Elektronstatisches Potential mittels Ladungsintegration

Dieses Projekt wird es ermöglichen, das elektrostatische Potenzial kristalliner Verbindungen durch Elektronenbeugung zu messen. Um dies zu erreichen, wird ein JUNGFRAU-Detektor eingesetzt, und die Datenerfassung wird optimal auf die Eigenschaften dieses herausragenden Detektor abgestimmt. Damit werden 3D-Elektronenbeugungsdaten von unerreicht hoher Qualität gemessen, mit denen bislang verborgene strukturelle Details sichtbar werden. Höhepunkt des Projekts wird die Messung des elektrostatische Potenzial chemischer Verbindungen sein. Das elektrostatische Potenzial ist eine grundlegende Eigenschaft chemischer Verbindungen, die Einblicke in die Molekülinteraktion bietet. Die Messung mit 3D-Elektronenbeugung erweitert die Anzahl analysierbarer Verbindungen erheblich. Das Projekt wird auf den Zeolithkatalysator ZSM5 und das Krebsmedikament KP1339 angewendet, um das Verständnis der atomaren Welt zu vertiefen und Medikamente mit minimierten Nebenwirkungen zu entwickeln. Diese Forschung ermöglicht die Entwicklung von Medikamenten, die Ru(II) gezielt zum Tumor transportieren und erst dort aktiviert werden. Ruthenium ist ein chemisches Element, dass sowohl mit der Ladung +2 als auch +3 existiert. In der Form +3 ist Ruthenium ungiftig den Menschen, während die Form +2 giftig ist. Gelingt es, das Element zum Tumor zu transportieren und erst dort zu aktivieren, können gezielt die Tumorzellen abgetötet werden, und gleichzeitig die Nebenwirkungen der Chemotherapie drastisch reduziert werden. Beim Zeolithkatalysator ZSM5 wird das elektrostatische Potenzial genutzt, um effizientere Katalysatoren zu produzieren. KP1339 und ZSM5 sind Beispiele für Materialien, deren Untersuchung das Verständnis der atomaren Welt vorantreibt.

Ein Elektronendiffraktometer macht möglich, was kein Mikroskop schafft: man kann die Anordnung von einzelnen Atomen innerhalb von Chemikalien und Materialien messen. Im Gegensatz zu einem Röntgendiffraktometer "sehen" Elektronen dabei nicht nur die Position, sondern auch gleich die wichtigste Eigenschaft, mit der Moleküle mit ihrer Umgebung im Kontakt stehen: ihr elektrostatisches Potential. Es ist nicht schwer sich vorzustellen, dass diese Messung ein höchstes Mass an Präzision erfordert. Der JUNGFRAU Detektor, eine Entwicklung der PSI Detektorgruppe, liefert genau diese Präzision. Dieses Projekt hat dessen Fähigkeiten ausgereizt und damit ein Instrument geschaffen, das der Wissenschaft ganz neuartige Blicke in die Welt des kleinsten ermöglicht. Ein wichtiger Aspekt des Projekts war dabei die Bedienbarkeit des Diffraktometer, damit möglichst vielen Forschungsgruppen die neue Technologie zur Verfügung steht. Erreicht wurde das durch eine App, die Intuition mit dem Expertenwissen von Kristallographen verbindet. Damit war es möglich, ein breites Spektrum an ganz unterschiedlichen Stoffen zu untersuchen und sowohl ihre Struktur als auch ihre elektrostatisches Potential zu bestimmen, zum Beispiel von einem Medikament, vom Weinstein, der in einem Weinglas gefunden wurde, und von einem Katalysator, der bei beim Abbau von schädlichen Treibhausgasen behilflich ist.