institut Sicherheit in der Informationstechnologie, geleitet von der TU-Professorin Claudia Eckert, bietet die Universität eine deutschlandweit einzigartige Expertise in diesem Bereich.
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(Quelle TUD 14.6.2007)
■
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Foto: Jürgen Brickmann
> Prof. Dr. Johannes A. Buchmann wurde 1953 in Köln geboren. Nach der Schule, die er dort 1972 mit der Reifeprüfung abschloss, leistete er 1972–74 den Wehrdienst und
studierte dann 1974–79 in Köln Mathematik, Physik, Philosophie und Pädagogik. Er promovierte 1982, legte 1979 die erste und 1984 die zweite Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien ab,
war 1980 bis 84/85 als Mathematiklehrer tätig und parallel dazu wissenschaftlicher Assistent an der Universität Köln. 1985–86 war er als Feodor-Lynen-Stipendiat der Alexander-von-HumboldtStiftung beim legendären Mathematiker Zassenhaus an der Ohio State University in den USA, kehrte dann als wissenschaftlicher Assistent ans Mathematische Institut der Universität Düsseldorf
zurück, wo er sich 1988 für Mathematik habilitierte. Noch im gleichen Jahr wurde er als Professor für Informatik an die Universität das Saarlandes berufen. Die wissenschaftlichen Arbeiten von
J. Buchmann erregten in Fachkreisen große Aufmerksamkeit, was 1993 zur Verleihung des Leibniz-Preises der Deutschen Forschungsgemeinschaft – dem wohl angesehensten Preis für viel­
versprechende junge Forscher – führte. Seit 1996 ist Buchmann Professor für Informatik an der Technischen Universität Darmstadt, wo er die Arbeitsgruppe für Kryptographie etablierte.
Seit 1998 ist er Zweitmitglied im Fachbereich Mathematik dieser Hochschule. Er ist korrespondierendes Mitglied der Akademie der Wissenschaften und der Literatur in Mainz und Mitglied der
Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften. Seit 2001 ist Buchmann Vizepräsident der TU Darmstadt und leitet seit dem 1. April dieses Jahres (dem Weggang von J.D.Wörner) die
Geschicke dieser Hochschule. Er ist Mitgründer der FlexSecure GmbH und Vorsitzender von CAST e.V. Im Jahre 2006 wurden die Arbeiten von Buchmann durch den hochdotierten Karl-HeinzBeckurts-Preis für die Forschungsarbeiten zur langfristigen Sicherheit elektronischer Signaturen und deren praktische Umsetzung geehrt.
Sein Hobby ist die Fotografie von Gesichtern weiblicher Schaufensterpuppen in allen Kulturkreisen dieses Globusses.
> JB
Eine Kollage dieser Bilder zeigt er als Centerfoldbild auf der folgenden Doppelseite.
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Gesichter von weiblichen Schaufensterpuppen
aus allen Kulturkreisen dieser Erde.
Fotografiert und zusammengestellt von
Professor Johannes A. Buchmann
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uv-filter
See, Bach, Fisch
Die Belastung der Natur durch Sonnenschutz
Dr. Marianne E. Balmer, Dr. Thomas Poiger
Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil
Quelle: Zürcher Limmatschwimmen, Claudia Bruckner
An warmen Frühsommertagen sind die Wiesen an Seeufern und Badeplätze an Flüssen
bereits wieder voll von Menschen. Dass Sonnenlicht nicht nur das Wohlbefinden steigert
und die begehrte Bräune auf die Haut zaubert, sondern bei übermäßiger Exposition auch
Schaden anrichtet, ist inzwischen ins Bewusstsein der meisten Sonnenhungrigen gerückt.
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UV-Filter aus Sonnenschutzmitteln können
als indirekte Einträge via Kläranlagen oder
als direkte Einträge durch Schwimmende und
Badende in Flüsse und Seen gelangen.
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Fischtod
Dr. sc. nat. Dipl. Marianne E. Balmer
Dr. sc. nat. Thomas Poiger
Umweltnaturwissenschafterin ETH
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Dipl. Chemiker ETH
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Projektleiter
US-Fischerei-Experten befürchten ein Desaster
Mindestens 37 verschiedene Arten in diversen nordamerikanischen Seen sind von einer Krankheit betroffen, die unter den Fischen ein Massensterben verursacht. Die Fische leiden an erhöhter Körpertemperatur
und blähen sich schließlich auf, bis sie innerlich verbluten. Das tödliche ebola-ähnliche Virus tauchte
erstmals 2005 im Lake Erie, im Lake Ontario, im Lake
Huron und im Niagara auf. Abgelassenes Wasser eines Ozean-Frachters, infizierte Fische, die in ihre
Laichgründe zurückkehren, oder lediglich ein Vogel,
der infizierten Fisch einschleppt, können Ursachen
der Katastrophe sein.
Die Autoren sind Mitarbeitende in der Gruppe Pflanzenschutzchemie der Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil
ACW in Wädenswil, Schweiz. Die Gruppe bearbeitet Fragestellungen in Zusammenhang mit Vorkommen und Verhalten von
Pflanzenschutzmitteln aber auch andern organischen Mikroverunreinigungen in der Umwelt. Dazu gehören neben Monitoring
auch das Erstellen von regionalen Massenbilanzen und die Beschreibung von Abbauwegen. Dabei hilft die langjährige Erfahrung
in chemischer Spurenanalytik, insbesondere der Analytik von chiralen Verbindungen, sowie der Einsatz von Computermodellen.
Um sich beim Sonnenbaden vor einem Sonnenbrand und
dessen möglichen Folgen zu schützen, reiben sich die
meisten deshalb großzügig mit Sonnenmilch, -lotion oder
-crème ein. Sonnenschutzmittel, aber auch andere Körperpflegeprodukte und Kosmetika wie Shampoos, Haargels, Bodylotions oder Lippenstifte enthalten sogenannte
UV-Filter. Substanzen also, welche die UV-Strahlen im
Sonnenlicht absorbieren und die Haut so vor Sonnenbrand schützen. „Wasserfest“ oder nicht, ein Teil der UVFilter löst sich beim Baden von der Haut und kann so im
Sommer durch Badende direkt in Seen und Flüsse eingetragen werden oder nach dem Duschen oder Waschen
mit dem Abwasser über die Kläranlage auf indirektem
Weg in Gewässer gelangen.
In den letzen Jahren wurde viel über sogenannte
endokrin wirksame Chemikalien geforscht und geschrieben. Stoffe, die in Pflanzen aber auch in industriellen
Produkten wie Kunststoffen, Holzschutzmittel oder Kosmetika enthalten sein können und welche das Hormonsystem beeinflussen. Gelangen sie in die Gewässer,
können solche hormonaktiven Substanzen bei Wasserlebewesen die Fortpflanzung beeinträchtigen. Auch eine
der UV-Filtersubstanzen, 4-MBC (4-MethylbenzylideneCamphor) steht im Verdacht, endokrin wirksam zu sein.
Chemische Struktur des UV-Filters 4-MBC (links)
und der Zeigersubstanz Methyltriclosan (rechts)
Im Auftrag des Eidgenössischen Bundesamtes für Umwelt (BAFU) haben wir deshalb seit 1998 das Vorkommen dieses Stoffes in der Umwelt untersucht. In verschiedenen Seen in der Region Zürich wurden einige wenige
bis maximal 30 Nanogramm (Milliardstel Gramm) 4-MBC
pro Liter Wasser nachgewiesen. Wie erwartet, traten im
Sommer höhere Konzentrationen auf als im Winter. Dies
zeigte, dass Sonnenschutzmittel, welche vorwiegend im
Sommer gebraucht werden, einen bedeutenden Beitrag
zur Gesamtmenge der UV-Filter in Gewässern liefern.
Die Tatsache, dass in den Ausläufen von allen beprobten
Kläranlagen 4-MBC gefunden wurde, deutete zudem darauf hin, dass solche indirekten Einträge mindestens zum
Teil zur Belastung von Oberflächengewässern mit UVFiltern beitragen.
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Welche Bedeutung haben nun direkte und indirekte
Einträge für die Gesamtbelastung der Gewässer durch
UV-Filter? Um dies genauer zu untersuchen, haben wir
zum Vergleich einen anderen Stoff, nämlich Methyltriclosan, hinzugezogen. Methyltriclosan ist ein Umwandlungsprodukt von Triclosan, einem weit verbreiteten antibakteriellen Wirkstoff. Triclosan wird in vielen Produkten
des täglichen Gebrauchs eingesetzt, beispielsweise in
Deodorants, Zahnspülungen, aber auch Schuhsolen oder
Textilien. Triclosan gelangt mit dem Abwasser in Kläranlagen, wo ein geringer Anteil in Methyltriclosan umgewandelt wird, welches mit dem gereinigten Abwasser in
Flüsse und Seen gelangt. Man erwartet deshalb, dass die
Menge von Methyltriclosan direkt mit der Anzahl Einwohner im Einzugsgebiet eines Sees zusammenhängt
und der Stoff eine eigentliche Zeigersubstanz für die Belastung eines Gewässers mit häuslichem Abwasser ist. Je
größer die Anzahl Einwohner im Verhältnis zum Wasserdurchfluss durch einen See ist, umso höher ist die erwartete Methyltriclosan-Konzentration. Tatsächlich wurde
die höchste Konzentration im Greifensee in der Nähe
von Zürich gefunden. Das Einzugsgebiet des Greifensees
ist geprägt durch eine besonders hohe Bevölkerungsdichte, der See ist der am stärksten mit häuslichen
Abwässern belastete größere See in der Schweiz. Im
Zürichsee, der ebenfalls eine große Bevölkerung im Einzugsgebiet aufweist, jedoch einen deutlich größeren
Wasserdurchfluss als der Greifensee hat, war die Konzentration an Methyltriclosan tiefer. In Seen ohne Einträge von Kläranlagen, wie in einem kleinen Badesee
oder dem Jörisee, einem abgelegenen Bergsee, wurde
kein Methyltriclosan gefunden.
Im Gegensatz dazu waren die Konzentrationen des
UV-Filters 4-MBC am höchsten im Badesee und im Zürichsee waren sie höher als im Greifensee. Die Konzentration
von UV-Filtern in Seen scheint also eher mit der Nutzung
als Badegewässer zusammenzuhängen. Die Beobachtung, dass die Konzentration von 4-MBC nicht mit derjenigen der Zeigersubstanz Methyltriclosan korreliert,
deutet darauf hin, dass zumindest im Sommer nicht Kläranlagen, sondern direkte Einträge durch Badende die
Hauptquelle von UV-Filtern in Seen darstellen.
Auch in Fischen aus denselben Seen konnte der UVFilter 4-MBC in tiefen Konzentrationen nachgewiesen
werden: es wurden etwa 40 bis 90 Nanogramm pro
Gramm Fett oder rund 0,5 bis 1,5 Nanogramm pro Gramm
Fischfilet gemessen. Im Vergleich dazu waren Fische aus
kleinen Bächen im schweizerischen Mittelland deutlich
stärker belastet. Die Konzentrationen von 4-MBC in Bachforellen waren rund zehnmal so hoch wie in den Fischen
aus den Seen.
39
Mangelnder Immunschutz
„Da sich das weltweit gefährlichste Fisch-Virus noch
nicht lange in den Gewässern ausbreitet, verfügen die
Fische über keinerlei Immunschutz. Es besteht die
Gefahr eines Massensterbens, vergleichbar mit dem
Pockenvirus, welches die Urbevölkerung Amerikas
drastisch reduzierte“, sagt Jim Winton, Direktor des
Departements für Gewässerschutz am geologischen
Überwachungsinstitut in Seattle gegenüber der Zeitung „USA Today“. Die USA und Kanada versuchen,
das Virus mit Gegenmaßnahmen einzuschränken.
Fischtransporte unterliegen strengerer behördlicher
Aufsicht und die Fischer werden angehalten, ihre
Boote an Land zu reinigen, bevor sie in ein anderes
Gewässer fahren. In Michigan ließen die Umweltbehörden sogar Fischzuchten schließen.
Und Schlimmeres wartet
Das Virus beginnt sich bei durchschnittlichen Wassertemperaturen von 4,4 °C zu regen und wird bei steigenden Temperaturen aktiver. Die Großen Seen, die
immerhin ungefähr 20% des weltweit vorhandenen
frei zugänglichen Oberflächen-Süßwassers enthalten,
erwärmen sich nach dem Winter langsam auf Temperaturen von über 5 °C.
Kein Virus in der Schweiz, Forellen leiden trotzdem
In der Schweiz brauchen sich Felchen- und Egli-Liebhaber vorerst noch keine Sorgen zu machen: Während
die Erwärmung der Seen zwar das Zeitfenster zum
Ablaichen der verschiedenen Felchenarten verkürze,
sei ein Massensterben aufgrund eines Virus derzeit
noch nicht aufgetreten, sagt Ole Seehausen vom
Institut für Zoologie der Universität Bern. Und auch die
Gefahr, dass ähnliche Viren im Fahrwasser von Frachtschiffen bis in die Schweiz gelangen könnten, ist laut
Urs Zeller, Beauftragter für Gewässer und Umwelt
des Schweizerischen Fischereiverbandes, gering.
Heimische Gefahr für Forellen
Schlechter steht es um die Bachforellen in den Fließgewässern des Mittellandes. Diese sterben seit einigen
Jahren in ungewöhnlich großen Zahlen an der Nierenkrankheit PKD. Dabei schädigen einzellige Parasiten,
die bei Temperaturen von über 15 °C über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen gedeihen, Nieren
und Leber der Fische. Bei einer durchschnittlichen Erwärmung der Flusstemperaturen um ein Grad in den
letzten 20 Jahren stieg die Todesrate der Forellen im
Mittelland kontinuierlich an.
Quelle: heute-online.ch
Fisch mit Bierbauch
In Norwegens Hauptstadt fanden Schüler einen ungewöhnlichen Fisch am Oslofjord. Weil ihnen der sehr
kräftige Bauch des Dorschs sofort aufgefallen war, erwarteten die Schüler beim Aufschneiden des Fisches
einen mit Krabben, kleinen Fischen und anderer für
einen Fisch typishen Nahrung voll gefüllten Magen.
Stattdessen fanden sie eine Halbliterdose Tuborg-Bier.
Lehrer Aage Ringdal meinte locker-pädagogisch, dass
„in Bier marinierter Fisch als äußerst seltene Luxusdelikatesse einzustufen ist.“
uv-filter
SPMD Für die Beprobung der Seen wurde
eine passive Beprobungsmethode eingesetzt,
sogenannte „Semipermeable Membrane Devices“
(SPMDs). SPMDs bestehen aus PolyethylenSchläuchen, welche je 0,9 Gramm des künstlichen Fettes Triolein enthalten. Sie werden in
rostfreien Metallkanistern während drei Wochen
rund 1 Meter unter der Wasseroberfläche exponiert. Während dieser Zeit diffundieren gelöste
„bioverfügbare“ lipophile (fettliebende) Substanzen durch die Kunststoff-Membran und reichern
sich im Fett an. Die angereicherten Stoffe werden
im Labor aus den SPMDs extrahiert und mittels
Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/
MS) analysiert. Aus den Analyse-Ergebnissen
können die Konzentrationen der Stoffe im Wasser
abgeschätzt werden.
M*S
Im Meer da schwimmt der Kabeljau,
im Alter ist er platt und grau,
ganz jung ist er ein richtiger Fisch,
doch so kommt er nicht auf den Tisch.
Der Hering und die Meerjungfrau,
die lieben sich im Stillen,
denn machte er dabei Radau,
dächt’ Sie um Himmelswillen.
Algen bzw. Meeresgras oder Seetang werden von
Menschen schon seit Urzeiten als Nahrungsmittel benutzt. Für Japaner sind Algen ein Grundnahrungsmittel. Algen enthalten viele Mineralstoffe und
Enzyme. Vor allem der Jodgehalt ist sehr hoch, ebenso wie der Kalziumgehalt. Dafür sind Algen arm an
Fett und Kalorien.
Die Japaner essen gerade deshalb so viele Algen,
weil es bei ihnen als erwiesen gilt, dass die Algininsäure, die in Algen enthalten ist, radioaktive Substanzen und Schwermetalle auffängt und aus dem Körper
transportiert. Somit sind Algen eine ideale Nahrungsergänzung.
Kleine
Algenkunde
Die bekanntesten und
wohlschmeckendsten Algen sind:
Arame hat einen leicht süßlich, milden Geschmack mit feinem Aroma.
Sie hat eine geringe Kochzeit und
hilft sogar den Blutdruck zu senken.
Kleine Bäche können zeitweise einen beträchtlichen
Anteil an gereinigtem Abwasser aus Kläranlagen enthalten. Da Fische in Fließgewässern wandern, ist es oft
schwierig, genau zu wissen, wie stark diese dem Abwasser ausgesetzt waren. Durch Messung der Methyltriclosan-Konzentration im Fischgewebe lässt sich dies jedoch
recht gut abschätzen, da sich dieser Stoff im Fett anreichert. Im Gegensatz zu den Seen, wurde in den Bachforellen ein direkter Zusammenhang zwischen den
Konzentrationen von 4-MBC und der Zeigersubstanz
Methyltriclosan gefunden. Dies belegt, dass in den untersuchten Bächen die Kläranlagen die Hauptquelle für UVFilter darstellen, obwohl durch die Abwasserreinigung in
der Regel mindestens 80 % des 4-MBC aus dem Abwasser
entfernt wird.
Neuste Untersuchungen zeigen jedoch, dass die in
der Schweiz am häufigsten verkauften Sonnenschutzmittel den UV-Filter 4-MBC nicht mehr enthalten. Dies
zeigt sich auch in den Konzentrationen in Oberflächengewässern und Fischen, welche in den letzten drei Jahren
abgenommen haben, obwohl 4-MBC nach wie vor gesetzlich zugelassen ist.
> [email protected]
Literatur
Balmer, M. E., H.-R. Buser, et al. (2005). „Occurrence of Some Organic UV Filters
in Wastewater, in Surface Waters, and in Fish from Swiss Lakes.“ Environ. Sci.
Technol. 39 (4): 953-962.
Balmer, M. E., T. Poiger, et al. (2004). „Occurrence of Methyl Triclosan, a Transformation Product of the Bactericide Triclosan, in Fish from Various Lakes in
Switzerland.“ Environ. Sci. Technol. 38 (2): 390-395.
Buser, H.-R., M. E. Balmer, et al. (2006). „Occurrence of UV Filters 4-Methylbenzylidene Camphor and Octocrylene in Fish from Various Swiss Rivers with Inputs
from Wastewater Treatment Plants.“ Environ. Sci. Technol.
Buser, H.-R., M. D. Müller, et al. (2005). „Stereoisomer Composition of the Chiral
UV Filter 4-Methylbenzylidene Camphor in Environmental Samples.“ Environ. Sci.
Technol. 39 (9): 3013-3019.
Poiger, T., H. R. Buser, et al. (2004). „Occurrence of UV filter compounds from
sunscreens in surface waters: regional mass balance in two Swiss lakes.“ Chemosphere 55 (7): 951-963.
40
Hijiki diese Alge muss man besonders gut waschen und dann 20 Minuten einweichen lassen dann 45 Minuten bis eine Stunde lang kochen
lassen. Hierbei vergrößert sie sich um
das Fünffache! Sie enthält sehr viel
Kalzium, Eisen, Vitamin A und B und
Eiweiß. Sie senkt den Cholesterinspiegel, fördert die Zellenneubildung
und ist außerdem empfehlenswert für
Schwangere, wegen des hohen Eisengehalts.
Kombu hat ebenfalls eine lange
Kochzeit. Sie enthält viele Mineralien
z.B. natürliches Glutamat. Deshalb ist
diese Alge gut für die Verdauung.
Man kann sie als Salzersatz verwenden, als Streugewürz, indem man die
Alge röstet und dann zu einem Pulver
zermahlt oder als Geschmacksverstärker bei Suppen, wobei man die
Algen 5–10 Minuten im Wasser kocht
und dann wieder entfernt.
Nori die wohl populärste Art des Seetangs, da es durch Sushi jeder kennt.
Es hat einen sehr zarten, würzigen
Geschmack und dabei leicht in der
Handhabung, weil man es weder waschen noch kochen muss. Nori enthält viel Eiweiß, Vitamin A und B12,
Eisen und Kalzium und kann bei
Mangelerscheinungen und Blutarmut
verwendet werden. Es eignet sich
nicht nur als Umhüllung von Sushi,
sondern man kann es für Salate, Suppen und Nudelgerichte verwenden.
Wakame diese Tangart ist sehr bekömmlich und kann auch roh gegessen werden. Da sie sich aber beim
kochen auf das siebenfache ausdehnt,
sollte man die Algen 10–15 Minuten
einweichen bevor man sie roh isst.
Wakame hat eine antibakterielle Eigenschaft und unterstützt die Blutreinigung. Durch ihren hohen Eisen- und
Kalziumanteil ist die Alge für Blutarmut sehr zu empfehlen. Wird am häufigsten für Suppen verwendet.
Hautkrebs
Geschlechts-spezifische Unterschiede in UVB-bestrahlter Haut
Die Statistiken der American Cancer Society
(www.cancer.org) für die USA. weisen zur Zeit ein dreifach häufigeres Auftreten von (Nichtmelanom-) Hautkrebs bei Männern im Vergleich zu Frauen auf. Dafür
wird eine längere Sonnen-Exposition der Männer und
eine geringere Anwendung von Sonnenschutz im Vergleich zu Frauen verantwortlich gemacht.
Die Arbeitsgruppe von Tatiana Oberyszyn (Ohio State
University, Columbus, Ohio) hat jetzt begonnen die
geschlechtsspezifischen Unterschiede systematisch im
Skh-1 Maus-Modell zu untersuchen (Thomas-Ahner, J.M.
et al. (2007) Cancer Res. 67, 3468-3474). Nach chronischer
Exposition zu gleichen UVB-Dosen entwickelten männliche Mäuse nicht nur schneller, sondern auch mehr und
größere Tumoren als Weibchen. Histologisch gesehen waren
die Tumoren auch in einem fortgeschritteneren Stadium.
Bei einfacher Bestrahlung zeigte die Haut der Männchen
geringere Entzündungserscheinungen in Form von geringerer Hautschwellung (Ödem) und niedrigerer Myeloperoxidase-Aktivität. Diese Phänomene zählen zu den ersten
Symptomen einer Hautschädigung durch UVB-Strahlung.
Hautschwellungen gehen einher mit erhöhter Durchblutung und erhöhter Durchlässigkeit der Blutgefäße.
Neutrophile Zellen und Monozyten dringen in die Haut ein
und setzen das Enzym Myeloperoxidase frei. Letzteres
produziert
reaktiven
Sauerstoff. Die oxidativen DNA-Schäden gelten als indirekte Schädigung infolge von UVB-Strahlung. Der erzeugte reaktive Sauerstoff
verursacht die Bildung von 8-Oxo-deoxyguanosin - Adukten
(8-oxo-dG), dies allerdings nur, wenn der antioxidative
Mechanismus zu schwach ist. Diese indirekte Schädigung
(oxidative DNA-Schäden) als Folge einer einfachen Bestrahlung traten beim männlichen Geschlecht stärker auf
und zusätzlich war der Antioxidantien-Gehalt niedriger als
bei weiblichen Mäusen. Auch bei unbestrahlten Kontrollen
lag der 8-oxo-dG-Gehalt bei Männchen höher als bei Weibchen. Die Tumorentstehung basiert also bei chronischer
Bestrahlung wohl weniger auf den entzündlichen Vorgängen, als vielmehr auf der DNA-Schädigung. Als primäre
DNA-Schäden sei der Vollständigkeit halber noch die Bildung von Zyklobutan-Dimeren erwähnt. Diese wiederum
treten im gleichen Maß bei beiden Geschlechtern auf.
Alles deutet also darauf hin, dass der Schutz der DNA
durch Antioxidantien in weiblichen Mäusen die geringere
Anfälligkeit für Hautkrebs bewirkt. Möglicherweise spielt
hier auch das Geschlechtshormon Östrogen eine Rolle,
von dem bekannt ist, dass es die H2O2-Produktion in Mitochondrien (Leber) senken und die Expression der Antioxidant-Enzyme verstärken kann.
> WM
■
03/07
gassensoren
Ozonalarm
Wenn der natürliche UV-Schutz zur Qual wird
Thomas Galonska, Institut für Physik an der Universität der Bundeswehr München
Ozon (O3) wird überwiegend innerhalb der Stratosphäre bei der
Zerlegung von O2 durch hochenergetisches UV-Licht erzeugt und
bildet einen natürlichen UV-Schutz, da bei seinem Rückzerfall in O2,
die für Organismen schädliche UV-B-Strahlung absorbiert wird.
Gerade an sehr heißen Sommertagen kann sich jedoch Ozon auch
verstärkt in Bodennähe bilden und bei höheren Konzentrationen
Gesundheitsbeschwerden verursachen.
Die Folgen sind Reizung der Augen und
Atemwege, Schwindelgefühl und Kopfschmerzen. Bei höheren Konzentrationen
kann es zu Atembeschwerden, Bronchitis
oder im schlimmsten Fall zur Bildung
eines Lungenödems kommen. Aus diesem Grund werden kostengünstige Messverfahren zur Bestimmung der Ozonkonzentration der Luft benötigt, um
gegebenenfalls frühzeitig Warnungen aussprechen zu können.
Detektion von Ozon mit
Gassensoren
aus der Mikrosystemtechnik
Ein Gassensor zur Bestimmung des Ozongehalts der Luft wurde unter der Leitung
von Prof. Dr. rer. nat. Ignaz Eisele am Lehrstuhl für Mikrosystemtechnik, an der Universität der Bundeswehr München entwickelt. Die Ozonkonzentration wird hierbei
über die Änderung der Austrittsarbeit an
der gassensitiven Schicht, mithilfe eines
Floating Gate-Field Effect Transistors (FGFET) bestimmt. Der FG-FET wurde 2003
Rechts oben
Fertig gesockelter
FG-FET-Gassensor
Links unten
FG-FET mit hybrid montiertem
Gate mit seitlichen Gaseinlässen
(MICRONAS AG, Freiburg)
Mitte FG-FET ohne Gate
Rechts unten
FG-FET-Gate mit mehreren
Gaseinlässen an der Oberfläche
03/07
■
erstmalig von Markus Burgmair am Lehrstuhl Eisele entwickelt und wird inzwischen von der Firma MICRONAS AG in
Freiburg industriell gefertigt.
Über einen Luftspalt von nur wenigen
Mikrometern Höhe, gelangt das zu messende Gas an die hybridmontierte gas­
sensitive Oberseitenelektrode, welche
Teil eines kapazitiven Spannungsteilers
ist. Als gassensitive Schichten für die
Ozondetektion können dünne Platin-,
Gold- oder Kaliumiodidschichten verwendet werden. Der Auslesetransistor ist ein
herkömmlicher MOSFET (Metal-OxideSemiconductor FET) und ist komplett im
Gassensor integriert, wobei dessen Gateelektrode mit der Mittelelektrode des kapazitiven Spannungsteilers verbunden ist.
Sowohl die Gateelektrode als auch die
Mittelelektrode des Spannungsteilers werden durch zwei Isolatorschichten vom
Rest des Sensors abgeschirmt und sind somit erdfrei gelagert („Floating Gate“). Die
Spannungen VCap der n - Wanne und VTop
der Oberseitenelektrode bestimmen anhand der kapazitiven Spannungsteilung
Dipl. Geol. Thomas Galonska ist
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am
„Kelvin-Messplatz“ der Gassensorik am
Lehrstuhl für Mikrosystemtechnik der Universität
der Bundeswehr. Sein Forschungsschwerpunkt
ist die Klassifikation H2-sensitiver Schichten für
„Automotiv-Anwendungen.
das Potential VGate am „Floating Gate“ des
Auslesetransistors. Ein „Guard Ring“ innerhalb des Luftspalts sorgt zusätzlich für
eine Verminderung der Signaldrift durch
Oberflächenströme.
Strömt in den Luftspalt Ozon ein, so
findet an der Oberfläche der gasempfindlichen Schicht eine chemische Reaktion
statt, wodurch die Austrittsarbeit für Elektronen im Festkörper geändert wird. Dies
führt zu einer Änderung der Spannung
VTop an der Oberflächenelektrode und somit, durch die kapazitive Kopplung des
Spannungsteilers, auch zu einer Verschiebung ΔVGate der Gatespannung am Auslesetransistor. Durch die Spannungsverschiebung ändert sich zwangsläufig der
Strom zwischen „Source“ und „Drain“.
Über eine auf dem Chip integrierte Elektronik wird der Betrag der Stromänderung
verstärkt und in ein Spannungssignal umgewandelt, welche nun als entsprechendes Gassignal leicht ausgelesen werden kann.
Die Vorteile des FG-FET-Gassensors stellen sich wie folgt dar:
uu Kostengünstige Herstellung und
Produktion in großen Stückzahlen
uu CMOS Kompatibilität
uu Niedrige Betriebstemperatur und
Leistungsaufnahme (< 1 mW)
uu Durch die geringe Größe der
Sensoren vielseitige Einsetzbarkeit
in mobilen Gasmessplätzen
uu Bildung und Messwerterfassung von
Arrays aus mehreren Gassensoren
möglich
uu Einsetzbarkeit von FG-FET-Gas­
sensoren für eine breite Palette unterschiedlicher Umweltgase (z.B. H2,
NOX, CO, NH3, H2S, SO2) durch einfachen Austausch der gassensitiven
Schicht
Für die Charakterisierung gassensitiver
Schichten sowie zur Qualitätskontrolle
durch Langzeit-, Stabilitäts- und Crosscontaminationsmessungen der fertigen FGFET-Gassensoren, wurde eigens ein automatisiertes Messplatzsystem entwickelt,
welches im Folgenden kurz vorgestellt
wird. Es handelt sich um insgesamt 4 Gasmessplätze, von denen bei einem Messplatz gassensitive Schichten durch „­ KelvinSonden“ charakterisiert werden können
und bei den restlichen drei Messplätzen
jeweils zwei fertige FG-FET-Sensoren parallel gemessen werden können. Alle Mess­
plätze werden über eine universelle
Steuersoftware betrieben. Die Sensoren
­
können mithilfe dieser Software nacheinander bis zu sechs unterschiedlichen
Messgasen ausgesetzt werden, wobei die
Gaskonzentrationen durch MFC’s (Mass
Flow Controller) und die Messreihenfolge
der Gase über frei konfigurierbare Protokolle beliebig angepasst werden können.
Des Weiteren lässt sich über Klimakammern und dem Gas vorgeschaltete Waschflaschen sowohl die Umgebungstemperatur als auch die relative Feuchte der Gase
variieren. Es ist somit möglich, die Sensoren bei unterschiedlichen Umweltbedingungen zu betreiben. Durch ihre hohe
Variabilität können diese Messplätze auch
für industrielle Applikationen verwendet
werden, wie es derzeit von der Firma
MICRONAS AG im Rahmen eines gemeinsamen Projektes getan wird.
>> [email protected]
41
haut
Sommer,
SchillingsEcke
S nne,
Sonnenbrand
42
Nun ist es wieder so weit: Heerscharen von Urlaubern
werden in den kommenden Monaten die südlichen Gestade
der Meere besetzen, relaxen, gut essen, schwimmen, die
Sonne genießen, um dann erholt und tiefbraun gebrannt
wieder zurückzukehren. Und wer vom Sonnenbaden immer
noch nicht genug hat, wird an trüben Tagen auf der Sonnenbank wenigstens die Bräune zu konservieren versuchen.
Und was sagt unsere Haut dazu? Wir alle lassen uns von den ersten Sonnenstrahlen im Frühjahr ins Freie locken. Sie bringen den Kreislauf in Schwung,
Haut und Organe werden besser versorgt, wir fühlen uns einfach wohl und
gut gestimmt.
Durch die UV-B-Strahlung wird in der Epidermis der Haut das für den
Calcium- und Phosphat-Haushalt wichtige Vitamin B3 (Cholecalciferol, VB3)
durch photochemische Isomerisierung von 7-Dehydrocholesterin gebildet. Ein
paar Minuten Sonne täglich genügen allerdings, um von dieser hellen und
erfreulichen Seite zu profitieren. Daneben wird aber – besonders während der
Kindheit – die Haut durch die intensive Sonneneinstrahlung geschädigt.
seinerseits einen großen Teil der UV-B-Strahlung mit Wellenlängen < 290 nm
absorbiert. Durch Streuung an Partikeln in der Atmosphäre vermindert sich die
UV-B-Strahlung noch mehr, sodass nur noch ein kleiner Teil auf die Erde gelangt. Die langwellige UV-A-Strahlung dagegen gelangt ungehindert zu uns
und wirkt mit 20-fach höherer Intensität als die UV-B-Strahlung.
Die arme Haut
Die Haut regiert auf UV-B-Strahlung je nach Länge des Sonnenbads mit einem
Sonnenbrand (Erythem) und mit einer „indirekten“ Pigmentierung. Häufige,
intensive Sonnenbäder lassen sie vorzeitig altern. Die Strahlung dringt zwar
nur bis in die Oberhaut, hinterlässt aber bleibende Schäden, z.B. in der DNA
durch photochemische 2 + 2-Cycloadditionen der Pyrimidin-Basen Thymin
und Cytosin. Die Haut vergisst also keinen einzigen Sonnenbrand, akkumuliert vielmehr jeden Sonnenstrahl mit dem Endergebnis Hautkrebs.
Die langwelligen UV-A-Strahlen, deren Wirkung man lange Zeit unterschätzt hat, dringen tiefer in die Haut ein und verursachen ebenfalls Sonnenbrand. Allerdings ist dazu eine 1.000-fache Dosis erforderlich. Als Reaktion
folgt die „direkte“ Pigmentierung der Haut. Auch dabei altert die Haut frühzeitig, und dies kann schließlich zu Hautkrebs führen. Dazu kommen phototoxische und photoallergische Reaktionen mit Substanzen, die im elektronischen Grundzustand harmlos sind, aber bei Anregung von
Elektronenübergängen cytotoxische oder allergene Effekte auslösen können.
Die Haut wehrt sich
In der Leber wird VB3 in die Speicherform 25-Hydroxycholecalciferol umgewandelt
und zirkuliert dann an ein α-Globulin gebunden im Blut. Die eigentliche Wirkform
von VD3 ist 1,25-Dihydroxycholecalciferol, das in der Niere gebildet wird und
zusammen mit dem Parathormon die Calcium- und Phosphat-Resorption im
Darm sowie die Mobilisierung von Calcium aus den Knochen fördert.
Die Haut schützt sich vor allem durch die Bildung von Melanin. Die hochmolekulare Substanz absorbiert die Strahlung bis hinein in den sichtbaren Bereich
und wirkt zudem als Radikalfänger. Eines der Hauptargumente für die UVSchutzwirkung von Melanin ist die Tatsache, dass stark pigmentierte Bevölkerungsgruppen weniger an Hautkrebs erkranken als weniger pigmentierte.
Die UV-A-Strahlung löst eine direkte Pigmentierung durch die Photooxidation von Melanin-Vorstufen aus. Die Bräunung erfolgt schnell, ist aber weitgehend reversibel und verschwindet wieder innerhalb weniger Tage. Die indirekte Pigmentierung durch UV-B-Strahlung erfolgt in der unteren Epidermis
durch die Melanozyten, die, durch die Strahlung angeregt, Melanin bilden. Die
Bräunung beginnt auch hier nach einem Sonnenbrand, entwickelt sich über
mehrere Tage und bleibt dann längere Zeit bestehen.
Die Biosynthese von Melanin ist noch nicht vollständig aufgeklärt. Sie startet mit der Aminosäure Tyrosin, führt über verschiedene Stufen zu einer Indolspezies (Abbildung) und von dort zu einem komplexen, hochmolekularen
Material, das Eumelanin genannt wird. Daneben sind die schwefelhaltigen
Phäomelanine bekannt, sie werden bevorzugt bei helleren Hauttypen gebildet
und vermögen die Haut nicht effektiv vor UV-Strahlung zu schützen.
UV-Strahlung
Die elektromagnetische Strahlung der Sonne überstreicht den Bereich vom
infraroten (~780 nm – 1 mm) über den sichtbaren (~380 – 780 nm) bis hin zum
ultravioletten Bereich (1 – 380 nm). Die IR-Strahlung regt Moleküle zu Schwingungen an und sorgt bei uns für die angenehme Wärmeempfindung. UVStrahlen regen Elektronen an und sind damit in der Lage, Moleküle zu ionisieren und photochemische Reaktionen auslösen. Entsprechend ihrer Energie
unterscheidet man UV-A- (400 – 320 nm), UV-B- (320 – 280 nm) und UV-CStrahlung (280 – 100 nm). UV-C-Strahlung wird in der Stratosphäre praktisch
vollständig von Sauerstoff absorbiert und führt zur Entstehung von Ozon, das
■
03/07
Sonnencreme
Der Eigenschutz nicht gebräunter Haut reicht bei direkter Sonneneinstrahlung lediglich etwa 10–40 min.
Wenn wir Sonnenschutzmittel verwenden, dann sollen
sie die UV-Strahlung effektiv und ohne Nebenwirkungen absorbieren, reflektieren oder streuen. Der bei
allen Sonnencremes angegebene Lichtschutzfaktor
(LSF) ist das wichtigste Kennzeichen eines Sonnenschutzmittels und als große Zahl auf jedem Produkt
deutlich sichtbar. Der Lichtschutzfaktor ergibt sich
aus:
Benzophenone, Benzotriazole, Camphersulfonsäure- und Bisbenzimidazyl-Derivate sind Substanzen, die
als Breitbandfilter verwendet werden können, da sie
wegen ihrer ausgedehnten p-Systeme einen größeren
Absorptionsbereich überdecken. Einige dieser Substanzen wurden erst im Jahr 2000 zugelassen (H. Langhals, K. Fuchs, Chem. Unserer Zeit 2004, 38, 98–112).
Discover
biotech from
the inside.
LSF = Zeit bis zum Erythem mit Sonnenschutzmittel /
Zeit bis zum Erythem ohne Sonnenschutzmittel.
Der Faktor basiert auf einem Mittelwert, der auf gerade, ganze Zahlen abgerundet wird. Für den Sonnenschutz bei gesunder Haut sind Produkte mit LSF bis 30
ausreichend. Selbst empfindliche Personen können
sich damit ausreichend schützen, wenn das Sonnenschutzmittel richtig angewendet und die Bestrahlungszeit nicht übertrieben wird.
Physikalische und chemische UV-Filter
Ein effektiver, physikalischer Lichtschutz wird durch
die am meisten verwendeten Pigmente TiO2 und ZnO
erreicht; sie streuen, reflektieren, brechen und absorbieren Licht in Abhängigkeit von ihrer Partikelgröße.
Anfangs konnte man Partikel nur bis zu einer Größe
von etwa 1 µm herstellen, sodass sie nach dem Auftragen des Sonnenschutzmittels auf die Haut als weißer
Film sichtbar blieben. Dieses Problem scheint inzwischen mit der Entwicklung von Nanopartikeln zwischen 10 – 50 nm gelöst zu sein. Gesteuert durch die
Partikelgröße verfügen diese Substanzen über ein
breites Absorptionsspektrum (TiO2: 250 – 340 nm;
ZnO: 250 – 380 nm).
Die Substanzen werden nicht von der Haut aufgenommen und lösen auch keine Allergien oder entzündliche Reaktionen aus. Das Hauptproblem ist die
Herstellung einer stabilen Formulierung, denn die Nanopartikel neigen zu Aggregation und Agglomeration.
Bei den chemischen Filtern handelt es sich um
Substanzen, die UV-Licht im Bereich der UV-B- und
UV-A-Strahlung absorbieren. Sie sollen hohe Absorptionskoeffizienten besitzen, damit nur möglichst kleine Mengen für die Formulierung eingesetzt werden
müssen. Von den Mitteln werden hohe Photostabilität,
chemische Stabilität, Hitzeresistenz, Wasserfestigkeit
und ein hoher Lichtschutzfaktor erwartet. Als UV-BFilter eigenen sich p-Aminobenzoesäureester, Zimtsäureester, Salicylsäureester, Campherderivate und Triazole (Abbildung). UV-A-Filter müssen längerwellig
absorbieren und enthalten deshalb meist ausgedehnte
ϖ-Systeme wie die Dibenyoylmethane und Terephthalide.
Beispiele für Substanzen in Sonnenschutzmitteln
und ihre λmax-Werte: A 311 nm, B 308 nm,
C 288 – 300 nm, D 312 nm, E 360 nm, Enolform 358 nm,
F 285, 323 nm, G 208, 256, 335 nm
Seit Jahren warnen Mediziner und Biologen vor gesundheitlichen Gefahren durch hormonell aktive Umweltchemikalien. In Verdacht geraten sind nach den
Ergebnissen eines EU-weiten Forschungsverbundes
über hormonell wirksame Umweltchemikalien (W.
Wuttke, Universität Göttingen) auch einige Sonnenschutzmittel wie 4MBC und OMC. Beide Substanzen,
allerdings in hohen Konzentrationen, zeigten z. B. bei
Mäusen eine Verzögerung der Pubertät sowie eine Reihe von Nebenwirkungen in der Gebärmutter und den
Knochen. Bisher gibt es keinen Hinweis darauf, dass
Sonnencremes schädlich sind, wenn sie nur auf der
Haut angewendet werden. Testpersonen hatten sich
mit 4MBC- und OMC-haltigen Sonnencremes eingeschmiert und wurden über mehrere Tage mit UV-Licht
bestrahlt. In den Blutproben konnten keine dieser
Substanzen nachgewiesen werden. Untersuchungen
im Tiermodell zeigen, dass beide Substanzen schnell
abgebaut werden. Bedenklich ist, dass Sonnenschutzmittel in Gewässer und Seen geraten und bereits bei
Fischen und in Muttermilch nachgewiesen wurden
(Bundesinstitut für Verbraucherschutz, 62. Sitzung der
Komm. für kosmetische Mittel 2001).
> GS
Sonnenschutz nach Nilpferd-Art
Auch Nilpferde schwitzen, und wenn sie dies tun, sondern sie innerhalb weniger Minuten einen zunächst farblosen, viskosen Schweiß aus, der sich allmählich rötet und nach einiger Zeit zu einem braunen Pigment polymerisiert. Das Sekret wird in Drüsen der Haut produziert und ist streng genommen kein Schweiß. Dennoch hilft
es den Tieren,
die Körpertemperatur zu regulieren.
Japanische Forscher haben kürzlich aus dem stark alkalischen (pH
8.9–10.5) Sekret eine rote Lösung gewonnen (Nature 429, 363,
2004). Gelfiltration und Ionenaustausch lieferte schließlich eine
rote und eine gelbe Substanz, die nach NMR- und MS-Befunden
die beiden Strukturen 1 und 2 besitzen. Die Pigmente liegen in
wässrigem Medium als Anionen vor, sind also Säuren und bilden
im alkalischen Milieu als Anionen ein delokalisiertes ϖ-Elektronensystem aus.
Die UV-Spektren
von 1 und 2 zeigen
Absorptionen
im
Bereich 200–600 nm
und können damit
die Tiere effektiv vor
Sonneneinstrahlung
schützen. Verbindung 2 ist außerdem antibiotisch wirksam. In Konzentrationen, die weit unter denen im natürlichen Sekret der Tiere
liegen, hemmt sie das Wachstum von Krankheitserregern.
> GS
03/07
■
43
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Analytik GC · MS · HPLC · LC-MS ·
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Termin
Thema
18.–20.06. Validierung und Verifizierung
von Analyseverfahren
Saarbrücken
19.–20.06. Preclinical Drug Development –
Grundlagen und Management
Saarbrücken
21.–22.06. Computer und Softwarevalidierung
Saarbrücken
26.06.
Basistraining Rechtsfragen für Laborleiter
Saarbrücken
28.–29.06. Kennzahlen im Labor
Saarbrücken
21.–23.08. BWL für Naturwissenschafter,
Techniker und Ingenieure
Saarbrücken
03.09.
Einstieg in die Molekularbiologie
Saarbrücken
03.–04.09. Qualifizierung von Analysengeräten
Mannheim
03.–07.09. QM Beauftragte/r Labor
Saarbrücken
12.–13.09. HPLC Methodenentwicklung und
-optimierung
Mannheim
13.09.
Basistraining Atomabsorbtion AAS
München
17.09.
Pharmazeutische Stabilitätsprüfung
Mannheim
18.09.
Arbeitsorganisation und Zeitmanagement
Frankfurt
18.09.
Marketing und Vertrieb
(von Labordienstleistungen)
Saarbrücken
19.–20.09. Datenauswertung mit EXCEL
Saarbrücken
20.09.
Basistraining Wissensmanagement
im Labor
Frankfurt
24.–25.09. LC/MS-Kopplung
Saarbrücken
24.–25.09. Standardisierung und
Qualitätssicherung in der Zellkultur
Saarbrücken
26.–27.09. Analysenverfahren richtig kalibrieren
Koblenz
28.09.
Basistraining Grundwissen
Arzneimittelzulassung
Dortmund
01.10.
Basistraining HPLC Troubleshooting
Stuttgart
01.10.
DNA Chip-Technologie
Saarbrücken
09.10.
snaturstoffe
nne �
In der Sommerzeit sollten wir uns daran erinnern,
dass wir möglicherweise mit phototoxischen Pflanzen in
Berührung kommen können.
Ihre durch direkten Kontakt auf die Haut übertragenen
Substanzen führen bei Sonneneinstrahlung zu verbrennungsartigen Rötungen, Schwellungen, Bläschen, Brennen oder Stechen. Bei empfindlichen Menschen kann
sich z. B. das Muster feiner Gräser oder Blätter auf der
Haut abzeichnen und über Monate sichtbar (und spürbar) bleiben. Phototoxische Substanzen enthalten Chromophore, die UV-Strahlung absorbieren und die Energie der elektronisch angeregten Molekülzustände an die
Hautzellen abgeben.
Bekannt und berüchtigt ist der ursprünglich aus dem
Kaukasus stammende Riesenbärenklau, Heracleum
mantegazzianum. Er wächst zu über 2–3 Meter hohen
Stauden heran und wurde wegen seiner beeindruckenden Blütenstände in Gärten gehalten. Er kann Massenbestände bilden und alle übrigen Pflanzen verdrängen.
Höchste Vorsicht ist geboten, denn alle Teile der Pflanze
enthalten Furanocumarine in ziemlich hohen Konzentrationen. Der bei uns heimische Wiesenbärenklau enthält diese Substanzen in geringeren Konzentrationen.
Cumarinderivate wie das Umbelliferon und seine
Glykosid- und Etherderivate sind Bestandteil vieler
Pflanzen wie Sellerie, Petersilie, Pastinak, Kamilleblüten,
Liebstöckel, Waldmeister, Engelwurz oder Raute. Die
ätherischen Ölen von Zitrusgewächsen (Limetten, Zitronen, Bitterorangen, Grapefruit) enthalten verschiedene
Furanocumarine. Bekannt ist das Bergamotteöl, das, befreit von Bergamottin – für das angenehme Aroma von
Earl-Grey-Tee verantwortlich ist. Den sogenannten Hypericismus beobachtet man bei nicht pigmentierten Tieren wie weißen Ziegen, Schafen, Pferden und Fleckvieh, wenn sie auf der Weide zu viel Johanniskraut oder
Buchweizen aufgenommen haben. Verantwortlich für
die phototoxische Reaktion ist das Hypericin bzw. das
Fagopyrin (Buchweizen).
Hypericin wird als Antidepressivum verordnet, die
Wirkung beim Menschen wird aber offenbar deutlich
überschätzt. Bisher wurde erst einmal eine erhöhte
Photosensitivität unter Sonneneinwirkung beschrieben.
Die als Tabletten oder Tee aufgenommenen Mengen
sind zu gering, um einen Hypericismus hervorzurufen.
Fast 250 Pharmaka, darunter auch häufig verordnete
Substanzen, gelten als photosensitiv und zeigen die
gleichen Symptome wie die durch Pflanzeninhaltsstoffe
verursachten Hautreaktionen. Abhilfe ist häufig möglich
durch Wechsel des Medikaments, Reduktion der Dosis
und guten UV-Schutz. Unter den Medikamenten findet
man Diuretika, Antiphlogistika, antimikrobielle Substanzen, Malariamittel, Antipsychotika, Antidepressiva,
kardiovaskulär wirksame Substanzen, Antihistaminika,
Antiepileptika usw. Eine Liste dieser Medikamente ist
publiziert (S. Schauder, Deutsches Ärzteblatt 102, A
2314-A2319, 2005).
> GS
Tod in der Algenblüte
Ende April diesen Jahres waren die Strände des
Bundesstaates Kalifornien übersät mit hunderten toter
Seelöwen, Delphinen und Meeresvögel.
Wissenschaftler von der Internationalen Vogelschutzwarte in San Pedro berichteten, sie hätten noch nie so viele
betroffene Tierarten gesehen, außer nach einer Ölkatastrophe. Erst vor einigen Jahren, zwischen Mai und Juni
1998, waren über 400 tote und sterbende Seelöwen an
die Küste der Monterey Bay gespült wurden. Ursache
für dieses Sterben war das Algentoxin Domoinsäure,
das von der Alge Pseudonitzschia australis produziert
wird. Besonders während einer Algenblüte können Algentoxine in hohen Konzentrationen nachgewiesen
werden. Es ist bekannt, dass Fische, die sich von den
Algen ernähren, sowie Muscheln Algentoxine anreichern. Die Arbeitsgruppe um C. A. Scholin (Nature 403,
80–84, 2000) fand bei allen untersuchten Tieren hohe
Konzentrationen von Domoinsäure, ebenso bei den
Sardellen in den Mägen der untersuchten Tiere.
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Phototoxische Pflanzen und Medikamente
Unter günstigen Bedingungen, beeinflusst durch die
Lichtintensität, die Temperatur und den pH-Wert des
Wassers, den Salzgehalt und die Nährstoffkonzentration, können sich Dinoflagellaten sehr stark vermehren.
44
Generell wird ein solches Phänomen als Algenblüte bezeichnet, auch weil sich bei hohen Zellzahlen das Meer
aufgrund großer Mengen gebildeter Carotinoide oft rot
bis orange färbt („Red Tide“). Diese Massenentwicklungen sind natürliche Ereignisse und können in fast allen
Gewässern vorkommen. Den ältesten Hinweis findet
man in der Bibel (Exodus 7;20–21):
„... und das Wasser im Fluss färbte sich rot.
Und die Fische im Fluss starben; und der Fluss stank
und die Ägypter konnten das Wasser nicht trinken...“
Es ist zudem bekannt, dass Indianer beim Auftreten von
Rotfärbungen des Meeres keine Muscheln mehr aßen.
Auch die Volksregel, in Sommermonaten ohne „r“ keine
Muscheln zu verzehren, geht auf Algenblüten zurück.
Domoinsäure und Kainsäure sind Ursache für Vergiftungsfälle des Menschen durch Muscheln, denen Dinoflagellaten als Nahrungsquelle dienen. Das Krankheitsbild ist als Amnesic Shellfish Poisoning, ASP,
beschrieben. Die Symptome sind Magen-Darmbeschwerden, Orientierungslosigkeit, Amnesie, schließlich
Koma. Aber auch andere Algentoxine wie die am besten untersuchten Saxitoxine oder die Okadasäure und
ihre Derivate können zu schweren Vergiftungen und
zum Tod führen. Angesichts des weltweiten Auftretens
der toxischen Algenarten muss mit einer Kontamination
von Muscheln mit Phykotoxinen auch in Europa gerechnet werden. Außerdem sind durch den allgemeinen
weltweiten Handel Muscheln aus vielen Regionen der
Erde erhältlich.
> GS
■
03/07
Solarthermisches Kraftwerk
„Nevada Solar One“ © Schott AG
Solarthermische Kraftwerke
Noch immer stellen die 9 SEGS1-Parabolrinnenkraftwerke
in Kalifornien mit 354 MW Leistung die weltweit einzigen,
kommerziell betriebenen Solarkraftwerke dar.
Mit fast 10 TWh produziertem und für 1,5 Milliarden US$
verkauftem Solarstrom hat die Parabolrinnentechnologie
ihr Potenzial unter Beweis gestellt, zuverlässig
Solarstrom erzeugen zu können.
Parabolrinnenkraftwerke sind ideal geeignet, in sonnenreichen Entwicklungsländern umweltfreundlichen Strom
zu erzeugen. Die Betriebserfahrungen in Kalifornien sind
hervorragend und bilden die Grundlage für Planungen in
Südeuropa und südlichen Entwicklungsländern. Die
Komponenten erwiesen sich als sehr zuverlässig; so betrug der Bruch der Solarreflektoren, die auch Wüstenstürmen standhalten müssen, weniger als ein 1 % pro Jahr.
Die Originalspiegel weisen auch nach mehr als 10 Jahren
Betrieb keine Leistungsminderung auf. Man kann also
davon ausgehen, dass die Lebensdauer des Parabolrinnenfeldes die Nutzungsdauer von 25 Jahren bei weitem
übertrifft. Die technische Verfügbarkeit des Solarfeldes
lag in den vergangenen 5 Jahren stets über 98 %.
Parabolrinnenkollektoren sind einachsig der Sonne
nachgeführte konzentrierende Solarkollektoren. Sie werden in größeren Solarsystemen eingesetzt bei Betriebstemperaturen zwischen 80 °C bis mindestens 400 °C.
Wärmeträger sind Wasser/Dampf, Thermo-Öl oder auch
Salzschmelzen. Um hohe Wirkungsgrade bei den Betriebstemperaturen zu erreichen, wird zur Isolation außer
einer selektiven Beschichtung ein Vakuum zwischen innerem Absorberrohr und dem konzentrischen äußeren
Glasrohr erzeugt. Der Kollektor wird um seine in nordsüd-orientierte Längsachse so der Sonne nachgeführt,
dass die Symmetrie-Ebene der Parabel immer genau zur
Sonne weist.
Im Februar 2006 wurde in Boulder City (Nevada) mit
dem Bau des solarthermischen Kraftwerks „Nevada Solar
One“ mit einer Leistung von 64 MW begonnen. Das Kraftwerk soll ab Juni 2007 40.000 Haushalte mit Strom versorgen. Die Realisierung des Solarkraftwerks mit Receivern der deutschen Schott AG wird als Initialzündung für
den weltweiten Durchbruch der solarthermischen Energieerzeugung gewertet. Weitere Projekte im Südwesten
der USA, in Spanien und anderen Sonnengürtelregionen
sind in Planung.
Eine Weiterentwicklung der Parabolrinnen sind so genannte Fresnel-Spiegel-Kollektoren. Bei ihnen wird das
Sonnenlicht über mehrere eben angeordnete, parallele,
plane Spiegelstreifen auf ein Absorberrohr gebündelt.
Die Streifen werden einachsig nachgeführt. Ein zusätzlicher Sekundärspiegel hinter dem Rohr lenkt die Strahlung auf die Brennlinie. Die einzelnen Spiegelelemente
lassen sich wesentlich leichter handhaben als die voluminösen Parabolrinnenspiegel. Neben der deutlich geringeren Windlast sind Spiegelstreifen wesentlich günstiger
herzustellen.
Neben den Entwicklungen im Bereich solarthermischer Großkraftwerke ist das Potenzial für kleinere
Prozesswärmeanwendungen beträchtlich. Die in Freiburg
ansässige PSE GmbH entwickelt hierzu Prototypen für
thermische Leistungen ab 50 kW und Betriebstemperaturen bis zu 200 °C. Solare Kühlung ist eine erste Anwendung eines solchen Prozesswärmekollektors. Er liefert
die Energie zur Kühlung mit Hilfe einer AmmoniakWasser-Absorptions-Kältemaschine in Bergamo/Italien.
In Kooperation mit dem Kältemaschinenhersteller Robur
S.p.A. will PSE das Gesamtsystem 2008 zur Marktreife
bringen. Das Projekt wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert.
> GS
R
Nichtstun·Nichtsdenken·Nichtsfühlen·Nichtssehen·Nichtshören
Die Verlockungen des süßen Nichts sind der Motor,
der uns immer dann antreibt, wenn Urlaub droht.
Endlich raus aus der Mühle, hinweg mit dem Druck,
der Terminplaner verliert seine Macht. Jeder ist
gern mal faul, aber nur wenige geben es zu. Entspannt zurücklegen, die Beine hoch, es wirkt sofort. Entspannung ist Erholung pur. Vierzehn Tage
auf dem Rücken, auf der Liege mit dem Reservierungshandtuch, ein Buch vor der Sonnenbrille, der
Kopf arbeitet auf Reserve. Relaxen kann die Prophylaxe der Gesundheit sein. Einsparungen im Resultat – und damit volkswirtschaftlich auch eine
Wohltat für den Staatshaushalt. Schadstoffemissionen durch den Flug sind verdrängt. Sonnenschutzchemie schützt den Körper, so sagt die Werbung, mit
Faktor 50.
Nichtstun ist im Auge der an regelmäßige Arbeit
gewöhnten Bevölkerung allerdings ein Makel. Fade
Faulheit, wenn sie ganz freiwillig und vielleicht
sogar mit erkennbarer Lust betrieben wird. Bei
denen in unserem Land, die Arbeit nicht mehr erhalten, eine Strafe, so oder so, weil sie nicht
mehr arbeiten dürfen oder weil sie ohne Arbeit
jetzt vom Staat immer weniger dafür erhalten.
Nichts zu tun ist dabei manches Mal nicht ganz
stressfrei. Das wissen diejenigen, die plötzlich
im Ruhestand erkennen, dass regelmäßige Beschäftigung auch dazu dient, die Zeit rumzubringen, die
sich während des Nichtstuns wie ein Kaugummi in
die Länge ziehen kann. Plötzlich erkennt man vielleicht sogar den Spaß an der Beschäftigung. Die
sozialen Kontakte werden schlagartig schwächer.
Was Einzelne zwanghaft zum Bierkiosk treibt.
Nichtsdenken, nichts wahrzunehmen, hat man früher
als Voraussetzung zur Unteroffiziers-Beförderung
gesehen. Wendet man das auch im Beruf an, finden
sich diese Kompetenzen verstärkt in den Kreisen
der Beamten. Nein, natürlich nicht bei allen, doch
ein Rundgang durch die Amtsstuben in der Stadtverwaltung und anderer Ärmelschoner-Plätze macht
deutlich, dass es wohl auch so geht. Tatenlosigkeit kommt selbst in den Ferien nicht gut an, es
03/07
■
sei denn, es handelt sich um besonders Privilegierte, die diesen Zustand Freisemester nennen.
Diese Zeiten dienen der musevollen Regeneration
unter Fortzahlung der Bezüge, damit soziale Härten
erst gar nicht aufkommen.
Die industrielle Entwicklung wird es in naher Zukunft nicht mehr zulassen, dass alle arbeiten können. Die Unternehmen profitieren von diesem Ausleseprozess, der nur noch erlaubt, die bestens
Ausgebildeten, die sich möglichst viel gefallen
lassen und das zu möglichst abfallenden Gehältern,
zu beschäftigen. Das ist ein Qualifizierungsprozess – oder so. Die Telecom arbeitet gerade wieder
an diesen Filetierungen. So steigert sich die Qualifikation durch Reduzierung der Angebote unter
ständiger Herabstufung der Kosten. Das Ziel könnte sein, dass derjenige, der einen Arbeitsplatz
beansprucht, diesen mitfinanziert.
Die anderen entspannen dadurch, dass sie einfach
nicht hinhören. Wenn man nichts hört, kann man
auch keine Reaktion zeigen. Mann und Frau bleiben
stumm. Sie tun nichts. Das ganz freiwillig, unterstützt von einem Staat, der weiß, was er an diesen
Menschen hat. Sie stören nicht und tauchen so auch
nicht in peinlichen Statistiken auf. Sie sind
nicht zu dick, sie sind nicht radikal, sie treten
als Wähler nicht mehr in Erscheinung. Sie sind
eigentlich ganz praktisch. Sie lehnen entspannt an
jeder Ecke, längst zu relaxed um kriminell zu werden. Der Zustand kann ohne Langeweile über viele
Jahre andauern, kurz unterbrochen von wechselnden
Kopulationen, die von vornherein nicht darauf angelegt sind, mehr sein zu wollen. Stress wird ein
Wort sein, das immer mehr an Bedeutung verliert.
Nichtstun wird die Philosophen unter den Nichtmehr-Aktiven darüber nachdenken lassen, was danach eigentlich noch möglich ist.
> JPM
45
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emulsionen
Tropfen-in-Tropfen
Das Innovationspotenzial multipler Emulsionen
Prof. Dr. Gerald Muschiolik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Ernährungswissenschaften
Multiple Emulsionen als Wasser-in-Öl-in-Wasser (W/O/W)-Systeme bieten schon längere
Zeit die Grundlage für neue Produkte und Anwendungen in Pharma, Kosmetik und Food.
Voraussetzung zu ihrer Nutzung ist jedoch die Kenntnis der vielfältigen W
­ echselwirkungen,
die die Stabilität und das Einschluss- bzw. ­Freisetzungsverhalten bestimmen.
In Jena konzentrierte sich die Forschung am Institut für Ernährungswissenschaften auf die
­Ermittlung der stofflichen Einflüsse und der Emulgierbedingungen zur Erzeugung stabiler
multipler Emulsionen mit bestimmten ­Einschlusseigenschaften.
Was sind multiple Emulsionen?
Obwohl bereits seit den Untersuchungen von Seifriz
(1923) multiple Emulsionen als besondere Emulsionsform bekannt sind, wurden sie erst durch die Arbeiten
von Herbert (1965), der multiple Emulsionen als
­Injektionslösungen mit Depotwirkung einsetzte, für den
medizinischen Bereich interessant. Seitdem gibt es viele
Publikationen, die die Anwendung von W/O/W- und
O/W/O-Emulsionen für den Stoffeinschluss und die
­kontrollierte Wirkstofffreisetzung im Pharma- und Kosmetikbereich beschreiben (siehe Muschiolik & Bunjes, 2006).
Da in derartigen multiplen Emulsionen sehr viele Einflussgrößen und Wechselwirkungen die Langzeitstabilität bestimmen, konzentrierte sich deren Einsatz zunächst besonders auf Bereiche, wo eine kurzzeitige Stabilität
ausreichend ist. Inzwischen konnte ein erheblicher Fortschritt nicht nur hinsichtlich der stofflichen Kenntnisse,
sondern auch bezüglich der Herstellung dieser Emulsionen erzielt werden.
Geruchs-, Duft- oder Geschmacksstoffe in der Freisetzung verzögert und somit kontrolliert und über einen
längeren Zeitraum freigesetzt werden.
Die gezielte Freisetzung der Inhaltsstoffe aus multiplen Emulsionen kann über die Veränderung der osmotischen Verhältnisse (Erhöhung des osmotischen Gradienten bei der Anwendung), durch Einwirken von
Scherkräften (z.B. beim Verreiben auf der Haut) oder
durch Einschluss der Emulsion in eine gelierende Poly­
saccharidmatrix erreicht werden. Ein Beispiel zeigt Abb. 3
für W/O/W, die in Pektin-Mikrogele (MEBEATS®) eingeschlossen ist und erst im Dickdarm freigesetzt wird.
Für den Oxidationsschutz bei Applikationen mit
einem höheren Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren bietet sich der Einsatz von O1/W/O2-Emulsionen an,
bei denen sich die oxidationsempfindlichen Stoffe in der
O1-Phase befinden. Durch Yoshida et al. (1999) konnte
mit trans-Retinol in multiplen Emulsionen im Vergleich
zu einfachen Systemen ein höherer Oxidationsschutz
bestätigt werden. In der Food-Branche wurden diese
­
O/W/O bereits zur Herstellung fettreduzierter Aufstriche
mit höherem Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren
genutzt.
Die wenigen Beispiele zeigen, dass hinsichtlich kont­
rollierter Stofffreisetzung und Stoffschutz die Interessen
bei Pharma, Kosmetik und Food nahezu identisch sind.
Der wesentliche Unterschied besteht in der stofflichen
Zusammensetzung der Systeme. Das gemeinsame Ziel ist
die Anwendung einer geeigneten Methodik zur Herstellung von multiplen Emulsionen mit einem sehr hohen
Erhaltungsgrad der inneren Phase.
Was kann mit multiplen Emulsionen
bewirkt werden?
Wie wird eine multiple Emulsion
hergestellt?
Mit W1/O/W2-Emulsionen kann einerseits der Fettanteil
der Emulsion gesenkt werden, da die Öl- oder Fettpartikel mit Wasser gefüllt sind, andererseits bieten sich die
Wassertropfen als Einschlusssystem für wasserlösliche
Komponenten an. Dies wird für den Schutz von Stoffen
mit positiver biologischer Wirkung (z.B. mit protektiver
Wirkung als Radikalfänger) oder für die Maskierung geschmacklich oder geruchlich weniger angenehmer Wirkstoffe genutzt. Über diesen Einschluss können aber auch
Für die Herstellung von W1/O/W2-Emulsionen wird zuerst eine sehr feine Wasser-in-Öl-Emulsion (W1/O) unter
Einsatz von Hochdruckemulgiergeräten oder auch mittels
Membranemulgierverfahren erzeugt. Die Partikelgröße
der Wassertropfen sollte dabei 1 µm nicht überschreiten.
Werden z.B. druck- oder scherempfindliche polymere Inhaltsstoffe (Immunoglobuline, Enzyme) eingeschlossen,
kann die Tropfenbildung mittels Mikroporen erfolgen.
Hierfür stehen mikroporöse Glasmembranen mit mittle-
Zu den multiplen Emulsionen gehören die Wasser-in-Ölin-Wasser-Emulsionen (W1/O/W2; Abb. 1 und 2), bei denen eine dispergierte Öl- oder Fettphase eine wässrige
Phase mit verschiedenen Inhaltsstoffen enthalten kann.
Umgekehrt ist auch die Bildung von Öl-in-Wasser-in-ÖlEmulsionen (O1/W/O2) möglich, die z. B. für die Herstellung von Cremes (Pharma, Kosmetik) oder im Food-Bereich für Aufstriche oder Füllmassen Verwendung
finden.
Wofür sind multiple Emulsionen geeignet?
46
W2 Phase
Öltropfen
Wassertropfen
O2 Phase
W1/O/W2
O1/W/O2
Abb. 1 Aufbau multipler Emulsionen W/O/W und O/W/O
50 µm
Abb. 2 Multiple Emulsion W/O/W mit geschwollenen
W-Tropfen in O
100 µm
Abb. 3 Multiple Emulsion W/O/W,
eingeschlossen in Pektin-Mikrogele
■
02/07
Beispiele für Anwendungsgebiete und Einsatzmöglichkeiten von
multiplen Emulsionen im biologischen Bereich
W/O/W
Pharma
Injektionslösungen (intravenös, interarteriell)
> kontrollierte Freisetzung
Pharma
O/W/O
dermale Applikation
> Stofffreisetzung beim Verreiben
dermale Applikation
> Stofffreisetzung beim Verreiben
vaginale Anwendungen
> antimikrobielle Aktivität
okulare Anwendungen
> kontrollierte Wirkstofffreisetzung
Applikation für Magen-Darm-Trakt
> Einschluss Insulin
Zwischenprodukte für Mikropartikelbildung
> Polymerpartikel mit Wirkstoffdepot
Kosmetik
W/O/W
Hautcremes
> Sonnenschutzpräparate, Stabilisierung von Kojicsäure
Kosmetik
O/W/O
verzögerte Freisetzung von Cortison
Hautschutz gegen Schadstoffpenetration
> beruflicher Hautschutz
Prof. Dr. habil. Gerald Muschiolik studierte Lebensmitteltechnologie an der HumboldtUniversität zu Berlin. Seit 1971 beschäftigte er sich im Zentralinstitut für Ernährung,
Potsdam-Rehbrücke, mit der Entwicklung neuer Lebensmittel. 1986 wurde er zum Professor
für Lebensmitteltechnologie ernannt. Nach seinen Forschungstätigkeiten übernahm er an der
Friedrich-Schiller-Universität am Institut für Ernährungswissenschaften bis zu seinem
Ruhestand 2006 die Professur für Lebensmitteltechnologie. Derzeit arbeitet Prof. Muschiolik
an der hier vorgestellten Thematik für verschiedene Industrieanwendungen.
www.muschiolik.de
ren Porenweiten zwischen 0,1 bis 20 µm zur Verfügung
(weitere Infos unter www.spg-techno.co.jp). Zur Herstellung der W/O-Emulsion sind jedoch nur Membranen mit
sehr geringer Porenweite (0,2 µm und kleiner) geeignet.
Im nächsten Schritt wird die W1/O-Emulsion unter
Einsatz eines O/W-Emulgators, der sich in der äußeren
Wasserphase (W2) befindet, schonend dispergiert. Hierbei bilden die Dispergiermethoden und die Auswahl der
geeigneten Emulgatorkombinationen das besondere Problem, da beim Dispergieren ein Übergang der inneren
W1- in die äußere W2-Phase unerwünscht ist und Wechselwirkungen zwischen den Emulgatoren ebenfalls zu
einem geringen Erhaltungsgrad der inneren W1-Phase
führen können. Ein sehr hoher Erhaltungsgrad der inneren W-Phase wird mit dem Membranemulgierverfahren
(Porenweiten etwa 4-5 µm) und mit dem in Jena eingesetzten „Kombi-Lochblendenverfahren“ erzielt. Sollen die
multiplen Emulsionen in Mikrogele eingeschlossen eingesetzt werden, wird die Emulsion vor dem Mikropartikulieren unter Vakuum mit dem gelierenden Polysaccharid schonend vermischt.
Welche Forschungsergebnisse
wurden in Jena erzielt?
Unter Einsatz natürlicher Emulgatoren (Lecithine für W/O,
Proteine für O/W) und unter Zusatz von Polysacchariden
konnten Bedingungen für die Herstellung langzeitstabiler
multipler Emulsionen erarbeitet werden (über 12 Monate
stabil). Dies gilt sowohl für Emulsionen mit hohem als
auch geringem Wassergehalt. Hierfür wurden die geeigneten osmotischen Verhältnisse ermittelt. Weiterhin
wurden Bedingungen erarbeitet, unter denen mit der
„Kombi-Lochblende“ W/O/W-Emulsionen mit hohem Erhaltungsgrad an innerer Phase und bestimmter Öltropfengröße herstellbar sind. Durch zusätzliche Bildung von
Lipid- und Biopolymerbarrieren (Öl-Fett-Gemische, Protein-Polysaccharid-Konjugaten) wurden weitere Möglichkeiten zur besseren Beeinflussung des Stofftransportes
zwischen den wässrigen Phasen geschaffen.
Food
W/O/W
Kaffeeweißer, Instantsuppen, Dressings, Soßen,
Desserts, Mayonnaise, Fettcreme
> kontrollierte Aromafreisetzung
> Einschluss gesundheitsfördernder Komponenten
> (Schutz vor äußeren Einflüssen)
> Geschmacksmaskierung
> Senkung Fettgehalt
Food
O/W/O
Aufstriche, Füllmassen, Fettcremes
> Senkung Fettgehalt
> Einschluss oxidationsempfindlicher Öle
> Geschmacksmaskierung
> Einschluss bioaktiver Stoffe
> verzögerte Freisetzung im Verdauungstrakt
> Schutz fettlöslicher Vitamine
Detaillierte Informationen zur Problematik der multiplen Emulsionen, ihres Einsatzes und der Herstellung wurden
durch die Arbeitsgruppe von Prof. Muschiolik in den nachstehenden Publikationen zusammenfassend dargestellt.
Hochwertige Emulsionsprodukte
mit völlig neuen Eigenschaften
P. Preissler:
Süßwarenfüllmassen auf Emulsionsbasis –
Grundlagen für funktionelle Süßwaren
Logos Verlag Berlin, 2006
ISBN-13: 978-3-83251-355-9
Die hierfür notwendigen Kenntnisse, die zu einem
großen Teil an der Friedrich-Schiller-Universität Jena erarbeitet wurden, sind jetzt als Buch im Behr’sVerlag erschienen. Die Jenaer Professoren Gerald
Muschiolik und Heike Bunjes stellen in der Publikation „Multiple Emulsionen – Herstellung und Eigenschaften“ die Forschungsergebnisse zur Herstellung
von Lebensmittel- und pharmazeutischen Emulsionen zusammen. Damit erscheint erstmalig in deutscher Sprache und konzentrierter Form der aktuelle
Wissensstand eines neuen Spezialgebietes.
Gerald Muschiolik, Heike Bunjes (Hrsg.):
Multiple Emulsionen –
Herstellung und Eigenschaften
Behr-Verlag, 1. Auflage 2006
ISBN-13: 978-3-89947-339-1
J. Weiß:
Untersuchungen zur Permeation verkapselter
hydrophiler nutritiver Zusätze durch unterschiedlich
strukturierte Lebensmittelmatrices
Diss. FSU Jena, TUDpress Dresden, 2006
ISBN-13: 978-3-93886-370-1
> [email protected]
03/07
■
47
vitamin d
Das Sonnenvitamin
Neues zur Bedeutung von Vitamin D
und zur Messung von 25-OH-Vitamin D
Prof. Dr. Heinrich Schmidt-Gayk und
Heinz Jürgen Roth, Labor Limbach,
Abteilung Endokrinologie und Onkologie, Heidelberg
Wie alle Vitamine, so ist auch Vitamin D essenziell für den menschlichen Organismus.
Vitamin D stimuliert die Aufnahme von Kalzium aus dem Darm ins Blut und damit den Einbau
von Kalzium in den Knochen. In der Niere senkt Vitamin D die Ausscheidung von Kalzium.
Vitamin D wird im Körper aus Vorstufen in das biologisch wirksame Hormon Calcitriol
(1,25-Dihydroxyvitamin D3) umgewandelt. Der Ultraviolett-B (UV-B)-Anteil des Sonnenlichts
führt in der Haut zur Bildung von Cholecalciferol (Vitamin D3). Hellhäutige Personen bilden
in der Haut besser Vitamin D3 als Dunkelhäutige, sie sind also an nördliche Gegenden mit
geringem UV-B-Anteil im Sonnenlicht besser angepasst. Ferner bilden Jüngere besser
Vitamin D3 als Ältere.
Vitamin D und seine Metaboliten begünstigen die Aufnahme von Kalzium aus dem Darm, fördern die Zelldifferenzierung und beeinflussen das Interleukinsystem,
das Endokrinium und die Muskelkraft. Wenn es fehlt,
kommt es z. B. zu Osteoporose, Karzinomen, Autoimmunerkrankungen, Infektionen, Muskelschwäche oder
-schmerzen und Fibromyalgien. Ein Vitamin-D-Mangel
führt außerdem zu Diabetes aufgrund erhöhter Insulinresistenz und gestörter Insulinsekretion.
Der Tagesbedarf von Vitamin D wurde bisher mit 200
IE (= 5 µg) pro Tag angegeben. Die Vitamin-D-Versorgung kann am besten durch die Messung von 25-OHVitamin D3 (25OHD) im Serum erkannt werden. Der
optimale Bereich liegt altersabhängig zwischen 20 und 70
µg/l. Risikogruppen für einen Vitamin-D-Mangel sind –
besonders im Winterhalbjahr – Ältere, Säuglinge, Kleinkinder, Schwangere, stillende Mütter, Personen mit dunklerem Teint und alle, die sich zu wenig draußen aufhalten
oder zu wenig Licht an ihre Haut lassen. Unsere Untersuchungen zeigten im Winter bei etwa 60 % der Patienten
25OHD-Spiegel unter 20 µg/l und selbst im August lagen
40 % unter 20 µg/l und 2 % wiesen nicht messbare Werte
(unter 5 µg/l) auf. Bei Frauen nach der Menopause werden bei 25(OH)D-Spiegeln unter 25–30 µg/l (altersabhängig) oft erhöhte Marker des Knochenabbaus gefunden (Abb.).
Eine Osteoporose wird unseren Befunden zufolge in
den allermeisten Fällen durch einen Mangel an Vitamin
D (z.T. nur im Winterhalbjahr) mit einem leichten sekundären Hyperparathyreoidismus begünstigt. Bei prämenopausalen Frauen wird der Knochen durch die normalen
Östradiolkonzentrationen, die während eines Monatszyklus vorkommen, geschützt. Wenn dieser Schutz bei postmenopausalen Frauen durch niedrige Östradiolkonzentrationen wegfällt, dann ist der Knochen durch einen
zusätzlichen Vitamin-D-Mangel besonders gefährdet. Die
Abblildung zeigt, dass nur postmenopausale Frauen mit
einem 25OHD unter 25 µg/l stark erhöhte Knochenab-
48
baumarker aufweisen. Eine große, prospektive, randomisierte Doppelblindstudie an über 65-Jährigen [1], die über
fünf Jahre verfolgt wurde, hat gezeigt, dass durch die
zusätzliche Aufnahme von 300.000 IE/Jahr die Frakturrate an Unterarm, Wirbelsäule und Schenkelhals um über
33 % und die Mortalität um 12 % gesenkt werden konnte.
Bei einer bereits manifesten Osteoporose sind 25OHDSpiegel von 30–70 µg/l erforderlich. Das entspricht etwa
2.000 IE Vitamin D pro Tag oder 60.000 IE pro Monat.
Eine der wichtigsten Präventionsmaßnahmen zur Vermeidung von Osteoporose ist die regelmäßige Kontrolle
der 25OHD-Konzentration im Serum, z. B. bei Gesunden
ab dem 50. Lebensjahr alle fünf Jahre. Messzeitpunkt sollte zwischen Januar und April sein, hier liegen die 25OHDSerumspiegel am niedrigsten und die Parathormonspiegel
am höchsten. Eine Vitamin-D-Medikation, z. B. bei Osteoporose, sollte jährlich zwischen Januar und April überprüft werden, zu dieser Zeit kann eine unzureichende
Dosierung am ehesten erkannt werden. Bei 25OHD-Spiegeln unter 30 µg/l liegen meistens zu hohe Parathormonspiegel vor (über 45 ng/l). Die Behandlung einer Osteoporose mit Bisphosphonaten alleine zeigt nicht die
gewünschte Wirksamkeit (Anstieg der Knochendichte),
wenn nicht zugleich der Vitamin-D-Mangel ausgeglichen
wird [2].
> [email protected]
Literatur
[1] Trivedi DP, Doll R, Khaw KT. Effect of four-monthly oral vitamin D3 (cholecalciferol) supplementation on fractures and mortality in men and women
living in the community: randomised double blind controlled trial. Brit Med
J 2003;326:469-72
[2] Deane A, Constancio L, Fogelman I, Hampson G. The impact of vitamin D
status on changes in bone mineral density during treatment with bisphosphonates and after discontinuation following long-term use in post-menopausal
osteoporosis. BMC Musculoskeletal Disorders 2007;8:3 (this article is available from: www.biomedcentral.com/1471-2474/8/3
[3] Roth HJ, Schmidt-Gayk H. Comparison of methods for the measurement of
25-hydroxy-vitamin D in serum. Submitted for publication, 2007.
Prof. Dr. med. Dr. h.c. Heinrich Schmidt-Gayk
studierte in Erlangen, Hamburg, Marburg. Er ist derzeit Leiter
der Abteilung für Endokrinologie und Onkologie der
Gemeinschaftspraxis Labor Limbach und lehrt an der Universität
Heidelberg.
Der Marker des Knochenabbaus β-CrossLaps (CTX) und die
Serumspiegel von 25OHD bei postmenopausalen Frauen, mit
(♦) und ohne ( ■ ) Hormonsubstitution. Messungen im Januar
und Februar.
Die Messung von 25OHD ist schwierig: Vitamin D
muss für die Bestimmung im Serum aus einer sehr
festen Bindung an Transportproteine (Vitamin D
bindendes Protein, DBP) freigesetzt werden. Außerdem ist Vitamin D schlecht wasserlöslich.
In den letzten Jahren wurden Fortschritte in der
Analytik von 25OHD erzielt. Wir verglichen sieben
verschiedene Methoden zur Messung von 25OHD im
Serum mit der Referenzmethode (Massenspektrometrie). Dabei zeigte die neu entwickelte Methode
Elecsys® 25-OH Vit D, die in Kürze auf Modular
Analytics E170 und den immunologischen Modulen
der cobas modular platform (Roche) verfügbar sein
wird, von allen Immunoassays oder Bindungsassays
die beste Übereinstimmung mit der Massenspektrometrie (3).
■
03/07
Was Sie schon immer über
Bikinis wissen wollten
Ursprünglich wurde die französische Kreation
im Jahre 1946, die zum einen durch ­Jacques
Heim und zum anderen durch Bart Louis zeitgleich herausgebracht wurde, „Atom“ genannt.
Doch dieser Name war denkbar ungeeignet, in
Anbetracht dessen, was sich in Hiroshima ereignete.
Am 1. Juli warf eine US-amerikanische B-29
über dem Bikini-Atoll die erste Atombombe der Nachkriegszeit ab und leitete damit
eine Testserie ein. Vier Tage später schickte Louis Réard das Model Micheline Bernardi
mit vier kleinen Stoffdreiecken bekleidet über den Laufsteg in Paris. Das Atoll gab
schließlich den Ausschlag für die Namensgebung. Die Wirkung, die dieser knapp geschnittene Badeanzug hervorrief, wurde mit der gleichen moralischen Entrüstung betrachtet, wie die Atombombenversuche auf Bikini. Der Erfolg war garantiert.
Quelle: www.wissen-news.de
Erfolgreich
Eitelkeit versus Natur
Die als Schmuck und Souvenir populäre Rote Koralle darf nicht länger beliebig verkauft
werden. Die Weltartenschutzkonferenz in Den Haag hat soeben beschlossen, die Gattung Corallium in Anhang II ihrer Schutzkonvention zu listen. Anhang II erlaubt den
Handel mit bedrohten Tier- und Pflanzenarten nur in strengen Grenzen. Die Rote Koralle und andere weniger bekannte Arten der Gattung sind in allen tropischen und
warmen Meeren der Erde verbreitet. Wer zukünftig Korallenschmuck erstehe, könne
dank strenger Kontrollen sicher sein, damit nicht zur Plünderung der Meere beizutragen. Die Korallenbestände Italiens, Frankreichs und Spaniens sind zwischen 1985 und
2001 um 66 % gesunken.
>> www.wwf.de
Bei der 15. Auflage des Firmenlaufes in Frankfurt ging am 13. Juni die Rekordzahl von 67.270
Starten aus 2.446 Firmen auf die 5,6 Kilometer lange Strecke durch das deutsche Finanz­zentrum.
Selbstverständlich konnten auch wir uns nicht vor der Leistungsschau drücken. Die 4t Werbe­
agentur war wie auch in den vergangenen Jahren als T-Shirt-Designer aktiv und wollte deshalb
auch sportlich nicht zurückstehen. Aufgrund der guten Kontakte zur Redaktion der Zeitschrift
MedicalSportsNetwork wurden in geheimer Mission mehrere Nachttrainingsläufe im
Darmstädter Herrengarten absolviert unter der Leitung von Dr. Thomas Wessinghage. Robert
Erbeldinger stoppte die Zeiten und wir konnten gar nicht anders – Jutta Maur musste auf die
Strecke. Sie war so schnell, dass es nur einem Fotografen des Magazins Stärn gelang, sie weit
in Führung liegend auf der bereits für sie präparierten Zielgeraden abzulichten.
>> www.falschmeldung.da
Pipettenservice der neuesten Generation
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Tut der Pipette etwas weh - gibts schnelle Hilfe von www.Pipettendoktor.de
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Ein Fall von vielen
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Die Tests im Labor sollen noch heute fertig
Die
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im Labor
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werden
dann sollen
passiert
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Die Pipette
werden
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passiert
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Pipette
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macht
mehr
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streikt
und
macht
nicht
mehr
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was
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soll.
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Wer hilft schnell?
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Wer hilft
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Fragen über Fragen und die Zeit vergeht.
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Kein Problem, es gibt
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Unser ausgebildetes Techniker Team
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macht Ihre
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Laboreinsatz
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Hier eine kleine Auswahl zur Übersicht:
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Biomérieux
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Dr. Lange
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Eppendorf
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Hirschmann
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Jencons
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Matrix
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Ortho Biovue
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Rainin
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Roth
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Socorex
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Der Weg ist das Ziel
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Grundsätzlich unterziehen wir alle eingeGrundsätzlich
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im Servicelabor
einereingeDeshenden
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im
Servicelabor
einer
Desinfektion.
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Auf Kundenwunsch halten wir den IstAuf
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wir den IstZustand
der Pipette beim
Zustand
der Pipette
beim Serviceeingang
fest (wichtig
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Pharmafest
(wichtig
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produzierende
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Wurde die Pipette repariert - und bei elekWurde
die Pipetten
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und bei
elektronischen
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getestettronischen
Pipetten
auch
der
Akku
getestetunterziehen wir diese einem ersten Kurztest.
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Erst danach kalibrieren wir auf unseren
Erst
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hochwertigen
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Mehrkanalpipetten kalibrieren wir auf
Mehrkanalpipetten
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Mehrkanalwaagen neuester
Generation.
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Alle Pipetten werden mit original
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Spitzen
kalibriertwerden
(auf Wunsch
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Spitzen
kalibriert
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Fremdspitzen).
Fremdspitzen).
Nach erfolgter Kalibration wird die Pipette
Nach
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zurück geschickt.
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Für Großkunden halten wir ein MehrwegFür
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Danach ist davor
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Ist die Pipette wieder in ihren Händen, geht
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Sie weiter.
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Fragen oder Probleme räumen wir schnell
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Wann muss die Pipette wieder zum
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Unsere Software erinnert Sie an den
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Innovating for Health
Innovating for Health
Bildquelle: www.presse.bepanthen.de
allergie
Die natürliche
Mission von Pollen
Pollen sind die Überträger des männlichen Erbgutes vom Pollensack (Anthere)
zum Stempel (Stigma) was zur letztendlich
Samenbildung führt. Die für die AllergieInduktion relevanten Pollen stammen von
windbestäubenden Pflanzen. Einmal auf
einer Oberfläche gelandet – Stigma oder
nicht – muss er zunächst herausfinden, ob
er auf „seinem“ Stigma liegt. Dazu schüttet er eine für ihn und seine Art spezifische Mischung von Substanzen – Proteine, ­Lipide und Zucker – aus. Im Gegenzug
werden vom Stigma, das natürlich passen
muss, ebenfalls Signale ausgesendet. Dies
führt zur Bildung des Pollenschlauchs
und die Befruchtung kann ihren Lauf
­nehmen.
Elektronenmikroskopische Darstellung
eines Graspollen
Pollen als Adjuvanzien
der allergischen Reaktion
Pollen in
gemeiner Mission
Neu entdeckte Botenstoffe aus Pollen ­bahnen den Weg zur Allergie
Priv. Doz. Dr. Claudia Traidl-Hoffmann und
Prof. Dr. Heidrun ­Behrendt,
Zentrum Allergie und Umwelt, Technische U
­ niversität München
In Deutschland leidet fast jeder Fünfte unter Heuschnupfen oder anderen allergischen
­Erkrankungen. Ob jemand eine Allergie entwickelt, hängt vom Zusammenspiel genetischer
Veranlagung und von Umweltfaktoren ab. Zu den häufigsten Allergieauslösern gehören P
­ ollen
von Bäumen und Gräsern. Lange Zeit wurde der Blütenstaub lediglich als Träger b
­ estimmter
Eiweißstoffe (Allergene) betrachtet, die nach Kontakt mit der Haut oder Schleimhaut freigesetzt
werden und auf die der betroffene Mensch allergisch reagiert. Wir haben nun gefunden, dass
Blütenstaub noch komplexer wirkt. Er fordert das menschliche A
­ bwehrsystem direkt heraus, indem er bestimmte Botenstoffe freisetzt. Diese Botenstoffe b
­ estehen aus fettähnlichen Substanzen, weshalb wir sie Pollen-assoziierte Lipidmediatoren, PALMs, nennen.
50
Charles Blackley hat vor mehr als 100 Jahren Pollen als Auslöser des Heuschnupfens erkannt. Nach heutiger Lehrmeinung
wird eine Allergie durch immunologische
Überreaktionen auf spezifische Proteine
– Allergene – auf dem Boden einer genetischen Prädisposition verursacht. Diese
spezifische Immunreaktion führt zur
­Bildung von IgE, welches, gebunden an
spezielle Zellen wie Mastzellen und
­Eosionphile, bei erneutem Pollen-Kontakt
das Allergen bindet. Diese Bindung führt
zur Ausschüttung von Entzündungsmediatoren, die dann die bekannten Reaktionen wie Augentränen, Schnupfen und
evtl. sogar Asthma hervorrufen. Unspezifische bzw. adjuvante Effekte bei der
Allergieentstehung wurden bislang nur
­
Umweltschadstoffen zugesprochen. Dass
Pollen jedoch selbst Faktoren freisetzen,
die unspezifisch das angeborene oder
erworbene Immunsystem aktivieren, ist
­
völlig neu und konnte nun eingehend
analysiert werden.
Pollen als Allergenträger
Bisher konnten allergene Komponenten
aus Pollen den Proteinen, Glykoproteinen
und Lipiden zugeordnet werden. Das
Wissen über die biologische Funktion der
allergenen Proteine im Pollen selbst ist
bislang begrenzt. Sehr viele Allergene
sind den pathogenesis related proteins
(PRs) zuzuordnen. PRs repräsentieren
­eine Gruppe von 14 Pflanzen-Proteinfamilien, die bei der Pflanzenabwehr oder
der Resistenz gegen Umwelteinflüsse eine
Rolle spielen. Darüber hinaus wurden für
einige Allergene enzymatische Eigenschaften nachgewiesen. Von amerika-
■
03/07
PALMs
Pollen-assoziierte Lipidmediatoren: Pollen setzen unter natürlichen Bedingungen Lipide frei, die den menschlichen Eikosanoiden strukturell und funktionell sehr ähnlich sind. Für den Pollen sind diese Lipide höchstwahrscheinlich
„Botschafter“ im Gespräch zwischen Pollen und Stempel um eine evtl. Befruchtung einzuleiten. Für den Menschen sind es proinflammatorische und immunmodulatorische Substanzen, die den Weg zur Allergie bahnen können.
Effekte von Pollen und Pollen assoziierten Lipidmediatoren (PALMs) auf das innate und
adaptive Immunsystem.
nischen Forschern wurde gefunden, dass
Pollen enzymatisch aktive Substanzen
enthalten, die auf der Schleimhaut zur
Bildung reaktiver Sauerstoffspezies führen.
Dadurch wird die Entzündungsreaktion
auf Pollen verstärkt und evtl. sogar eine
spezifische Reaktion auf ein Protein – das
Allergen – gebahnt.
Charakteristisches
Lipidsekretionsmuster
von Gras- und Birkenpollen
Pollen setzen neben Proteinen ungesättigte Fettsäuren frei, die mit großer Wahrscheinlichkeit im Rahmen der Stigmaerkennung und des Befruchtungsprozesses
im Stigma eine zentrale Rolle spielen. Ein
Teil dieser Lipide weist eine Kreuzreaktion mit Eikosanoiden auf. Dabei handelt
es sich nicht um Leukotriene oder Prostaglandine, da in Pollen Arachidonsäure als
Vorläufer der Eikosanoide nicht vorhanden ist. Andere ungesättigte Fettsäuren
wie Linol- und Linolensäure sind entwicklungsgeschichtlich konservierte Bestandteile von pflanzlichen Zellmembranen.
Die Analyse von Gras- und BirkenpollenExtrakten zeigte, dass Linol- und Linolensäure und ihre Abbauprodukte auch in
Pollen vorkommen bzw. in die wässrige
Phase freigesetzt werden. Für die Hypothese, wonach Lipide und ihre Abbauprodukte beim Pollen-Stigma-Erkennungsprozess eine Rolle spielen, spricht das für
jede untersuchte Pollenart charakteristische
Lipid-Muster.
Chemotaktische
Substanzen aus Pollen
Migrationsassays zeigen, dass wässrige
Extrakte von Birken- und Graspollen eine
Migration von humanen Neutrophilen
und Eosinophilen induzieren. Extrakte
von Fichtenpollen waren sehr viel weniger chemotaktisch aktiv. Ob dies auch zu
der bekannten, geringeren “allergenen
Potenz“ von Fichtenpollen beiträgt, kann
nur vermutet werden. Diese Effekte konnten sowohl für Allergiker als auch NichtAllergiker gezeigt werden.
03/07
■
Die Pollen-assoziierte chemotaktische
Aktivität mit organischen Extrakten konnte Lipiden zugeordnet werden, die funktional und strukturell den Leukotrienen
ähneln. Hexan-/Isopropanol-Extrakte, die
alle Lipide von Pollen enthalten, induzierten eine signifikante Migration. Auch
die Reverse Phase-HPLC der HIP-Extrakte
führte zu einer signifikanten Migration
und macht eine Beteiligung von monohydroxylierten Produkten der Linol- bzw.
Linolensäure bei der Vermittlung der
Chemotaxis wahrscheinlich. Die Linol(18:2) bzw. Linolensäure (18:3) ist jeweils
nur um zwei C-Atome kürzer als die Arachidonsäure (20:4), was strukturelle Ähnlichkeiten der monohydroxylierten Produkte nahe legt.
Interessanterweise konnte die Migration auf wässrige Pollenextrakte mit dem
Leukotrien-Rezeptor-Antagonist signifikant
gehemmt werden. Danach binden Substanzen aus Pollen an menschliche Rezeptoren – im Sinne von archetypischen
Signalen.
Pollen setzen also Mediatoren frei, die
humane Granulozyten in vitro aktivieren
und anlocken. Wenn ähnliche Effekte in
vivo auf Haut oder Mukosa auftreten,
könnte dies einen neuen, Allergen-unabhängigen Weg darstellen, der sowohl bei
der Initiierung der Sensibilisierung als
auch bei der Aggravierung der allergischen Reaktion eine Rolle spielt.
Immunmodulatorische
Substanzen in wässrigen
Pollenextrakten
Eine allergische Reaktion auf Pollenallergene ist gekennzeichnet durch eine spezifische Immunreaktion, die mit der Bildung
von T-Zellen mit einem charakteristischen
Zytokinmuster einhergeht und als THelfer 2 Zytokinmuster bezeichnet wird.
Die biologische Funktion von Th2-Zellen
bei der IgE-Bildung ist weitgehend geklärt. Wenig ist dagegen über den Mechanismus bekannt, der zu der Induktion
einer Th2-Antwort auf ein spezifisches
Allergen führt.
Priv. Doz. Dr. med.
Claudia Traidl-Hoffmann leitet die
Univ. Prof. Dr. med.
Heidrun Behrendt ist Leiterin des
Arbeitsgruppe Zelluläre Immunologie am
Zentrum Allergie und Umwelt. Außerdem ist
sie Leiterin der Forschergruppe der Kommission für Klinische Forschung „Einfluss
von Polleninhaltsstoffen auf Zellen dermoepithelialen Grenzfläche“. Neben Ihren klinischen Schwerpunkten in der Dermatologie
befasst sich Frau Traidl-Hoffmann u. a. mit
der Identifizierung und Charakterisierung
von neuen, für Allergieentstehung und Ausprägung adjuvanten Stoffen aus Pollen.
Zentrum Allergie und Umwelt an der Klinik
und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie am Biederstein und der Klinischen
Kooperationsgruppe „Umweltdermatologie
und Allergologie“ der GSF an der Technischen
Universität München. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen auf dem Einfluss von
anthropogenen und biogenen Faktoren auf
Allergieentstehung und Ausprägung.
Untersuchungen mit humanen dendritischen Zellen zeigen, dass Pollen in dendritischen Zellen die Bildung eines für die
Th1-Antwort zentralen Zytokins – IL-12
hemmen. Dies wiederum führt dazu, dass
dendritische Zellen, die mit Pollen stimuliert wurden, nicht mehr eine Th1 Antwort
induzieren sondern eine Th2 (proallergische) Immunreaktion hervorrufen.
Kürzlich wurden in Pflanzen Isoprostan-ähnliche Substanzen gefunden, die
wegen ihres charakteristischen Prostaglandin-Ringsystems „Phytoprostane“ (PP)
genannt wurden. Mithilfe der Gaschromatographie konnten wir zeigen, dass nichtenzymatisch gebildete Phytoprostane wie
PPE1, PPF1 und PPB1 in wässrigen Pollenextrakten in nano-molaren Konzentrationen vorhanden sind. Es zeigte sich, dass
PPE1, nicht aber PPB1 oder PPF1 die LPSinduzierte IL-12-Produktion hemmen.
Pollen sind demnach viel mehr als nur
Allergenträger. Die von Pollen auf der
Schleimhaut freigesetzten Lipide verursachen neben dem spezifischen Effekt eine
unspezifische Aktivierung und Allergiefördernde Modulierung des Immunsystems und bahnen somit den Weg für die
Entwicklung einer allergischen Reaktion.
Die beobachteten immunstimulatorischen
und immunmodulatorischen Effekte wurden sowohl bei Allergikern als auch bei
Nicht-Allergikern gefunden. Dies führt in
Umkehrung zu der alten Frage, was einen
Allergiker zum Allergiker macht, zu dem
Ausspruch: „Was macht den Nicht-Allergiker zum Nicht-Allergiker?“. Während man
früher sensibilisierte Patienten untersucht
hat, um zu klären, wie eine Allergie entsteht, müssen wir anhand dieser neuen
Befunde uns nun fragen, welche Regulationsmechanismen in gesunden Probanden die Entstehung von Allergien verhindern.
> [email protected]
Mädchen
stirbt an Kuss
Ein 15-jähriges Mädchen mit einer
Erdnuss-Allergie ist nach einem Kuss
des Freundes gestorben. Auch eine sofortige Adrenalinspritze konnte den
Teenager nicht mehr retten. Der Junge
hatte vorher ein Erdnussbutterbrot gegessen. Die Tragödie ereignete sich
Behördenangaben zufolge in Saguenay, einer Stadt 250 Kilometer nördlich von Québec. Die offizielle Todesursache wurde nicht bekannt gegeben.
Eine Allergie-Spezialistin eines Krankenhauses in Saguenay, Dr. Nina Verreault, wollte sich zu dem Fall nicht
äußern. Sie sagte aber, dass ErdnussAllergien selten tödlich seien.
Erdnüsse häufige Ursache für
Allergieschocks
Allergien gegen Erdnüsse können
schwere allergische Reaktionen zur
Folge haben. Schon winzige Mengen
können bei empfindlichen Menschen
einen allergischen Notfall verursachen.
Dr. Ernst Rietschel von der Gesellschaft für Pädiatrische Allergologie
und Umweltmedizin (GPA) warnte auf
dem Allergie-Kongress in Aachen im
September 2004: „Wer ein Kind mit einer Erdnussallergie hat, sollte beispielsweise selbst keine Erdnussflips
essen und danach sein Kind küssen.
Der Kuss kann bei dem Kind allergische Symptome bis hin zum Schock
auslösen!“
51
pollenlabor
Heuschnupfen Kontrolle
Prof. Dr. Norbert Krug, Dr. Philipp Badorrek,
Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin, Hannover
Allergische Erkrankungen sind weltweit auf dem Vormarsch und insbesondere in
den I­ ndustriestaaten ein zunehmendes Problem. Ca. 20 % der Bevölkerung in den USA
und Europa leiden mittlerweile an einer intermittierenden allergischen Rhinitis
(Heuschnupfen). Neben der Einschränkung der Lebensqualität der Betroffenen hat die
Erkrankung durch den Einsatz von Medikamenten und eingeschränkter Arbeits- und
Schulfähigkeit auch eine wachsende volkswirtschaftliche Bedeutung.
Patienten im Pollenraum während einer Studie. Beim rechten Patienten wird gerade der Nasenfluss gemessen, um den
Verstopfungsgrad der Nase objektiv zu bestimmen. Beim linken Patienten wird die Lungenfunktion gemessen.
Die großen internationalen Pharmaunternehmen haben angesichts des wachsenden Marktes für antiallergische Medikamente ihre diesbezüglichen Forschungsaktivitäten in den letzten Jahren intensiviert. In der Regel werden antiallergische
Medikamente, sobald sie erstmalig an Patienten getestet werden, in großen Feldstudien untersucht, die zum Beispiel während der Pollenflugzeit durchgeführt werden. Die Bedingungen solcher Feldstudien können aber nie standardisiert
werden. Durch Wettereinflüsse variieren
die Pollenkonzentrationen in der Luft täglich, und Nebenbedingungen wie Umweltschadstoffe, die Allergien beeinflussen, können nicht kontrolliert werden.
Aufgrund dieser Umstände müssen in
Feldstudien sehr viele Patienten eingeschlossen werden, um statistisch aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, was wiederum den Aufwand und die Kosten in
die Höhe treibt.
Eine Möglichkeit diese Probleme zu
umgehen, ist der Einsatz von Pollenräumen. Dabei handelt es sich um Räume, in
denen Reinstluft erzeugt werden kann,
der dann wiederum einzelne Zusatzstoffe,
wie zum Beispiel Pollen, zugeführt wer-
52
den können. Der Vorteil liegt in der konstanten Pollenkonzentration und den stabilen Klimabedingungen, wie Temperatur
und Luftfeuchtigkeit. Die Wirkung von
Medikamenten kann so ohne Störeinflüsse beobachtet werden. Damit können Studien mit sehr viel geringeren Patientenzahlen durchgeführt und die Ergebnisse
können durch die kontrollierbaren Bedingungen reproduziert werden. Gleichzeitig
können die Patienten kontinuierlich überwacht werden, was deren korrekte Mitarbeit stark verbessert und die minutengenaue Erhebung von Messparametern
erst ermöglicht. Pollenräume werden für
die Arzneimittelforschung bereits in Wien,
Nordamerika und Japan erfolgreich eingesetzt.
Das Fraunhofer Institut für Toxikologie
und experimentelle Medizin in Hannover
hat im Jahr 2000 in der Abteilung Klinische
Atemwegsforschung einen Pollenraum in
Betrieb genommen. Der Raum ist ca. 40 m2
groß, mit nicht ausgasenden Materialien
ausgekleidet und liefert durch eine aufwändige Klimatechnik Reinluftbedingungen. Der Luft werden für Allergiestudien Kneulgraspollen (Dactylis glomerata)
in einer Konzentration von 4.000 Pollen/ m3
Pollendosierer Die vier dünnen Schläuche führen die mit
Pollen angereicherte Luft zu den vier Auslassdüsen des
Pollenraums
Luft zugesetzt. Dies entspricht der üblichen Pollenkonzentration über einer blühenden Wiese.
Seit 2000 sind zahlreiche klinische Studien in unserem Pollenraum mit ins­
gesamt ca. 800 Patienten durchgeführt
worden. Ca. 50 ­
% Studien sind eigenoder drittmittelgeförderte Grundlagenforschungsprojekte und ca. 50 % sind Auftragsstudien der Pharmaindustrie. Insbesondere frühe Phasen der klinischen
Forschung werden bei uns durchgeführt,
da hier die Vorteile des Pollenraums voll
zum Tragen kommen; relativ schneller Erkenntnisgewinn mit kleinen Fallzahlen.
Dies ist z.B. wichtig für Dosisfindungsstudien oder um früh abschätzen zu können,
ob ein neues antiallergisches Präparat die
Erwartungen erfüllt und die klinische Entwicklung fortgesetzt werden soll.
In der Regel halten sich unsere Patienten in Gruppen von bis zu 18 Patienten
für vier Stunden im Pollenraum auf. Dabei tragen sie Schutzoveralls, Plastiküberschuhe und Hauben, um möglichst wenig
Fasern und Partikel in den Expositions-
In der Abteilung Klinische Atemwegsforschung des Fraunhofer Instituts für
Toxikologie und experimentelle Medizin in Hannover arbeiten zur Zeit
34 Personen:
7 Ärzte,
6 Study nurses,
7 technische Angestellte,
6 Dokumentations- und
Verwaltungsangestellte sowie
8 studentische Hilfskräfte. Es
­werden klinische Studien im
­Bereich Allergie, Heuschnupfen,
Asthma und COPD (chronische
Raucherbronchitis) durchgeführt.
■
03/07
4t Matthes + Traut · Darmstadt
Dr. med. Dipl.-Kfm. Philipp Badorrek
Prof. Dr. med. Norbert Krug
Abteilung Klinische Atemwegsforschung
­Arbeitsschwerpunkte: Projektmanagement
für klinische Studien in den Bereichen
­Allergie, Asthma und COPD.
Bereichsleiter Immunologie, Allergologie
und Atemwegsforschung
Forschungsschwerpunkte: Pathogenese von
allergischen Erkrankungen (Asthma und
Heuschnupfen) und COPD; Klinische Studien
und Trans­lationsmedizin bei Allergie, Asthma
und COPD
…mehr Sicherheit
für Ihre Zellkulturen!!!
Detektion: PCR-Kit
Wissen ist gut – Kontrolle ist besser: der PCR-MycoplasmenTestkit weist Mycoplasmen-Kontaminationen in Zellkulturen
nach. Bereits nach wenigen Stunden haben Sie das Ergebnis:
einfach, schnell und sicher.
● ready-to-use optimierter PCR-Mix ● weist alle MycoplasmenArten nach, die in Zellkulturen gefunden werden
● hohe Sensitivität ● keine Radioaktivität
● für 10 oder 20 Tests
Vorbeugung: Reinigung
Lassen Sie es erst gar nicht so weit kommen:
das ungiftige und biologisch abbaubare
Incubator-Clean in der praktischen
Sprühflasche reinigt Ihren Inkubator auch bis
in die letzte Ecke und mit Incuwater-Clean
sind die Zeiten von kontaminiertem Wasser im
CO2-Inkubator endlich vorbei! Es wird in einer
Konzentration von 1 % eingesetzt.
raum abzugeben. Diese Teilchen würden
die Systeme zur Pollenzählung stören.
Während der Zeit im Pollenraum bewerten die Patienten regelmäßig ihre allergischen Symptome. Neben diesem subjektiven Parameter werden auch objektive
Parameter erfasst. Dazu zählen die Messung des Nasenflusses, das Auswiegen
der benutzten Taschentücher zur Bestimmung des produzierten Nasensekrets und
als Sicherheitsparameter die Messung der
Lungenfunktion.
Momentan werden vor allem Medikamente entwickelt, welche die Symptome
des Heuschnupfens wirkungsvoller, länger und nebenwirkungsärmer lindern sollen. Dies kann für Betroffene zwar schon
eine echte Erleichterung bedeuten, aber
eine Allergie medikamentös zu „heilen“,
ist leider noch nicht möglich. Eine Ausnahme bildet hierbei die spezifische Immuntherapie (SIT) oder „Desensibilisierung“. Dabei wird den Patienten in
regelmäßigen Abständen von einer bis
vier Wochen das Allergen, z.B. Gräserpollenextrakt, unter die Haut gespritzt. Ziel
ist es, das Immunsystem durch den kontinuierlichen Kontakt mit dem Allergen an
dieses zu gewöhnen. Bei einer erfolg-
03/07
■
reichen Therapie, die bis zu drei Jahre
dauern kann, reagiert das Immunsystem
nicht mehr auf das Allergen, es ist desensibilisiert. Neuere Therapiekonzepte der
SIT ersetzen die wöchentliche oder monatliche Spritze durch Tropfen oder Tabletten, die täglich unter der Zunge angewandt werden. Auch in dieser Richtung
gibt es vermehrte Forschungsaktivität.
Obwohl die SIT die einzige Therapie ist,
welche die Allergie ursächlich und nicht
nur symptomatisch behandelt, so ist deren Erfolg nicht vollständig zufriedenstellend. Die Effekte halten oft nicht dauerhaft an und je länger eine Allergie besteht,
je älter der Patient ist und je mehr verschiedene Allergien vorliegen, desto geringer sind die Erfolgsaussichten der SIT.
Es besteht für die Zukunft also nach
wie vor viel Forschungsbedarf, um dem
Ziel einer wirkungsvollen ursächlichen
Therapie von Allergien ein Stück näher zu
kommen.
>> [email protected]
>> [email protected]
item.fraunhofer.de
53
Behandlung: Antibiotika
…und wenn es doch einmal passiert ist:
Antibiotika sind d i e wirksame Therapie
bei einer Mycoplasmen-Kontamination.
Bei uns entweder als Kombi-Präparat
– Myco-1(Tiamutin) & Myco-2 (Minocyclin) – oder als Einzelsubstanz – Myco-3
(Ciprofloxacin) – für die zielsichere Tötung
unerwünschter Keime erhältlich.
Darmstadt hat eine weitere Topadresse:
AppliChem GmbH Ottoweg 4 64291 Darmstadt Fon 06151/93 57-0 Fax 06151/93 57-11
[email protected] www.applichem.com
parasiten
Süßer Käfer
Alarmsignal von Bienen lockt Schädling an
Dr. Christian Pirk, Social Insects Research Group,
Department of Zoology and Entomology, University of Pretoria
Abb. 2 Eine Arbeitsbiene trägt einen Kleinen Beutenkäfer
und transportiert diesen aus dem Stock.
Der Kleine Beutenkäfer, Aethina tumida (Abb. 1), ist ein Honigbienenparasit, der sein
­natürliches Verbreitungsgebiet in Afrika südlich der Sahara hat. Der Käfer stellt für
­Kolonien von afrikanischen Unterarten der westlichen Honigbiene, Apis mellifera,
­normalerweise eine geringe bis keine Gefahr dar. Die Verschleppung des Kleinen Beutenkäfers (small hive beetle = SHB), unter anderem in die USA, hat nun dazu geführt,
dass der Käfer auf Bienenkolonien europäischer Herkunft getroffen ist. Dies hat das ein­
gespielte System zwischen Parasit und Wirt (Honigbiene) durcheinander gebracht und
­obwohl der neue Wirt (wie z. B. in den USA) zur selben Art gehört, sind die Auswirkungen
diametral entgegengesetzt.
Abb. 1 Ein süßer, von Imkern gefürchteter Schädling –
der Kleine Beutenkäfer (SHB = small hive beetle)
54
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03/07
Christian Pirk, geb. 1973 in Berlin, studierte Biologie
und Mathematik an der TU Berlin. Er promovierte an der
Rhodes Universität, Südafrika (2000–2002) zum Thema
„Reproduktive Konflikte bei Honigbienen“. In dieser Zeit
wurden erste vergleichende Studien zur Interaktion
zwischen SHB und Honigbienen in Kooperation mit dem
USDA (US Department of Agriculture) durchgeführt.
Von 2002–2004 war er Assistent bei Professor Tautz in der
Beegroup, Universität von Würzburg. In diesem Zeitraum
erfolgten mehrere Fachgespräche mit dem BMELV zum
Thema SHB. Derzeit ist Pirk wissenschaftlicher Assistent
am Fachbereich für Zoologie und Entomologie der Universität von Pretoria und Research Associate an der Rhodes
University. Forschungsschwerpunkt ist die Organisation
und chemische Kommunikation von sozialen Insekten.
Raffinierter Eindringling
Untersuchungen, die ich gemeinsam mit Kollegen des US
Department of Agricultural (USDA) und später dann als
Mitglied der Beegroup der Universität Würzburg im
Rahmen des DUKAT-Projekts (gefördert vom Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) durchgeführt habe, zeigten, dass die
Verhaltensunterschiede zwischen europäischen und afrikanischen Bienen quantitativer und nicht qualitativer
Natur sind. Die Bienen greifen die Käfer an und transportieren diese aus der Kolonie (Abb. 2). Das Verteidigungsverhalten wird weniger häufig auch von europäischen
Bienen gezeigt [1]. In gesunden Kolonien entfernen Arbeitsbienen Larven und Eier des SHB, um die Vermehrung des Käfers zu verhindern.
Die Bienen sperren die Käfer auch in Gefängnisse [2],
dabei bewachen einige Wächterbienen die Käfer und
hindern diese an der Flucht, währenddessen andere Bienen die Käfer einmauern, ein Prozess der sich über einen
längeren Zeitraum hinziehen kann. Die Inhaftierung
überlebt der Käfer indem er eine bettelnde Arbeitsbiene
imitiert, dabei werden die Mundwerkzeuge und die Antennen der Wächterinnen „beträllert“, um einen Fütterungsreiz bei der Wächterbiene auszulösen [3].
Ist die Kolonie genügend geschwächt, so können die
Käfer die Abwehrmechanismen umgehen und sich vermehren. Die Käfer legen die Eier an für Bienen unzugänglichen Stellen ab. Nach dem Schlupf ernähren sich
die Larven von den Pollen-, Honigvorräten und der Bienenbrut. Dies führt bei afrikanischen Bienen dazu, dass
die Kolonie sich lieber eine neue Nistmöglichkeit sucht.
Die Larven des SHB durchlaufen mehrere Stadien, an
deren Ende sie die Kolonie verlassen und sich in der
Erde verpuppen. Das Puppenstadium dauert bis zu 2
Monate [5], sodass die schlüpfenden Käfer vor dem Problem stehen, eine neue Nahrungsquelle finden zu müssen, da die ursprüngliche Bienenkolonie entweder abgeschwärmt oder abgestorben ist.
Verräterischer Lockstoff
Der Einsatz von GC/EAD von Kollegen der Universität
Florida und Nairobi hat nun gezeigt, wie die Orientierung
und das Auffinden von neuen potenziellen Nahrungsquellen beim SHB ablaufen könnte [4]. Ferner sieht man,
wie die Käfer indirekt selber den Effekt verstärken und
ein „Signalfeuer errichten“ und damit weitere Käfer anlocken. Dabei werden den Bienen die süßen Futtervorräte
zum Verhängnis.
Die Organisation innerhalb eines Bienenstaats basiert
größtenteils auf der chemischen Kommunikation durch
Pheromone. Isopentylacetat (IPA) ist ein Hauptbestandteil des Alarmpheromons der Bienen. Die Produktion
dieses Alarmpheromons, insbesondere von IPA ist erhöht, wenn Bienen Stress ausgesetzt werden und dies
scheint der Käfer zur Orientierung zu nutzen. Mit Hilfe
von GC/EAD wurde nun nachgewiesen, dass die Käfer in
der Lage sind, 2 ng IPA wahrzunehmen, dies liegt unterhalb der Wahrnehmungsschwelle der Bienen.
Des Weiteren wurde mit Hilfe von GC/MS gezeigt,
dass die Käfer zwar auf Waben mit Honig und Pollen
reagierten, wenn zusätzlich Käfer oder Bienen auch vor-
03/07
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handen waren, aber dass Waben mit Pollen und Honig
allein signifikant weniger attraktiv auf die Käfer wirkten.
Ferner wurde bei den Waben mit Käfern oder Bienen IPA
nachgewiesen, welches jedoch fehlte, wenn nur Waben
mit Honig und Pollen analysiert wurden.
Ferner konnte bei isoliert gehaltenen Käfern weder
ein Ansammlungspheromon noch ein Sexuallockstoff
nachgewiesen werden, der erklären könnte, warum sich
die Käfer in bestimmten Kolonien ansammeln und in
anderen nicht. Die Attraktivität wird somit von einem
weiteren Faktor beeinflusst.
Wurden die Käfer mit verschiedenen Futterzusammensetzungen gefüttert, so zeigte sich nach drei Tagen
Inkubationszeit, dass das Futter, bestehend aus Pollen
und Honig, die höchsten Käferzahlen anzog. Die GC-/
MS-Analyse der flüchtigen Komponenten wies als Hauptkomponente IPA nach.
Attraktivitätsverstärker Hefe
Die Familie der Nitidulidae Käfer, zu denen der Kleine
Beutenkäfer gehört, ist bekannt dafür, dass einige Arten
Pilze übertragen. Auch beim SHB konnte die Hefe Kodemaea ohmeri sowohl auf den Larven als auch auf den
Käfern aus Florida und Kenia nachgewiesen werden.
Durch die Kombination von Verhaltensexperimenten
und GC/MS wurde gezeigt, dass Pollen, die für 7 Tage
mit der Hefe infiziert waren, die höchste Attraktivität im
Vergleich zu den Kontrollgruppen aufwies. Durch die
Hefe wurde IPA mit einer Rate von ~20 ng pro Gramm
Pollen pro Stunde freigesetzt. Das ist das 10-fache der
Dosis, die von den Käfern detektiert werden kann. Somit
wird die Attraktivität einer Honigbienenkolonie für SHB
noch erhöht, sobald es den ersten Käfern gelungen ist, in
die Kolonie einzudringen und die Hefe auf die Pollenvorräte zu übertragen. Es kommt zu einer großen Konzentration von Käfern und Larven innerhalb der Bienenkolonie, sodass die Verteidigung der Bienen von den „Massen“
überrannt wird und die Bienen entweder zugrunde gehen oder den Nistplatz aufgeben.
Es sieht danach aus, dass die süßen Vorräte der Bienen, für die wir sie so schätzen, ihnen gleichzeitig auch
zum Verhängnis werden können.
Das System von Kleinen Beutenkäfer und Honigbiene
zeigt, wie eine kleine Änderung, in diesem Fall die Interaktion mit europäischen anstelle von afrikanischen
Bienen, im Parasit-Wirtsverhältnis zu einer Verschiebung
der etablierten Kräfteverhältnisse führt und das sich über
Generationen entwickelte Kräftegleichgewicht aus den
Fugen gerät.
Literatur
[1] Elzen PJ, Baxter JR, Neumann P, Solbrig AJ, Pirk CWW, Hepburn HR, Westervelt
D, Randall C. (2001) J Apic Res 40:40-41
[2] Neumann P, Pirk CWW, Hepburn HR, Solbrig AJ, Ratnieks FLW, Elzen PJ,
Baxter JR. (2001b) Naturwissenschaften 88:214-216
[3] Ellis JD, Pirk CWW, Hepburn HR, Kastberger G, Elzen PJ. (2002) Naturwissenschaften 89:326-328
[4] Neumann P, Pirk CWW, Hepburn HR, Elzen PJ, Baxter JR. (2001a) J Apic Res
40:111-112
[5] Torto B, Boucias DG, Arbogast RT, Tumlinson JH, Teal PEA (2007) PNAS 104:
8374–8378
> [email protected]
Freier Wille
„Selbst Fliegen-Gehirne sind mehr
als reine Input-Output-Systeme.“
Hamburger Forscher haben herausgefunden, dass
ein scheinbar so einfaches Lebewesen wie die
Fruchtfliege über eine gehörige Portion freien Willen verfügt. Die Fliegen seien in der Lage, spontane
Entscheidungen zu treffen, denen kein einfacher
Ursache-Wirkung-Mechanismus zu Grunde liege.
Die Forscher um den Computerwissenschaftler
Alexander Maye von der Universität Hamburg hatten die winzigen Fliegen in weißen Boxen an dünnen Fäden aufgehängt – sie konnten so nicht von
äußeren Faktoren beeinflusst werden. Die Flugmanöver von insgesamt etwa 40 Tieren – nach rechts,
nach links, im Kreis – wurden jeweils eine halbe
Stunde lang aufgezeichnet und mit einem ausgeklügelten Rechenprogramm analysiert. Das Ergebnis:
Statt der erwarteten zufälligen Verteilung ließen die
«Flugprotokolle» eine klare Struktur erkennen. Das
Gehirn der Fliegen müsse also eine Funktion beinhalten, die es ihnen ermögliche, spontan und ohne
äußere Ursache ihren Flug zu variieren, schreiben
die Forscher.
Zur Prüfung ließen die Wissenschaftler in immer
komplexeren Computer-Modellen mögliche ZufallsFlugbahnen berechnen, kamen aber nie auf ein Ergebnis, das der Realität ähnelte. Sie wiesen damit
erstmals nach, dass Abweichungen im Verhalten
von Drosophila melanogaster nicht zufällig sein
können, sondern auf spontane Entscheidungen zurück gehen müssen.
„Ichhätteniemalsvermutet,dasseinfacheFliegen,
dieinanderenSituationenimmerwiedergegendasselbeFensterknallen,dieFähigkeitzunichtzufälliger
Alexander Maye
Spontanität besitzen.“
Von Imkern und Bankern
„Wir sind die Bienen, die befruchten.“
So dürfen wir den Präsidenten des Deutschen Sparkassen- und Giroverbandes Heinrich Haasis anlässlich eines Interviews in Darmstadt zitieren. In der
kleinen Großstadt in Südhessen, die gerade wieder
in den Schlagzeilen war, als Merck sehr profitabel
seine Generikas für viereinhalb Mrd. Euro verkauft
hat und in der AppliChem schon wieder mit einem
Wachstum von 35 % kämpft, ist immer etwas los.
Das rote S der Sparkassen repräsentiert immerhin 3.3 Billionen Geschäftsvolumen, 100 Mrd. Eigenkapital und kümmert sich um 50 Mio. Kunden.
Da sagt ein selbstbewusster Präsident schon gern
einmal „... es kann nicht sein, dass alle Banken
streng kontrolliert werden, aber Hedge-Fonds mit
ihren Milliarden-Vermögen frei agieren können...
Wenn solche Fonds die Heuschrecken sind (Anmerk. d. Red. – da wird Franz Müntefering doch
wohl immer populärer…), die die Landschaft kahl
fressen, dann sind die Sparkassen die Bienen, die
befruchtend wirken.“
Herr Haasis hat dann auch nicht verschwiegen,
dass seine Bank natürlich auch mit dem Honigsaugen beschäftigt ist. Zugleich, so sagt er, „bestäuben
wir die Wirtschaft und regen so Investitionen an.“
HättenSiegewusst,wieengverwandtdieBerufedes
Imkers und des Bankers sind?
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Probenvorbereitung beschäftigt. Wir möchten einen offenen Dialog
daraus machen, laden Sie zur regen Diskussion ein und freuen uns über
Ihre Anregungen und Mitteilungen. Ihre Ansprechpartnerin ist:
LC-Spezialphasen für die MS
Die Liquid Chromatography (LC) hat sich in den vergangen Jahren konstant weiterentwickelt und ist heute
mit der massenspektrometrischen Detektion als Analysenverfahren in vielen Bereichen der Gold-Standard.
Dies zeigt auch der zunehmende Einsatz der LC/MS/
MS in der toxikologisch-forensischen Analytik – als
gleichwertige Ergänzung zur etablierten GC/MS/MS.
Die Vorstellung, dass aber auf HPLC-Säulen bestimmter Selektivität künftig gänzlich verzichtet werden kann, hat sich jedoch als nicht richtig erwiesen.
Dieser Anspruch mag zwar korrekt sein für die Analytik einer geringen Anzahl von Verbindungen, tritt
aber bei einer Multikomponenten- oder Metabolitenanalyse oder einer komplizierten Matrix, wie z.B. Lebensmittel, nicht länger zu. Eine „besondere Selektivität” ist meistens nötig bei der Trennung von Analyten
und Matrix (Ionensuppression), von Isomerengemischen und von Verbindungen mit gleicher Molekülmasse. LC-Spezialphasen als Selektivitätstool bieten
häufig erhebliche Vorteile, wie beispielsweise Einsatz
einfacher
mobiler
Phasen,
Verzicht
auf
Ionenpaarreagenzien und exotische Puffer, Arbeiten
in normalen pH-Bereichen und chromatografische
Trennung „kritischer” Analyten. Im Allgemeinen resultieren als messbare Ergebnisse höhere Robustheit
und Reproduzierbarkeit und längere Säulenstandzeiten; zudem treten weniger Geräteprobleme auf.
Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von der analytischen Fragestellung sehr wohl Säulen bestimmter
Selektivität vorteilhaft einzusetzen sind. Hier ist eine
Reihe von Beispielen zu nennen, wobei Retention der
Verbindungen und Selektivität auf Dipol-Dipol-, Wasserstoffbrückenbindungs- und/oder ϖ-ϖ-Wechselwirkungen zurückzuführen sind. Zum Einsatz gelangen
in der Mehrzahl kurze Säulen mit kleinen Innendurchmessern mit 3 µm Partikelgröße. Basis ist poröses Kieselgel mit Porenweiten zwischen 80 und 200 Å.
Den Anfang machen Phenylphasen, die generell
als Alternative zu den alkylmodifizierten C8- und C18Kieselgelen zu verstehen sind. Sämtliche, in der Tabelle aufgelisteten Phasen unterscheiden sich sowohl
in der Kieselgelmatrix und Oberflächenmodifikation
als auch in der Art des Spacers, mit dem die Phenylgruppe an die Kieselgelmatrix gebunden ist. Sie variieren demzufolge sowohl in Selektivität als auch pHStabilität.
Phenylphasen bieten andere Selektivitäten und sind
somit die ideale Ergänzung zu Alkylphasen – zumal sie
sowohl als typische RP-Phasen als auch mit nicht wässrigen Lösemitteln einsetzbar sind. Ihre erweiterte Selektivität zeigt sich vor allem bei Verbindungen mit ϖ-elektronenreichen Strukturen. Zudem sind sie in der Lage,
Analyte zu trennen, die Unterschiede in ihrer „Form”
bzw. der Ausdehnung des ϖ-Elektronen-Systems auf-
60
weisen („shape selectivity”). Für die Kopplung mit dem
Massenspektrometer gilt, dass das Blutungsverhalten so
gering wie möglich sein sollte.
Exemplarisch einige namhafte Hersteller
Agilent Technologies
Zorbax StableBond-Phenyl
Bischoff
ProntoSIL Phenyl
EKA Chemicals/Akzo Nobel
Kromasil® HPLC 100 Å PHENYL
Grace
GENESIS® Phenyl
Macherey-Nagel
Nucleosil Ph 5.0 µm
Phenomenex
C6-Phenyl HPLC Phase
Sigma-Aldrich
Ascentis® Phenyl HPLC Säulen
ThermoElectron
Hypersil® Phenyl, Betasil Phenyl
Varian
Pursuit® Diphenyl
Eine zweite Gruppe von HPLC-Packungsmaterialien, die
eine „andere“ Selektivität aufweisen, sind sogenannte polar-embedded Alkylphasen. Im Vergleich zu herkömmlichen RP-Phasen werden die unerwünschten Wechselwirkungen an der Kieselgeloberfläche – in der Regel
Restsilanole – durch ein bestimmtes Bonding minimiert,
das zu einer Abschirmung der aktiven Kieselgeloberfläche führt. Zu den Polar Embedded Groups (PEG) zählen
u.a. Carbamat-, Harnstoff-, Ether- und Amidbindungen,
die neben der Abschirmung zusätzlich noch für Wechselwirkungen mit polaren Molekülen sorgen. Es resultieren
oftmals atypische Selektivitäten bei gleichzeitig verbesserter Peaksymmetrie bei polaren Analyten, und selbst
der Einsatz von 100 % rein wässrigen Eluenten ist ohne
Phasenkollaps möglich.
Auch hier gibt es eine Reihe von Herstellern (z.B.
Waters (Symmetry Shield RP 8/18, Xterra RP 8/18), Varian
(Polaris C8/C18, C8/18 Ether, C8/18 Amide), Sigma-Aldrich (Ascentis RP-Amide-Phase), Bischoff (ProntoSIL C18EPS ), ThermoElectron (Hypersil HyPURITY Advance),
Agilent Technologies (Zorbax Bonus-RP), wobei insbesondere C18- oder C8-Ether-Phasen herausgegriffen werden
sollen, weil sie über freie Elektronenpaare an der Ethergruppe für Wechselwirkungen mit Säuren sorgen. Allgemein zeigen polar-embedded RP-Phasen Selektivitäten für
Säuren, Phenole und ausgewählte N- und S-haltige Verbindungen. Hierfür werden vor allem Wasserstoffbrückenbindungs-Wechselwirkungen verantwortlich gemacht.
Eine letzte Klasse von Phasen, die MS-tauglich sind
und besondere Selektivitäten gegenüber Basen und Verbindungen mit Elektronenpaardonator-Eigenschaften
aufweisen, sind die perfluorierten Packungsmaterialien.
Insbesondere seien hier die Pentafluorphenylphasen erwähnt (z.B. Monochrom MS, Allure PFP Propyl, Discovery F5 HS, Pursuit PFP). Hierbei sind Pentafluorphenylgruppen über Alkylspacer an die Kieselgelmatrix gebunden. Durch den starken Elektronenzug der Fluoratome
weist deren ϖ-Elektronensystem einen starken Elektro-
Foto: Jutta Maur
Dr. Andrea Junker-Buchheit, geboren 1959, studierte Chemie an der Universität des Saarlandes, wo sie 1991 promovierte. Anschließend war sie im Produktmanagement „Chromatographie“ bei
der Merck KGaA, Darmstadt, tätig. 1998 nahm sie ein Studium der Veterinärmedizin an der Justus-LiebigUniversität Giessen auf und erhielt 2004 die Approbation zur Tierärztin. Seither war Frau Junker-Buchheit
bei der Varian GmbH Deutschland und bei Spark Holland tätig. Die niedergelassene Tierärztin arbeitet
seit 2007 freiberuflich als Beraterin mit dem Schwerpunkt SPE- und LC-Anwendungen und ist für die
succidia AG tätig.
nenmangel auf. Unter RP-Bedingungen wird auf diesen Phasen eine starke Retention von Basen und elektronenreichen Verbindungen beobachtet, wozu verschiedene
Wechselwirkungen
beitragen:
Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen und ϖ-ϖ-Wechselwirkungen. Interessanterweise scheint es bei der Retention von Basen auf den
Organik-Gehalt der mobilen Phase anzukommen:
Mobile Phasen mit einem hohen Anteil von Organik
und geringen Pufferkonzentrationen sind notwendig,
um Basen zu retenieren, was einem HILIC-Mechanismus entspricht. Zudem führt der hohe Anteil von organischem Modifier dazu, dass eine hohe Empfindlichkeit bei der ESI/MS erreicht wird.
Apropos HILIC. HILIC steht für Hydrophile Interaktionschromatographie und stellt eine Alternative
dar, hoch polare Verbindungen wie Aminosäuren,
Peptide und Kohlenhydrate zu trennen. Es werden
polare stationäre Phasen verwendet, aber mit typischen RP-Puffersystemen, vorzugsweise Acetonitril
als organischem Modifier, betrieben. Wasser weist dabei die höchste Elutionskraft auf. Eine der bekanntesten Phasen ist die ZIC-HILIC (SeQuant), die für polare
und hydrophile Verbindungen gute Trenneigenschaften aufweist. ZIC®-HILIC ist in seinen Eigenschaften eine zu RP-Phasen orthogonale Phase. Ebenso vertreibt Waters HILIC Phasen (Atlantis HILIC Silica
Columns).
Soll die Festphasen-Extraktion on- oder off-line als
weiteres Selektivitätstool eingesetzt werden, so kommen neben den erwähnten Spezialphasen und herkömmlichen Phasen noch Säulenmaterialien dazu, die
eine ausreichende pH-Stabilität aufweisen. Besonders
dann, wenn Mixed-Mode-Phasen für die Probenvorbereitung eingesetzt werden und eine direkte onlineKopplung mit der LC/MS durchgeführt wird, fallen
saure oder basische Eluate an.
Unser nächster Beitrag soll diesem Thema gewidmet
werden und Sie sind aufgefordert, Erfahrungen,
Statements und Applikationen zu pH-stabilen
LC-Säulen und Mixed-Mode-Techniken an unsere
Redaktion zu senden, damit wir aus ChromChat ein
lebendiges, alltagstaugliches Forum machen.
> [email protected]
Zum genaueren Verständnis verweisen wir auf die entsprechende
Literatur oder Spezifikationen der Herstellerfirmen.
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Arzt und Halter im
Dr. Andrea Junker-Buchheit
ist Objektleiterin der
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Meine Maus
Sie liegt neben mir und trägt rote
Dessous. Ihr Busen sieht sehr wohlproportioniert aus. Sie ist willig und handlich. Tatsächlich macht sie was ich will – und ich will jeden Tag was
von ihr. Allerdings muss ich auf Nachfragen meiner anderen Mädels einräumen, sie lenkt auch ab. Frauen lenken uns immer ab – oder ist alles andere nur eine Ablenkung von den Frauen? Frauen beherrschen das Leben der
Männer – sie geben es nur deshalb nicht zu, weil sie von
uns immer wieder bedauert werden wollen. Auch das haben wir mittlerweile gelernt. Frauen lassen ungerührt
publizieren, sie seien unterdrückt. Wo? Kennen Sie eine?
Das gibt es doch nur bei den Asozialen und von denen kennen wir ja niemand. Nein, schon der alte Cesar fuhr, alle
Gefahren klaglos auf sich und seine Mannen nehmend,
über das Meer, nur um eine kleine und sicher ziemlich
verzogene Ägypterin zu treffen. Während ich darüber
nachdenke und einen Buchstaben korrigieren muss, zuckt
meine Maus. Es macht ihr offensichtlich Spaß, vielleicht
denkt sie an eine Fahrt auf dem Nil und was da alles so
passiert. Damals, als der Nil noch nett war ...
Frauen machen auch ganz praktische Dinge. Sie machen das Frühstück und nähen vielleicht mal einen
Knopf an - wenn Mann im richtigen Moment dreimal bittet. Frauen ertragen unsere Abwesenheit, wenn wir zum
Kicken gehen – weil sie klug sind, weil sie wissen sie
müssen. Frauen lassen uns schnarchen. Frauen kümmern sich um die Kinder, sofern man welche hat - was
wieder öfter vorkommt im Land der Mut fassenden
Deutschen. Die Richter geben ihnen im Falle einer
Scheidung das Sorgerecht, was sehr häufig vorkommt.
Weil sie ja wissen, dass wir Männer unzuverlässig sind
und nicht kochen können. Frauen sehen manchmal
wunderbar aus und sie riechen besser als wir - wen
wundert es, dass wir jetzt auch eine Frau als Kanzler
haben. Eine richtige Kanzlerin. Ich wundere mich, denn
ich habe es dem „Mädchen“ nicht zugetraut und Helmut
Kohl sicher auch nicht. Aber viele ältere Herren haben
trotz langjähriger Erfahrung keine klare Vorstellung was
Mädels so drauf haben und die ihnen nach einer kurzen
Finanzinspektion eine kurze Liebe erklären ...
Meine Maus riecht zum Beispiel gar nicht und während
ich das schnüffelnd feststelle – zum ersten Mal – überlege ich, ob ich sie einmal parfümiere. Meine Maus macht
auch keine Politik, ist jedoch verantwortlich für alles, was
ich zur aktuelle Lage hier so von mir gebe. Meine Maus
hat mich in diesem Zusammenhang im Griff – wobei wir
das dadurch kaschieren, dass ich immer lüstern auf ihr
rumdrücke. Weiter will ich allerdings nicht in Detail
gehen. Der Redaktionsschluss droht unnachgiebig.
So war diese Maus auch stellvertretend in der brandneuen und obersicheren nordischen Trutzburg, die eigentlich ein Seebad ist. Im Kreis der Männer, die die
Welt regieren, hat sie die Frau gegeben. Und sie war gut.
Der Russe hat das zu spüren bekommen, als sie ihn geschickt ein paar Wochen vorher im Kreml besuchte. Der
kleine neue Franzose muss nett zu ihr sein, weil sein
Vorgänger sie immer handgeküsst hat und der Engländer steht sowieso unter dem Pantöffelchen seiner reizenden Cherie – was soll er wagen? Das andere Auslaufmodel aus den Staaten hat soviel Ärger mit der Maus
von Billy Clinton, die aber bestimmt alles andere als eine
Maus ist. Das hat sie an Lewinsky trainiert.
03/07
■
„An exiting tool, tremendous productivity”
In der Runde der „8“ – welch schöne Kurven diese Zahl
doch hat - hatte sie die Rolle der Kurve. Bildlich gesprochen. Elegant jeden Streit vermeiden und doch in der
Sache soweit zielstrebig, sodass die Zahl der Anhänger
wächst. Und das passiert tatsächlich. Nun – wir Männer
machen es ihr nicht allzu schwer. Das muss man dem
Kurt aus der Palz losse, er wes net, was er sage soll. Das
fällt auch auf, und die Journalisten fragen sich, was sie
Ihn am besten nicht fragen, damit wenigsten ein wenig
Spannung erhalten bleibt. Wie soll das sonst werden bei
der nächsten Wahl – oder man verschiebt sie einfach um
vier Jahre bis die SPD dann auch eine Kandidatin hat –
mit einem Namen, den auch die Hessen aussprechen
können.
Der Zeigefinger meiner rechten Hand hat gerade ganz
leicht auf den linken Hügel gedrückt und meine Maus
hat sofort reagiert. Sie findet das Thema offensichtlich
ganz toll. Ich auch. Wir sind so im Gleichklang einer gewissen Leidenschaft und schaffen es hoffentlich auch
Sie und Sie zu animieren. Kümmern Sie sich doch mal
mehr um Ihre Maus. Die Frauen sind das beste Thema
- obwohl wir Männer ja auch über alles andere schreiben könnten. Mir geht gerade Leptospirose durch den
Kopf oder Oligonukleotide. Wunderbare Themen zugegeben, doch sie liegen bei mir nicht so im Fokus. Ich
mache mir ganz gern Gedanken über den Erfolg der Cola-Flasche und ich denke, es liegt mehr an den Kurven,
als an der süßen Brühe. Selbst die Automobilbauer trauen der Ingenieurleistung ihrer Mitarbeiter nur bedingt,
sonst würden nicht so viele leicht bekleidetet Mädchen
auf und in den Karossen in Frankfurt posieren lassen.
Wunderbare Welt der Kurven. Und das ist mit Nichten dieses Substantiv ist für Ausländer im Kontext schwer
einzuordnen – ich entschuldige mich – schon wieder die
Einordnung von Frauen in die Kategorie „Lustobjekt“.
Nein, es ist gelebtes Leben. So ist es eben. Erotik kennt
die kleinste Zelle, sonst würde sie sich nicht vermehren.
Meine Maus muss nicht verhüten und kann es auch nie
zur Kanzlerin bringen. Ich lasse sie nicht nach Berlin
und auch nicht nach Frankfurt. Sie bleibt auf meinem
Tisch schön brav neben mir liegen und ich werde sie ab
und zu mit einem kleinen Stups belohnen. Das liebt sie
sicher. Mal links – meistens – aber auch mal mit dem
Mittelfinger rechts, ganz zart von oben. Und meine anderen Mädels wissen, seit sie mir die Maus geschenkt
haben, schreibe ich doch ganz gern mal das eine oder
andere zusätzlich, achte nicht so auf die Stunden und
bekomme auch nicht mehr Geld. Wenn das jetzt die
Verdis hören könnten. Sie haben ein paar Leute in Darmstadt überredet zum Streik, Ich fahre täglich an der
Verdi-Würstchenbude vorbei und beobachte den Streikerschwund. Das wäre auch ein Thema für eine kleine,
feine Glosse. Es gibt aber nicht soviel her und wenn ich
diesen Huber und den verregneten Sommer sehe, dann
fällt mir sowieso nichts Gutes ein. Dieses Mal sind die
Frauen dran. Der Stoff, der uns Männer zum Träumen
bringt ... meine Maus ...
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61
mems/nems
Top-down und
Bottom-up
Polymer-abgeleitete Keramiken (PDCs) für MEMS und NEMS
Dr. Emanuel Ionescu und Prof. Dr. Ralf Riedel,
Institut für Materialwissenschaft, Technische Universität Darmstadt
Die MEMS-Technologie (MEMS = micro electromechanical systems,
mikroelektromechanische Systeme) wurde Ende des zwanzigsten
Jahrhunderts entwickelt und basiert auf Miniaturisierung von Motoren, Sensoren und anderen elektromechanischen Systemen auf
der Mikrometerskala (1 µm = 10–6 m). Seit den achtziger Jahren findet die MEMS-Technologie immer mehr Einsatz in der Industrie,
beispielsweise als Blutdrucksensoren, Beschleunigungssensoren
für Airbags in Autos, als Aktuatoren und chemische Mikroreaktoren.
Nanoelektromechanische Systeme (NEMS, nano electromechanical
systems) sind verwandt mit den MEMS, allerdings um eine Größenordnung kleiner (< 100 nm; 1 nm = 10–9 m).
Zwei grundlegende Strategien werden angewandt, um die Dimension im Mikro-/
Nanometerbereich zu erreichen (Abb. 1):
Auf der einen Seite gibt es den „TopDown“-Ansatz, der vor allem in der Physik und der physikalischen Technik angewendet wird, wobei von der Mikrotechnik
aus­gehend Strukturen und Komponenten
­immer weiter miniaturisiert werden, wie
dies am Beispiel der Herstellung von
MEMS in Abb. 1 f und g gezeigt ist. Auch
Nanosensoren können hergestellt werden, die Anwendungen im Arznei- und
Lebensmittelbereich finden (z. B. Chemosensoren wie Glukosesensoren mit Farbumschlag zur Bestimmung des Blut­
zuckergehaltes oder Biosensoren, die
sogenannten „lab-on-a-chip“-Systeme1).
Ein weiteres Beispiel eines „Top-Down“Ansatzes stellt das Nanolithographie-Verfahren dar. So berichteten Cheung et al.
über die Herstellung von halbleitenden
Silicium-Nanosäulen mittels eines Verfahrens, das die Nanosphären-Lithographie
mit reaktivem Ionenätzen (high density
plasma reactive ion etching) kombiniert.2
UV-Lithographie (deep ultraviolet lithography),
Elektronenstrahl-Lithographie
oder das Nanoimprinting-Verfahren stellen mittlerweile Routinemethoden dar,
um Nanosäulen-strukturierte Oberflächen
herzustellen.2 Diese werden beispiels­
weise für die Separation langer DNA­Moleküle3 oder für Untersuchungen der
Hydrophobie bzw. Hydrophilie nanostrukturierter Oberflächen eingesetzt4.
Auf der anderen Seite steht der „Bottom-Up“-Ansatz, bei dem aus atomaren
bzw. molekularen Bausteinen immer
62
komplexere Strukturen gezielt aufgebaut
werden und der bislang vorwiegend von
den Fachrichtungen der Chemie und der
Biologie geprägt wird (Abb. 1). Möglichkeiten hierfür sind z. B. Sol-Gel-Prozesse,
Fällungsreaktionen oder die gezielte thermische Zersetzung molekularer oder
­polymerer Vorstufen. Mittlerweile können
unterschiedliche nanoskalige Basisstrukturen hergestellt werden, die Anwendungen in vielen Bereichen finden.
Molekulare Routen erlauben über eine
Vielzahl von Verfahren punktförmige
Strukturen – Nanopartikel – zu erzielen.
Diese weisen spezielle elektrische und
optische Eigenschaften auf, die durch
„Tuning“ der Partikelgröße eingestellt
werden können. Kürzlich zeigten beispielsweise Marandi et al., dass die Größe
von CdS-Partikel, die mittels einer photoinduzierten Reaktion zwischen CdSO4
und Na2S2O3 hergestellt wurden, mit einer
Präzision von 1 Å (1 Å = 10–11 m) eingestellt werden kann.5 Die Sol-Gel-Synthese
ist ein geeignetes Verfahren zur Her­
stellung monodisperser Nanopartikel. Auf
diese Weise lassen sich beispielsweise
thermisch stabile SiO2- oder strukturverwandte nichtoxidische Si(NCN)2 - Partikel
mit Durchmessern von 10–60 nm.6 Diese
eignen sich z. B. als Füllstoffe für die Herstellung harter, temperaturbeständiger
Schichten.7
Linienförmige Strukturen, wie z. B. Nanoröhren, Nanodrähte, Nanostäbe oder
Nanogräben auf Oberflächen, haben in
den letzten Jahren eine große Bedeutung
auch für industrielle Anwendungen gewonnen. Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon
nanotubes, CNT’s) werden in der Regel
durch die CCVD-Methode (catalytic chemical vapour deposition) hergestellt und
z. B. für elektronische Anwendungen eingesetzt. Auch deren mechanische Eigenschaften werden intensiv untersucht, da
sie hohe Zugfestigkeit und Stabilität zeigen.
So berichteten Huang et al.7 über superplastische SW (single walled) KohlenstoffNanoröhren, die unter Zugbelastung eine
Dehnung von 280 % erreichten (weit über
den theoretischen Wert von 20 %!8). Auch
an medizinischen Anwendungen von
Kohlenstoff-Nanoröhren wird intensiv
­geforscht. Kürzlich berichteten Roy et al.
über funktionalisierte, auf Siliciumträger
vertikal ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren, die für das Monitoring des Cholesterins im Blut benutzt und so als Teil
in „lab-on-a-chip“-Systemen angewendet
werden können.9
Schichtstrukturen stellen in der Nanotechnologie einen sehr wichtigen Bereich
dar und sind in der Anwendung bis hin
zum industriellen Einsatz verbreitet – aus
den heutigen Computer-Festplatten sind
z. B. Nanoschichten nicht mehr wegzudenken. Weiterhin tragen keramische
Schichten, wie z. B. polymer-abgeleitete
SiCN-Schichten, zur thermischen Stabilität
und Oxidationsbeständigkeit von Werkstoffen bei, somit können beispielsweise
Metalle, Kohlenstoffbauteile usw. gegenüber Oxidation geschützt10 oder hohen
Temperaturen und korrosiven Umgebungen ausgesetzt werden.7 Keramische
Schichten mit Porengrößen im Nanometerbereich sind als Membranen für Heißgasextraktion und Gastrennung geeignet.11 Derartige Membranen werden durch
Beschichtung poröser Al2O3 - bzw. Si3N4 Substrate mit anorganischen Polymeren
Abb. 1. „Top-Down“- und „Bottom-Up“-Verfahren
(Abb. f und g: mit freundlicher Genehmigung von Sandia National Laboratories, SUMMITTM Technologies,
www.mems.sandia.gov; Abbildung e: Fiber Material Inc., www.fibermaterialsinc.com).
■
03/07
und durch anschließende thermische Zersetzung der Polymere hergestellt. Beispiele hierfür sind Siliciumoxid-Membranen aus Polysilazanen12 oder besonders
temperatur- und oxidationsbeständige
Si(B)CN-Membranen.13 Die polymer-abgeleiteten Si(B)CN-Membranen weisen
Porengrößen auf, die molekulares Sieben
ermöglichen und zur Abtrennung von
Wasserstoff geeignet sind.13
Polymer-abgeleitete Keramiken (polymer derived ceramics, PDC's) stellen eine
neuartige Materialklasse dar, die ungewöhnliche mechanische Eigenschaften
mit Hochtempe­ratur­stabilität und Oxidationsbeständigkeit vereint. Abb. 2 zeigt
­eine Reihe möglicher Anwendungen von
PDC's mit unterschiedlichen geometrischen Dimensionen wie sie bisher im
Labormaßstab realisiert werden konnten.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass auf der
einen Seite Nanopartikel direkt über molekulare Routen hergestellt werden können (Abb. 2, linkes Bild unten), während
es sich im Fall der in Abb. 2 dargestellten
Schicht, des photonischen Kristalls, des
Bulkmaterials und der Faser um größere
Dimensionen handelt, wobei jedoch der
atomare Aufbau der gezeigten Werkstoffe
sehr wohl nanoskalig ist – wie dies in der
­Lupendarstellung anhand des elektronenmikroskopischen Bildes gezeigt ist.
In den letzten Jahren wurden in der
Forschung und Entwicklung zunehmend
anorganische Polymere, insbesondere
Silicium-basierte Polymere, für die Her­
stellung von MEMS und NEMS untersucht.
Die Si-Polymere sind für eine Reihe von
Formgebungsverfahren hervorragend geeignet, so z. B. für die „micro machining“Verfahren wie Lithographie, Mikro-Formgebung u. a. Außerdem zeigte sich, dass
PDC-abgeleitete MEMS und NEMS interessante thermische und mechanische
Eigenschaften aufweisen, wie z. B. her­
ausragende Stabilität gegenüber Oxidation und Kriechverformung selbst bei
hohen Betriebstemperaturen. Diese ein­
zigartige Kombination der Materialeigenschaften ermöglicht den Einsatz von
MEMS und NEMS unter sehr drastischen
Bedingungen (sehr hohe Temperaturen,
korrosive Umgebung).
Eine allgemeine Route für die Herstellung von PDC-basierten MEMS verläuft
Dr. Emanuel Ionescu studierte Chemie an der Universität Bukarest in
Rumänien und promovierte im Fach Anorganische Chemie an der
­Universität Bonn. Er ist seit Januar 2006 wissenschaftlicher Mitarbeiter
in der Arbeitsgruppe von Prof. Riedel am Institut für Materialwissenschaft der TU Darmstadt. Seine Forschungsschwerpunkte sind das
molekulare Design neuer präkeramischer Polymere und die Synthese
polymerabgeleiteter keramischer Systeme für Hochtemperatur­
anwendungen.
wie folgt – das Polymer (auch Precursor
genannt) wird mittels Mikro-Casting in
­eine Form gegeben und durch UV- bzw.
Röntgenstrahlung ausgehärtet (vernetzt).
Der so erhaltene Grünkörper wird dann
anschließend pyrolysiert (Pyrolyse = thermische Zersetzung unter Ausschluss von
Sauerstoff) und bei Bedarf weiterer Temperierungsschritte (Auslagerung) unterzogen, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen. Die Pyrolyse und die Auslagerung
werden in der Regel bei hohen Temperaturen (oberhalb 1.000 °C) und evtl. erhöhtem Druck durchgeführt.
Eine gut untersuchte und breit angewandte Herstellungsmethode für PDC-abgeleitete MEMS stellt das Photolithographie-Verfahren dar, wobei mittels UV- oder
Röntgenstrahlung Silicium-basierte Polymere vernetzt und mikrostrukturiert werden können. Anschließend werden die
auf diese Weise hergestellten MEMS-Grünkörper durch einen Pyrolysevorgang keramisiert. Im ersten Schritt wird ein UVaktives Polymer (Photoresist) auf einen
Silicium-Wafer aufgebracht (Abb. 3a). Die
Polymer-Schicht wird anschließend mikrostrukturiert (Abb. 3b). Den nächsten
Schritt stellt das Mikro-Casting des Precursors dar (Abb. 3c, d). Durch UV-Bestrahlung des Precursors wird anschließend
Abb. 2. Beispiele für polymer-abgeleitete Keramiken mit unterschiedlichen Dimensionen.
03/07
■
Prof. Dr. Dr. h.c. Ralf Riedel studierte Chemie und promovierte 1986
im Fach Anorganische Chemie. Von 1986 bis 1992 war er Mitarbeiter
am Max-Planck-Institut für Metallurgie und am Institut für Anorganische Materialien der Universität Stuttgart. Prof. Riedel habilitierte
1992 im Fach Anorganische Chemie und hält seit 1993 eine Professur
im Fachbereich Geo- und Materialwissenschaften der Technischen
Universität Darmstadt inne. Kürzlich erhielt Prof. Riedel die Ehrendoktorwürde der Slowakischen Akademie der Wissenschaften.
der MEMS-Grünkörper hergestellt (Abb.
3e), der in einem zusätzlichen thermischen
Schritt aus der „Matrize“ entformt wird
(Abb. 3f). Der MEMS-Grünkörper wird
dann letztendlich durch einen Pyrolysevorgang in die eigentliche MEMS-Komponente umgewandelt (Abb. 3g).
Das Stereolithographie-Verfahren ermöglicht eine sehr präzise, hochaufge­
löste 3D-Stukturierung der Substrate durch
beispielsweise eine zweiphotonen-UVunterstützte Vernetzung von photosensitiven anorganischen Polymeren, die mit
einem zweiphotonen-Chromophor versetzt sind.
Mittlerweile gibt es eine große Anzahl
an nichtlithographischen Techniken für
die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen, die unter dem Namen „SoftLithographie“ bekannt sind: Mikrokontakt-Drucken, Replikatformen, Mikrotransferformen, Mikroformen in Kapillaren
und lösungsmittelunterstütztes Mikroformen.14 Mithilfe eines Stempels oder
­einer Gussform aus einem flexiblen, organischen oder Si-haltigen Polymer (Elastomer) wird die Übertragung der ­
Mikro-/
Nanostruktur auf das Substrat realisiert.
Im Unterschied dazu werden bei den
klassischen MEMS-Herstellungsverfahren
starre, anorganische Materialien für die
Mikrostrukturierung eingesetzt. Hierbei
spielt die Selbstorganisation („self assembly“) der Moleküle bzw. der Schichten eine wichtige Rolle. Weiterhin ermöglichen die softlithographischen Techniken
eine Strukturierung der Materialien
im N
­ anometerbereich (< 100 nm), sodass
auch PDC-basierte NEMS hergestellt werden können.
Bei den Precursoren, die für die Herstellung von PDC-basierten MEMS benutzt
werden, handelt es sich um Silicium­haltige, kommerziell erhältliche Polymere.
Eine Auswahl davon ist in Abb. 4 ge­
zeigt. Je nach Zusammensetzung des
­Ausgangspolymers und der weiteren Verfahrensschritte lassen sich Siliciumnitrid(Si3N4), Siliciumcarbid- (SiC), Siliciumoxycarbid- (SiCO) und Siliciumcarbonitrid
(SiCN)-MEMS erhalten.
Die Funktionalisierung der kommerziellen Polymere ermöglicht die Einstellung
bestimmter Eigenschaften der MEMSKomponenten, wie z. B. elektrische,
optische, thermische oder mechanische
­
Eigenschaften. So wurden beispielsweise
keramische Systeme wie Si(B)CO,
Si(Al)CO, Si(B)CN oder Si(Al)CN synthetisiert.
In Abb. 5 sind einige Si(Al)CO-basierte
MEMS-Komponenten dargestellt.15 Hierzu
Abb. 3. Schematischer Ablauf der Herstellung einer PDC-basierten MEMS-Komponente
­mittels Photolithographie.
63
mems/nems
Abb. 4. Eine Auswahl kommerzieller Vorstufen für die Herstellung von
PDC-basierten MEMS.
Abb. 5. Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Si(Al)CO-basierten mikrostrukturierten
Zahnrädern.15
wurde kommerzielles Silicon (BELSIL MK
von Wacker) mit einer molekularen
Aluminiumverbindung,
Alumatran
(C6H12NO3Al), umgesetzt. Die Strukturierung erfolgte anschließend durch einen
Heißprägeschritt.
Der große Vorteil der PDC-basierten
MEMS gegenüber den klassischen MEMS
ist deren Stabilität unter extremen Bedingungen wie hohe Temperaturen (selbst
oberhalb von 1.000 °C) und korrosive
Umgebung. Weiterhin ermöglichen die
Technologien, die sich mit der Mikro-/
> [email protected]
> [email protected]
Nanostrukturierung polymerabgeleiteter
Materialien befassen, den Einsatz von
PDC-basierten MEMS und NEMS für Anwendungen in den Bereichen der gedruckten Elektronik und Nanoelektronik,
Mikro- und Nanofluidik, Mikro- und
Nanomotoren usw.16 Ein wesentlicher
Aspekt für den technischen Einsatz von
Mikro-/Nanokomponenten stellt deren
Integration in komplexe Bauteilsysteme
dar, eine große Herausforderung für die
weitere Entwicklung der Mikro-/Nanosystemtechnik.
[8]
[9]
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L.-A. Liew,W. Zhang, L. An, S. Shah, R. Luo,Y. Liu, T.
Cross, M. L. Dunn, V. Bright, J. W. Daily, R. Raj, K.
Anseth, Am. Ceram. Bull. 2001, 80, 25.
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Eine Messe. Für alle Themen.
Zugeschnitten auf die Bedürfnisse der pharmazeutischen und chemischen Industrie, sowie auf die Nahrungsmittel-, Getränke- und
Kosmetikindustrie. Die ILMAC zeigt das vollständige Angebot von Laborbedarf, Analytik und Biotechnologie über sämtliche verfahrenstechnische Anwendungen bis hin zur Umwelttechnik. Dieses Jahr neu: Zwischenchemikalien, pharmazeutische Wirkstoffe, Synthese,
Produktionsmittel und Hilfsstoffe. Informationen zur Messe und den Begleitveranstaltungen erhalten Sie unter www.ilmac.ch.
Certified by:
nano+art
50µm
Impressionen
aus dem Nanokosmos
„Spannung“ und „Auflösung“ waren die Themen des Wettbewerbs „nano+art“ 2007.
Die diesjährige Siegerin Monika Johanna Lelonek von der Universität Münster überzeugte
mit dem von ihr visualisierten „Nano Grand Canyon“, den sie für labor&more vorstellt.
Monika Johanna Lelonek,
Institut für Physikalische Chemie, Universität Münster
Eine Neue Welt
Das Resultat
Der gezeigte „Nano Grand Canyon“ besteht aus einer
Schicht von Millionen vertikalen Poren in einer Aluminiumoxidschicht. Der Durchmesser der Poren, die teilweise durch Auflösung der Schicht mit einer Säure freigelegt
wurden um die Seitenansicht dieser Poren zu ermöglichen, liegt bei rund 60 nm.
Verschiedene Stufen von Poren sind mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops zu erkennen, die wie kleine Terrassen in einem Felsen wirken.
Die Entstehung
Für die anodische Oxidation wurden 2 mm dicke Aluminiumfolien der Größe 15 x 10 mm verwendet. Das Substrat wird nacheinander in Aceton, Ethanol und in destilliertem Wasser entfettet. Dann wird unter Stickstoff bei
400 °C für drei Stunden getempert um die Korngröße des
Aluminiums zu erhöhen. Dem schließen sich die Elektropolierung in einer Lösung aus H3PO4, H2SO4 and CrO3
und eine Oxidation bei einer konstanten Spannung von
40 V bei Raumtemperatur in 0,3 molarer Oxalsäure an.
Da der Elektrolytspiegel durch Verdampfen nicht
konstant bleibt, verliert sich im Laufe des Versuches der
Kontakt zur Probe. Somit stagniert die Oxidation bzw.
die Elektrolytmenge und dessen Konzentration an benötigten Anionen verändert sich kurz vor dem Kontaktverlust. Der Kontakt wird dann von Hand nachgeregelt.
03/07
■
nano+art Einblicke in die faszinierende Welt
des Nano-Kosmos liefert der Foto-Wettbewerb
„nano+art“, ein Gemeinschaftsprojekt von Partnern aus Wissenschaft, Industrie und des Landes
Hessen. Ziel des seit 2005 jährlich ausgeschriebenen Wettbewerbs ist Nanotechnologie durch
Kunst erlebbar zu machen und insbesondere
junge Frauen in der Wissenschaft zu fördern.
Der Wettbewerb ist Teil der Bundesinitiative
„nano4women“. Insgesamt 30 Beiträge aus dem
In- und Ausland waren zu den diesjährigen Wettbewerbsthemen „Spannung“ und „Auflösung“
eingereicht worden.
Im Oktober geht „nano+art“ in eine neue Runde.
Teilnehmen können im Bereich Nanotechnologie
tätige Studentinnen und Wissenschaftlerinnen in
Europa.
> www.nano4women.com
> www.degussa-nano.de
Monika Johanna Lelonek wurde 1978 in Ruda/
Oberschlesien geboren. Von 1998 bis 2004 studierte sie
Chemie an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
Ihre Diplomarbeit absolvierte sie in der medizinischen
Fakultät. Seit 2005 promoviert sie in der Arbeitsgruppe von
Prof. Knoll am Institut für Physikalische Chemie, die im
Zentrum für Nanotechnologie der Westfälischen WilhelmsUniversität Münster angesiedelt ist. Schwerpunkt Ihrer Arbeit
sind Untersuchungen der Nanostrukturen bei Aluminiumoxid.
> [email protected]
65
biotechnica
Hannover ist bunt!
Stephanie Wagner
– und hat 4 Säulen
Project Manager, Deutsche Messe AG
Wenn jetzt einmal alle Hannoveraner die Augen zu machen und die nächsten Zeilen nicht
mitlesen, werden wir bestimmt ein paar Überraschungen anzubieten haben. Natürlich weiß
ein Hannoveraner, dass es sich lohnt, seine Stadt zu besuchen, denn er kennt die
reizvolle Umgebung, die großartigen Einrichtungen von A bis Z, den fast einmaligen Zoo.
Hannover bietet eine anspruchsvolle Gastronomie und
bietet nicht nur zu den weltweit einmaligen Veranstaltungen CeBit und Hannover Messe alle Kategorien zum
Dinieren, zum Übernachten und für Tagungen und Kongresse an. Natürlich wissen Sie, wo Hannover liegt –
trotzdem sagen wir es Ihnen etwas genauer.
Am Weitesten haben es unsere Freunde aus Bayerns
Hauptstadt, die 630 Straßenkilometer zurücklegen
müssen oder einfach den Flieger nehmen. Von Frankfurt
sind es nur 347 km, 282 von Berlin, von Düsseldorf 277,
und unsere Besucher aus Hamburg sind nur 150 km von
den Ereignissen in Hannover entfernt. Es lohnt sich zu
uns zu kommen, und für alle, die in der Forschung arbeiten, ist der Oktober mit der BIOTECHNICA ein absolutes
Muss.
Reihen Sie sich ein in den Kreis der mittlerweile fast
13.000 Interessierten aus Wissenschaft und Forschung, Industrie und Politik und den Studierenden unserer Hochschule und der benachbarten Universitäten. Auch die
Zahl der Aussteller wächst ständig. In diesem Jahr werden auf der BIOTECHNICA rund 900 Firmen erwartet.
Das ist der spektakulärste Event für die Biotechnologie in
Europa.
Wer nicht in Hannover ist, weiß nicht wo es langgehen wird, und die Prognosen für die wirtschaftliche Entwicklung der Biotechnologie in Deutschland, in Europa
und weltweit sind überragend. So ist der Umsatz der
Branche von 827 Mio. Euro im vergangenen Jahr kurz
davor, die Milliarden-Euro-Umsatzgrenze zu knacken.
Deutschland wird ein „Biomarkt“. – Die Stärken des
Standortes Deutschland unterstützen eine expandierende
66
Branche. Die differenzierte Forschungslandschaft und
die Kraft unseres Landes in der Chemie-, Pharma-, Diagnostika- und Umweltindustrie sind der Motor einer dynamischen Entwicklung.
Hannover zeigt nicht nur ein buntes Programm im
Oktober während der Veranstaltung, sondern konzentriert sich auch auf die Entwicklung der vier farbmarkierten Anwendungsbereiche in der Medizin, der Industrie,
der Landwirtschaft und auf die Möglichkeiten der Meere
– Rot, Weiß, Grün und Blau. So hat sich die BIOTECHNICA
erstmals 2007 ein 4-Säulen-Programm gegeben – Messe,
Konferenz, Partnering und Award. Dieses Konzept unterstützt unsere Strategie, nicht nur eine Messe zu veranstalten, sondern als internationale Businessplattform der
jährliche Branchentreffpunkt zu sein.
NEU – die BIOTECHNICA findet ab diesem Jahr in
einem jährlichen Turnus statt – 9. bis 11. Oktober 2007.
Wir reagieren damit auf die schnellen Innovationszyklen
der Branche und auf die Impulse des Marktes.
BESSER – die BIOTECHNICA-Konferenz mit ihrem
stark ausgeweiteten Programm ist ein Highlight der diesjährigen Veranstaltung. Neben dem traditionellen Innovationsforum, einer Plattform, auf der sich ausstellende Unternehmen der Messe mit Produkten präsentieren, bieten
die BIOTECHNICA-Konferenzen ein Angebot, das auf
die Messebesucher zugeschnitten ist. Das Convention
Center ist erstmalig Treffpunkt für über 20 internationale
und hochrangige Fachtagungen, die parallel an den drei
Messe-Tagen stattfinden. Die Deutschen Biotechnologietage (Fortsetzung der BMBF-Tage), das Merck-Forum
Functional Food, die 2nd Vaccine Development Days,
Mikrosystemtechnik für die Biotechnologie, ein Kongress
zu den Themen Regenerative Medizin sowie zur Industriellen Biotechnologie. Das sind nur Beispiele des
attraktiven Programms.
PROFESSIONELL – die dritte Säule der neuen
BIOTECHNICA neben Messe und Konferenz ist das
BIOTECHNICA PARTNERING. Die professionell unterstützte Partnersuche wird in Kooperation mit den kalifornischen Spezialisten der „Technology Vision Group, LLC“
durchgeführt und der Schwerpunkt des Partnerings sind
„Drug-Device Kombinations-Therapien“. Kurz: Applikation sucht Wirkstoff (s.a. „Aus nächster Nähe, Prof. Dr.
Salzer, Seite 14–15 in dieser Ausgabe, sowie „Biete Stent
– suche Beschichtung“, Stephanie Wagner, l&m 2/07).
Und nicht zu vergessen – die vierte Säule dieser einmaligen Veranstaltung ist der EUROPEAN BIOTECHNICA
AWARD – ab 2007 dotiert mit nunmehr 100.000 Euro.
Damit gilt er als europäisch attraktivster Wettbewerb für
kleine und mittelständische Biotech-Unternehmen.
BIOTECHNICA ist auch international aktiv. Die neue
Veranstaltung BIOTECH CHINA, International Trade Fair
& Congress For Biotechnology, ein Zusammenschluss
von bislang vier individuellen Events, wird als wichtigste
Biotech-Plattform im asiatischen Raum vom 4. bis 6. Juli
2007 in Shanghai und ab dann jährlich stattfinden. Und
auch auf die andere Seite der Erde transportiert die BIOTECHNICA europäisches Know-how. Im März 2008 ist
geplant, die BIOTECHNICA AMERICA parallel zur amerikanischen Interphex in Philadelphia durchzuführen. Damit würde die BIOTECHNICA-Familie ab diesem Jahr
einen Bogen über die Biotechnologieachse der Welt
spannen.
> [email protected]
■
03/07
Volksempfänger
¸
Für diejenigen, die altersbedingt aus dem aktiven Berufsleben schon vor langer Zeit ausgeschieden sind oder wurden, war er noch ein
Begriff: Der gute alte Volksempfänger. Als meist
in dunklem Holz gehaltenes Möbelstück in der
Größe einer Tischnähmaschine thronte er in
hochherrschaftlichen Wohnzimmern und
schmuddeligen Küchen gleichermaßen. Ausgestattet mit zwei Drehknöpfen und in der
Mitte mit einer kreisförmigen Skala und eingravierten Zahlenwerten lieferte er Informationen aus dem Äther. Einer der Knöpfe diente
der Regulation der Lautstärke, der zweite dem
Auffinden einer Empfangsfrequenz (eines Senders). Die Frequenzen änderten sich gelegentlich und neue Sender kamen hinzu, aber durch
kurzzeitiges Probieren fand man alles schnell wieder. Mutige fanden trotz Störsender und anderen Unzulänglichkeiten die Nachrichten von BBC, auch wenn
dies dem Volk eigentlich untersagt war. Wichtiges Charakteristikum: Der Volksempfänger konnte von jedermann ohne Sonderschulung bedient werden – ganz
im Sinne der damals Herrschenden (sie wissen schon „Ein Volk, ein Reich,
ein …), die ihre Propaganda reichsweit und nachdrücklich unter die Leute bringen wollten.
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Die Rückfrage
Sind Sie sicher?
beantwortete ich gehorsam mit
Ja
und wurde informiert
Daten werden empfangen bitte warten
und dann
keine Daten
Dann sollte ich den Satelliten und die Satelliteneinstellung eingeben. Ich wählte
jeweils
universal
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Eine Vision wird wahr
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Ultra-High-Pressure-Säulen
oder
Standard
2
1
4
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3
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11998
9427
11141
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1
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und Retention auch nach dem Routineeinsatz bei 12000 psi.
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Und die Moral von der
Geschichte: Wenn al-Qaida
heute einen neuen Sender zur
Desinformation installieren
würde, ist nicht damit zu
rechnen, dass außer ein paar
Video-Hackern sonst jemand
davon Wind bekommt.
3
6000
da mir die anderen angebotenen Alternativen überhaupt nichts sagten. Schließlich
-eine Stunde war sicher vergangen - konnte ich meinen Empfänger und den Satelliten dazu bewegen, in Kommunikation
zu treten. Nach weiteren 15 Minuten hektischer Aktivität lag das Ergebnis vor: Ich
verfüge nun über 825 Sender. Ich suchte
und fand schließlich meinen Sender XXX
unter der Nummer 720 und manövrierte
diesen durch wechselseitige Betätigung
der gelben, der roten, der grünen und der
blauen Taste der Fernbedienung dorthin,
wo der Sender vorher zu finden gewesen
war. Ich hatte gewonnen: der schwarze
Balken ist weg.
1
2 Min.
Initial Run VisionHT™
0
1
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hieß es da. Meine Hoffnung wurde nicht
enttäuscht: 0000 war immer noch das gültige Passwort. Neue Fenster öffneten sich
und praktisch alle Knöpfe meiner Fernbedienung wurden für das Navigieren darin
herangezogen. Ich hatte Fragen zu beantworten, über die ich mir noch nie Gedanken gemacht hatte.
Weitere Informationen erhalten Sie unter
Software update via Satellit
2571
Werkseitig ist das Passwort auf
0000 eingestellt
Upgrade via Satellit?
Ich wählte
0
Passwort eingeben
Wo war das Passwort? Gab es überhaupt
eines? Ich fand die Bedienungsanleitung
und suchte nach dem Passwort. Schließlich wurde ich fündig:
• 96 Reaktionsgefäße 0.2 ml mit spezifischen Primern
beschichtet, in 48 Reaktionsgefäßen zusätzlich
Kontroll-DNA zur Positiv- und Inhibitionskontrolle
ready-to-use
• Standardisierte Protokolle zur Probenaufarbeitung
• Nur 2 Pipettierschritte (Proben-DNA and MasterMix)
• Deutlich reduzierte Kontaminationsgefahr
• Nur ein 2-fach konzentrierter MasterMix für alle
Parameter
• Analyse mehrerer Parameter in einem Durchgang
aufgrund identischer Cycler-Profile möglich
• 2 Jahre lagerfähig (bei +2 bis +10 °C)
857
:
Ich bin eigentlich mit der Bedienung von
moderner Kommunikationstechnik ganz
gut vertraut und versuchte, den schwarzen Balken durch allerlei Hantierungen
mit der Fernsteuerung zu entfernen – vergeblich. Dann versuchte ich es mit der
Option Menu. Ich wurde belohnt. Der
Bildschirm lieferte ein solches verbunden
mit der Anfrage
Detektion in Realtime (SYBR® Green)
mit Schmelzkurvenanalyse oder im
Agarosegel mit Ethidiumbromid
1714
XXX wechselt die Satellitenfrequenz. Bitte Sendersuchlauf
starten. Infos auf Seite yyy und
XXX.de
Pflanzenarten
Pathogene Keime
Allergene
Tierarten
GMO
Plates/Meter
Letzteres ist heute auch nicht viel anders:
Politiker wollen ihre meist unverbindlichen Ausführungen den potenziellen
Wähler schmackhaft machen und die
Wirtschaft preist ihre Produkte mit Methoden, die der psychologischen Kriegsführung entlehnt scheinen, durch den Äther
an. An die Stelle des Volksempfängers ist
der Satellitenempfänger getreten. Auch
hier gibt es – technisch oder anderweitig
bedingt – Änderungen von Frequenzen
und eine exponentiell wachsende Zahl
von neuen Sendern. Mit der Bedienung
sieht es jedoch eher düster aus.
Mich überraschte mein Fernseher
jüngst mit der Ankündigung einer solchen
Änderung.
Das stand es weiß auf schwarzem Balken quer über den Schirm geschrieben:
Molekularbiologische Testsysteme (PCR)
zum einfachen und standardisierten Nachweis
spezifischer DNA-Fragmente in Lebens- und
Futtermitteln
4/4/07 1:25:16 PM
67
dubai
Drehscheibe im
Mittleren Osten
Klimatisierte Oase
Dr. Markus Frasch, AppliChem GmbH
Heute berichten wir über den
Messestandort Dubai, der unter
anderem die Arab Health und
die Arab Lab beherbergt.
Wer an Messen der Chemie-, LifeScienceoder Medizin-Branche denkt, hat erst mal
die großen Standorte im Sinn: Hannover
(BioTechnica), Düsseldorf (Medica),
Frankfurt (Achema), München (Analytica)
in Deutschland, die CPhi mit wechselndem Veranstaltungsort oder Chicago, Boston, San Diego in den U.S.A. Deutsche
Messeveranstalter, führend in der Welt,
etablieren nach und nach neue Messen in
anderen Regionen der Welt: Mexiko
(Achemamerika), Indien (analytica Anacon), China (Achemasia, Biotech China,
analytica China), Singapur (BioTechnica
Asia) und London (L.A.B.). Aber es gibt
noch eine Vielzahl kleinerer Veranstaltungen, die über die ganze Welt verstreut
sind für ihre jeweilige Region Bedeutung
haben und trotzdem von uns oft nicht so
recht wahrgenommen werden. Aufgrund
unseres internationalen Engagements ist
AppliChem durch seine Partner auch auf
diesen Messen vertreten und, wann immer möglich, nehmen MitarbeiterInnen
von uns aktiv teil.
Standaufbau: AppliChem stellte gemeinsam
mit den Partnern Omnilab und Sartorius aus.
68
Dubai ist das zweitgrößte der Arabischen
Emirate und mit seinen ca. 1,4 Mio. Einwohnern hat es eigentlich keinen großen
Life-Science-Markt, aber das Erdöl, der internationale Flughafen und die zentrale
Lage im Mittleren Osten machen es zu
einem zentralen Wirtschaftsstandort und
Handelsplatz der Region. In diesem kleinen Land mit einer Fläche, die nur unwesentlich größer ist als die des Saarlandes
und Berlins zusammen, und das fast nur
aus Wüste besteht, leben 99 % der Einwohner in Dubai Stadt. Die Vereinigten
Arabischen Emirate liegen auf Platz 10 der
größten Erdöl-Förderländer der Welt.
Mehrere zollfreie Zonen locken Investoren an und der Dubai International Airport (DIA) tun ihr Übriges. Fast 29 Mio.
Passagiere sind über DIA in 2006 gereist.
Zum Vergleich der Flughafen Frankfurt,
die Nummer 8 in der Welt, weist über 50
Mio. Passagiere für das letzte Jahr aus.
Dazu kommen 1.410.963 Tonnen Fracht
(DIA), während 2006 in Frankfurt erstmals
über 2.000.000 Tonnen Fracht pro Jahr
verladen wurden.
Das Klima
In Dubai ist es subtropisch heiß. Die Temperaturen liegen im Sommer zwischen
30–45 °C bei einer Luftfeuchtigkeit von
80 %. Im Winter lässt es sich dagegen
­esser aushalten, bei immerhin noch
b
25–35 °C. Skifahren ist ganzjährig in der
Halle möglich. Einkaufszentren, Hotels
und nicht zuletzt auch die Messe sind entsprechend klimatisiert und man muss keinen Fuß vor die Tür setzen, um vom Hotel auf die Messe zu gelangen.
Die Messe
Die ArabLab ist mit 8.300 Besuchern aus
72 Ländern und über 800 Ausstellern gar
nicht so weit von der Größe einer Biotechnica entfernt. Zum Vergleich, die letzte Biotechnica hatte 12.000 Besucher und
849 Aussteller gezählt. Unter den Ausstellern fällt die überdurchschnittliche Präsenz deutscher Unternehmen auf. Aber
auch andere Nationen, wie China, Indien,
England und Frankreich sind stark vertreten. AppliChem hat seit 2003 fünfmal auf
der ArabLab zusammen mit dem Bremer
Partner Omnilab in Dubai ausgestellt. Das
Endkundengeschäft steht, im Unterschied
zu den deutschen Life-Science-Messen
nicht im Vordergrund, sondern hier werden eher die Kontakte zu den Distributionspartnern des Nahen, Mittleren und
Fernen Ostens sowie Afrika gepflegt. Das
gesamte Gebaren erinnert eher an eine
europäische Messe, perfekt organisiert.
Das Emirat strebt kräftig nach oben. Die unzähligen Baustellen zeugen vom Wirtschaftsboom.
■
03/07
Dr. Markus Frasch (links) Geschäftsführer der AppliChem GmbH und Heidi Sepp (Export
­Manager) bei der AppliChem GmbH im Gespräch mit Dr. Jamal Al-Sohafy aus Kuwait.
Die Partner Mr. Vinod (links) und Mr. Vincent, CEO (rechts) von HANA Medical Supplies LLC,
UAE mit Dr. Markus Frasch und Heidi Sepp.
Die Stadt
Überall wo man sich aufhält, fällt im Unterschied zu Europa aber eines besonders
auf: die Sauberkeit. Kein Graffity, kein Papier, keine Zigarettenkippe oder Kaugummi auf dem Boden. Vollklimatisierte, vom
Vandalismus verschonte Bushaltestellen,
von denen wir hier nur träumen können.
Über 80 % der Bevölkerung Dubais stammen nicht aus Dubai. Sie stellen hauptsächlich die „arbeitende“ Bevölkerung:
Inder, Pakistani, viele Asiaten. Nicht jeder
wird sich das leisten können, was im
Überfluss angeboten wird.
Das Emirat strebt kräftig nach oben.
Manchen schon zu schnell. Die „Skyline“
ist beeindruckend. Bekommt ständig Zuwachs. Zurzeit entsteht dort das höchste
Gebäude der Welt. Mit einer Gesamthöhe
von ca. 800 Metern sollen in den geplanten 154 Stockwerken über 3.000 Menschen wohnen. Mal sehen wie weit die
sind, wenn wir 2008 im Februar zur nächsten ArabLab kommen.
Man ist sich der Vergänglichkeit des Ölreichtums durchaus bewusst. Wenn die Ölquellen eines Tages versiegt sind, müssen
andere Wirtschaftszweige die Menschen in
der Region beschäftigen und ernähren.
Deshalb wird viel investiert. Auch in die
Biotechnologie. Bisher fehlen aufgrund
des nicht vorhandenen Arbeitsplatzangebotes im Bereich Life Sciences den angehenden Biologie- und Chemie-StudentInnen die Anreize, diese Studiengänge
überhaupt zu wählen. Mit DuBiotech wurde eine Organisation geschaffen, die sich
der Ausbildung, Forschung und industriellen Aktivitäten in den Life Sciences widmet. Wie auch in anderen Branchen wird
mit diesem Projekt versucht, international
renommierte Firmen zu Investitionen im
Emirat zu bewegen. Vergleichbar zu Freihäfen fallen keine Steuern an und es müssen nicht „lokale“ Eigentümer beteiligt
sein. Es werden am Ende fast 3 Mio. m2
bebauter Fläche zur Verfügung stehen.
>> www.dubiotech.com
Cellulose, Amylose – neue chirale Säulen...
Die Reihe der
leistungsfähigen chiralen stationären Phasen (CSP) auf Polysaccharidbasis wurde bei KNAUER erweitert. Die
Firma berichtet, dass mit der neuen HPLC-Säulenauswahl die Mehrzahl aller chiralen Trennaufgaben gelöst
werden kann. Die auf Cellulose basierenden Eurocel- und die auf Amylose basierenden Europak-Säulen bieten
exzellente Enantioselektivität und herausragende Eluentenflexibilität. Sie können im Normalphasen-Modus,
polar-organisch und im Umkehrphasen-Modus (reversed-phase) betrieben werden. Die neuen CSPs eignen sich
mit ihrer hohen Beladbarkeit gut für präparative Anwendungen und zeigen eine stabile Leistung auch nach
vielen Lösungsmittelwechseln. Die KNAUER Eurocel und Europak Säulen gibt es mit Partikeln von 3–20 µm
und in verschiedenen Größen sowohl für schnelle Analytik als auch für präparative Reinigungsapplikationen.
www.knauer.net/chiral
Automatisierung in der
HPLC-Methodenentwicklung
Vollautomatische Säulenwahl in temperierter Umgebung
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MistraSwitch Vorteile im Überblick
•
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Temperaturbereich 5 °C – 75 °C
Steuerung über RS232- oder USB-Schnittstelle
Vollständige und GLP-konforme Dokumentation
Vollintegration von Temperatur- und Säulenwahl in vorhandene
Chromatographiesoftware
Für folgende Chromatographiedatensysteme sind Treiber zur Vollintegration verfügbar:
- Agilent EZChrom Elite® V3.1.4 bis V3.1.7
- MDS Sciex Analyst® V1.4.1 & V1.4.2
- Agilent Chemstation® 16bit und 32bit
- Thermo Finnigan Xcalibur® V2.0
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bestehend aus 5 analytischen Säulen
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Ihrer Wahl in 33 oder 50 mm Länge und
mit 1, 2, 3 oder 4 mm Innendurchmesser.
Dr. Markus Frasch wurde bei einer Einladung von HANA Medical Supplies in die Zauberei
­eingewiesen. (Oder haben die netten Herren nur Fliegen gefangen?)
03/07
■
YMC Europe GmbH • Schöttmannshof 19 • D-46539 Dinslaken
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69
Ende.
gewusst…
In labor&more 03/07 hat Prof. Jürgen Brickmann
einen Probanden in die Wüste geschickt und kluge Köpfe zur
Problemlösung aufgefordert. Wir erhielten zahlreiche
Einsendungen mit größtenteils eher kreativen Ansätzen.
Des Rätsels Lösung
„Es handelt sich dabei meiner Meinung nach um die Beschreibung einer chemischen Reaktion. Die Person könnte ein reaktionsfähiges Molekül darstellen, die
Augenbinde, die das Molekül umgebende Lösungsmittelmatrix.
Das Ziel der Person, ein Tal mit frischem Wasser und Blumen, könnte dabei die
energetische Senke sein, in die sich die Moleküle nach einer chemischen Reaktion
begeben. Ob die Person (also das Molekül) dabei den direkten Weg geht oder den
über den Berg wählt, könnte ein Hinweis auf eine kinetisch- bzw. thermodynamisch kontrollierte Reaktion sein: Der Weg über den Berg wäre ein thermodynamischer Verlauf (höherer Energieaufwand), der direkte Weg ein kinetischer Verlauf
der Reaktion.
Es ist ja nicht gesagt, dass die Person nicht zum Tal kommt, wenn sie über den
Berg geht.“
Interpretieren wir die Berglandschaft als eine Energiefläche und den stochastisch herumirrenden Probanden als einen Systempunkt
darauf, dann ist die Wanderung zu einem benachbarten Tal nichts anderes als
die Umwandlung von einem lokalen Gleichgewicht A zu einem anderen B.
Dies kann eine chemische Reaktion aus dem Tal der Edukte ins Tal der Produkte sein – und umgekehrt. Die relative Population der beiden wird im thermodynamischen Gleichgewicht durch die Boltzmann-Verteilung gegeben. Im
Beispiel spielt aber auch die Zeit eine Rolle: Obwohl keine Reaktionsbarriere
zwischen den Tälern zu überwinden ist, kann es sehr sehr lange dauern, bis der
Systempunkt den richtigen Weg findet. Die Zeit kommt als Variable in der Thermodynamik nicht vor, obwohl es nicht an Versuchen gemangelt hat, diese als
eine zur Energie konjugierte Größe zu etablieren. Wir müssen uns weiter ins
Feld der Kinetik bewegen: Aus der statistischen Formulierung von kinetischen
Prozessen ergibt sich, dass die zu überwindende Barriere entropischer Natur ist.
Je enger der Talausgang, desto höher der Betrag der Aktivierungsentropie und
desto kleiner die Umwandlungsgeschwindigkeit (bei gegebener Temperatur).
> Dr. Cengiz Azap
> JB
Ziemlich nah an die Lösung kam Dr. Cengiz Azap
The 401-Keg Plan If you had
Ein erfolgreicher Mann
ist ein Mann, der mehr verdient,
als seine Frau ausgeben kann.
Eine erfolgreiche Frau ist eine,
die einen solchen Mann findet.
Mario Adorf
purchased $1000.00 of Nortel stock one year
ago, it would now be worth $49.00. With Enron,
you would have had $16.50 left of the original
$1,000.00. With WorldCom, you would have had
less than $5.00 left. With Lucent, you would have
$3.50 left of the original $1000.00. But, if you
had purchased $1,000.00 worth of beer one year
ago, drank all the beer, then turned in the cans
for the aluminum recycling REFUND you would
have had $214.00. Based on the above, the best
current investment advice is to drink heavily and
recycle.
letzte meldung
Eichhörnchen lief Amok
Passau, 18.6. aus dem Polizeibericht. Drei
Menschen griff das Tier an, bevor es von
einem 72-Jährigen mit einer Krücke erschlagen wurde. Das Nagetier sprang
Staatlich geförderte Werbung.
durch die Terrassentür ins Wohnzimmer
und biss zuerst eine Frau in die Hand. Ein
Bauarbeiter wurde das nächste Opfer –
konnte sich aber erfolgreich wehren. Das
Eichhörnchen flüchtete danach in einen
Garten und attackierte den 72 Jahre alten
Mann, der das Tier schließlich mit einer
Krücke erschlug. Das Landesuntersuchungsamt in Oberschleißheim
bei München überprüft nun, ob das
Eichhörnchen Tollwut hatte. Allerdings sei dies eher unwahrscheinlich, hieß es im städtischen Veterinäramt Passau.
Leserbrief
Sehr geehrte labor&more-Redaktion.
Im Verbrauchertipp auf der „letzten“
Seite haben Sie etwas süffisant auf den
Allergenhinweis auf der Packung
Erdnüsse hingewiesen.
Allerdings ist dieser Hinweis völlig
berechtigt!
Erdnüsse gehören botanisch NICHT
zu den Schalenfrüchten (Nüssen),
sondern zu den Hülsenfrüchten! Somit
haben sie auch völlig andere allergene
Substanzen.
Allerdings würde ich Ihnen zustimmen, wenn Sie statt den Erdnüssen z.B.
eine Nuss-Schokoladen-Verpackung genommen hätten. Hier steht dieser Allergenhinweis auch gerne drauf. Ich würde
jedoch von einer NUSS-Schokolade erwarten, dass Sie wesentlich mehr als nur
Spuren von Nüssen enthält, oder?!
So, genug der Klugscheisserei.
Ich wünsche Ihnen alles Gute für Ihr
Magazin und verbleibe mit freundlichen
Grüßen,
Peter Seibold
Sehr geehrter Herr Seibold,
wir danken Ihnen für die Zuschrift – und lassen die Hülsen fallen:
die Zugehörigkeit der Erdnüsse blieb uns als
Otto-Erdnuss-Verbraucher bisher verborgen,
daher die Verwirrung über die Verwarnung.
Kleiner Mann ganz groß!
Mal wieder erregte unsere letzte Titelseite großes
Aufsehen. Völlig unerwartet allerdings war der
Gegenstand der Aufregung: der Gartenzwerg.
Halb Deutschland zeigte Interesse an diesem
Kleinod unserer Kultur und wir möchten unseren
Lesern auch dazu etwas bieten.
Besondere Aufmerksamkeit verdient die Internationale Vereinigung zum Schutz der Gartenzwerge
(IVZSG), die sich um den Fortbestand der kleinen
Freunde bemüht.
> www.zipfelauf.com
Als Bezugsquelle für alle (Un)Arten
empfehlen wir einen Klick auf
> www.zwergen-power.com
Herzliche Grüße – labor&more
70
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03/07
Two
4t Matthes + Traut · Darmstadt
Dream Teams
Probleme mit
Kreuz­reaktivitäten
und dem
Hintergrund???
Mit dem neuen CrossDown Buffer ist
das endlich Vergangenheit! Er dient der
Minimierung von unspezifischen Bindungen,
Kreuzreaktivitäten und Matrixeffekten bei
Immunoassays. Seine Einsatzgebiete sind
neben dem ELISA, EIA oder Western Blot
auch Immuno-PCR, Protein Arrays und
Multianalyt-Immunoassays. Worauf warten
Sie noch?
Preiswertig
Hochwertig
Blocking Buffer I
l qualitativ der hochwertigste Blockierer
l basiert auf niedermolekularem Casein
l blockiert am effektivsten; ist die Alternative,
wenn Standard-Blockierer versagen
l einsetzbar in ELISA, EIA, RIA, Western Blots,
Protein Arrays, Immuno-PCR
Blocking Buffer II EGrade
l die ökonomische Alternative zu Blocking Solution I
l Serum-frei, BSA-frei, Phosphat-frei
l auf Peptid-Basis
l blockiert effektiv
l einsetzbar in ELISA, EIA, RIA, Western Blots,
Protein Arrays, Immuno-PCR
Mehr Infos unter [email protected]
Darmstadt hat eine weitere Topadresse:
AppliChem GmbH | Ottoweg 4 | 64291 Darmstadt | Fon 06151/93 57-0 | Fax 06151/93 57-11 | [email protected] | www.applichem.com
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Monolithische Säulen
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Luna, Onyx und Synergi sind eingetragene Markenzeichen von Phenomenex, Inc. in der EU und anderen Ländern.
MercuryMS ist ein Markenzeichen von Phenomenex, Inc. © 2007 Phenomenex, Inc. Alle Rechte vorbehalten.
Zeppelinstr. 5 • 63741 Aschaffenburg • Deutschland
Tel: 06021-58830-0 • Fax: 06021-58830-11 • Email: [email protected]
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