Eine der besten Dissertationen und gleich zwei der besten Chemie-Diplomarbeiten dieses Jahres kommen von der TU Wien. Die Gesellschaft Österreichischer Chemiker (GÖCH) vergibt jährlich Förderpreise für Abschlussarbeiten, die an österreichischen Universitäten eingereicht und mit „sehr gut“ bewertet wurden. Zu den Arbeiten, die dieses Jahr für den Förderpreis ausgewählt wurden, gehören die Diplomarbeiten von Ayse Koyun und Vera Truttmann sowie die Dissertation von Thomas Bayer.

Die Chemie auf der Straße

Die Qualität des Straßenbelags hängt ganz entscheidend vom Zustand des Bitumens ab – das ist das schwarze, klebrige Bindemittel, das die Steine im Asphalt zusammenhält. Wie dieses Bitumen chemisch zusammengesetzt ist und wie es sich im Lauf der Zeit verändert, hat eine große Bedeutung für die Haltbarkeit der Straße.

Ayse Koyun kombinierte zwei ganz unterschiedliche Analysetechniken, um die Chemie von Bitumen zu untersuchen: Einerseits die Rasterkraftmikroskopie, mit der man die Struktur des Bitumens auf einer Größenskala von weniger als einem Mikrometer darstellen kann, und andererseits die Raman-Spektroskopie, mit der man dann Punkt für Punkt die chemische Zusammensetzung einer Probe untersucht. Ayse Koyun schloss ihre Arbeit am Institut für Materialchemie unter der Anleitung von Prof. Hinrich Grothe ab.

Wie man Gold richtig festhält

Winzig kleine Goldpartikel spielen in der Technik eine wichtige Rolle – zum Beispiel als Katalysatoren. Dafür müssen die Partikel normalerweise auf einem festen Untergrund fixiert werden. Wie das funktioniert, hängt unter anderem davon ab, wie die sogenannten Liganden die Struktur der Nanocluster stabilisieren. Die Liganden halten dabei die Goldatome zusammen und sorgen auch dafür, dass sie nicht zu größeren Partikeln zusammenwachsen.

Man kann diese Liganden gezielt austauschen, wodurch sich die Eigenschaften der Cluster verändern. Allerdings war das bisher nur bei Proben in flüssigem Zustand möglich. Vera Truttmann gelang es, erstmals einen Ligandenaustausch von Gold-Nanoclustern zu beobachten, die auf einer festen Oberfläche festgehalten wurden. Sie schrieb ihre Diplomarbeit am Institut für Materialchemie, unter der Anleitung von Prof. Günther Rupprechter und Noelia Barrabés.

Bakterien als Chemielabor

Für die Herstellung komplexer (Bio)moleküle, zum Beispiel für die pharmazeutische Industrie, verwendet man heute oft lebende Bakterien. Jedes Bakterium ist von Natur aus eine Chemielabor im Mikro-Format, in dem mit Hilfe unterschiedlicher Enzyme komplizierte chemische Prozesse ablaufen.

Diese Enzyme lassen sich gezielt verändern, etwa mit Hilfe gentechnologischer Methoden. So kann man die chemischen Prozesse in einem Bakterium so manipulieren, dass ein bestimmtes, gewünschtes Produkt entsteht. Thomas Bayer untersuchte, wie man in Escherichia coli-Bakterien biokatalytische Schritte miteinander kombinieren kann, die in der Natur niemals gemeinsam vorkommen. Dabei ging es nicht nur um das Design dieser biochemischen Kaskaden, sondern auch um ihre Optimierung – um einerseits die Produktion der gewünschten Zielmoleküle zu verbessern und andererseits dafür zu sorgen, dass die Bakterien „fit“ genug bleiben, um die zusätzliche Stoffwechselleistung zu erbringen. Thomas Bayer verfasste seine Dissertation in der Forschungsgruppe von Prof. Marko Mihovilovic und arbeitet mittlerweile als PostDoc an der Universität Greifswald im Arbeitskreis von Prof. Uwe Bornscheuer.