Was passiert im Inneren von Molekülen?
Zwei Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat für Experimentalphysiker der Universität Hamburg.
Jochen Küpper, Professor am Institut für Experimentalphysik der Universität Hamburg und Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), erhält vom European Research Council, einen Consolidator Grant in Höhe von rund zwei Millionen Euro. Mit diesem neuen Instrument fördert der ERC erstmals herausragende junge Forscherinnen und Forscher, um sie als Talente an europäischen Hochschulen zu halten. Prof. Küpper bekommt die Mittel für sein Projekt „Controlling the Motion of Complex Molecules and Particles“ (COMOTION). Er entwickelt damit ab Frühjahr Methoden, um komplexe Moleküle und biologische Systeme gezielt in die Gasphase zu bringen, schockzugefrieren und dann mit Lasern sowie elektrischen Feldern zu transportieren und zu manipulieren. Ziel ist es, die Eigenschaften, die Struktur und Dynamik dieser komplexen Moleküle und biologischen Systeme zu erforschen.
Abb.: Mit speziell geformten Laserstrahlen und elektrischen Feldern lässt sich die Bewegung komplexer Moleküle gezielt manipulieren. (Bild: N. Eckerskorn, ANU)
Der Forschungsgegenstand von Küpper ist die Kontrolle komplexer Moleküle. Sie ändern ständig ihre Struktur, reagieren mit anderen Molekülen oder werden durch Strahlung oder Wärme zerstört. Dies alles passiert in unserem Körper, in der Umwelt und auch im Weltall. Die elementaren Prozesse dieser Moleküldynamik vollziehen sich in ultrakurzen Zeiträumen von Atto- und Femtosekunden. Um diese Prozesse darstellen und untersuchen zu können, wollen Küpper und sein Team neuartige Konzepte und Technologien für die Beeinflussung und Kontrolle der Bewegung komplexer Moleküle wie Aminosäuren oder Proteine, aber auch Viren, Nanoteilchen oder kleiner Zellen entwickeln. Die Forscher erzeugen dafür kalte molekulare Gase, indem sie die Moleküle kurzfristig auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abkühlen. Dann lassen sich die Moleküle in der Gasphase mithilfe von elektrischen und elektromagnetischen Feldern gezielt beeinflussen und sortieren.
Abb.: Prof. Dr. Jochen Küpper erhält einen ERC Consolidator Grant in Höhe von zwei Millionen Euro. (Bild: privat)
Diese kontrollierten Molekülproben sollen dann moderne Strahlungsquellen wie der Europäischen Röntgenlaser XFEL in Hamburg filmen. Neben Antworten auf fundamentale physikalische Fragestellungen wie die nach den Grenzen der Quantenmechanik für große Objekte versprechen sich die Forscher von den Experimenten wertvolle Informationen für die Strukturbiologie und zum Verständnis der fundamentalen Prozesse des Lebens.
Küpper ist seit 2010 Professor für Experimentalphysik an der Universität Hamburg. Er wurde im Jahr 2000 an der Universität Düsseldorf promoviert und forschte als Postdoktorand an der Universität North Carolina und am FOM Institut für Plasmaphysik „Rijnhuizen“ in den Niederlanden. 2003 wurde er Gruppenleiter am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. Er erhielt zahlreiche Auszeichnungen, u. a. das Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander von Humboldt Stiftung und den Nernst-Haber-Bodenstein-Preis der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie. Küpper ist außerdem an den Forschungsaktivitäten im Bundesexzellencluster „The Hamburg Centre für Ultrafast Imaging“ (CUI) beteiligt.
UHH / OD
