Einzigartige Verknüpfung von Messmethoden in Deutschland oder wie starke Magnetfelder kleinste Details sichtbar machen

Es klingt wie Teil eines Kriminalromans: Kleinste Details werden aufgespürt, eindeutige Fingerabdrücke können erstellt werden und selbst versteckte Informationen aus dem Innersten von Mensch und Material treten klar sichtbar vor einem zutage. Kombiniert man nun die verschiedenen Puzzleteile, erscheint die Lösung des Falls plötzlich glasklar. Was nach der finalen Lösung eines lang gehüteten Geheimnisses aus einem von Sir Arthur Conan Doyles Romanen klingt, ist Alltag in den Polymerwissenschaften an der Universität Halle.

Münzen im Magnetfeld

Spektakulär wirken die verwendeten Untersuchungsmethoden: Riesige Magnete erzeugen Magnetfelder, die mehrere zehnbis hundertausend mal stärker sind als das Erdmagnetfeld. Die dafür notwendigen Temperaturen von minus 270 °C lassen den antarktischen Winter wie eine warme Sommernacht erscheinen. Und erstaunlicherweise lassen sich gerade durch diese Extrembedingungen winzige Strukturen und Abstände, millionenfach kleiner als die Breite eines Haares, untersuchen. Gerade die kleinsten Bausteine des Lebens und der Materialien sind der Schlüssel für die Forscher, die mit „Magnetresonanzspektroskopie“ an der Universität Halle arbeiten.

Die Kerne von Atomen fest im Blick haben die Forscher um Prof. Dr. Kay Saalwächter aus der Arbeitsgruppe „Kernresonanzspektroskopie“, die auch als NMR-­Spektroskopie bezeichnet wird. Die Atomkerne der verschiedensten Materialien in einem starken Magnetfeld reagieren hierbei auf Radiowellen ganz charakteristisch, und liefern einen unverwechselbaren Fingerabdruck. Auch die kleinste Änderung nur eines einzigen Atoms in einem Molekül, ob in neuen Materialien für Autoreifen oder in selbstheilenden Polymeren in der Flugzeugindustrie, fällt den Polymerphysikern sofort auf.

Diskussion im NMR-Labor

Das auch noch andere Teilchen als Atomkerne ein weiteres Puzzleteil liefern können, zeigt die Arbeitsgruppe „Komplexe Selbstorganisierende Systeme“ um Prof. Dr. Dariush Hinderberger am Institut für Chemie. Elektronen, viele Male leichter noch als Atomkerne, funktionieren hier als magnetische Marker im Material. Präzise Abstandsmessungen innerhalb langkettiger Moleküle sind so keine Zukunftsmusik mehr und liefern selbst direkt aus der lebenden Zelle detailgenaue Informationen. Die werden bei der Erforschung verschiedener Krankheiten und deren Heilungsmethoden auch dringend benötigt. Ob Multiple Sklerose oder Krebserkrankungen, die Ursache wird in der, mit unseren Sinnen, nicht mehr wahrnehmbaren Welt der Moleküle vermutet. Erst durch das Verständnis so kleiner Lebensbausteine wie den Proteinen selbst, scheint eine Chance auf Heilung möglich.

Und genau hier liegt auch der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe „Biophysik“ in Halle. Kleinste Fehler im Aufbau der Proteine in unserem Körper scheinen eine große Auswirkung auf uns zu haben. Warum diese kleinsten Fehler am Ende zu Krankheiten führen, ist den Forschern weltweit häufig noch ein Rätsel. Hier kommen die Spezialisten der „Protein NMR­-Spektroskopie“ um Prof. Dr. Jochen Balbach ins Spiel. Sie untersuchen die Proteine in Wasser, und damit der natürlichen Umgebung wie im Menschen, um die schadhaften Stellen der Proteine zu finden und so Ansätze für die Medikamentenentwicklung zu liefern.

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Durch die einzigartige Verkettung von Messmethoden an den Instituten für Chemie und Physik der Universität Halle­-Wittenberg können wir auch in Zukunft weitere Erkenntnisse in den Forschungsrichtungen synthetische Polymere und Biopolymere erwarten.