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Mithilfe einer neuen Methode, der Terahertz-Kalometrie, ist es einem Forschungsteam des Bochumer Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation RESOLV gelungen, die spontane Phasentrennung in eine proteinreiche und eine proteinarme Phase in einer Lösung neu zu beleuchten. Man vermutet, dass die proteinreichen Tröpfchen die Bildung von neurotoxischen Proteinaggregaten begünstigen – ein Ausgangspunkt für neurodegenerative Krankheiten. Die Forschenden um Prof. Dr. Martina Havenith, Inhaberin des Lehrstuhls für Physikalische Chemie II der Ruhr-Universität Bochum, berichten im Journal of Physical Chemistry Letters vom 6. Februar 2023.

Molekulares Niveau und Zeitauflösung im Pikosekundenbereich

Die Studie fußt auf den Arbeiten im Projekt Terahertz-Kalorimetrie, das vom Europäischen Forschungsrat mit einem Advanced Grant gefördert wurde. „Die visionäre Idee in dem Projekt war es, zwei mächtige Techniken der Physikalischen Chemie – die Laserspektroskopie und die Kalorimetrie – miteinander zu verheiraten“, erklärt Grantee Martina Havenith.

Die Kalorimetrie misst die für chemische und biochemische Reaktionen grundlegenden Größen wie die Wärmekapazität, die Enthalpie und die Entropie. „Die Begrenzung dieser Methode liegt in ihrer limitierten Zeitauflösung und der erforderlichen Probenmenge“, so Martina Havenith. In ihrem ERC-Projekt ging es darum, diese Limitierungen zu umgehen. „Hierzu bedurfte es eines revolutionär anderen Ansatzes, der intrinsisch einen anderen Zugang bietet.“

Wasser spielt eine entscheidende Rolle

Ihre Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass durch Messungen der Absorption im sogenannten Terahertz-Bereich spektroskopische Fingerabdrücke gemessen werden können, die linear mit kalorimetrischen Größen korreliert sind. Damit können die Forschenden diese fundamentalen kalorimetrischen Grundgrößen mittels spektroskopischer und ultraschneller laserspektroskopischer Methoden auch bei komplexen Systemen während eines Prozesses oder einer Reaktion in Echtzeit verfolgen.