01.11.2012

Nachwuchspreis für Kenneth Beyerlein

DESY-Forscher für herausragende Forschung an Nanomaterialien geehrt

Für seine herausragenden Arbeiten zur Erforschung von Nanomaterialien hat DESY-Forscher Dr. Kenneth Beyerlein am Mittwoch den prestigeträchtigen Young Scientist Award der European Powder Diffraction Conference (EPDIC) bekommen. Der Nachwuchswissenschaftler vom Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), einer Kooperation von DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg, wird damit für seine detaillierte mathematische Modellierung und Interpretation von Röntgen-Streubildern an feinen Pulvern mit Nanometer-Dimensionen ausgezeichnet. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter.

CFEL/DESY-Forscher Dr. Kenneth Beyerlein. Foto: Serge Claisse

Die Nanotechnik ist eines der "heißen Eisen" der modernen Forschung. Nanomaterialien werden bereits breit eingesetzt, etwa in Sonnencreme, selbstreinigenden Oberflächen, kratzfesten Autolacken und motorschonenden Ölen. Vielversprechende künftige Anwendungen reichen von Nanodrähten für neue Datenspeicher bis zu Nanorobotern, die Medikamente gezielt zu Krebszellen im Körper befördern.

"Die Industrie ist zurzeit ganz begeistert von den Konzepten der Nanotechnologie", sagt Beyerlein. "Während dieser Industriezweig jedoch heranreift und Produkte in großem Maßstab hergestellt werden, ist es wichtig, diese zu untersuchen, um ihre Qualität und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten." Besonders gut lassen sich die winzigen Strukturen mit Röntgenstrahlen untersuchen, die an pulverisierten Nanomaterialien gestreut werden. "Ich hoffe, dass meine Forschung den Weg für die Streuung an Pulver als verlässliches Charakterisierungswerkzeug bereiten wird", sagt der Forscher aus der Gruppe von Prof. Henry Chapman.

Bevor Beyerlein zu DESY kam hatte er am Georgia Institute of Technology in Atlanta und an der Universität Trient in Italien gearbeitet und unter anderem neue Ansätze entwickelt, um die Form und Größe von Nanopartikeln aus den Röntgenstreubildern zu bestimmen. Darüber hinaus hat seine jetzt ausgezeichnete Forschung dazu beigetragen, die Einflüsse von wärmebedingten Vibrationen, Oberflächenmerkmalen und strukturellen Fehlern auf die Streubilder von Nanokristallen zu verstehen.

"Wir haben neue Auswirkungen auf die Streubilder von kleinen Kristallen entdeckt und angefangen, eine erklärende Theorie zu entwickeln", erläutert Beyerlein. "Meine Arbeit sagt voraus, dass die Folgen von Deformationsfehlern [in Kristallen] nicht nur von der Zahl dieser Fehler abhängen, sondern ebenso stark davon, wie nah sie an der Kristalloberfläche liegen." Die Untersuchung von Oberflächeneffekten kommen beispielsweise der Erforschung chemischer Katalysatoren zugute, denn die Effizienz eines Katalysatormaterials hängt von seinen Oberflächeneigenschaften ab.

Am CFEL fließen Beyerleins Ergebnisse in die Entwicklung des noch jungen Feldes der Protein-Nanokristallographie mit Freie-Elektronen-Röntgenlasern ein. Zwar werden verschiedene Röntgendiffraktionsmethoden seit einigen Jahren in der Strukturbiologie benutzt, sie ließen sich bislang allerdings nicht für schwer kristallisierbare Proteine anwenden, die lediglich nanometergroße Kristalle formen. "Die Arbeit der Gruppe um Henry Chapman hat gezeigt, dass sich die Proteinstruktur aus den Streubildern von wenigen tausend Nanokristallen bestimmen lässt", unterstreicht Beyerlein. "Dasselbe Konzept, das ich zur Untersuchung der Größe und Form von Nanomaterialien benutzt habe, lässt sich auch anwenden, um kleine Proteinkristalle zu studieren." Biomedizinische und pharmazeutische Anwendungen können von dem Wissen über die Proteinstruktur stark profitieren. So lassen sich mit diesem Wissen beispielsweise Wirkstoffmoleküle maßschneidern, um genau die gewünschten Andockstellen an einer Zelle oder einem Erreger zu besetzen. Aus diesem Grund wird erwartet, dass die Nanokristallographie auf beide Felder große Auswirkungen haben wird.

EPDIC ehrt alle zwei Jahre einen Nachwuchsforscher oder eine Nachwuchsforscherin für herausragende Leistungen auf dem Feld der Röntgenstreuung an Pulvern. "EPDIC ist für mich eine stete Quelle der Inspiration und des Wissens", betont Beyerlein. "Es ist für mich eine große Ehre, diese Auszeichnung zu erhalten."

Über CFEL

Das Center for Free-Elektron Laser Science (CFEL) auf dem Forschungscampus Hamburg-Bahrenfeld ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg. Das Zentrum entwickelt und forscht an Lichtquellen der nächsten Generation. http://www.cfel.de