Wenn jedes Atom zählt

Warum interessieren sich Wissenschaftler für Sauerstoffisotope?

Sauerstoffisotope, vornehmlich O-17 und O-18, werden als sogenannte Tracer eingesetzt. Einige Beispiele: Durch den Austausch eines spezifischen Sauerstoffatoms durch sein Isotop kann der Pharmazeut beobachten, wie aktiv ein medizinischer Wirkstoff in einer Zelle ist. Ein Synthesechemiker sucht nach einem besseren Verständnis der Reaktionsmechanismen, um seine Produktionslinie zu optimieren. Meine eigene Gruppe setzt Isotope zur Untersuchung von katalytischen Reaktionen ein.

Wie tauscht man ein Sauerstoffatom gegen sein Isotop aus?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten. Sehr erfolgreich ist der Sauerstofftransfer durch Peroxide. Das sind sehr reaktive Stoffe. Wir kennen sie als Bleichmittel für Textilien, zur Zahnaufhellung oder zur Sterilisation von Oberflächen. Ein isotopenmarkiertes Peroxid kann sein Sauerstoffisotop sehr effizient an ein Zielmolekül abgeben. Wir haben einen eleganten Weg gefunden, diese isotopenmarkierten Peroxide herzustellen.

Es gibt bereits etablierte, industrielle Verfahren zur Wasserstoffperoxidproduktion. Was ist speziell an Ihrem Syntheseweg?

Isotope sind eine seltene und teure Ressource. Wir können es uns bei der Herstellung von Peroxiden quasi nicht erlauben, auch nur ein einziges Sauerstoffisotop zu verschwenden. Daher ist unser Syntheseweg im Hinblick auf den Verbrauch der Isotope optimiert.

Was macht Ihren Syntheseweg so effizient? Ist ein geheimer Katalysator involviert?

Das ist der verrückte Teil der Geschichte. Obschon sich meine Forschungsgruppe auf Katalyse spezialisiert, ist hier absolut kein Katalysator beteiligt. Die Erfindung gehört zu den unvorhergesehenen Wendungen in der Forschung. Wenn wir einen Katalysator für ein Experiment vorbereiten, reinigen wir ihn zuerst. Wir entfernen sämtlichen ungewünschten Sauerstoff von seiner Oberfläche durch Einsatz eines Organosilizium-Reagenzes. Mein Mitarbeiter, Keishi Yamamoto, hat das Potential unseres Reinigungsmittels erkannt, um damit effizient Peroxide herzustellen, da es eine sehr grosse Affinität zu Sauerstoff besitzt. Seitdem setzen wir das Organosilizium-Reagenz als Ausgangsstoff für die Herstellung unserer eigenen isotopenmarkierten Stoffe ein. Wir haben den Syntheseweg zum Patent angemeldet und hoffen, dass sich die Anwendung sowohl in den akademischen als auch industriellen Forschungslaboratorien etabliert.

Wie gross schätzen Sie die Nachfrage nach Ihrer neuen Peroxidsynthese ein?

Peroxide sind oft instabil oder sogar explosiv. Wissenschaftler stellen sie in situ her, d.h. zum Zeitpunkt, vor Ort und in der Menge, wie sie gebraucht werden. Wir glauben, dass einige Labors auf die Markierung mit Sauerstoffisotopen verzichten, da der gesamte Prozess von der Beschaffung der Isotope und der Synthese der Peroxide zu aufwändig und teuer ist. Unser Ansatz macht die Anwendung einfach und die Kosten überschaubar. Auf diese Weise kann sich jedes Labor das Tracing mit Sauerstoffisotopen leisten.

Wie sieht Ihre Erfindung als kommerzielles Produkt aus?

Ich stelle mir einen Bausatz vor: isotopenmarkierter Sauerstoff in einem Gaszylinder, Organosilizium-Reagenz in einer Glasampulle. Der Kunde mischt beides bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck zusammen, lässt über Nacht rühren, fertig. Wir suchen einen Industriepartner, der unsere Erfindung auf den Markt bringt.