Sherlock Holmes mit Eprovette

Die Fenster müssen erstklassig sein. Denn während aufheulende Automotoren auf dem Wiener Getreidemarkt zur Symphonie des Lärms aufspielen, herrscht nur wenige Meter entfernt wissenschaftliche Stille. Mit ruhiger Hand träufelt Günter Allmaier einen Tropfen Flüssigkeit auf das Titanplättchen. Ist es ein Protein? Oder ein Virus? In einigen Minuten wird er mehr wissen.

Am Institut für Chemische Technologien und Analytik am Getreidemarkt werden keine neuen Substanzen entwickelt und auch nicht die Geheimnisse des Lebens erforscht. Und doch geht ohne Analytik heute gar nichts in der Chemie. Erst die ausgeklügelten Methoden weißbekittelter Detektive geben die Geheimnisse komplexer Zusammensetzungen preis. Dank nagelneuer Laborausrüstung verfügt jetzt erstmals auch Österreich über die hochtechnologischen Apparaturen, um in der internationalen Spitzenforschung mitzuspielen.

Rätselknacker Laser

Stolz führt Professor Günter Allmaier durch sein Labor und zeigt die Leckerbissen, um die ihn viele beneiden. Etwa das weltweit einzigartige MALDI-Massenspektrometer (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization). Ein Prototyp, den Allmaier dank seiner guten Beziehungen zum japanischen Hersteller Shimadzu zum Testen nach Wien holen konnte. Es bestrahlt aufwändig präparierte Proben im Hochvakuum für Sekundenbruchteile mit Laserimpulsen und ionisiert dadurch die Moleküle. Diese geladenen Teilchen werden anschließend in einem zweistufigen Verfahren nach ihrer Masse getrennt. So bestimmen die Forscher erst das Molekülgewicht und können aus diesem dann die Zusammensetzung der Probe bestimmen. Das hört sich leichter an, als es ist, sagt Allmaier, chemische Analyse ist ein wenig wie Rätsellösen. Bei komplexen Zusammensetzungen ist es zudem nötig, die Proben vor der Analyse in einem so genannten Flüssigchromatographen zu trennen. Auch dafür steht in Wien nun ein europaweit einzigartiges Gerät zur Verfügung. Nach der Trennung werden die Substanzen in Kapillarschläuchen zum Spektrometer gepumpt. Die Datenauswertung erfolgt online am angeschlossenen Computer. Regler oder Knöpfe sucht man an den High-Tech-Geräten vergeblich, der Monitor ersetzt das Mikroskop. Ein weiteres Gerät ist das GEMMA (Gas Phase Electrophoretic Molecular Mass Analyzer), mit dem Molekülgewicht und Größe von Viren im Bereich zwischen drei Nanometer und einem Mikrometer bestimmt werden können. Und im Keller ist eine Anlage aufgebaut, die chromatographische Trennung mit der Analyse in einem Kernresonanzspektrometer koppelt. Jedes der Geräte kostet zwischen 300.000 und 400.000 Euro. Ihre Anschaffung war Allmaiers Bedingung für seine Berufung nach Wien im Jahr 2003 – ein durchaus übliches Vertragsgebaren im Wissenschaftsbetrieb.

Dafür haben sich die neuen Analysemöglichkeiten in Wien auch schnell herumgesprochen. Aufträge kommen aus der Medizin ebenso wie aus Biologie und Kunststoffindustrie. Sogar die Farbzusammensetzung eines Kunstwerks aus Neuguinea hat Allmaiers Team schon entschlüsselt. Analytik ist der am stärksten boomende Bereich der Chemie, weiß der Forscher. In Wien ist man dafür bestens gerüstet.

Silizium für Nanoteile

Nanoelektronik. Eine überraschende Entdeckung machte die Forscherin Pengpeng Zhang von der Wisconsin-Madison-Universität. Beim Blick durch ihr Raster-Tunnelmikroskop konnte sie eine Siliziumfolie von 10 Nanometer Dicke (ein Millionstel Zentimeter) erkennen. Nach gängiger Meinung dürfte das gar nicht möglich sein, weil so dünnes Silizium nicht mehr leitet und für das Mikroskop deshalb unsichtbar sein müsste. Nun ist das Phänomen geklärt. Zhang hatte die Folie nämlich zuvor im Ultrahochvakuum bei 700 Grad erhitzt und damit die Oxidschicht entfernt. So entstanden auf der Oberfläche Löcher, die von Elektronen besetzt werden können. Damit könnte Silizium wieder interessant werden für die Entwicklung nanoelektronischer Bauteile.

Nützliches Sieb

Chemie. An der Universität von Texas hat ein Team um den Forscher Benny Freeman einen neuen Wasserstofffilter entwickelt. Wasserstoff, der mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen wird, enthält Verunreinigungen wie Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid. Konventionelle Verfahren filtern diese Begleitgase heraus. Die neue Polymermembran funktioniert hingegen genau umgekehrt und hält den Wasserstoff zurück. Dabei macht sie sich den Umstand zunutze, dass die Kohlenstoffgase polar sind und deshalb stärker mit dem Filtermaterial wechselwirken. Der Vorteil der Methode liegt darin, dass der Wasserstoff in komprimierter Form erhalten bleibt und nicht erst in einem Kompressionsverfahren neu aufbereitet werden muss.

Guter Rost

Materialforschung. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Metallforschung haben erstmals Korrosionsprozesse auf atomarer Ebene beobachtet. Dabei entdeckten sie anhand einer Kupfer-Gold-Legierung, dass sich vor der Oberflächenzerstörung zunächst eine kristalline Schutzschicht bildet. Das Ergebnis soll helfen die Oberflächenpassivierung von Legierungen zu optimieren.

Autor: Raimund Lang

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6.3.2006