Archive - Dez 7, 2007

Elektronische Struktur der Doppelhelix geklärt

Forscher um Gianaurelio Cuniberti an der <a href=http://nano.tu-dresden.de>TU Dresden</a> haben erste Erfolge bei der Erforschung der Nukleinsäuremoleküle bei einer Temperatur von -195 °C erbracht. Zusammengearbeitet hat das Team dabei mit der Uni Jerusalem, der Uni Tel Aviv, dem INFM-CNR in Modena und dem interuniversitären Konsortium CINECA in Bologna. <% image name="DNA1" %><p> Ihre Studie, publiziert in <i>Nature Materials</i>, nutzt ein Rastertunnelmikroskop, mit dem es möglich ist, einerseits den Strom zu messen, der durch das auf einem Goldsubstrat aufgebrachte Molekül fließt, und gleichzeitig die Anordnung der elektronischen Orbitale zu beobachten. Dank der theoretischen Berechnungen, die auf der Lösung bestimmter Quantengleichungen fußen, war es möglich, die elektronische Struktur zu bestimmen, die am ehesten mit dem gemessenen Strom übereinstimmt, und dann herauszufinden, welche Elemente der Doppelhelixstruktur dazu beitragen, dass Elektronen durch die Doppelhelix wandern können. Um die Störungen gering zu halten, die durch Verunreinigungen und andere Störungen verursacht werden, haben die Forscher ein langgezogenes und etwas vereinfachtes Molekül benutzt, das sich nur aus Guanin und Zytosin zusammensetzt. Das Verständnis der elektronischen Eigenschaften der DNA ist die Voraussetzung für eine unendliche Anzahl weiterer Anwendungen in Bereichen, die von der Biochemie bis zur Nanotechnologie reichen. Beispielsweise könnte es nun möglich sein, genau zu erklären, wie UV-Strahlung die DNA angreift, wie genetische Mutationen freie Radikale produzieren, und vor allem wie das Molekül darauf reagiert: DNA-Reparaturen treten tatsächlich durch die Weitergabe elektrischer Ladung innerhalb der Doppelhelix auf, die sich in veränderten Molekülbindungen niederschlägt. Auf dem Feld der Nano-Bio-Elektronik profitiert vor allem die Forschung an elektrischen Schaltkreisen, die sich aus biologischen Molekülen zusammensetzen, von den neuen Erkenntnissen. DNA wird dort als ein mögliches Gerüst für winzige Nanodrähte angesehen, um mit ihnen "biologische Chips" entwickeln zu können, die viel kleiner als die heutigen Bauteile auf Siliziumbasis sind. Elektronische Struktur der Doppelhelix geklärt

Dopamin-Rezeptoren beeinflussen Lernen aus Fehlern

Der Austausch einer Base innerhalb des Gens für den Dopamin-D2-Rezeptor gibt Hinweise darauf, wie Menschen aus positiven oder negativen Rückmeldungen lernen. Das hat ein Team um Markus Ullsperger vom <a href=http://www.mpg.de>Max-Planck-Institut</a> für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig herausgefunden. Dopamin-Rezeptoren beeinflussen Lernen aus Fehlern <p> <% image name="Dopamin_D2_Lernen" %><p> <small> MPI-Forscher haben mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) die neuronale Aktivität untersucht, die dem Fehlerlernen zugrunde liegt. &copy; MPI </small> <table> <td> <small> Positive oder negative Rückmeldungen bestärken in einem bestimmten Verhalten oder veranlassen uns, fehlerhaftes Verhalten zu vermeiden. Die Fähigkeit, aus Erfolgen bzw. Fehlern zu lernen, variiert aber zwischen Individuen. Ein wichtiger Faktor scheint dabei Dopamin im Gehirn zu sein. </small></td> <td><small> Die Dichte der Rezeptoren für diesen Botenstoff hängt von der genetischen Variante des entsprechenden Rezeptorgens ab - die Variante A1 bedingt eine Reduktion der Rezeptordichte. Und das könnte auch zu einem Defizit in der Fähigkeit führen, aus Fehlern zu lernen. </small></td> </table> Via funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) wurde die neuronale Aktivität untersucht, die dem Fehlerlernen zugrunde liegt. Versuchspersonen mussten lernen, aus zufällig präsentierten Symbolpaaren jene auszuwählen, die häufiger mit positivem Feedback - ein lachender Smilie - belohnt wurden. In einem Transfertest wurde sodann kontrolliert, ob die Probanden bevorzugt aus positiven oder negativen Rückmeldungen gelernt hatten. Dabei stellte sich heraus, dass Träger der A1-Genvariante negative Rückmeldungen weniger zum Lernen nutzten. Dieses Verhalten wird durch die fMRT gestützt: Die A1+ Gruppe zeigt geringere Reaktivität im posterioren medialen frontalen Kortex (pMFC) auf negative Rückmeldungen. Diese Gehirnregion ist maßgeblich an der Überwachung von Handlungsergebnissen beteiligt. Erstmals konnte auch ein funktionelles Zusammenspiel zwischen diesem Hirnareal und dem Hippocampus nachgewiesen werden, der für das Lernen entscheidend ist. Dieses Zusammenspiel ist bei Personen der A1+ Gruppe abgeschwächt. Die geringere Empfindlichkeit bei reduzierter Dopamin-D2-Rezeptordichte gegenüber negativen Handlungskonsequenzen liefert somit erste Hinweise auf einen möglichen neurobiologischen Mechanismus, der die Entwicklung von Sucht und selbstschädigendem Verhalten begünstigen könnte. <small> Original: Klein, T. A., Neumann, J., Reuter, M., Hennig. J., von Cramon, D. Y., & Ullsperger, M.: Genetically Determined Differences in Learning from Errors. Science, 7. Dezember 2007. </small>

IPF Dresden prämiert Kunststoff-Innovationen

Das <a href=http://www.ipfdd.de>IPF Dresden</a> hat den heurigen Doktorandenpreis an Ulrike Staudinger für ihre Dissertation "Morphologie und Bruchverhalten von Block- und Multipfropfcopolymeren" vergeben. Den Innovationspreis erhielt Petra Pötschke für die Erschließung neuer Anwendungen von Nanotubes zur Kunststoffoptimierung. <% image name="Multipfropfcopolymere" %><p> <small> Superelastische Multipfropfcopolymere: Material, Morphologie und Architektur. &copy; IPF Dresden (2) </small> <small> Mit synthetischen Polymeren kann ein nahezu unbegrenzt breites Spektrum spezieller Eigenschaften realisiert werden. Denn Polymere sind lange Kettenmoleküle, deren Rückgrat aus vielen einzelnen Wiederholeinheiten, den Monomeren besteht - und diese Architektur lässt sich feintunen. Das Variationsspektrum erweitert sich, indem seitlich weitere Moleküle bzw. funktionelle Gruppen an das Rückgrat angepfropft wird. </small> Besonders interessant: Die von Ulrike Staudinger untersuchten <b>Multipfropfcopolymere mit einer Polyisopren (PI)-Rückgratkette und angepfropften Polystyrol (PS)-Armen</b>. Durch eine gezielte Einstellung des PS-Gehaltes, der Anzahl der an eine PI-Rückgratkette pro Verknüpfungspunkt angepfropften PS-Arme sowie der Anzahl der Verknüpfungspunkte pro Molekül entstanden superelastische Materialien, die mehr als doppelt so dehnbar sind wie etablierte Werkstoffe und zudem wesentlich elastischer, sodass selbst bei sehr hohen Dehnungen bis 1.000 % eine vollständige Rückverformung eintritt. <% image name="Perkolationsnetzwerk" %><p> <small> Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Perkolationsnetzwerks von CNT in einer Kunststoffmatrix. </small> Dem unscheinbaren schwarzen Pulver, als das die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) nach ihrer Herstellung vorliegen, sieht man die fantastischen Eigenschaften nicht an, und diese für bessere Materialeigenschaften nutzbar zu machen, ist die große Herausforderung für Werkstoffforscher. Eines der wichtigsten Konzepte zum Erreichen dieser Zielsetzung ist derzeit die Einarbeitung der Nanoröhren in Kunststoffe. Das Marktpotenzial für CNT ist insbesondere im Hinblick auf die unzureichenden Eigenschaften der derzeit verfügbaren leitfähigen Kunststoffe mit Rußfüllung enorm. Durch die kugelige Form der Rußpartikel werden in marktüblichen Systemen hohe Füllstoffgehalte (8-12 %) benötigt, um dem Strom durchgehende Pfade innerhalb der isolierenden Kunststoffmatrix zu bieten. Diese beeinträchtigen dessen Oberflächenqualität und das Verarbeitungsverhalten und führen zur Versprödung des Kunststoffs. Die hohe elektrische Leitfähigkeit der Nanoröhren und ihre im Vergleich zum &Oslash; riesige Länge, die in etwa mit einem 50 m langen Gartenschlauch verglichen werden kann, ermöglichen dagegen die Entwicklung von <b>Kunststoffen, die durch Zumischung äußerst geringer Mengen Nanoröhren elektrisch leitfähig werden</b>. Herausforderung ist dabei, die zunächst stark verklumpten Nanoröhren durch Anpassung der Prozessbedingungen und Maschinentechnik bei der Verarbeitung mit dem thermoplastischen Kunststoff zu vereinzeln und zu Strukturen anzuordnen, die das Bauteil netzartig durchziehen. Petra Pötschke gelang es, ein leitfähiges Verbundmaterial durch Zusatz von 5 g Nanotubes auf 1 kg isolierenden Kunststoff herstellen. Die mechanischen Eigenschaften wurden dabei im Gegensatz zu den handelsüblichen Systemen nicht nur nicht beeinträchtigt, sondern durch die homogene Verteilung der Nanoröhren im Kunststoff zusätzlich verbessert. Mit der Verwendung von kommerziell verfügbaren Kunststoffen und großtechnisch üblichen Verarbeitungsverfahren wie Extrusion oder Spritzguss konnte Pötschke die Entwicklung in kurzer Zeit von Voruntersuchungen mit Kleinstmengenmisch-Aggregaten bis zum vorindustriellen Maßstab vorantreiben. Der Industrie kann nun eine relativ einfach überführbare Technologie zur Herstellung innovativer Werkstoffe angeboten werden. IPF Dresden prämiert Kunststoff-Innovationen

Chloropren-Kautschuk: EU-Kartell bestraft

Die EU-Kommission hat das Kartell in Sachen Chloropren-Kautschuk mit einer Gesamtstrafe von 243,2 Mio € bedacht. Bayer, die italienische ENI, die japanischen Hersteller Denka und Tosoh sowie DuPont und Dow teilten sich 1993-2002 den Markt in Europa untereinander auf und trieben so die Preise in die Höhe. <% image name="Gerichtshammer" %><p> ENI wird wegen eines wiederholten Kartellverstoßes den Löwenanteil von 132,2 Mio € in die EU-Kasse überweisen. Bayer hingegen entgeht dank einer frühen Beichte einer Strafe von 201 Mio €. Chloropren-Kautschuk ist unter anderem ein Grundstoff für Kondome. 2001 betrug der Umsatz damit in Europa rund 160 Mio €. Durch die lange Dauer des Kartells sei aber ein erheblicher Schaden entstanden. Verbraucher hätten voraussichtlich um mindestens 10 % überhöhte Preise gezahlt. Bayer und ENI waren schon früher wegen der Beteiligung an vergleichbaren Kartellen bestraft worden. "Es ist enttäuschend, dass die Kautschukindustrie ihre Lektion immer noch nicht gelernt hat", sagt Wettbewerbskommissarin Neelie Kroes. 2007 hat die EU bisher Kartellstrafen von mehr als 3,3 Mrd € verhängt. Chloropren-Kautschuk: EU-Kartell bestraft