Die Welt in Millionstel Millimetern und Billionstel Sekunden

So soll das neue Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy aussehen. Mit der Fertigstellung wird 2023 gerechnet. Grafik: obx-news/Fritsch + Tschaidse Architekten GmbH

Baustart für ein 40 Millionen Euro teures neues Forschungszentrum an der Universität Regensburg, das künftig Beobachtungen winziger Bio-Moleküle in Superzeitlupe ermöglichen soll

Regensburg (obx) – Der Nanokosmos ist die winzige Welt, in der der Millionstel Millimeter die gängige Maßeinheit ist: die Welt der Zellen und der Makro-Moleküle wie Proteinen oder der menschlichen DNA. Sie sind zu klein, um sie mit herkömmlichen optischen Mikroskopen sichtbar zu machen. Im ostbayerischen Regensburg bekommt dieser zu weiten Teil noch nicht vollständig erforschte Kosmos nun eine neue Heimat: Rund 40 Millionen Euro investiert Bayern bis 2023 in das „Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy“, für das jetzt der Baustart erfolgte. Ziel des neuen Forschungszentrums: mit neuartigen höchstauflösenden Zeitlupenkameras die ultraschnellen Quantenbewegungen von Atomen und Molekülen in biologischen Systemen ebenso wie in Nanomaterialien direkt beobachten, verstehen und für künftige Bio- und Quantentechnologien nutzen zu können.

Moderne Lebens- und Naturwissenschaften sowie Quanten- und Biotechnologien sind auf ein detailliertes Verständnis des Nanokosmos der Moleküle angewiesen. Da diese ständig in Bewegung sind, reicht es nicht aus, auf Standbilder zurückzugreifen, um Kernfragen aktueller Grundlagenforschung zu beantworten.

 Die für die Forschung relevanten Prozesse im Nanokosmos laufen auf einer Zeitskala von Femtosekunden, also dem billiardsten Teil einer Sekunde, oder gar noch schneller ab. Um diese Vorgänge auswerten zu können, werden hochauflösende Bilder sowohl in der zeitlichen als auch in der räumlichen Dimension benötigt. Diese Aufgabe gilt als eine der größten wissenschaftlichen Herausforderungen unseres Jahrhunderts. Anwendungen werden in der chemischen Reaktionskontrolle, Prozessoptimierung, Photokatalyse, Optogenetik, Elektronik und Datenspeicherung, molekularen Nanotechnologie und Optoelektronik (Solarzellen, OLEDs, usw.) erwartet.  

Trotz weltweiter Anstrengungen gelang es bislang ausschließlich an der Universität Regensburg, die Bewegung eines einzelnen Molekülorbitals direkt in Ort und Zeit aufzulösen. In dem neuen Forschungszentrum werden Wissenschaftler diese Form der Nanoskopie fachübergreifend weiterentwickeln und an einem tieferen Verständnis für die Visualisierung des Nanokosmos in seiner Komplexität arbeiten. 
Wissenschaftler aus den Fakultäten für Biologie und Vorklinische Medizin, für Chemie und Pharmazie sowie für Physik der Universität Regensburg werden dort zusammenarbeiten. Gemeinsam wollen sie ein fachübergreifendes Verständnis biologisch, chemisch und physikalisch relevanter ultraschneller atomarer Dynamik erarbeiten.