Die Forschung, die am PSI betrieben wird, ist für gewöhnlich äusserst komplex. Vieles davon ist oft nicht leicht zu vermitteln. Wir haben Forschenden eine knifflige Aufgabe gestellt: Skizziere einmal die Grundidee deiner Forschung in einer einfachen Zeichnung. Herausgekommen sind pfiffige Resultate, die besser als tausend Worte erahnen lassen, worum es geht. Doch schauen Sie selbst.
Radiopharmaka
Cristina Müller forscht am Zentrum für radiopharmazeutische Wissenschaften zu Radiopharmaka. Das sind radioaktive Substanzen, die zur Bekämpfung von Tumorzellen in die Blutbahn gespritzt werden. Die Moleküle sind so konstruiert, dass ein Teil, der Ligand, an die Oberfläche von Tumorzellen andockt, wie ein Schlüssel im Schloss. Ein anderer Teil trägt das Medikament, ein radioaktives Atom, das beim radioaktiven Zerfall Elektronen aussendet. Diese bilden in der Tumorzelle aggressive Radikale, also sehr reaktionsfreudige Substanzen, die das Erbgut der Zelle angreifen und die Krebszelle somit zerstören. Ihr Ziel ist es, Radiopharmaka zu entwickeln, die Tumorzellen noch zielgenauer abtöten und auf diese Weise die Metastasenbildung verhindern
Intelligente Mikroroboter
Laura Heyderman, Leiterin der Forschungsgruppe Mesoskopische Systeme am PSI und Professorin an der ETH Zürich, entwickelt Mikromaschinen wie diesen «Vogelroboter», robotic bird, der im Zentrum der Zeichnung zu sehen ist. Diese Minimaschinen können unterschiedliche Aktionen ausführen. Dafür werden zuerst Nanomagnete (tiny magnets) in Bauteilen des Mikroroboters magnetisch programmiert und die verschiedenen Bewegungen dann durch Magnetfelder (magnetic field) gesteuert. Solche nur wenige zehn Mikrometer messende Maschinen könnten in Zukunft beispielsweise in der Medizin eingesetzt werden, um kleine Operationen im menschlichen Körper durchzuführen.
Carculator
«Schon heute ist Elektro die richtige Wahl», sagte Christian Bauer bereits vor rund vier Jahren. Der Wissenschaftler arbeitet im Labor für Energiesystemanalysen des PSI und ist spezialisiert auf Lebenszyklus- und Nachhaltigkeitsanalysen. Mit einem Team hat er das Webtool «Carculator» entwickelt, das detailliert die ökologische Bilanz von Personenwagen vergleicht. So wird die Ökobilanz von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebsarten ermittelt und in Vergleichsgrafiken dargestellt. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus der Personenwagen bedacht, also auch die Herstellung der Fahrzeuge sowie die umweltrelevanten Emissionen beim Fahren.
Der Protonenradius
Wie gross ist der Protonenradius (Rp)? Diese Frage bestimmt zu einem grossen Teil die Wissenschaftskarriere von Aldo Antognini, Forscher im Labor für Teilchenphysik. In den 2000er Jahren hat er erste Experimente durchgeführt, die in dieser Weise nur am PSI möglich sind, weil sein Forschungsansatz genügend langsame Myonen benötigt, die weltweit in dieser Menge nur hier zur Verfügung stehen. Die Idee: Das Elektron (e), das um ein Proton (p) kreist, wird durch ein Myon (μ) ersetzt. Negative Myonen sind Elementarteilchen wie Elektronen, sie sind aber zweihundert Mal schwerer. Das führt dazu, dass das Myon in geringerem Abstand um das Proton kreist und das Proton stärker auf das Myon wirkt. In der Folge liess sich der Protonenradius genauer bestimmen als jemals zuvor. Das Ergebnis: Unsere Modelle der Atomstruktur, der fundamentalen Wechselwirkungen zwischen elementaren Teilchen und der Protonenstruktur stehen auf dem Prüfstand und müssen präzisiert werden.
Strukturveränderung
Valérie Panneels ist Wissenschaftlerin im PSI-Labor für biomolekulare Forschung und untersucht, was geschieht, wenn Licht auf unser Auge fällt. Es geht dabei um Vorgänge, die zu den schnellsten zählen, die in der Natur überhaupt vorkommen: Es geht um Veränderungen innerhalb von billiardstel Bruchteilen einer Sekunde. Diese lassen sich nur an Grossforschungsanlagen wie dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL am PSI untersuchen. Im Zentrum steht das Protein Rhodopsin, ein Lichtrezeptor, und sein Bestandteil Retinal, ein Molekül, das sich bei Lichteinfall verformt. Die biochemischen Prozesse, die durch die Strukturveränderung des Retinals ausgelöst werden, sollen bis ins letzte Detail studiert und möglichst am SwissFEL in einer Art ultrahochaufgelöstem Film festgehalten werden. Damit wollen die Forschenden vollkommen verstehen, wie diese lichtempfindlichen Proteine arbeiten.
Text: Paul Scherrer Institut PSI/Christian Heid
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