Fakultät für Physik
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Hoch dotierte EU-Förderung für LMU-Physik

Erneut erhalten drei Nachwuchsforscher der Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München je einen Starting Grant des European Research Council (ERC). Dieter Braun, Robert Huber und Philip Tinnefeld erhalten die Auszeichnung über fünf Jahre in Höhe von je rund 1,5 Millionen Euro. Mit dem Starting Grant fördert der ERC zukunftsweisende Grundlagenforschung, indem er herausragende, besonders kreative Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterstützt.

München, 10.08.2010

Projekt von Dieter Braun

Wie kann molekulares Leben im Labor erschaffen werden? Dieser Frage wird sich Dieter Brauns Projekt „Autonomous Evolution in a Molecule Trap“ (AUTO-EVO) widmen. Der Physiker und sein Team wollen einfache Formen einer autonomen Darwinschen Evolution in Gang setzen – und zwar unter Bedingungen wie zur Frühzeit der Erde. Die Physik soll dabei den Weg zu minimalen evolvierenden Systemen ebnen. Zu ähnlichen Bedingungen wie in der Umgbung hydrothermaler Quellen am Boden des Ozeans konzentriert dann etwa ein Temperaturgefälle im Wasser darin gelöste biologische Bausteine unterschiedlich auf und ermöglicht deren Interaktionen. Theoretische und experimentelle Vorarbeiten in Brauns Gruppe haben bereits gezeigt, dass die Nichtgleichgewichts-Physik in der Anwendung derartige Effekte ermöglichen sollte. Nun sollen diese Ansätze auf vielfältige Weise experimentell im ambitionierten neuen Projekt umgesetzt werden. Gelingt dies, werden unter anderem die Replikation, Mutation und Selektion von Erbmolekülen in einer Kammer vereint. Eine solche fortlaufende – wenn auch künstlich geschaffene – Entwicklung von unbelebter Materie zu biologisch aktiven Strukturen unter quasi archaischen Bedingungen könnte viele Lücken im Verständnis schließen. Dies gilt umso mehr, als sich der tatsächliche Ursprung des Lebens auf der Erde wohl nie mehr lückenlos rekonstruieren lassen wird. Doch bei AUTO-EVO geht es letztlich nicht nur um die grundlegende wissenschaftliche Fragestellung. Es steht zu erwarten, dass aus deren Beantwortung auch neue biotechnologische Anwendungen geschaffen werden, wie schon zuvor mit der Ausgründung NanoTemper, die aus der Grundlagenforschung hervorgegangen ist.

Sein Physikstudium schloss Dieter Braun 1997 an der TU München ab. Drei Jahre später folgte die Promotion am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Braun wechselte dann als Postdoktorand an die Rockefeller University in New York. Nach München kehrte er 2003 als Leiter einer Emmy-Noether-Gruppe am Center for NanoScience (CeNS) der LMU zurück. Hier hat er seit 2007 eine unabhängige Stelle als W2-Professor inne.

Projekt von Robert Huber

Die Raman Spektroskopie gehört zu den spezifischsten, nicht-destruktiven optischen Technologien zur Analyse der chemischen Zusammensetzung einer Probe. Darüber hinaus besteht derzeit große Hoffnung, dass sie sich in Zukunft zu einer leistungsstarken Bildgebungstechnik für in vivo und in vitro Mikroskopie entwickeln könnte, mit molekularem Bildkontrast ohne exogene Kontrastmittel. Aufgrund des sehr kleinen Raman-Streuquerschnitts ist jedoch die Aufnahmegeschwindigkeit für viele Anwendungen bei weitem zu gering. Es gibt einige Ansätze, um dieses Problem zu lösen, darunter die kohärente Anti-Stokes Raman Streuung (engl. coherent anti-Stokes Raman scattering (spectroscopy) - CARS), die Oberflächen-verstärkte Raman Streuung (engl. surface enhanced Raman scattering (spectroscopy) - SERS) und die stimulierte Raman-Spektroskopie (engl. stimulated Raman scattering (spectroscopy) - SRS). Es ist derzeit jedoch in den meisten Fällen nicht möglich, ein unverzerrtes Signal mit breiter spektraler Abdeckung schnell und mit hoher Sensitivität aufzunehmen. Das Ziel des Projekts „FDML-Raman“ ist die Erforschung der Anwendung Fourier-Domänen modengekoppelter (FDML) Laser, wie sie derzeit in der Arbeitsgruppe um Robert Huber an der LMU München untersucht werden, für die stimulierte Raman Detektion. Eine Reihe physikalischer Effekte von FDML Lasern ermöglicht zahlreiche Strategien, um die Raman Signalhöhe dramatisch zu steigern.

Robert Huber hat an der LMU München Physik studiert und wurde auch hier im Jahr 2002 promoviert. Nach Aufenthalten an der Universität Frankfurt und am Massachusetts Institute of Technology kehrte er 2007 an den Lehrstuhl für BioMolekulare Optik an der Fakultät für Physik der LMU München zurück und leitet seitdem eine Nachwuchsgruppe im Emmy-Noether-Programm der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Für seine Arbeiten erhielt Robert Huber 2003 den Albert-Weller Preis und den Rudolf-Kaiser Preis 2008.

Projekt von Philip Tinnefeld

Bei der sogenannten Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie (SMS) werden fluoreszenzaktive Teilchen mit einem Laser so angeregt, dass sie auf jeweils charakteristische Weise Photonen emittieren – was Rückschlüsse auf die individuellen Eigenschaften der Teilchen erlaubt. Diese hochkomplexe Methode erlaubt schon jetzt tief gehende Einblicke in biomolekulare Prozesse und Interaktionen. Philip Tinnefelds Projekt „Single-molecule bioassays at elevated concentrations“ (SIMBA) soll hier nun neue Maßstäbe setzen und möglicherweise einen neuen „Goldstandard“ in der Anwendung schaffen. Bislang können Moleküle aber nur in sehr geringer Konzentration analysiert werden. Die biologisch relevante Dichte liegt meist aber sehr viel höher. Im Rahmen von SIMBA soll deshalb eine Art Nanopore entwickelt werden, die einzelne Moleküle für die Messung zugänglich macht. Zudem wollen Tinnefeld und sein Team maßgeschneiderte und im Detail charakterisierte Nanostrukturen schaffen, um individuelle Teilchen in den Nanoporen immobilisieren und etwa deren Aktivität oder ihre Bindungen mit anderen Molekülen zu messen. Die an einer Nanopore gemessenen Signale wären präzise vergleichbar – und damit deutlich aussagekräftiger als es entsprechende Messungen bisher sind. Insgesamt würde SIMBA die Handhabung der Methode stark vereinfachen und dabei ganz neuartige Anwendungen eröffnen. Die Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie könnte in vielen Forschungszweigen zur Schlüsseltechnologie und auch kommerziell außerordentlich interessant werden. In den Lebenswissenschaften ist unter anderem ein Einsatz bei der groß angelegten Suche nach neuen Therapeutika oder bei der medizinischen Diagnostik denkbar.

Philip Tinnefeld studierte Chemie in Münster, Montpellier und Heidelberg. 2002 wurde er an der Universität Heidelberg promoviert. Als Postdoktorand arbeitete er an der University of California, Los Angeles, sowie an der Katholischen Universität Leuven. Nach seiner Habilitation in Physik an der Universität Bielefeld 2006 wurde er 2007 an die LMU als Professor für Biophysik berufen. Philip Tinnefeld hat einen Ruf an die Universität Braunschweig angenommen.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Dieter Braun
Fakultät für Physik der LMU
Tel.: 089 / 2180 - 2317
E-Mail: dieter.braun@lmu.de

Dr. Robert Huber
Fakultät für Physik der LMU
Telefon: 089 / 2180 - 9235
E-mail: robert.huber@lmu.de