Landesportal Schleswig-Holstein

Diese Webseite verwendet Cookies und das Webanalyse-Tool Piwik. Wenn Sie durch unsere Seiten surfen, erklären Sie sich hiermit einverstanden. Eine Widerspruchsmöglichkeit gibt es hier.

Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur

Portraitfoto Karin Prien
Karin Prien

Ministerin für Bildung, Wissenschaft und Kultur

© M. Staudt/grafikfoto.de

Interview mit Professor Roßnagel und Professor Redecke

Porträtfoto Professor Dr. Kai Roßnagel, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster)Professor Dr. Kai Roßnagel, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel © privat

Professor Dr. Kai Roßnagel, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

1. Welchen Stellenwert hat XFEL aus der Sicht des Physikers?

Beim European XFEL ist der Entwicklungssprung, der Zugewinn an Röntgenlichtqualität, an Leuchtstärke und Laserlichtartigkeit, wirklich dramatisch. Wir sprechen hier eher von einer neuen Generation von Röntgenlichtquelle, die völlig neue Forschungsmöglichkeiten eröffnet. Mit den ersten Experimenten in Schenefeld wird Schleswig-Holstein Teil eines weltweit führenden Zentrums für die Forschung mit Röntgenlicht in der Region Bahrenfeld/Schenefeld mit dem DESY und European XFEL. Die einmalige Kombination von Hochleistungs-Röntgenquellen entfaltet jetzt schon eine extrem hohe Anziehungskraft für internationale Spitzen- und Nachwuchsforscherinnen und –forscher. Auch durch den wöchentlichen Wechsel von internationalen Nutzergruppen aus den unterschiedlichsten Fachgebieten wird eine zentrale Drehscheibe für die internationale, interdisziplinäre Zusammenarbeit entstehen.

2. Wie wird die Kieler Universität profitieren?

Von den fantastischen Forschungsmöglichkeiten werden viele wissenschaftliche Bereiche profitieren - von der Physik über die Materialwissenschaften und Chemie bis hin zu den Lebenswissenschaften. Zum Beispiel kann mit den Röntgenblitzen des XFEL nicht nur die atomare Zusammensetzung und das zeitliche Wirken von Biomolekülen, Zellen und Werkstoffen sichtbar gemacht werden, sondern es kann quasi in Zeitlupe beobachtet werden, wie sich Atome und Elektronen im Nanokosmos, in Nanostrukturen, Materialien und an Oberflächen bewegen, wie Atome gegeneinander schwingen, chemische Bindungen aufbrechen, Elektronen hin und her getrieben werden. An der CAU finden sich im Forschungsschwerpunkt KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science) mehrere Forscherinnen und Forscher in Lauerstellung, die diese neuen Techniken anwenden wollen.
Persönlich träume ich von „Elektronen-Hollywood“: den Tanz der Elektronen, also ultraschnelle Änderungen elektrischer, optischer und magnetischer Eigenschaften von Materialien und Oberflächen in Zeitlupe zu filmen. Wir sind gerade dabei, einen eigenen Messplatz für die sogenannte ultraschnelle Photoelektronen-Spektroskopie an Oberflächen in der Experimentierhalle aufzubauen.

3. Welche neuen experimentellen Möglichkeiten eröffnet X-FEL?

Die neue Forschung mit den vom XFEL produzierten Röntgenlaserblitzen steht unter dem Motto „heller, kleiner, schneller“. Die hohe Leuchtstärke und Laserlichtartigkeit der Strahlung machen es möglich, scharfe „Fotos“ von komplexen Molekülen, Nanostrukturen und Materialien mit ausreichend Helligkeit in einem Schuss aufzunehmen. Die kurze Wellenlänge gibt dabei den Blick auf die atomaren Details frei. Und die extrem kurze Dauer der Blitze (kürzer als 100 billiardstel Sekunden) erlaubt sogar, die ultraschnelle Bewegung der Atome in den Schnappschüssen quasi einzufrieren und so etwa chemische Reaktionen direkt zu filmen. Der XFEL wirkt also wie ein ultraschnelles Kameramikroskop für den Nanokosmos, wo sich Atome mit Geschwindigkeiten von ca. 3600 km/h bewegen und Elektronen noch etwa tausendmal schneller sind.

4. Welche Perspektiven sehen Sie für Anwendungen oder künftige Technologien?

Der Röntgenlaser ist zunächst eine „Erkenntnismaschine“. Aber auch die breitere Anwendung der neuen Techniken auf wissenschaftliche Fragestellungen in unterschiedlichsten Forschungsfeldern wird schnell kommen. Die gewonnenen Erkenntnisse können zum Beispiel die Grundlage legen für die Entwicklung neuer Medikamente, neuer Werkstoffe, leistungsfähigerer Solarzellen, künstlicher Formen der Photosynthese, neuer Wege der Informationsverarbeitung und –speicherung in der Elektronik und Computertechnologie, besserer Katalysatoren für effizientere Produktionsverfahren in der chemischen Industrie, aber auch völlig neuartiger Nanotechnologien, die heute noch unvorstellbar sind.

Porträtfoto Professor Dr. Lars Redecke, Universität zu Lübeck (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster)Professor Dr. Lars Redecke, Universität zu Lübeck © Privat

Prof. Dr. Lars Redecke, Universität zu Lübeck

1. Was bringt der neue Röntgenlaser für die Arbeit der Lübecker Biochemiker?

Der neue Röntgenlaser am DESY in Hamburg ist von enormer Bedeutung für die Strukturbiologie (also die strukturelle Untersuchung von Proteinen). Die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur von Proteinen ist sehr wichtig, um deren Funktion zu verstehen. Und ohne ein funktionelles Verständnis können zum Beispiel auch nur schwer Hemmstoffe entwickelt werden, die die Funktion eines Protein blockieren. Diese Blockierung ist bei vielen Erkrankungen bzw. auch bei Infektionen notwendig, wenn Proteine fehlerhaft arbeiten oder zum "Eindringling" gehören. Diese Hemmstoffe werden dann Medikamente genannt.

2. Wie funktioniert die „Aufklärung“?

Da es auf Grund der Größe von Proteinen im Nanometer-Maßstab keine geeigneten Mikroskope gibt, um die Struktur direkt anzuschauen, behelfen wir uns einer "indirekten" Methode, der Röntgenbeugung. Hierzu kristallisieren wir zunächst die Proteine, um einen Verstärkungseffekt des Signals zu erhalten, und bestrahlen diese Proteinkristall dann mit hochenergetischer Röntgenstrahlung. Die Strahlung wird durch die Atome des Proteins abgelenkt und kann als spezifisches Muster auf einem Detektor sichtbar gemacht werden, ergibt also ein indirektes "Foto" des Proteins in einer bestimmten Orientierung. Wenn wir nun den Kristall aus jeder Orientierung bestrahlen und alle Fotos vereinigen, erhalten wir ein 3D-Abbild, aus dem wir mit viel Rechenaufwand am Computer ein Modell der Struktur des jeweiligen Proteins berechnen können. Wir können auch „filmen“ wie ein Protein funktioniert. Das war lange Zeit ein Traum der Wissenschaftler, der nun mit dem neuen Röntgenlaser in Erfüllung gehen kann.

3. Wie sehr freut es Sie, dass Lübecker Forscher schon bei den ersten Experimenten dabei sind?

Dies zeigt sehr deutlich, dass in Schleswig-Holstein Spitzenforschung betrieben wird, die international anerkannt ist. Meine Arbeitsgruppe, damals noch eine gemeinsame Nachwuchsgruppe der Universitäten Hamburg und Lübeck, war bereits beim Start des Röntgenlasers in Stanford im Jahr 2010 beteiligt und lieferte dort erste Proben von Proteinkristallen zur Strukturuntersuchung, die wir als Teil eines großen internationales Konsortiums untersuchen konnten, so dass wir auch hier schon zur Entwicklung neuer methodischer Ansätze beitrugen.

4. Was versprechen Sie sich von der internationalen Zusammenarbeit am XFEL?

Die Forschung an XFEL ist ein sehr gutes Beispiel für die Bedeutung einer internationalen und fachübergreifenden Zusammenarbeit. Bereits am Laser in Stanford zeigte sich, dass derartige, technisch hochanspruchsvolle Experimente nur durchführbar sind, wenn Ingenieure, Physiker, Chemiker und Biochemiker eng zusammen arbeiten. Diese Strahlungsquelle wird automatisch die internationalen Forschungsbeziehungen weiter verbessern. Dies zeigte sich bereits bei der Realisierung des Projektes: Nur eine gemeinsame Finanzierung vieler europäischer Staaten ermöglichte den Bau des XFEL. Da die Uni Lübeck intensiv in das internationale wissenschaftliche Netzwerk eingebunden ist, wird sie natürlich ebenfalls profitieren.