Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Helmholtz-Preis für zwei bahnbrechende Messmethoden

28.04.2016

Den bedeutendsten Preis der Metrologie erhalten in diesem Jahr Forscher für ihre Arbeiten in der angewandten Protein-Analyse und der Messung extrem schwacher Bindungsenergien in Helium-Molekülen.

Eigentlich möchte sich Helium gar nicht mit Artgenossen verbinden. Hin und wieder tut es das dennoch, jedoch mit verschwindend geringen Bindungsenergien. Diese haben Wissenschaftler der Goethe-Universität in Frankfurt erstmals messen können. Für diese messtechnische Sensation werden sie ebenso mit dem diesjährigen Helmholtzpreis geehrt wie ihre Forscherkollegen in Cambridge.


Der Helmholtz-Preis 2016

Helmholtz-Fonds

Letztere haben die in der DNA-Analytik bewährte Einzelmolekülmessung mit Nanoporen revolutionär weiterentwickelt und damit Bedingungen geschaffen, um theoretisch beliebig viele verschiedene Eiweißmoleküle innerhalb derselben Messung zu detektieren.

Der Helmholtzpreis ist in den Kategorien „Grundlagen“ und „Anwendungen“ mit jeweils 20 000 Euro dotiert und gilt als eine der international bedeutendsten Auszeichnungen in der Welt der Metrologie, der Wissenschaft vom genauen Messen.

„ Alle bisherigen Helmholtzpreisträger haben mit ihren Arbeiten die Kunst des Messens nachhaltig vorangebracht und viele zählen heute zu den renommiertesten Forschern in der Metrologie“, sagt Dr. Joachim Ullrich, Präsident der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und Vorsitzender des Helmholtz-Fonds. „Wir sind sicher, dass es auch diesmal so sein wird.“ Dies sind die Leistungen der geehrten Forschungsgruppen:

Protein-Analyse: Spezielle DNA-Moleküle erlauben den gleichzeitigen Nachweis vieler unterschiedlicher Eiweißmoleküle

Die Entschlüsselung des Erbgutes ist eines der spektakulärsten Forschungsgebiete der biologischen Wissenschaft. Die Gene der DNA enthalten die Information zum Bau verschiedenster Eiweiße, der Proteine. Ein etabliertes Verfahren, Proteine ohne vorherige chemische Veränderung zu identifizieren, verwendet sogenannte Nanoporen.

Das sind winzige Kanäle in einer Membran mit jeweils einem unvorstellbar kleinen Volumen von etwa 10-24 m3. Eine bahnbrechende Neuerung auf dem Gebiet der Molekülmessung mit Nanoporen ist den Forschern um Nicholas A. W. Bell und Ulrich Keyser vom Cavendish Laboratory der Universität Cambridge gelungen. Sie kombinierten das klassische Verfahren mit einer neuartigen Nachweismethode.

Dazu stellten die Wissenschaftler eine Bibliothek aus maßgeschneiderten, gefalteten DNA-Molekülen (DNA-Origami) her, die jeweils über einen molekularen Barcode genau ein Protein an sich binden können. Diese können dann mit 94%iger Sicherheit über elektrische Messmethoden identifiziert werden. Neben der sehr hohen Selektivität können mit Hilfe des neuen Verfahrens erstmals bis zu vier verschiedene Proteine, simultan erkannt werden.

Die Herstellung der Nanoporen für dieses neue Verfahren ist wesentlich einfacher als für klassische Verfahren, da die Nanoporen universell eingesetzt werden können und nicht mehr für jedes zu identifizierende Protein angepasst werden müssen. Die Detektionsmethode funktioniert rein elektrisch und ist daher ideal für eine Miniaturisierung geeignet. Denkbar ist der Einsatz in Lab-on-a-chip-Systemen oder als tragbare Sensoren, quasi als Protein-Analyse für die Hosentasche.

Bindungsenergien in Helium₂ und Helium₃ gemessen

Helium ist ein Edelgas und sollte nach Meinung der Standardlehrbücher der Chemie keine Bindung mit anderen Atomen eingehen. Dass dies manchmal trotzdem geschieht, ist schon länger bekannt. Nun ist es der Forschergruppe um Reinhard Dörner vom Institut für Kernphysik an der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main weltweit erstmals gelungen, zweiatomige Helium-Dimere (He₂) und dreiatomige Helium-Trimere (He₃) zu erzeugen und deren Bindungsenergien präzise zu messen.

Die Bindungen zwischen den beiden Heliumatomen sind in He₂ nur ein Zehnmillionstel so stark wie in typischen Molekülen wie Wasser oder Wasserstoff. Die Bindungsenergie für das Helium-Dimer beträgt nach den Messungen der Preisträger 151,9 ± 13,3 neV, die für das Helium-Trimer, ein Komplex aus drei gebunden Helium Atomen, 236 ± 23 neV.

Die Frankfurter Forscher bestätigten weiterhin eine ungewöhnliche Dreierstruktur (Efimov-Zustand) des He₃-Moleküls, die bereits vor fast 40 Jahren von dem russischen Forscher Vitaly Efimov theoretisch vorhergesagt wurde. Für die Messung der extrem geringen Bindungsenergien näherten sich die Forscher mit einem Trick, indem sie die Moleküle gezielt zerstören und aus den Fragmenten Rückschlüsse auf die Bindungsenergie ziehen.

Die damit experimentell bestätigten Werte sind für die Metrologie bei tiefen Temperaturen von großer Bedeutung. Die Realgaseigenschaften, u. a. die thermische Leitfähigkeit, die Viskosität oder die dielektrischen Eigenschaften von Helium bei Temperaturen unterhalb weniger Kelvin können nun wesentlich genauer theoretisch berechnet und mit präzisen Messungen verglichen werden.

Der Helmholtz-Preis

Er wird für hervorragende wissenschaftliche und technologische Forschung auf dem Gebiet „Präzisionsmessung in Physik, Chemie und Medizin“ verliehen und diesem Jahr erstmalig in zwei Kategorien: Grundlagen und Anwendungen. Die Preisverleihung findet im feierlichen Rahmen des Workshops „Round and ready – dissemination of the kilogram via Si spheres“ am 22. Juni 2016 im Seminarzentrum der PTB statt. if/sp/ptb

Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/journalisten/presseinformationen/presseinf...

Imke Frischmuth | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Rudolf-Virchow-Preis 2017 – wegweisende Forschung zu einer seltenen Form des Hodgkin-Lymphoms
23.06.2017 | Deutsche Gesellschaft für Pathologie e.V.

nachricht Repairon erhält Finanzierung für die Entwicklung künstlicher Herzmuskelgewebe
23.06.2017 | Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften