Neuer Detektor beschleunigt die Proteinkristallographie
Nur 60 Sek. Messzeit mit dem neuen Detektor reichten schon aus, um die Elektrondichte des PETase-Enzyms zu ermitteln. Sie zeigt alle strukturellen Merkmale des Enzyms. © HZB
Der neue PILATUS-Detektor wurde an der MX-Beamline 14.1 in Betrieb genommen. © HZB
An einer der drei MX-Beamlines am HZB wurde letzte Woche ein neuer Detektor installiert. Im Vergleich zum alten Detektor ist der neue besser, schneller und empfindlicher. Er ermöglicht es, binnen kürzester Zeit vollständige Datensätze von komplexen Proteinen aufzunehmen.
Proteine bestehen aus tausenden von Bausteinen, die komplexe Architekturen mit gefalteten oder verwickelten Bereichen bilden können. Für die Funktion des Proteins im Organismus spielt ihre Gestalt jedoch die entscheidende Rolle. Mit Hilfe der makromolekularen Kristallographie an BESSY II ist es möglich, die Architektur von Proteinmolekülen zu entschlüsseln. Dafür werden winzige Proteinkristalle mit Röntgenlicht aus der Synchrotronquelle BESSY II durchleuchtet. Aus den gewonnenen Beugungsmustern lässt sich die Morphologie der Moleküle errechnen.
Nun hat das MX-Team an BESSY II an der MX-Beamline 14.1 einen neuen Detektor in Betrieb genommen, der zwei- bis dreimal schneller als bisher arbeitet. Als Probe analysierte das Team einen Kristall aus dem Enzym PETase. PETase ist in der Lage, den Kunststoff PET teilweise abzubauen. In weniger als einer Minute konnte der Detektor einen vollständigen Beugungsdatensatz aufzeichnen, der Daten aus einem Winkelbereich von 180 Grad umfasst. Der Datensatz besteht aus 1200 Bildern, die jeweils 45 Millisekunden lang der Röntgenstrahlung ausgesetzt waren. „Die resultierende Elektronendichte war von ausgezeichneter Qualität und zeigte alle strukturellen Merkmale des Enzyms“, erklärt Dr. Manfred Weiss, der das MX-Team an BESSY II leitet.
Der Erfolg der HZB MX-Beamlines wird durch mehr als 3000 PDB-Einträge aus experimenteller Strahlzeit von mehr als hundert internationalen Nutzergruppen aus dem akademischen Bereich und pharmazeutischen Forschungsunternehmen dokumentiert.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
- Perowskit-Dreifachsolarzellen: Noch effizienter mit GO/SAM DoppelschichtPerowskit-Halbleiter wandeln Sonnenlicht effizient in elektrische Energie um, darüber hinaus sind sie günstig und superleicht. Ein Team am HZB hat eine Dreifachsolarzelle aus drei unterschiedlichen Perowskit-Halbleitern mit einer neuartigen Doppelschicht aus Graphenoxid und SAM als Lochleiter entwickelt. Sie konnten zeigen, dass diese Doppelschicht sowohl den Wirkungsgrad als auch die Langzeitstabilität deutlich steigert. Der Wirkungsgrad der neuartigen Perowskit-Dreifachsolarzelle beträgt 27,3% und fällt auch nach mehr als 770 Stunden in Betrieb kaum ab. Die Studie ist in der renommierten Fachzeitschrift Joule erschienen.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.