Wechselwirkung von Elektronen mit Biomolekülen u.Clustern

Die nichtelastische Wechselwirkung von Elektronen niederer Energie mit Atomen und Molekülen (insbesondere die Elektronenanlagerung und die Elektronenstoßionisation) steht am Anfang vieler wichtiger Reaktionen, die in einer Großzahl von Anwendungsgebieten von entscheidender Relevanz sind, wie zum Beispiel in der Strahlenphysik und Strahlenchemie, Umweltphysik und Umweltchemie, Plasmaphysik und Plasmachemie. Außerdem spielen solche Elektronen-induzierte Prozesse eine wichtige Rolle in den "life sciences", was vor kurzem in eindrucksvoller Weise von Sanche und Mitarbeitern (in einem Science Artikel) nachgewiesen wurde, i.e., bereits Elektronen mit Energien unterhalb der lonisierungschwelle können sehr effektiv zu Doppelbrüchen in der DNA führen. Natürlich, sind Untersuchungen über die Elektronenanlagerung und die Elektronenstoßionisation von Molekülen auch von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis der entsprechenden Wechselwirkungspotentiale und die Mechanismen der Anionen- bzw. Kationenbildung. Trotzdem gibt es - wie vor kurzem in zwei von der USA Regierung gesponserten workshops angemerkt wurde - große Wissenslücken auf diesem Gebiet und deshalb wurde als Ergebnis dieser workshops eine Empfehlung an die USA Regierung ausgesprochen, daß.." a large scale effort should be mounted to solve these problems in a timely way." Im vorliegenden Projekt ist daher vorgesehen, entsprechende Untersuchungen über Elektronenattachment an atmosphärenrelevanten Clustern und Elektronenattachment und Elektronenstoßionisation an Bio-molekülen durchzuführen. Dabei werden die geplanten Untersuchungen mit drei am Institut für lonenphysik in den letzten Jahren entwickelten und bereits ausgiebig getesteten Großapparaturen durchgeführt werden. Diese Apparaturen erlauben Untersuchungen mit hoher Energieauflösung, hoher Empfindlichkeit und großer Genauigkeit. Die entsprechenden Clustertargets, die in bezug auf die Elektronenanlagerung (Bildung von Anionen) untersucht werden sollen, betreffen unter anderem atmosphärisch relevante Komponenten, wie zum Beispiel Ozone Cluster, Ozone/Wasser Cluster und auch Wasserstoffcluster. Unter anderem soll im vorliegenden Projekt auch versucht werden, erstmalig solche Untersuchungen an massenselektierten freien Clustern vorzunehmen (bisherige Untersuchungen wurden immer an Clusterverteilungen vorgenommen, da es kaum möglich war neutrale massenselektierte Clusterstrahlen herzustellen). Desweiteren sind detaillierte Untersuchungen mit den Fußballmolekülen Fullerenen, und hier vor allem auch mit endohedralen Fullerenen (also Fullerenen die ein anderes Atom enthalten) geplant um zur Zeit in der Literatur bestehende Diskrepanzen aufzuklären. Im Falle der Biomoleküle, sind vor allem Untersuchungen über die Elektronenstoßionisation (Bildung positiver Ionen und deren Eigenschaften) sowie über die Elektronenanlagerung an verschiedene Basen der DNA vorgesehen. Dabei ist vorgesehen erstmals ein Verfahren einzusetzen, das sicherstellt, daß die neutralen Targetmoleküle durch die Probenpräparation in Struktur und Anregungszustand nicht verändert werden. Insbesondere sollen aber auch Komponenten der DNA in Clusterform (auch gelöst mit Wassermolekülen, da dies der realistischen Situation in der Zelle entspricht) untersucht werden.

Die nichtelastische Wechselwirkung von Elektronen niederer Energie mit Atomen und Molekülen (insbesondere die Elektronenanlagerung und die Elektronenstoßionisation) steht am Anfang vieler wichtiger Reaktionen, die in einer Großzahl von Anwendungsgebieten von entscheidender Relevanz sind, wie zum Beispiel in der Strahlenphysik und Strahlenchemie, Umweltphysik und Umweltchemie, Plasmaphysik und Plasmachemie. Außerdem spielen solche Elektronen-induzierte Prozesse eine wichtige Rolle in den "life sciences", i.e., bereits Elektronen mit Energien unterhalb der Ionisierungschwelle können sehr effektiv zu Doppelbrüchen in der DNA führen. Natürlich, sind Untersuchungen über die Elektronenanlagerung und die Elektronenstoßionisation von Molekülen auch von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis der entsprechenden Wechselwirkungspotentiale und die Mechanismen der Anionen- bzw. Kationenbildung. Trotzdem gibt es - wie vor kurzem in zwei von der USA Regierung gesponserten workshops angemerkt wurde - große Wissenslücken auf diesem Gebiet und deshalb wurde als Ergebnis dieser workshops eine Empfehlung an die USA Regierung ausgesprochen, daß .." a large scale effort should be mounted to solve these problems in a timely way." Im vorliegenden Projekt wurden daher entsprechende umfangreiche Untersuchungen über Elektronenattachment und Elektronenstoßionisation atmosphärenrelevanter Cluster (O2, H2, etc., Edelgase und Fullerene) und Elektronenattachment und Elektronenstoßionisation an Bio-molekülen (Bausteinen des Lebens) durchgeführt. Dabei wurden die Untersuchungen mit vier am Institut für Ionenphysik in den letzten Jahren entwickelten und bereits ausgiebig getesteten Großapparaturen durchgeführt werden. Diese Apparaturen erlauben Untersuchungen mit hoher Energieauflösung, hoher Empfindlichkeit und großer Genauigkeit. Es konnten im vorliegenden Projekt zahlreiche fundamentale Ergebnisse erhalten werden, die zu insgesamt 76 Publikationen in den renommiertesten physikalischen (Phys.Rev.Letters, J.Chem.Phys, Chem.Phys.Letters, etc.) und chemischen (Angewandte Chemie Int.Edition, J.Phys.Chem., etc.) Zeitschriften führten. Aufgrund der Relevanz und Bedeutung der Ergebnisse wurde der Projektleiter und Mitarbeiter insgesamt 38 mal eingeladen auf internationalen Tagungen über diese Resultate vorzutragen. Die Ergebnisse sind auch von praktischer Bedeutung, d.h. Anwendungen in der Radiotherapie, Fusionsforschung und Materialwissenschaften.