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June 9th, 2008

Bakterienauswahl nach dem Aschenputtelprinzip

Forscher um Harald Kolmar an der TU Darmstadt haben ein Verfahren entwickelt, das die Isolierung maßgeschneiderter Enzyme für den Einsatz in der Biotechnologie und der Wirkstoffsynthese mindestens um den Faktor 1.000 beschleunigt. Gelungen ist das durch die Isolierung einzelner Enzym produzierender Bakterien via Hochgeschwindigkeits-Zellsortierung. <% image name="Fluoreszierende_Bakterien" %><p> <small> Fluoreszierende Bakterien. In dem von nun entwickelten Verfahren werden Bakterien so verändert, dass die optimierte Variante Fluoreszenz zeigt und so isoliert werden kann. &copy; Harald Kolmar, TU Darmstadt </small> In der Weißen Biotechnologie ist es häufig notwendig, natürliche Enzyme hinsichtlich Aktivität, Selektivität oder Stabilität zu optimieren. "Dazu werden Grundprinzipien der natürlichen Evolution angewandt: Wir führen Mutationen nach dem Zufallsprinzip in Enzym-Gene ein, lassen E.coli-Bakterien die resultierenden Enzymvarianten produzieren und suchen dann nach Bakterien mit den gewünschten verbesserten Enzymeigenschaften", so Kolmar. Dies war bis dato langwierig und mühsam: Tausende Mikroorganismen, die jeweils eine andere Enzymvariante produzieren, mussten getrennt kultiviert werden. Um an die Enzymkandidaten zu gelangen, mussten die Mikroorganismen zerstört und der Zellinhalt aufgearbeitet werden. <b>Genetischer Trick.</b> Die Forscher haben nun einen genetischen Trick verwendet und Bakterien genetisch so umprogrammiert, sodass diese das Enzym der Wahl nicht mehr im Zellinneren, sondern außen auf der Zelloberfläche bereitstellen. "So können lebende Zellen direkt für einen Enzymtest eingesetzt werden." Zudem konnte die Suchstrategie nach Enzymen mit gewünschten Eigenschaften soweit optimiert werden, sodass die Enzymaktivität einzelner Bakterienzellen analysiert werden kann. Dazu wurde mit Kollegen am Forschungszentrum Jülich und am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim ein Verfahren entwickelt, um einzelne Bakterien, die das gewünschte Enzym präsentieren, rasch zu erkennen. <b>Fluoreszierende Bakterien.</b> Dazu wurden spezielle Enzymsubstrate synthetisiert, die mit einem Farbstoff markiert werden können. Wenn das Enzym das Substrat umsetzen kann, wird das Produkt der Reaktion ebenfalls auf der Oberfläche der enzymatisch aktiven Bakterienzelle fixiert. Damit können enzymatisch aktive Zellen von inaktiven Zellen unterschieden werden, da sie einen Fluoreszenz-Marker tragen und nach Lichtanregung Photonen emittieren. Viele Millionen Bakterienzellen, von denen jede eine etwas andere Enzymvariante trägt, können so einem Enzymtest unterzogen werden. Einige wenige zeigen dann Substrat-Umsatz und Fluoreszenz. "Um an die wertvollen Bakterien heranzukommen, die das gesuchte Enzym tragen, verwenden wir ein Hochgeschwindigkeits-Zellsortiergerät", erklärt Kolmar. Bakterien werden dort in Wasser aufgenommen und durch eine Düse geschossen. Die einzelnen Wassertröpfchen mit eingeschlossenem Bakterium fliegen dann an einem Hochleistungslaserstrahl vorbei. Befindet sich ein fluoreszierendes Bakterium im Tröpfchen, emittiert dieses Photonen und zeigt damit die gesuchte Enzymaktivität an. Solche Bakterien werden elektrostatisch aufgeladen, damit aus ihrer Flugbahn abgelenkt und eingesammelt. Nicht fluoreszierende Bakterien landen im Abfall. "Wir nennen diesen Vorgang das Aschenputtelprinzip - die guten ins Töpfchen, die schlechten ins Kröpfchen. Allerdings sind wir deutlich schneller als Aschenputtels Tauben." 100.000 einzelne Bakterien und damit 100.000 Enzymkandidaten können in 1 sek analysiert werden. An einem Arbeitstag werden daher bis zu 100 Mio Enzymkandidaten durchmustert. Bisherige Verfahren konnten lediglich mit einigen tausend bis einigen zehntausend Kandidaten arbeiten. <small> Becker et. al., Angewandte Chemie 2008, Vol 47. </small> Bakterienauswahl nach dem Aschenputtelprinzip

Torfablagerungen: Molekulare Spurensuche im Watt

Mit Hilfe molekularer Indikatoren lassen sich Torfreste im Watten-Sediment genauer analysieren, was wiederum Rückschlüsse auf nacheiszeitliche Vegetationsänderungen im Küstenbereich zulässt. Die neue Analysemethode wurde an der Uni Oldenburg entwickelt. Torfablagerungen: Molekulare Spurensuche im Watt <% image name="Bohrkernproben" %><p> <small> Bohrkern-Proben aus dem Spiekerooger Rückseitenwatt. Die Torfschichten sind gut an ihrer dunklen Farbe zu erkennen. </small> Seit der letzten Eiszeit, die vor rund 11.000 Jahren endete, ist der Meeresspiegel der Nordsee deutlich angestiegen. Dabei kam es immer wieder zu erheblichen Schwankungen. Der steigende Meeresspiegel hatte im nordwestdeutschen Küstenbereich einen Grundwasseranstieg zur Folge, der zur Bildung ausgedehnter Moore führte, die später teilweise wieder überflutet wurden. Es entstanden Niedermoore, Übergangsmoore und seltener auch Hochmoore. Die Überreste dieser Moore liegen heute im Untergrund des Wattenmeeres. Gelangen die Torfschichten - etwa in Prieleinschnitten - wieder an die Oberfläche, werden sie durch Gezeitenströmung, Wellengang und Muscheln erodiert und in die Wattsedimente eingelagert. Beim Versuch, diese Umlagerungsprozesse besser zu verstehen, versagen klassische Methoden wie die botanische Analyse von im Torf enthaltenen Pflanzenresten: Viel zu fein wird der erodierte Torf im Sediment verteilt. Daher hat sich Ralf Wöstmann mit der Suche nach molekularen (Bio-) Indikatoren befasst, mit denen selbst hochverdünntes Material den verschiedenartigen Moorresten im Untergrund zugeordnet werden kann. Er untersuchte zunächst am Beispiel des Schilfrohrs (Phragmites australis) sowie an 20 weiteren torfbildenden Pflanzen aus noch vorhandenen Mooren, wie der Verwesungsprozess biochemisch verläuft. Anschließend analysierte er Proben von abgelagerten Torfen aus dem Spiekerooger Rückseitenwatt. Das Ergebnis: Die Verteilung der n-Alkane (ein bestimmter Kohlenwasserstofftyp) stimmte bei den abgelagerten Schilftorfen und den jungen Pflanzenresten weitgehend überein - die n-Alkane können also als Biomarker herhalten. Daneben spielen auch pentacyclische Triterpenoide (pflanzliche Naturstoffe, die vor allem in Blattwachsen und Pflanzensäften vorkommen) als Biomarker eine wichtige Rolle, da deren Vorkommen Aussagen über die Art der Torfbildung und damit die Art der Moore erlaubt. Wöstmann: "Mit der neuen Methode lässt sich jetzt zweifellsfrei feststellen, ob organisches Substrat, das wir im Watt finden, tatsächlich aus Torf stammt oder etwa aus Plankton besteht. Darüber hinaus lässt sich bestimmen, welcher Torfart das Material zuzuordnen ist." Da Torfablagerungen aufgrund ihrer Genese die besten Indikatoren für Meeresspiegelschwankungen im Wattenmeer sind, können die Ergebnisse der organisch-geochemischen Analyse von Küstentorfen als Indikatoren nacheiszeitlicher Vegetationsänderungen genutzt werden.

Fibroblasten-Wachstumsfaktor macht Tumore mobil

Neues von der infiltrativen Invasionsfront: Münchner Forscher haben herausgefunden, wie kolorektale Tumorzellen auch auf der Wanderschaft mit essenziellen Faktoren versorgt werden. Ihre Studien legen nahe, dass es sich bei den mobilen Krebszellen um Tumorstammzellen handelt. <% image name="FGF-2" %><p> <small> FGF-2 exprimierende Tumorzellen bilden in Nacktmäusen Tumore aus. Werden kultivierte kolorektale CaCo2 Tumorzellen unter Einsatz der Kernfärbungssubstanz Hoechst 33342 in negative (side population, SP) und positive (non side population, nSP) getrennt und anschließend unter die Haut in Nacktmäuse gespritzt, so wachsen nur die stark FGF-2 (FGF-2ho) - aber nicht die gering oder nicht FGF-2 (FGF-2lo) exprimierenden Zellen zu Tumoren heran. &copy; Andreas Jung </small> Obwohl die molekularen Ursachen von Dickdarmkrebs bekannt sind, erbrachte eine Übertragung dieser Kenntnisse für die Entwicklung therapeutischer Ansätze bisher wenig. Auf histologischer Ebene zeigte sich, dass kolorektale Tumoren trotz identischer genetischer und epigenetischer Alterationen der einzelnen Tumorzellen heterogen aufgebaut sind. Eine kleine Zahl von Tumorzellen mit besonderen Eigenschaften findet sich an der infiltrativen Invasionsfront, die den Übergang vom Tumor in das normale umgebenden Gewebe repräsentiert. Die Tumorzellen in dieser Region unterscheiden sich von der Hauptmasse der Tumorzellen, indem sie aus dem Gewebeverband ausbrechen und als einzelne Zellen auf Wanderschaft gehen können und dabei in das umgebende Gewebe eindringen. Daher ist es nicht überraschend, dass die Zahl dieser Zellen mit einer geringen Überlebenserwartung gekoppelt ist. Daraus lässt sich schließen, dass diese Tumorzellen von klinischer Bedeutung sind und dass sie ein ideales Ziel für einen therapeutischen Angriff darstellen. <b>beta-Catenin programmiert um.</b> Diese wenigen Tumorzellen exprimieren einen zentralen Faktor der kolorektalen Karzinogenese, beta-Catenin, im Zellkern. Hier wirkt es als Bestandteil eines mulitmeren Komplexes als Transkriptionsfaktor. Es induziert eine Änderung des Genexpressions-Programms, sodass die Tumorzellen ihre Eigenschaft, miteinander verbunden im Gewebe zu wachsen (epitheliale Differenzierung), verlieren, und sich stattdessen in einzeln wachsende Zellen (mesenchymale Differenzierung) verwandeln. Diese sind in der Lage zu wandern und invadieren. Zudem ist die Kernexpression von beta-Catenin ein Indikator, dass es sich bei diesen wenigen Zellen um Tumorstammzellen handeln könnte. Denn die nukleäre Expression von beta-Catenin entspricht funktionell der Aktivierung des Wnt-Signalwegs, einer Eigenschaft normaler Stammzellen. Experimentell steht der Nachweis von Tumorstammzellen jedoch noch aus. <b>Tumore als Selbstversorger.</b> Ein Hinweis hierfür wäre, dass diese Zellen Faktoren bilden, die für den Erhalt von Tumorstammzellen und Stammzellen von Bedeutung sind. Denn diese Zellen leben abseits von der Stammzellnische, welche die normalen Stammzellen mit allen für das Überleben essenziellen Faktoren versorgt. Wenn diese Faktoren jedoch essenziell sind, dann ist es notwendig, dass Tumorstammzellen diese Faktoren selber herstellen, da es unwahrscheinlich ist, dass diese Faktoren auf allen Stufen der Ausbildung von Metastasen von Nachbarzellen bereitgestellt werden. Einer dieser essenziellen Faktoren ist FGF-2 (fibroblast growth factor-2). "Wir konnten nun in Studien zeigen, dass FGF-2 in diesen wenigen Tumorzellen in der Tat durch beta-Catenin angeschaltet wird", sagt Andreas Jung von der Ludwig-Maximilians Uni München, "daher findet sich FGF-2 in den wenigen Tumorzellen der Invasionsfront, aber nicht oder nur in geringen Mengen in den übrigen Tumorzellen." Zellen mit der Expression von FGF-2 können in Mäusen Tumore bilden (Abb.). Die Zellen ohne oder nur mit geringen Mengen an FGF-2 sind hierzu jedoch nicht in der Lage. "Unsere Daten unterstützen das Modell der Tumorstammzellen und zeigen darüber hinaus, dass es sich bei den wenigen Tumorzellen der infiltrativen Invasionsfront kolorektaler Tumore um Tumorstammzellen handeln könnte. Diese Kombination an Eigenschaften macht die Zellen der Invasionsfront einzigartig. Fibroblasten-Wachstumsfaktor macht Tumore mobil

Neue Primer für Hybrid-Kunststoffe

<a href=http://www.ticona.com>Ticona</a> hat für belastbare, komplexe Bauteile in Hybridbauweise neue Haftvermittler (Primer) entwickelt, die den adhäsiven Verbund von Ticona-Polymeren mit anderen Werkstoffen ermöglichen. <% image name="Ticona_In-mold-decoration" %><p> <small> Auf Basis von flüssigen und folienartigen Primersystemen werden Ticona-Polymere im In-Mold-Decoration-Verfahren (IMD) mit anderen Werkstoffen wie bspw. Metallfolien, textilen Werkstoffen und Glas verbunden. </small> Diese Primer zeichnen sich dadurch aus, dass sie chemisch beständig sind, die Verarbeitungstemperaturen überstehen und sich abhängig vom Primersystem auch thermisch rückstandslos recyceln lassen. Zum Einsatz kommen sie etwa beim mediendichten Umspritzen von Hybridbauteilen – zur Fertigung von Sensoren, Steckern, Kondensatoren und anderen Komponenten, bei denen Flach- oder Rundleiter bzw. flexible Leiterbahnen umspritzt werden. <% image name="Ticona_IMD-Grafik" %><p> Neben sicheren Systemen steht bei Hybridbauteilen oft die Entwicklung völlig neuer Gestaltungs- und Designmöglichkeiten im Fokus – etwas, das mit dem In-Mold-Decoration-Verfahren (IMD) möglich ist. Das IMD-Prinzip beruht auf dem Einbringen eines flächigen Dekors oder einer Funktionsschicht in ein Werkzeug. Hierbei kann es sich um Duroplast- oder Metallfolien handeln, genauso wie um Stoffe, Holzfurniere, Glas oder Leder. Durch das Hinterspritzen mit einer Kunststoffschmelze über entsprechende Angüsse wird das komplette Formteil mit Befestigungs-Komponenten und ähnlichen Elementen geformt. <% image name="Ticona_Neue_Primaertechnologien" %><p> <small> Neue Primertechnologien ermöglichen einen adhäsiven Verbund von Ticona Polymeren mit anderen Werkstoffen. </small> Zugleich geht zum Beispiel das Dekor, auf das zuvor ein Primer aufgebracht worden ist, eine hochfeste Verbindung mit dem Bauteil ein. Auch schwierigste Kunststoffkomponenten mit Radien und Wölbungen sind dadurch einfach – und nahezu ohne gestalterische Grenzen – zu realisieren. <table> <td><% image name="Ticona_mediendichte_Verbunde" %></td> <td align="right"> Alle Ticona-Werkstoffe werden, abgestimmt auf die neuen Primersysteme, im IMD-Verfahren verarbeitet. Durch die Verbindung von Celanex PBT, Celstran LFT, Hostaform POM, Fortron PPS, Vectra LCP oder GUR UHMW-PE mit unterschiedlichen Oberflächenmaterialien lassen sich Cool-Touch-Effekte, Metalliclook oder strukturierte wie kratz- bzw. hitzebeständige Oberflächen umsetzen. Neben den reinen Dekor- und Oberflächeneffekten ist in einem Arbeitsschritt auch die Integration technischer Funktionen wie Schnapphaken, Schraubdome oder Befestigungsstifte möglich. Zudem können die Bauteile für eine elektrische oder thermische Leitfähigkeit oder Abschirmung bestimmt werden. </td> </table><p> <small> Selbst komplexe Bauteile mit erhöhten Anforderungen an Druck, Temperatur oder chemischer Beständigkeit lassen sich nun mit technischen Kunststoffen von Ticona zu mediendichten Verbunden umspritzen. </small> <% image name="Ticona_Primertechnologie" %><p> Darüber hinaus erfüllen die Ticona-Polymere bauteilspezifische Anforderungen wie beispielsweise Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit oder Zulassungsbestimmungen für den Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen. Neue Primer für Hybrid-Kunststoffe

June 7th

Grazer Central Polymer Lab eröffnet

Im Projekt <a href=http://www.cepol.nawigraz.at>CePoL</a> (Central Polymer Lab) der Karl-Franzens-Uni und der TU Graz schaffen Wissenschafter Basiswissen für die Entwicklung der Kunststoffe von morgen. Nun wurde an der Karl-Franzens-Uni der erste Laborbereich eröffnet, in dem sich alles um die Analyse von Materialien auf Molekülebene dreht. Grazer Central Polymer Lab eröffnet <table> <td width="110"></td><td><small> Das Anwendungsspektrum für Kunststoffe der Zukunft, die möglichst bald zum Einsatz kommen sollen, beeindruckt: Neue Kunststoffe, die sich nach einer bestimmten Zeit schonend selbst abbauen, könnten Patienten einen Eingriff ersparen. Neue Wirkstoffträger für Medikamente auf Kunststoffbasis könnten künftig einen noch gezielteren Einsatz von Arzneimitteln und gleichzeitig weniger Nebenwirkungen bringen. Aber auch klassische Anwendungen wie Solarzellen oder Bauteile für verschiedenste elektronische Anwendungen benötigen immer bessere Materialien, um bessere Leistung zu bringen. </small></td> </table> <table> <td><% image name="Franz_Stelzer" %></td> <td align="right"> "Kunststoffe sind längst nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken", bekräftigen Franz Stelzer, Vizerektor für Forschung und Technologie der TU Graz, und Anton Huber vom Institut für Chemie der Karl-Franzens-Uni Graz. Im Rahmen von CePoL wollen sie mit Wissenschaftern beider Unis einen Beitrag in der Entwicklung einer neuen Generation vielseitig einsetzbarer Materialien liefern. </td> </table><p> "Wir wollen mit der Charakterisierung von Kunststoffen auf verschiedenen Ebenen Grundlagenarbeit leisten, die eine Basis darstellt, um die Kunststoffe der Zukunft bereits heute mitzuentwickeln", so Stelzer (<i>im Bild oben links</i>). <table> <td width="110"></td><td> CePoL gliedert sich in die Bereiche "Molekulare Charakterisierung", "Spektroskopische Strukturanalyse" und "Materialeigenschaften". </td> </table> Huber erklärt: "Unser Ziel ist es, die Qualitäten der einzelnen Fraktionen in Polymeren genau zu erforschen, um sie gezielter einsetzen zu können. Natürlich können mit diesem Wissen aber auch bessere, weil zielgenauere, Produkte hergestellt werden." Polymere bestehen aus Molekülketten, deren Bausteine sich ständig wiederholen - in aufwendigen Trennmethoden werden im Rahmen des ersten Teilbereichs von CePoL die molekularen Merkmale dieser Materialien analysiert.

June 6th

Luxemburg investiert in die biomedizinische Forschung

Ein Projekt der Luxemburger <a href=http://www.gouvernement.lu>Regierung</a> mit US-Partnern, öffentlichen Forschungszentren und der <a href=http://www.uni.lu>Uni Luxemburg</a> sowie eine Investition von rund 140 Mio € innerhalb der nächsten 5 Jahre soll der Molekularmedizin in Luxemburg einen starken Schub verleihen. <% image name="Luxemburg_Flagge" %><p> Das geplante Kompetenzzentrums auf dem Gebiet der Molekularmedizin basiert auf Partnerschaften mit dem Translational Genomics Research Institute (TGen) in Phoenix, dem Institute for Systems Biology (ISB) in Seattle und dem Partnership for Personalized Medicine (PPM) in Phoenix. Zur Durchführung der Initiative zählt die Regierung auf die Zusammenarbeit der öffentlichen Forschungszentren, Centres de recherche publics (CRP) Santé, Henri Tudor und Gabriel Lippmann, sowie der Uni Luxemburg. Auch die Société Nationale de Crédit et d'Investissement (SNCI) stellt Finanzmittel zur Verfügung, um sich an der Finanzierung kommerzieller Projekte im Bereich der Gesundheitstechnologien zu beteiligen. Die 3 Projekte dienen der Intensivierung der Forschung auf dem Gebiet der Molekulardiagnostik, dem Eckpfeiler der Individualmedizin. Diese gründet auf einer besseren Prophylaxe, einer präzisen Krankheitsfrüherkennung, einer Behandlung der Krankheitsursachen mit Medikamenten auf Basis biologischer Verfahren sowie einer gezielten und auf den einzelnen Patienten zugeschnittenen medizinischen Versorgung. &#8226; Den Mittelpunkt des Gesamtprojekts bildet die Errichtung einer luxemburgischen "Biobank" in Zusammenarbeit mit dem Translational Genomics Research Institute unter dem Namen Integrated Biobank of Luxembourg (IBBL). Offen für internationale Kooperationen wird die IBBL zunächst biologische Proben (Gewebe, Blut etc.) für Zwecke der Krebsforschung (Lunge und Darm) analysieren. Die Biobank wird von den 3 Centres de Recherche Publics und der Uni Luxemburg gegründet. &#8226; Der zweite Teil des Forschungsabkommens bezieht sich auf eine Partnerschaft zwischen dem Institute for Systems Biology und der Uni Luxemburg in Zusammenarbeit mit den staatlichen Forschungszentren; Ziel ist die Einrichtung eines Kompetenzzentrums auf dem Gebiet der Systembiologie - Center for Systems Biology Luxembourg (CSBL) - innerhalb der nächsten 5 Jahre. &#8226; Beim dritten Projekt handelt es sich um ein Demoprojekt im Rahmen der Partnership for Personalized Medicine (PPM), eine Initiative, die 2007 von 2 Stiftungen in Phoenix gestartet wurde. Das Ziel besteht darin, das Konzept der Individualmedizin zu fördern, indem Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Molekulardiagnostik finanziert werden. Es handelt sich im Wesentlichen um die Auswahl und Validierung von Biomarkern, die ein effizienteres Eingreifen während einer Krankheit ermöglichen. Luxemburg investiert in die biomedizinische Forschung

Ionentechnik: Miniaturisierung magnetischer Sensoren

Magnetische Sensoren sind vielleicht bald in noch kleineren Dimensionen als bisher möglich. Denn Dresdner Wissenschaftler konnten erstmals einen bisher nur für ausgedehnte magnetische Schichtsysteme bekannten Effekt in einer magnetischen Mikrostruktur realisieren. Ionentechnik: Miniaturisierung magnetischer Sensoren <% image name="Magnetisierungskonfiguration" %><p> <small> Falschfarben-Darstellung der Magnetisierungskonfiguration der Streifenstruktur während des Ummagnetisierungsvorgangs. Die Magnetisierung kann prinzipiell 4 Werte annehmen, die durch die jeweiligen Pfeile gekennzeichnet sind (unbestrahlter Bereich: rot, blau, bestrahlter Bereich: gelb, grün). &copy; WILEY-VCH </small> Lassen sich mehrlagige magnetische Schichtsysteme, bei denen die einzelnen Schichten oft nur wenige Atomlagen dick sind, noch weiter miniaturisieren? Damit beschäftigten sich Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und vom FZD Dresden-Rossendorf. <table> <td width="110"></td><td><small> <b>Übliche Schichtsysteme</b> sind aus Lagen hart- und weichmagnetischer Materialien aufgebaut. Hartmagnetische Materialien besitzen eine stabile magnetische Ausrichtung, weichmagnetische dagegen ändern ihre Magnetisierungsrichtung durch Anlegen eines magnetischen Feldes, lassen sich also leicht ummagnetisieren. Dieser Effekt wird angewendet, wenn in Bits gespeicherte Daten durch den Lesekopf der Festplatte ausgelesen werden. </small></td> </table> Um magnetische Bauteile weiter zu miniaturisieren, sind die Eigenschaften sowohl hart- als auch weichmagnetischer Materialien wichtig. Die Forscher haben nun erstmals gezeigt, dass man Materialien unterschiedlicher magnetischer Härte auch in einer einzelnen Schicht durch den Beschuss mit Fremdatomen im Mikrometerbereich kombinieren kann. Diese Behandlung macht das ursprünglich hartmagnetische Material magnetisch weicher. Von oben betrachtet ergibt die neue Struktur ein Streifenmuster, da beide Materialsysteme in seitlichem Kontakt stehen. Die Erkenntnis dabei: Auch in einer einzelnen magnetischen Schicht beeinflussen die Grenzen zwischen den Materialien - auch Domänenwände genannt - das Ummagnetisierungsverhalten. Die neue Technologie hat den Vorteil, dass die Domänenwände mittels optischer Mikroskopie sichtbar gemacht und das Ummagnetisierungs-Verhalten als Ganzes untersucht werden kann. Die Forscher wollen nun mit der Strukturierung in den Nanometer-Bereich vordringen, um die physikalischen Effekte bei einer größtmöglichen Miniaturisierung zu untersuchen. <small> J. McCord, L. Schultz, J. Fassbender "Hybrid soft-magnetic lateral exchange spring films created by ion irradiation", in: Advanced Materials 11/2008 (DOI: 10.1002/adma.200700623). </small>

Verschränkte Atome: Quantenspuk in Diamant

Forschern der Uni Stuttgart ist es erstmals gelungen, die Gitterbausteine von Diamanten gezielt in verschränkte Quantenzustände zu bringen. Die Ergebnisse legen nahe, dass Diamant ein Material ist, mit dem man einen Quantencomputer bauen kann, der bei Raumtemperatur funktioniert - was gegenwärtig mit keinem anderen Material möglich erscheint. Verschränkte Atome: Quantenspuk in Diamant <% image name="Quantenspuk" %><p> <small> 1 % der C-Atome im Diamant besitzen ein magnetisches Moment, welches als grüner Pfeil dargestellt ist. Diese Atome wären die Quantenbits in einem hypothetischen Quantencomputer aus Diamant. &copy; Uni Stuttgart </small> Physiker beschreiben die Welt der Atome durch die Quantenmechanik. Es gehört zu den Eigenheiten dieser Quantenmechanik, dass sie es erlaubt, 2 Objekte miteinander zu verbinden, obwohl diese keine sichtbare Interaktion aufweisen. Einstein hat diese Wechselwirkung "spukhaft" genannt, da sie unabhängig von der Entfernung der Objekte gilt. Mittlerweile ist die Verschränkung von Quantenobjekten allerdings zweifelsfrei nachgewiesen worden. Spektakuläre Experimente wie die Teleportation (das Kopieren von Eigenschaften eines Quantenteilchens auf ein anderes) beruhen auf dieser Besonderheit der Natur. Allerdings ist dieser Effekt in der Regel äußerst störanfällig. Deshalb müssen Physiker für extreme Bedingungen sorgen und zum Beispiel bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten, um verschränkte Quantenzustände zu beobachten. Nicht so in Diamant, wie Forscher nun nachweisen konnten. In ihren Experimenten haben die Wissenschaftler zunächst Stickstoff in farblosen Diamant hineingeschossen. Diese Verunreinigung färbt den Diamant leicht pink und lässt sich im Kristall durch seine Fluoreszenz nachweisen. Durch seine Härte schirmt das Diamantgitter das implantierte N-Atom ab und erlaubt es, Quanteneffekte unter Umgebungsbedingungen zu beobachten. Den Forschern gelang es dabei, die die aus C-Atomen bestehenden Gitterbausteine des Diamanten gezielt in geeignete Quantenzustände zu bringen. 1 % dieser C-Atome trägt nämlich ein magnetisches Moment. Solche C-Atome spüren eine Wechselwirkung mit einem implantierten N-Atom in der Nähe. Diese Wechselwirkung nutzen die Wissenschaftler, um die C-Atome gezielt adressieren zu können. In ihren Experimenten konnten sie diese Atome miteinander verschränken. Dies ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für Quantencomputer. <small> Philipp Neumann, Norikazu Mizuochi, Florian Rempp, Philip Hemmer, Hideyuki Watanabe, Satoshi Yamasaki, Vincent Jacques, Torsten Gaebel, Fedor Jelezko, Jörg Wrachtrup: "Multipartite Entanglement Among Single Spins in Diamond" - Science, 6 June 2008, Vol. 320, Issue 5880 </small>

Vakuumpumpen für Biolaugung in Finnland

Im subarktischen Klima im Osten Finnlands beginnt im Herbst der Abbau eines der größten Sulfidnickelvorkommen Europas. Dabei wird der Prozess der Biolaugung eingesetzt. <a href=http://GDNash.com>Gardner Denver Nash</a> ist der wichtigste Lieferant der Vakuumpumpen und Kompressoren für den Metallabscheidungsprozess in diesem Verfahren. Vakuumpumpen für Biolaugung in Finnland <% image name="GDNash_Bioleaching" %><p> <small> Beim Biolaugungs-Prozess in Talvivaara kommen Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen der Baureihe NASH Vectra XL zum Einsatz. </small> <table> <td width="110"></td><td> In der Region Talvivaara lagert eines der größten Sulfidnickelvorkommen in Europa. Mit ausreichend Erz für eine nachhaltige Förderung für mindestens 24 Jahre soll die Mine 33.000 t Nickel/a produzieren, weiterhin werden Zink, Kupfer, Kobalt und andere Nebenprodukte gewonnen. </td> </table> Die Bakterien, die im Biolaugungs-Verfahren von Talvivaara zum Einsatz kommen, wachsen auf natürliche Weise im Erz; sie sind somit endemisch für das Gebiet und gut an die vorherrschenden Umweltbedingungen angepasst. Der Prozessablauf besteht aus Tagebau, Zerkleinerung, Biolaugung und Metallabscheidung. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen und -Kompressoren kommen in erster Linie bei Filtrationsschritten in der Metallabscheidung zum Einsatz: Die im Biolaugungsprozess entstandenen wertstoffhaltigen Lösungen werden gefiltert, um leicht verkäufliche Metallprodukte zu erhalten. Die Filtrationsschritte verwenden Horizontalbandfilter sowie NASH 904 L und NASH Vectra XL500 Vakuumpumpen. Dieser Prozess setzt außerdem zusätzlich Flüssigkeitsringkompressoren der Reihe NASH 2BE1 203 zur H<small>2</small>S-Verdichtung ein und trennt die verschiedenen Metalle – Kupfer, Zink, Nickel und Kobalt – in markfähige Produkte. Gardner Denver Nash liefert für die Vakuumerzeugung insgesamt 6 NASH 904 L2 und 6 NASH Vectra XL500 in Edelstahlausführung. Zudem wird Nash komplette Kompressoreinheiten für verschiedene Filtrations- und Biolaugungs-Prozesse bereitstellen. Ein wichtiger Gesichtspunkt für den Einsatz der NASH Flüssigkeitsringpumpen ist ihre extreme Unempfindlichkeit gegen die Mitförderung von Wasser und Filtrat im Luftstrom. Damit wird auch bei kleineren Störungen im Prozessablauf die Funktion des Filtersystems in keiner Weise beeinträchtigt.

Reaktorsystem für optimale Syntheseresultate

Das tägliche Arbeitsgerät des organischen Synthese-Chemikers hat sich seit 100 Jahren kaum verändert: Der einfache Glaskolben spielt immer noch die Hauptrolle. Das neue EasyMax-System von <a href=http://www.mt.com>Mettler Toledo</a> räumt hier auf und bietet ein flexibles und einfach zu bedienendes Reaktorsystem. Reaktorsystem für optimale Syntheseresultate <% image name="Mettler_Easymax_Composition" %><p> Temperaturkontrolle, Reproduzierbarkeit und Informationsdichte werden auf einen bisher nicht gekannten Level gehoben. Gefäße von 10-100 ml lassen sich auf Knopfdruck zwischen -25 und 180 °C heizen und kühlen - und das so schnell wie im Rundkolben. Das EasyMax-System erfordert dabei nur eine minimale Stellfläche und Infrastruktur. Durch die innovative Thermostatisierung reicht einfaches Kühlwasser aus, ein lauter und platzraubender Thermostat entfällt. Die Bedienung erfolgt auf Knopfdruck via Touchpad - eine Lernphase entfällt. Dank beleuchteter Sichtfenster hat der Anwender seine Synthese nicht nur jederzeit im Blick, sondern auch stets unter Kontrolle.

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