Wasser: Neue DFG-Forschergruppe untersucht unser Lebenselixier

Bochum / Dortmund, 26.11.2011
Nr. 360

Gemeinsame Medieninformation der Universitäten Bochum und 
Dortmund

Wasser: Lebenselixier mit vielen unbekannten Eigenschaften
Oberflächen beeinflussen das Verhalten
Neue Forschergruppe aus Chemikern und Physikern


Die noch unbekannten Eigenschaften des Wassers an 
Grenzflächen wird die neue DFG-Forschergruppe 
"Polymorphismus, Dynamik und Funktion von Wasser an 
molekularen Grenzflächen" an den Universitäten Dortmund, 
Bochum und Darmstadt unter die Lupe nehmen. Sie untersucht 
den Einfluss molekular strukturierter Grenzflächen, wie etwa 
großer Biomoleküle, auf die Struktur und Dynamik des Wassers 
und erforscht, welche Rückwirkungen sich aus seinen 
veränderten Eigenschaften z. B. auf biologische Systeme 
ergeben. Beteiligt sind Forscher des Fachbereichs für Chemie 
der Universität Dortmund (Prof. Dr. Roland Winter, Prof. Dr. 
Alfons Geiger, PD Dr. Ralf Ludwig), der Fakultät für Chemie 
der RUB (Prof. Dr. Dominik Marx, Prof. Dr. Hermann 
Weingärtner) und der Experimentalphysik der Universität 
Darmstadt (Prof. Franz Fujara, Dr. Burkhard Geil). Ein 
Kollege aus dem Fachbereich Physik in Dortmund wird 
demnächst noch hinzukommen (Prof. Dr. Mertin Tolan). 
Sprecher bzw. stellvertretender Sprecher sind Prof. Winter 
und Prof. Weingärtner.

Wesentliche Eigenschaften sind noch unerforscht

Wasser ist unser Lebenselixier. Jeder kennt es, ob fest, 
flüssig oder gasförmig, und jeder trinkt es, kocht, spült 
und wäscht damit, schwimmt darin. Es bestimmt als 
Reaktionsmedium mit seinen speziellen und einzigartigen 
Eigenschaften alle biochemischen und physiologischen 
Vorgänge. Bis heute ist jedoch seine Rolle für die Struktur 
und Dynamik biomolekularer Systeme weitgehend unverstanden. 
Besonders über die Eigenschaften und die Funktion von Wasser 
an Grenzflächen, wie großen Biomolekülen (z.B. Protein-, 
Membranoberflächen), ist noch wenig bekannt. Die 
Forschergruppe nähert sich diesen Fragen mit experimentellen 
und theoretischen Methoden gleichermaßen an.

Wenig Platz - anderes Verhalten

Die Forscher beschäftigen sich mit dem Verhalten des Wassers 
in seiner zentralen Rolle für die Struktur, Dynamik und 
Funktion hydratisierter Biomoleküle. Sie studieren z. B. 
Wassermoleküle in Poren und Kanälen von Zellen. Dort haben 
sie nur wenig Platz und zeigen deshalb unterschiedlich 
starke Wechselwirkungen mit den Wänden. Die Struktur und 
Dynamik des Wasser ist daher dort anders, als man sie von 
der Flüssigkeit her kennt. Auch auf festen Oberflächen und 
inneren Grenzflächen mit unterschiedlicher chemischer und 
topologischer Beschaffenheit beobachten die Forscher das 
Wasser. Die Wechselwirkung zwischen Wasser und Grenzflächen 
hängt vor allem davon ab, wie glatt oder rau eine Oberfläche 
auf molekularer Skala ist. Manchmal können sie sogar 
chemisch miteinander reagieren.

Theorie und Experiment

Die Wissenschaftler bedienen sich der optischen Mikroskopie 
- für Strukturen, die bis zu einem zehntausendstel 
Millimeter klein sind -, der Rastersondenmikroskopie sowie 
der Röntgen- und Neutronenbeugung, die sogar die Bestimmung 
von Strukturen im Nanobereich bis hinunter zur Größe eines 
Atoms erlauben. Langsame Bewegungen studieren sie mit 
speziellen Methoden der Kernspinresonanz (NMR), die schnelle 
Dynamik mit Hilfe der Infrarot- und Ramanspektroskopie oder 
der Neutronenstreuung. Neben den Experimenten erlauben ihnen 
theoretische Simulationsmethoden die Untersuchung von 
Systemen mit bis zu einhunderttausend Teilchen im 
"virtuellen Labor". Die enge Verknüpfung von Theorie und 
Experiment ist Voraussetzung für das Gelingen der 
Forschungsvorhaben.

Reger internationaler Austausch

Die Wissenschaftler pflegen weiterhin einen intensiven 
Austausch mit Kollegen in der ganzen Welt. Besonders eng 
sind die Kontakte mit ausländischen Arbeitsgruppen, die an 
derselben Thematik arbeiten und von eigenen nationalen 
Förderprogrammen unterstützt werden. Zu den 
Kooperationspartnern gehört auch Prof. H.E. Stanley von der 
Boston University, dem vor kurzem die Ehrendoktorwürde der 
Universität Dortmund verliehen wurde.

Auch Materialwissenschaft profitiert

Die Themen der Forschergruppe tragen besonders zum 
molekularen Verständnis biologischer Prozesse und der 
biologisch-chemischen Mikrostrukturtechnik bei. Aber auch 
die Materialwissenschaft profitiert davon. Interessant sind 
hier z. B. Untersuchungen des Alterungsprozesses von 
Polymeren oder die Herstellung wasserabweisender 
Oberflächenstrukturen. Thematisch ist das Projekt zunächst 
für einen Zeitraum von 6 Jahren angelegt. Dabei beläuft sich 
das Budget allein für die ersten drei Jahre auf etwa 3 Mio. DM.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Roland Winter, Physikalische Chemie I, 
Fachbereich Chemie, Universität Dortmund, Otto-Hahn-Str. 6, 
44227 Dortmund, Tel. 0231/7553900, Fax: 0231/7553901 Email: 
winter@steak.chemie.uni-dortmund.de
Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, 
Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 
Bochum, Tel. 0234/32-26485, Fax: 0234/32-14045, Email: 
dominik.marx@theochem.ruhr-uni-bochum.de

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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
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