Press releases

Potassium salts from fungi and plants initiate the formation of aerosol particles upon which moisture from the air condenses

August 2012

In the ecosystem of the rainforest, fungi and plants are important contributors to the development of mist and clouds. Researchers at the Max Planck Institute for Chemistry have now found out that these release salt particles to which organic molecules attach. Condensation nuclei are thereby formed, which the moisture of the rainforest condenses on, forming water droplets. The discovery was made with the help of a new method using X-rays in which individual particles are microscopically and spectroscopically analyzed.

Mist and clouds arise if the air contains fine particulates upon which moisture condenses. In the natural rainforest, mist, clouds and precipitation form from such aerosol particles too. Until now, it has been assumed that most aerosol particles above the Amazon rainforest only consist of organic material, and are formed through chemical reactions of gas molecules in the atmosphere. Volatile hydrocarbons such as isoprene are released from plants and consequently transformed through photochemical oxidants into non-volatile organic molecules that adsorb one another, thereby forming aerosol particles.

A research team headed by Meinrat O. Andreae and Ulrich Pöschl at the Max Planck Institute for Chemistry have now discovered that not just organic molecules, but also very fine potassium salt particles participate in the formation of aerosols. These are mainly released from fungi, but also from plants in the rainforest, and serve as condensation nuclei to which the organic molecules can adsorb. Fungi and plants thus have direct influence on the number and properties of aerosol particles in the air and thereby also on the formation and composition of mist, clouds and precipitation in the rainforest.

Christopher Pöhlker succeeded in making the discovery in the course of his doctoral work at the Max Planck Graduate Center with the help of a new aerosol analysis method known as Scanning Transmission X-Ray Microscopy with Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure (STXM-NEXAFS). In cooperation with colleagues from Germany, Brazil, India and the US, he used X-ray microscopes at the Synchrotron Light Source of Lawrence Berkeley National Laboratory in California and the Helmholtz Centre in Berlin, Germany (BESSY II) and was thereby able to detect extremely small amounts of potassium in organic aerosol particles that had been collected using air filters and ultra-thin plates in the Brazilian rainforest north of Manaus.

“We found three kinds of organic aerosol particles and potassium was contained in all of them,” reported Christopher Pöhlker. “In the beginning, we focused on carbon, oxygen and nitrogen contents of the organic materials. But then to our surprise, we found very high potassium levels of up to 20 percent,” added the chemist. Internal structures in the nanometre-to-micrometre-scale particles indicated that multi-phase processes, as they are known, play an important role in the oxidation and condensation of the organic gas molecules, in which various chemical phases such as mist or cloud liquid water and gel-like organic substances are involved.

The results help to identify and quantify the sources of organic aerosol particles. That, in turn, is important for understanding their interactions with clouds and precipitation in the natural climate system. The researchers hope thereby to also be able to better estimate the influence of human activities on global climate change in the future.

Mainzer Aerosolforscher erhält die Otto-Hahn-Medaille

Juni 2012

Einfluss von Aerosolen auf Klima und Gesundheit erforscht: Ehemaliger Doktorand des Max-Planck-Instituts für Chemie für exzellente Leistungen ausgezeichnet

Für seine wegweisenden Erkenntnisse über den Ablauf chemischer Reaktionen an der Oberfläche und im Inneren von Aerosolpartikeln verleiht die Max-Planck-Gesellschaft Dr. Manabu Shiraiwa die Otto-Hahn-Medaille. Während seiner Zeit als Doktorand des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz gelang es Dr. Shiraiwa, neue Einblicke in die molekularen Mechanismen zu erlangen, die für den Einfluss von Aerosolen auf das Erdklima und die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung sind.

Es ist eine der höchsten Auszeichnungen, die ein junger Wissenschaftler zu Beginn seiner Karriere erhalten kann. Die Otto-Hahn-Medaille wird seit 1978 jährlich von der Max-Planck-Gesellschaft an junge Forscher für herausragende wissenschaftliche Arbeiten verliehen. Der aus Japan stammende Manabu Shiraiwa überzeugte die Jury mit seinen Arbeiten zur Aufklärung der Kinetik und der molekularen Mechanismen chemischer Reaktionen an Aerosolpartikeln.

Manabu Shiraiwa widmete sich in seiner Doktorarbeit einigen zentralen Fragestellungen der aktuellen Forschung an der Schnittstelle von Umwelt-, Geo- und Lebenswissenschaften. Mithilfe von Laborexperimenten und Modellrechnungen entdeckte er, dass sich bei der Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln langlebige reaktive Sauerstoff-Intermediate bilden. Diese Intermediate spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Alterung und Wechselwirkung von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten wie beispielsweise Ruß, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe und Pollenproteine.

Zudem gelang es dem heute 29-Jährigen zu beweisen, dass der Phasenzustand organischer Aerosolpartikel in Abhängigkeit von Luftfeuchte und Temperatur zwischen fest, halbfest und flüssig variiert und die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen entscheidend beeinflusst. Mit seiner ambitionierten Forschungsarbeit und den daraus gewonnen Erkenntnissen konnte Manabu Shiraiwa entscheidend zum Verständnis der Klima- und Gesundheitseffekte von Aerosolen beitragen, begründete die Fachjury der Max-Planck-Gesellschaft ihre Entscheidung. Zahlreiche Veröffentlichungen in renommierten internationalen Fachzeitschriften unterstreichen zudem seine hervorragenden Leistungen.

Nachdem Dr. Shiraiwa im Anschluss an seine Doktorarbeit ein halbes Jahr lang am Max-Planck-Institut für Chemie als Postdoctoral fellow in der Abteilung Biogeochemie arbeitete, ist er derzeit in gleicher Funktion am California Institute of Technology in Pasadena (USA) tätig und treibt dort seine Forschungen weiter voran.

Die Otto-Hahn-Medaille wird im Rahmen der Hauptversammlung der Max-Planck-Gesellschaft am 13. Juni in Düsseldorf verliehen. Neben der Auszeichnung erhalten die Wissenschaftler auch ein Preisgeld von 7.500 Euro.

Neuartiges Modellsystem für Transport von Nanopartikeln

Juni 2012

Karmena Jaskiewicz erhält Soft Matter Poster Prize

Karmena Jaskiewicz, Nachwuchsforscherin am MPI-P, ist auf der "International Association of Colloid and Interface Scientists" – Konferenz (IACIS) mit dem Soft Matter Poster – Preis ausgezeichnet wurden. In Ihrer Präsentation stellte Jaskiewicz ein neuartiges Modellsystem vor, mit dem der Transport von Nanopartikel durch Membranen von Vesikeln (auf Basis von Blockcopolymeren) beobachtet werden kann. Sie untersuchte diese Internalisierungsprozesse mit spektroskopischen Methoden und erlangte detaillierten Einblick in die Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln und Membranen. Langfristig möchten Wissenschaftler am MPI-P Kontroll- und Eingriffsmöglichkeiten bei diesen Abläufen erhalten. Jaskiewicz Forschungen liefern die fundamentalen Informationen zum Verständnis der Kinetik und Dynamik solcher Prozesse.

Entscheidend daran beteiligt waren Projektleiterin Dr. Anja Kroeger-Brinkmann, Direktorin Prof. Katharina Landfester und Prof. George Fytas.
Die IACIS 2012 fand vom 13. bis 18. Mai 2012 in Sendai (Japan) statt und gilt unter Kolloidforschern als eine der bedeutendsten Tagungen. 2015 soll sie in Mainz stattfinden.

Prüfling und Prüfungskomitee: PD Dr. Johannes Schneider, Prof. Thorsten Hoffmann, Prof. Meinrat O. Andreae, Dr. Manabu Shiraiwa, PD Dr. Ulrich Pöschl, PD Dr. Mark Lawrence
Prüfling und Prüfungskomitee: PD Dr. Johannes Schneider, Prof. Thorsten Hoffmann, Prof. Meinrat O. Andreae, Dr. Manabu Shiraiwa, PD Dr. Ulrich Pöschl, PD Dr. Mark Lawrence [less]

Erste Promotion im Max Planck Graduate Center abgeschlossen

23. August 2011

Doktorand aus Japan legt Forschungsarbeit an der Schnittstelle von Chemie und Physik vor

Manabu Shiraiwa hat als erster Doktorand des Max Planck Graduate Center mit der Johannes Gutenberg-Universität (MPGC) seine Promotion am 8. August 2011 erfolgreich abgeschlossen. Shiraiwa hat unter der Leitung von Prof. Ulrich Pöschl am Max Planck Institut für Chemie und Prof. Thorsten Hoffmann von der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) über das Thema "Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosols in the atmosphere" geforscht.

Diese Arbeit umfasst unter anderem die Untersuchung chemischer Effekte aromatischer Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre, die zum Beispiel bei Kontakt durch Einatmen zu allergischen Reaktionen führen können. Außerdem hat er sich mit den Reaktionen zwischen Proteinen und verschiedenen atmosphärischen Gasen wie Stickstoffdioxid und Ozon befasst. Zum Teil ist immer noch unklar, wie sich solche Wechselwirkungen mit biologischen Partikeln wie Proteinen auswirken. Bekannt ist bisher, dass Modifikationen von Proteinen durch Nitrierung zu Veränderungen von Immunreaktionen führen können. Aus dieser Forschung ging auch eine Veröffentlichung in dem renommierten Wissenschaftsmagazin Nature (Nature Chemistry 3(4):291-295) hervor.

Das relativ junge MPGC zeichnet sich durch eine sehr interdisziplinäre Ausrichtung aus. Die beiden Max Planck Institute (MPI) Chemie und Polymerforschung und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben im Juni 2009 eine Graduiertenschule für exzellente (Nachwuchs-)Wissenschaftler mit einer gemeinsamen Promotionsordnung in Form einer GmbH gegründet. Ziel war es, die naturwissenschaftlichen Forschungen der MPIs und der Fachbereiche Biologie (FB 10), Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften (FB 09), Medizin (FB 04) und Physik, Mathematik und Informatik (FB 08) in interdisziplinäre The-men einzubringen und für herausragende Doktoranden aus aller Welt ein attraktives Angebot zu schaffen. Zusätzlich wird den Doktoranden die Möglichkeit gegeben, sich in Pflicht- und Wahlveranstaltungen wie zum Beispiel in Summerschools und Seminaren sogenannte Soft Skills anzueignen. Neben Shiraiwa aus Japan promovieren zurzeit 42 Doktoranden aus unterschiedlichsten Ländern am MPGC. Dies unterstreicht die Attraktivität dieser Einrichtung.

Das MPGC gratuliert Manabu Shiraiwa zu seiner gelungenen Dissertation und freut sich auf weitere erfolgreiche Promotionen unter der Leitung der Max Planck Institute und der Universität Mainz.

Forschung Shiraiwa

Dekan Prof. Hofmeister überreicht Frau Prof. Duncan die Ehrendoktorurkunde
Dekan Prof. Hofmeister überreicht Frau Prof. Duncan die Ehrendoktorurkunde

Ehrenpromotion von Frau Prof. Dr. Ruth Duncan

September 2010

Frau Duncan hat die Ehrenpromotion zum Dr. rer. nat. h.c  vom Fachbereich 09 (Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften) der Johannes Gutenberg-Universität für ihre interdisziplinären Arbeiten zum "rationalen Design von Polymeren Therapeutica (Pharmaka)" erhalten, einem Thema, das Chemie, Biologie, Pharmazie und Medizin verbindet. Es ist dies erst die zweite Ehrenpromotion im Fachbereich seit den 70er Jahren.

Frau Duncan ist Mainz verbunden. Sie kam in den späten 70er Jahren als englische Doktorandin nach Mainz um mit Prof. Ringsdorf (Makromol. Chemie, Mainz) zu kooperieren. Sie hat seine Ideen zur Nutzung von Polymeren als Carrier für Pharmaka – speziell zur Bekämpfung von Tumoren - aufgegriffen und zwei polymere Therapeutica bis in die Klinische Prüfung begleitet. Ihr Werk ist in mehr als 200 Publikationen zusammengefasst und sie wurde knapp 7000 mal zitiert. Seit Ende ihrer Tätigkeit als „Professor of Cell Biology and Drug Delivery” an der “Welsh School of Pharmacy”, Cardiff University (Großbritannien) ist sie in verschiedenen Kommissionen der Europäischen Union und der “European Science Foundation” tätig und begleitet die mögliche Zulassung von Polymer-basierten Pharmaka.Die Ehrenpromotion von Frau Duncan steht im Zusammenhang mit dem Mainzer Forschungsschwerpunkt SAMT, der es sich zum Ziel gesetzt hat Forschungsaktivitäten im Grenzbereich von Naturwissenschaften und Medizin mit Hinblick auf  den Transport von Pharmaka zu fördern.

Interdisziplinäre Forschung in diesem Bereich wird auch im Rahmen des Max-Planck Graduate Centers mit der Johannes Gutenberg-Universität (MPGC) gefördert. Frau Duncan hat deshalb für die Doktoranden des MPGC ein Diskussionsseminar für zum Thema: „Developing Nanomedicines from Idea to Clinical Use from Polymer Chemistry to Patients“ angeboten, das von 80 jungen Forscherinnen und Forschern gerne angenommen wurde. Hierbei stand sie für fachlichen Austausch und fruchtbare Diskussionen zur Verfügung.