NANOSYSTEMS NEWS - die neue Ausgabe
Mit unserem Newsletter laden wir Sie herzlich ein, Aktuelles aus dem Exzellenzcluster zu erfahren:
- Eröffnung des "Center for Nanotechnology and Nanomaterials (ZNN)"
- Erfahrungsaustausch virtuell: eine "Wiki"-Seite für die NIM-Doktoranden
- Wir stellen vor: die NIM Doktoranden-Vertreter
- NaNaX4 - Konferenzbericht
- Forschungsförderung bei NIM: zwei Beispiele
- "Die Nanowissenschaft verrät Ötzis Schönheitsgeheimnis"
- Ankündigung: Symposium nano + Health (Oktober 2010)
Die perfekte Welle
Akustische Oberflächenwellen verwandeln die Zellmembran in ein Nano-Fließband
Schützend umhüllen Membranen jede einzelne Zelle unseres Körpers und kontrolliert genau, welche Substanzen Zutritt bekommen. Bildliche Darstellungen erwecken häufig den Eindruck, Membranen seien starre Gebilde. In Wirklichkeit sind sie ähnlich dickflüssig wie Olivenöl und zudem höchst dynamisch: Dies nutzten nun die Arbeitsgruppen von Professor Joachim Rädler (LMU), Professor Achim Wixforth (Universität Augsburg) und Professor Matthias Schneider (Boston University) im Rahmen einer Zusammenarbeit im Exzellenzclusters „Nanosystems Initiative Munich (NIM)“. Die Wissenschaftler entdeckten, dass sie die Verteilung von substratgebundenen Membranlipiden durch Beschallung mit stehenden akustischen Oberflächenwellen (SAWs) beeinflussen können. Sie konnten zeigen, dass sich mit dieser Methode auch lipidgebundene Proteine an genau vorherbestimmten Stellen aufkonzentrieren, auftrennen und - wie auf einem Förderband - sogar transportieren lassen. Dies könnte einen weiteren wichtigen Baustein für die Realisierung von „Fabriken im Nano-Maßstab“ („Lab-on-a-Chip“) liefern. (NanoLetters, August 2010)
Mehr dazu...Mit höchster Konzentration ins Ziel
Krebszellen sind schwer zu bremsen. Ein Weg gegen ihre Ausbreitung könnte in Zukunft direkt über das Innere der kranken Zellen führen. In enger Zusammenarbeit ist es drei Arbeitsgruppen des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) gelungen, den Wirkstoff Colchicin in konzentrierter Form mit Hilfe von Nanopartikeln direkt in Zellen einzuschleusen. Als Grundlage dienten den Forschern der LMU München winzige Silikatpartikel mit einem Durchmesser von rund 50 Nanometern. Die Partikel sind in dieser Größe klein genug, um eine Zellmembran zu durchdringen und aufgrund ihrer porösen Struktur können Wirkstoffe wie Colchicin gut absorbiert werden. Mit nur einem Behandlungsschritt schafften sie es, die Partikel mit einer Schutzschicht aus Lipidmolekülen zu überziehen, so dass die Wirkstoffe erst im Zellinneren wirklich entweichen. Das Prinzip sei universell einsetzbar, so Prof. Bein und Colchicin sei nur ein Beispiel, wie Wirkstoffe in Zellen eingeschleust werden könnten.
Neues Gebäude für die Nanowissenschaft
Eröffnung des Zentrums für Nanotechnologie und Nanomaterialien
Nanotechnologie und Nanomaterialien erobern Schritt für Schritt unseren Alltag. Immer mehr nützliche Anwendungen entstehen und doch steht die Erforschung der Nanowelt erst am Anfang. Unterstützt von Bund und Freistaat, die sich aufgrund der überregionalen Bedeutung des Zentrums die Kosten teilen, eröffnete die Technische Universität München (TUM) am Montag, 22. Juli 2010, den Erweiterungsbau des Walter Schottky Instituts: das Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien (ZNN).
Die Anziehungskraft des Goldes
Elektrische Spannung reguliert die Bindung von DNA
Zwei Wege führen in die Welt der winzigen Nanostrukturen: entweder zerteilen Wissenschaftler größere Verbindungen oder sie bauen die Gebilde aus kleinsten Bausteinen neu auf. Dazu müssen sie die einzelnen Elemente jedoch greifen und vor allem auf den Nanometer genau wieder ablegen können. Biophysiker der Ludwig-Maximilians-Universität München haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie einzelne DNAMoleküle auf einer Goldelektrode exakt positionieren können, ohne dass sie die DNA oder die Goldoberfläche aufwendig vorbehandeln müssen.Die Wissenschaftler um Hermann Gaub, Professor für Biophysik und Mitglied des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM), nutzen dazu die Elektrochemie. Über die Spannung, die an der Goldelektrode anliegt, können die Forscher per Knopfdruck entscheiden, ob die DNA mit den Goldatomen eine chemische Bindung eingeht oder nicht: bei negativer Spannung bindet das Molekül, bei positiver Spannung bindet es nicht.
Die kleinste Baustelle der Welt
Tensegrity-Modell im Nanometer-Maßstab
Leicht wie ein Schleier scheint das Zeltdach auf den Säulen des Münchner Olympiastadions zu liegen. Seine Konstruktion beweist, dass stabiles Bauen auch mit geringem Materialaufwand möglich ist. Entscheidend hierfür ist eine optimale Kräfteverteilung: kompressionsresistente und zugstabile Bauelemente müssen so verteilt und miteinander verbunden sein, dass sich Druck – und Zugspannungen innerhalb des Systems ausgleichen. Auf diese Weise stabilisiert sich das Objekt selber. Das englische Kunstwort für dieses Prinzip ist „Tensegrity“, zusammengesetzt aus Tension (Spannung) und Integrity (Ganzheit, Zusammenhalt). Mit den weltweit kleinsten künstlichen Tensegrity-Strukturen beschäftigt sich Tim Liedl, seit 2009 Professor für Physik an der Ludwig-Maximilans-Universität München und Mitglied des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM). Während eines Forschungsaufenthaltes an der Harvard Medical School in Boston schafften es Tim Liedl und seine dortigen Kollegen erstmals, ein Tensegrity-Modell im Nanometer-Maßstab nachzubauen.
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"Nanopartikel, öffne Dich!"
DNA-Ventil setzt gezielt Wirkstoffe frei
Medikamente müssen oftmals hoch dosiert verabreicht werden, weil auf dem Weg durch den Körper Wirkstoff verloren geht. Damit die Dosis eines Medikaments künftig so niedrig wie therapeutisch möglich gehalten werden kann, sollen die Wirkstoffe in Zukunft direkt zum Zielort im Organismus transportiert und dort erst freigesetzt werden. Dafür sollen sie in Nanopartikel eingeschlossen werden, die ihre Fracht nur bei einem bestimmten pH-Wert, einer definierten Temperatur oder unter anderen spezifischen Bedingungen freigeben. „Die Kunst besteht darin, Partikel zu entwickeln, die sich ganz exakt auf nur eines dieser Signale hin öffnen und den Wirkstoff freisetzen – sich also entsprechend programmieren lassen“, sagt der LMU-Chemiker Professor Thomas Bein, der auch dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) angehört. Ihm und seinen Mitarbeitern ist in Zusammenarbeit mit der Gruppe des LMU-Chemikers Thomas Carell nun gelungen, in wenigen Schritten Silikat-Partikel herzustellen, die sich je nach Bedarf bei einer bestimmten Temperatur öffnen. (Angewandte Chemie online, 11. Juni 2010).
Dieter Braun erhält ERC Starting Grant
Der European Research Council (ERC) hat dem NIM-Wissenschaftler Professor Dieter Braun einen der begehrten ERC Starting Grants zugesprochen, eine hochdotierte europäische Forschungsförderung für Nachwuchswissenschaftler. Der Biophysiker Braun arbeitet mit seiner Gruppe an der the Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München zum Thema System-Biophysik. Die Forscher beschäftigen sich hauptsächlich mit dem Design und der Verwirklichung von Biosystemen, die der Untersuchung und Verbesserung lebender Materie dienen sollen. Prof. Braun ist der dritte NIM-Wissenschaftler, der den begehrten ERC Starting Grant erhält, nach Jens Michaelis und Matthias Schneider.
Evolutionäre Logistik
Wie sich die ersten Moleküle gefunden haben könnten
Vor mehr als drei Milliarden Jahren entstand erstes Leben auf der Erde. Damals bildeten sich vermutlich in den Ozeanen erstmals komplexere chemische Verbindungen, aus denen sich dann die ersten Einzeller zusammensetzten. Dazu aber mussten sich die nur gering konzentrierten und vermutlich im Meerwasser gelösten Strukturen erst einmal finden. Sicher ist, dass bereits hier eine Form der Selektion beginnt, die laut Darwin die Grundlage der Evolution bildet. Denn nur wo optimale Bedingungen herrschen, können sich neue Strukturen bis hin zu ersten Lebewesen bilden. Die LMU-Physiker Christof Mast und Professor Dieter Braun, die auch dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) angehören, haben nun das grundlegende Prinzip dieses Prozesses im Labor nachgebildet. Dabei konnten die Wissenschaftler in ihrem Versuch in Lösung befindliches Erbgut allein durch einen einfachen Temperaturunterschied aufkonzentrieren und zudem vervielfältigen. „Das ist relevant, weil in Steinporen in der Nähe warmer Unterwasserquellen der Urmeere vermutlich ähnliche thermische Verhältnisse herrschten – und dort ja die ersten Lebewesen entstanden sein könnten“, sagt Braun. „Diese Untersuchung ist für uns aber nur ein erster Schritt. Als Physiker interessiert uns, dass und wie ein Gleichgewicht gestört werden muss – hier etwa die gleichförmige Verteilung der Moleküle – um Leben entstehen zu lassen.“ (Physical Review Letters online, 07. Mai 2010)
Schnittstelle zwischen zwei Welten
Atome gekoppelt an mikromechanischen Oszillator
Ultrakalte Atomwolken und mechanische Oszillatoren gehörten bisher zu unterschiedlichen Welten der Physik. LMU-Forscher haben nun erstmals ein atomares Bose-Einstein-Kondensat an die Schwingungen eines mikromechanischen Oszillators gekoppelt. Durch solch kontrollierte Wechselwirkung möchte man künftig mechanische Oszillatoren auf Quantenniveau steuern, was zu Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung oder als neuartige Sensoren für kleinste Kräfte führen könnte.
NaNaX4 - Nanoscience with Nanocrystals
Gelungene Konferenz in München / Tutzing
Wissenschaftler aus aller Welt trafen sich vom 11. bis 15. April 2010 zur vierten NaNaX Konferenz in der Evangelischen Akademie in Tutzing bei München. Kleinste Kristalle waren das Thema, über das die Experten aus verschiedenen Gebieten der Nanotechnologie gemeinsam diskutierten.
Mehr als 50 Vorträge und 80 Poster bildeten dazu den Grundstein. Der Schwerpunkt lag auf verschiedenen Materialien in Form von Nanokristallen wie Metalle, Halbleiter und magnetische Materialien. Neben Beiträgen zur Grundlagenforschung stand das breite Spektrum möglicher Anwendungen im Mittelpunkt, wie beispielsweise in den Fachbereichen Optoelektronik, Energieumwandlung, Biosensoren, Bio-Imaging und Medizin. Unter den Teilnehmern befanden sich bemerkenswert viele junge Wissenschaftler. Fünf dieser Nachwuchs-Forscher erhielten im Rahmen des Konferenz-Dinner für ihre Arbeit und deren Darstellung vom Organsationsteam einen Poster-Preis überreicht: Jessamyn Fairfield (University of Pennsylvania), Ilka Kriegel (LMU Munich), Stefan Pichler (University of Linz), Christian Schmidtke (University of Hamburg) and Yiming Zhao (Utrecht University).
Ötzis Schönheitsgeheimnis
- Kollagenfasern
5300 Jahre Einschluss im Gletscher konnten dem wichtigsten Bestandteil im Bindegewebe des Tiroler Eismenschen „Ötzi“ nichts anhaben. Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München zeigten gemeinsam mit Kollegen der European Research Academy (EURAC) in Bozen, dass das Kollagen der Mumie und das Kollagen einer frischen Hautprobe weitgehend identisch sind. Grund für die ungewöhnlich gute Konservierung scheint die jahrtausendelange Gefriertrocknung des Ötzi im Gletschereis zu sein. In ihrer neuesten Veröffentlichung präsentiert die Arbeitsgruppe von PD Dr. Robert Stark, Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU und Mitglied des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM), Untersuchungen zum Aufbau einzelner Kollagenmoleküle, zur Struktur von Molekülbündeln, den Kollagenfasern, sowie deren Elastizität. (Proceedings of Royal Society B online, 31. März 2010)
Jenseits des Quantenlimits
MPQ-LMU Physiker erzeugen auf einem Mikrochip Vielteilchenverschränkung von Atomen eines Bose-Einstein-Kondensats
Im Mikrokosmos, dem Reich der Quantenphysik, regiert der Zufall. Denn das Verhalten der Quantenteilchen lässt sich nicht wie in der klassischen Physik mit Bestimmtheit, sondern nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorhersagen. Das sich daraus ergebende „Quantenrauschen“ beeinträchtigt die Messgenauigkeit der besten Atomuhren und Interferometer. Gelingt es jedoch, die Quantenteilchen miteinander zu verschränken, so lässt sich König Zufall ein Schnippchen schlagen. Einen Durchbruch auf diesem Gebiet erzielte jetzt ein Team um Professor Theodor W. Hänsch und Prof. Philipp Treutlein (Ludwig-Maximilians-Universität München und Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, Philipp Treutlein hat seit Februar 2010 eine Professur an der Universität Basel). Den Wissenschaftlern gelang es erstmals, verschränkte Zustände von Atomen auf einem Mikrochip zu erzeugen.
Die Chip-Generation der Zukunft
Organische Moleküle als Bauteile für die Nanoelektronik
Mit Abmessungen im Bereich weniger Nanometer ist die Elektronik auf Basis von Silizium-Chips an ihren Grenzen angekommen. In einem internationalen Projekt erforschen Wissenschaftler des Walter Schottky Instituts der Technischen Universität München (TUM) nun den Einsatz organischer Moleküle als Bauelemente neuartiger Chips, die noch kleiner und leistungsfähiger werden sollen. Zur vollständigen Pressemitteilung
Eine heiße Spur zu neuen Medikamenten
Die Suche nach neuen Medikamenten ist zeitaufwändig und teuer. Oft müssen hunderte von Substanzen auf ihre Bindungs-Affinität zu krankheitsrelevanten Molekülen getestet werden, um einen Wirkstoff zu identifizieren. Biophysiker aus der Gruppe von Professor Dieter Braun, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und Excellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM), sowie von der LMU Spin-Off-Firma NanoTemper haben nun mit der „Microscale Thermophoresis“ ein weltweit einmaliges Verfahren entwickelt, das potentielle Wirkstoffe deutlich schneller und zuverlässiger findet.
NANOSYSTEMS NEWS - die neue Ausgabe
Mit unserem Newsletter laden wir Sie herzlich ein, Aktuelles aus dem Exzellenzcluster zu erfahren. Das Jahr 2009 haben wir dazu genutzt, eine Standortbestimmung und eine Strategie für die Zukunft von NIM zu erarbeiten. Ein wichtiges Ergebnis ist die Fokussierung auf fünf statt bisher zehn Forschungsbereiche. Hierbei wird die Schnittstelle zwischen den Nanowissenschaften und der Energieforschung als neues zentrales Forschungsgebiet von NIM stabilisiert.
Im Jahr 2009 wurde NIM von zwei weltweit renommierten nanomedizinischen Zentren als europäischer Partner für ein globales Symposium zum Thema „Nano und Gesundheit“ ausgewählt. Im Herbst 2010 wird NIM die nächste Tagung in München ausrichten. Zuvor organisiert das Excellenzcluster bereits im April 2010 die internationale Konferenz „Nanoscience with Nanocrystals“ (NaNaX4). Beide Veranstaltungen stärken gemeinsam mit der herausragenden Forschung den Standort München auf dem Gebiet der Nanowissenschaften. Mehr dazu lesen Sie in der vierten Ausgabe der 
NanosystemsNEWS.
Nanowissenschaft für groß und klein
Der NanoDay 2009 lockte Forschungsinteressierte ins Deutsche Museum - betrachten Sie die Online-Galerie!
Was sich hinter dem Begriff Nanowissenschaft alles versteckt, zeigten rund 100 Wissenschaftler des Excellenzclusters NIM am NanoDay 2009. Im kurz zuvor eröffneten Zentrum Neue Technologien (ZNT) des Deutschen Museums erläuterten sie den Besuchern an mehr als 25 Ständen ihre aktuelle Forschung. Buchstäblich greifbar wurden die sonst unsichtbar kleinen Untersuchungsobjekte dabei durch ungewöhnliche Versuchsaufbauten wie Schokoladeneier als Elektronen oder überdimensionale Holzmodelle.
Joint workshop on "New Directions in NanoHealth"
NIM started collaboration with Nano Institutes in Los Angeles, Tokyo and Seoul - NIM will organize the next workshop
As a first joint action within a collaboration with the California NanoSystems Institute (CNSI), NIM took part in the 3rd Annual Symposium on Nanobiotechnology, which was held on "New directions in NanoHealth" in the auditorium of the CNSI (photo) on the UCLA campus. Presentations focused on diagnostics, drug therapies and delivery systems, nanosafety, and other related areas of nanomedical research. The CNSI held the workshop together with NIM, the Center for NanoBio Integration (CNBI) at the University of Tokyo and the Nanomedical National Core Research Center at Yonsei University, South Korea.
As a great honour for NIM, the next joint workshop shall be held in October 2010 in Munich, organized by NIM.
Rückblick: NIM Workshop Oktober 2009
Drei Jahre nach dem Start von NIM haben sich die Wissenschaftler des Excellenzclusters zu einem Workshop getroffen, um ihre aktuellen Forschungsergebnisse zu präsentieren und sich auszutauschen. Mehr als 300 Teilnehmer besuchten die Vorträge und die Poster-Session zu den fünf Hauptthemen von NIM: Quantum Nanophysik, Hybrid Nanosysteme, Biomolekulare Nanosysteme, Biomedizinische Nanotechnologien sowie Energiekonvertierung- und speicherung.
Augsburger Physiker konzipieren den kleinsten Elektromotor der Welt
Im Prinzip ganz einfach: ein Starter- und ein Motor-Atom in einem Laserlicht-Ring - und dann noch etwas Feintuning, damit es immer in die richtige Richtung geht.
Augsburg/KPP - Eine Arbeitsgruppe am Augsburger Lehrstuhl für Theoretische Physik I (Prof. Dr. Dr. h. c. mult Peter Hänggi) hat in den Physical Review Letters vom 12. Juni 2009 ein Konzept für einen minimalen Elektromotor publiziert, der mit nur zwei Atomen auskommt. Das Prinzip des alltäglichen und allseits bekannten makroskopischen Elektromotors ist, dass mit elektrischer Energie mechanische Arbeit verrichtet wird. Hänggi und seine Ko-Autoren Dr. Alexey Ponomarev und Dr. Sergey Denisov beschreiben in ihrem Artikel, wie sich dieses Prinzip in die Nanowelt, also auf die Ebene einzelner Atome übertragen lässt.
NIM / CeNS / SFB 486 Winterschule 2009
Die Winterschule 2009 über "Nanosystems and Sensors" lockte im März 2009 international anerkannte Sprecher im März 2009 nach St. Anton, Arlberg, Österreich.
Minister besuchte NIM-Forscher
Der neue bayerische Wissenschafts-Minister Dr. Wolfgang Heubisch (Foto: vorne) besuchte am 22. Januar die LMU. Er traf sich bei dieser Gelegenheit mit dem NIM-Koordinator Professor Jochen Feldmann (Foto: rechts) und mit Professor Hermann Gaub, dem stellvertretenden Koordinator der Research Area H und Mitglied des Executive Committee von NIM. Bei einem Labor-Rundgang verschaffte er sich einen persönlichen Eindruck von der aktuellen NIM-Forschung. Dr. Heubisch hatte das Ministerium im November 2008 von
Dr. Thomas Goppel übernommen.