Einer Salzburger ForscherInnengruppe unter der Leitung der Materialwissenschaftlerin Simone Pokrant ist es gelungen, eine Infrastrukturförderung der FFG (Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft) in Höhe von rund 2 Mio Euro einzuwerben. Es ist das erste Projekt dieser Art, das die Universität Salzburg für sich verbuchen konnte. Die Mittel werden für die Aufrüstung eines hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops (TEM) verwendet. Damit eröffnen sich für die WissenschaftlerInnen zahlreiche neue Forschungsmöglichkeiten, unter anderem zur erneuerbaren Energie auf Wasserstoffbasis. Projektstart ist der 1. April 2021.

Wasserstoffbetriebene Autos für die Zukunft

Was macht man mit einem Transmissionselektronenmikroskop? „Es dient der hochauflösenden Abbildung und Charakterisierung zahlreicher Materialien oder Stoffe“, erläutert Simone Pokrant, Professorin für Funktionsmaterialien an der Universität Salzburg. Pokrant beschäftigt sich mit Materialien im Bereich erneuerbarer Energien, beispielsweise von Batterien oder photoelektrochemischer Wasserspaltung. „Meine Hoffnung ist, dass wir in der Zukunft den Treibstoff Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht gewinnen können“, sagt Pokrant. So könne es beispielsweise wasserstoffbetriebene Autos geben oder auch Heizungen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Derzeit werde Wasserstoff, der auch vielfach in der Metallindustrie verwendet wird, noch aus Erdöl gewonnen und dieser ist hochgradig CO2 belastet. Die Alternative, die die Salzburger Materialwissenschaftlerin untersucht, ist die direkte Gewinnung aus Sonnenlicht. Dieser sogenannte grüne Wasserstoff hätte den großen ökologischen und finanziellen Vorteil, dass er als Treibstoff umweltfreundlich CO2-frei und im Gegensatz zu Strom gut speicherbar ist. „Um hier die Forschung voranzutreiben brauchen wir das Transmissionselektronenmikroskop, und zwar mit all den zusätzlichen Funktionen wie energiegefilterte Aufnahmen und Probenuntersuchungen bei tiefen Temperaturen, die wir mit Hilfe der FFG-Mittel implementieren werden“. Die Forschungen an dieser Zukunftstechnologie sind zeitintensiv. Massenproduktion von grünem Wasserstoff könnte in rund 30 Jahren möglich sein.

Hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Das Transmissionselektronenmikroskop, das im Jahr 2018 im Rahmen des Interreg Projekts „n2m“ angeschafft wurde, hat derzeit eine Basisausstattung und die Aufrüstung mit einem Energiefilter, einem Kryohalter und einer Kryopräparationseinheit erlauben nun auch Untersuchungen an strahlempfindlichen Proben und Spektroskopie. Das Gesamtvolumen dafür beträgt 1,948 Mio Euro. Der Projektstart für das auf drei Jahre ausgelegte Projekt ist der 1. April 2021.

Zunächst müssen alle Gerätschaften nach und nach bestellt werden, teils in den USA, teils in Deutschland. Im Anschluss erfolgt die Implementierung, die umfangreich und zeitintensiv ist. Das Projekt ist auf insgesamt drei Jahre angelegt. „Wir müssten die Methodikimplementierung in drei Jahren schaffen. So ist zumindest unser Plan“, sagt Pokrant „Es war für uns alle ein freudiges Erschrecken, da uns klar war, dass es jetzt so richtig los geht“.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Um die Möglichkeiten des aufgerüsteten Geräts möglichst effizient zu nutzen, hat sich Pokrant nicht nur mit KollegInnen aus den Materialwissenschaften, sondern insbesondere der Biologie zusammengetan. Die beiden Bereiche haben gemeinsame Interessen wie beispielsweise die Herangehensweise an die Bestrahlung empfindlicher Materialien. Denn viele Materialien reagieren sehr empfindlich auf die Durchstrahlung mit Elektronen. „Es kann passieren, dass die Materialien durch die Bestrahlung zerstört werden. Wir MaterialwissenschaftlerInnen können hier viel von den Biologen lernen, da sie im Umgang mit empfindlichen Materialien bereits bessere Techniken entwickelt haben. Umgekehrt sind wir im Einsatz kontrasterhöhender Techniken geübter.“ Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit können die beiden Forschungsbereiche voneinander profitieren und gemeinsam die jeweilige Methodik besser weiterentwickeln. „Wir bekommen zusätzliche neue Geräte und dürfen völlig neue Methoden aufbauen“, freut sich Pokrant. Es ist ihr sehr wichtig, von Anfang an zusammenzuarbeiten und die Ergebnisse und Erfahrungen auszutauschen.

Die ForscherInnengruppe

Aus dem Fachbereich Chemie und Physik der Materialien sind neben Simone Pokrant noch Gilles Bourret und Gregor Zickler beteiligt. Zickler betreut derzeit das TEM, das am Standort Itzling positioniert ist und war an einer Aufrüstung des Geräts sofort interessiert. Bourret verfolgt ähnliche Forschungsinteressen wie Pokrant. In der Biologie benötigt Professorin Nicole Meisner-Kober das hochauflösende TEM für ihre Arbeit an extrazellulären Vesikel (EV). Dabei handelt es sich um winzige, nur etwa 100 Nanometer große Partikel, die von allen Zellen an die Umgebung abgegeben werden. Die Vesikel transportieren biologisch aktive Moleküle zwischen Zellen und Geweben im Körper. „Eine Nutzung der körpereigenen Vesikel als Nanotransporter für pharmazeutische Wirkstoffe würde einen Durchbruch in der modernen Arzneimittelentwicklung ermöglichen“, betont Meisner-Kober. Dies könne beispielsweise durch eine zielgerichtete Verabreichung von Chemotherapeutika in einen Tumor geschehen oder die Möglichkeit, neuartige Wirkstoffklassen wie etwa RNA Therapeutika zu verabreichen, so Meisner-Kober weiter. Dies ist eines der Forschungsthemen, das seit 2018 in Salzburg durch eine Allianz zwischen PLUS (Paris Lodron Universität Salzburg), PMU (Paracelsus Medizinische Privatuniversität) und SALK (Salzburger Landeskliniken) als international kompetitives Forschungszentrum zur Entwicklung von Vesikel-Therapien etabliert wurde. Da diese Vesikel – ähnlich wie das SARS-CoV2 Virus – kleiner als die Lichtbeugungsgrenze sind, können sie nur mithilfe von hochauflösender Elektronenmikroskopie sichtbar gemacht werden. Und dies ist nur durch die Aufrüstung des bestehenden Elektronenmikroskops möglich. Eine weitere TEM-Spezialistin ist die zweite Biologin im Bunde, Dr. Astrid Obermayer.

Simone Pokrant kommt aus der Halbleiterindustrie

Simone Pokrant, Professorin für Funktionsmaterialien ist seit 2018 an der Uni Salzburg. „Salzburg ist für mich ein nach Hause kommen“, sagt die gebürtige Altöttingerin (Bayern). Seit ihrem 20. Lebensjahr ist sie in der ganzen Welt unterwegs und freut sich, nun in Salzburg sesshaft geworden zu sein. Vor allem macht ihr Forschung und Lehre großen Spaß. „Es ist eine sehr lohnende Aufgabe Wissen weiterzugeben und sich mit jungen Menschen zu beschäftigen“. Zuvor war Pokrant in großen Unternehmen beschäftigt und ist nun von der Praxis in die Wissenschaft und Lehre zurückgekehrt. Ihr Weg führte von Tübingen und Marburg, wo sie Chemie studierte in die USA nach Berkeley. Dort verfasste sie in theoretischer Chemie ihre Diplomarbeit. Die anschließende Promotion in physikalischer Chemie erfolgte an den Universitäten Bonn und Marburg. Danach ging Pokrant nach Grenoble und arbeitete dort in der Halbleiterindustrie im Bereich der Transmissionselektronenmikroskopie. „Dort wurden alle Formen von Chips angefertigt, etwa für Handys oder Kameras.“ Ihre Erfahrungen aus dieser Tätigkeit helfen sehr bei der aktuellen Aufrüstung des TEM. Mit diesen Mikroskopen seien enorme Vergrößerungen bis hin zur atomaren Auflösung möglich, die gerade für Halbleiterchips beispielsweise für Handys von großer Bedeutung sind. Danach ging sie zurück nach Deutschland um bei dem Zeiss-Konzern als Produktmanagerin für Transmissionselektronenmikroskope zu arbeiten. „Mit der Zeit hatte ich den Eindruck, dass meine Arbeit zu wirtschafts- und finanzorientiert ist.“ Sie ging zurück in die Naturwissenschaft und nahm bei der Empa (Schweiz) eine Gruppenleiterstelle an und setzte sich dort mit Materialien für Anwendungen im Energiebereich, insbesondere für Batterien und photoelektrochemische Wasserspaltung auseinander. Im Anschluss war sie zwei Jahre Professorin für Physikalische Chemie in Saarbrücken. Mit ihrer Tätigkeit an der Paris Lodron Universität Salzburg schließt sich der Kreis. Hier kann sie alle ihre sowohl in der Industrie als auch an Universitäten erworbenen Kenntnisse für ihre Forschungsarbeit nutzen und diese auch an die junge Generation weitergeben.

Univ.-Prof. Dr. Simone Pokrant, Functional Materials Group Leader | Foto: © Kolarik

Kontakt:
Univ.-Prof. Dipl.-Chem. Dr. Simone Pokrant
Fachbereich Chemie und Physik der Materialien
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