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1. Dresdner NMR-Seminar: Mit Magneten und Radiowellen Molekülen auf der Spur

10.02.2004 - (idw) Institut für Polymerforschung Dresden e.V.


NMR-Labor am Institut für Polymerforschung Dresden e. V. Zu einem Seminar, das Spektroskopiker aus verschiedensten Anwendungsbereichen zusammenbrachte, trafen sich Ende Januar am Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) erstmals Wissenschaftler und Anwender der NMR-Spektroskopie aus Instituten und medizinischen Einrichtungen der Dresdner Region.

Der Effekt der magnetischen Kernresonanz (englisch: nuclear magnetic resonance, NMR) wurde 1945 entdeckt und wird seither in vielfältiger Weise als analytisches Werkzeug benutzt. Die Orientierung der Kernspins im starken Magnetfeld führt zur sogenannten Larmor-Präzession. Mit Radiowellen werden Kernspinzustände angeregt. Als Radiowellen empfangene Signale erlauben Aussagen über Bestandteile der untersuchten Proben, die chemische Struktur, physikalische Zustände und die molekulare Dynamik.

Heute ist das Verfahren der NMR-Spektroskopie aus der Analytik in Chemie und Pharmazie nicht mehr wegzudenken. In der materialwissenschaftlichen Forschung und der medizinischen Anwendung ist inzwischen in der Region Dresden ein außerordentlich hohes Potential an NMR-Kompetenz konzentriert.
So beschäftigen sich Arbeitsgruppen an der Technischen Universität Dresden, am Forschungszentrum Rossendorf und am IPF mit der Strukturaufklärung neu synthetisierter Moleküle und Wirkstoffe. Physiker und Chemiker am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe untersuchen strukturelle magnetische Phänomene bei tiefen Temperaturen. Die Forschungen am Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung konzentrieren sich auf Hochtemperatursupraleiter, die den verlustfreien Transport elektrischer Energie ermöglichen. Da die Eigenschaften dieser Werkstoffe stark von denen der Materialien abweichen, die bei extrem tiefen Temperaturen supraleitend werden, besteht noch erheblicher Forschungsbedarf. Dazu wurden mit extrem starken, nur für Millisekunden bestehenden Magnetfeldern NMR-Experimente bei bisher unerreichten Magnetfeldstärken durchgeführt, die einen Gewinn an Empfindlichkeit und Auflösung erlauben.
Anorganische Gläser für die Anwendung in Sensoren sind ein Schwerpunkt am Institut für Analytische Chemie der TU Bergakademie Freiberg.
NMR in der medizinischen Diagnostik geht inzwischen weit über die einfache Bildgebung (MR-Tomographie) hinaus. Durch die Verbindung mit der Spektroskopie kann anhand von Stoffwechselzuständen eine Identifizierung von erkranktem Gewebe erfolgen.

Am IPF werden mit neu entwickelten Methoden Größen und Ladungszustände von Makromolekülen und Proteinen in Lösung bestimmt. Damit wird auf molekularer Ebene die Wechselwirkung zwischen Proteinen und Polymeren untersucht, die für Kunststoffe im Kontakt mit biologischem Gewebe - also beispielsweise beim Einsatz in der Medizin - wesentlich ist.
Mit speziellen Verfahren der NMR-Bildgebung, wie sie in der Medizin als MR-Tomographie bekannt sind, wird die Strömung von Kunststoffschmelzen untersucht, ohne dabei in diese einzugreifen. Die daraus abgeleiteten Verfahren ermöglichen sowohl werkstoff-physikalische Grundlagenuntersuchungen als auch Untersuchungen zum besseren Verständnis und zur Optimierung von Prozessen in Kunststoffverarbeitungsmaschinen. Die Strömungsverhältnisse werden direkt widergespiegelt, und Mischungsprozesse und Reaktionen können abgebildet werden. Moderne Festkörper-NMR-Experimente ermöglichen über die Strukturbestimmung hinausgehend die Charakterisierung supramolekularer Systeme.

Der Workshop zeigte, dass sich bei aller Unterschiedlichkeit der Fragestellungen und Anwendungsgebiete über die allen gemeinsame Untersuchungsmethode der NMR-Spektroskopie vielfältige Ansatzpunkte für anregenden Erfahrungsaustausch bieten. Um die Synergien für zukünftige Arbeiten nutzen zu können, sollen in regelmäßigen Abständen weitere Treffen der Spektroskopiker und potentieller Anwender in der Region folgen.

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