Was passiert im Inneren von Molekülen?

2 Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat für Experimentalphysiker der Universität Hamburg

18.11.2013 - Deutschland

Prof. Dr. Jochen Küpper, Institut für Experimentalphysik der Universität Hamburg und Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), erhält vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) einen Consolidator Grant in Höhe von rund 2 Millionen Euro. Prof. Küpper bekommt die Mittel für sein Projekt „Controlling the Motion of Complex Molecules and Particles“ (COMOTION). Er wird damit ab Frühjahr 2014 Methoden entwickeln, um komplexe Moleküle und biologische Systeme (Proteine, Viren oder sogar kleine Zellen) gezielt in die Gasphase zu bringen, schockzugefrieren und dann mit Lasern sowie elektrischen Feldern zu transportieren und zu manipulieren. Ziel ist es, die Eigenschaften, die Struktur und Dynamik dieser komplexen Moleküle und biologischen Systeme zu erforschen.

Niko Eckerskorn, Australian National University

Der Forschungsgegenstand von Prof. Küpper ist die Kontrolle komplexer Moleküle, den elementaren Bausteinen der Natur. Moleküle ändern ständig ihre Struktur, reagieren mit anderen Molekülen oder werden durch Strahlung oder Wärme zerstört. Dies alles passiert in unserem Körper, in der Umwelt und auch im Weltall. Die elementaren Prozesse dieser Moleküldynamik vollziehen sich in ultrakurzen Zeiträumen von Attosekunden (dem milliardsten Teil einer milliardstel Sekunde) und Femtosekunden (dem billiardsten Teil einer Sekunde). Um diese Prozesse darstellen und untersuchen zu können, wollen Küpper und sein Team neuartige Konzepte und Technologien für die Beeinflussung und Kontrolle der Bewegung komplexer Moleküle wie z. B. Aminosäuren oder Proteine, aber auch Viren, Nanoteilchen oder kleiner Zellen entwickeln. Die Forscher erzeugen dafür kalte molekulare Gase, indem sie die Moleküle kurzfristig auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (–271 °C) abkühlen. Dann lassen sich die Moleküle in der Gasphase mithilfe von elektrischen und elektromagnetischen Feldern gezielt beeinflussen und sortieren.

Diese sogenannten kontrollierten Molekülproben sollen dann mittels moderner Strahlungsquellen wie dem Europäischen Röntgenlaser XFEL in Hamburg gefilmt werden. Neben Antworten auf fundamentale physikalische Fragestellungen wie die nach den Grenzen der Quantenmechanik für große Objekte versprechen sich die Forscherinnen und Forscher von den Experimenten wertvolle Informationen für die Strukturbiologie und zum Verständnis der fundamentalen Prozesse des Lebens.

Jochen Küpper ist seit 2010 Professor für Experimentalphysik an der Universität Hamburg. Er wurde im Jahr 2000 an der Universität Düsseldorf promoviert und forschte als Postdoktorand an der Universität North Carolina/USA und am FOM Institut für Plasmaphysik „Rijnhuizen“/Niederlande. 2003 wurde er Gruppenleiter am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. Er erhielt zahlreiche Auszeichnungen, u. a. das Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander von Humboldt Stiftung und den Nernst-Haber-Bodenstein-Preis der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie. Küpper ist außerdem an den Forschungsaktivitäten im Bundesexzellencluster „The Hamburg Centre für Ultrafast Imaging“ (CUI) beteiligt.

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