Diese kuriosen Entdeckungen erregten dieses Jahr die Aufmerksamkeit der C&EN-Redakteure.
von Krystal Vasquez
Das Pepto-Bismol-Geheimnis
Quelle: Nat. Commun.
Struktur von Bismutsubsalicylat (Bi = rosa; O = rot; C = grau)
In diesem Jahr löste ein Forscherteam der Universität Stockholm ein jahrhundertealtes Rätsel: die Struktur von Bismutsubsalicylat, dem Wirkstoff in Pepto-Bismol (Nat. Commun. 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-29566-0). Mithilfe von Elektronenbeugung fanden die Forscher heraus, dass die Verbindung in stabförmigen Schichten angeordnet ist. Entlang der Mitte jedes Stabes verbrücken Sauerstoffanionen abwechselnd drei oder vier Bismutkationen. Die Salicylat-Anionen koordinieren derweil über ihre Carboxyl- oder Phenolgruppen an Bismut. Mithilfe von Elektronenmikroskopie entdeckten die Forscher zudem Variationen in der Schichtstapelung. Sie vermuten, dass diese ungeordnete Anordnung erklären könnte, warum die Struktur von Bismutsubsalicylat so lange ein Rätsel blieb.
Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Roozbeh Jafari
Graphensensoren, die am Unterarm angebracht werden, können kontinuierliche Blutdruckmessungen ermöglichen.
Blutdruck-Tattoos
Seit über 100 Jahren bedeutet Blutdruckmessung, dass der Arm mit einer aufblasbaren Manschette abgedrückt wird. Ein Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass jede Messung nur eine Momentaufnahme der Herz-Kreislauf-Gesundheit einer Person darstellt. Im Jahr 2022 entwickelten Wissenschaftler jedoch ein temporäres Graphen-„Tattoo“, das den Blutdruck über mehrere Stunden kontinuierlich messen kann (Nat. Nanotechnol. 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01145-w). Das auf Kohlenstoff basierende Sensorarray funktioniert, indem es kleine elektrische Ströme in den Unterarm des Trägers sendet und die Spannungsänderung misst, während der Strom durch das Körpergewebe fließt. Dieser Wert korreliert mit Veränderungen des Blutvolumens, die ein Computer-Algorithmus in systolische und diastolische Blutdruckwerte umrechnet. Laut Roozbeh Jafari von der Texas A&M University, einem der Studienautoren, bietet das Gerät Ärzten eine unauffällige Möglichkeit, die Herzgesundheit eines Patienten über längere Zeiträume zu überwachen. Es könnte auch medizinischen Fachkräften helfen, Störfaktoren, die den Blutdruck beeinflussen – wie beispielsweise einen stressigen Arztbesuch – herauszufiltern.
VON MENSCHEN ERZEUGTE RADIKALE
Bildnachweis: Mikal Schlosser/TU Dänemark
Vier Freiwillige saßen in einer klimakontrollierten Kammer, damit die Forscher untersuchen konnten, wie der Mensch die Raumluftqualität beeinflusst.
Wissenschaftler wissen, dass Reinigungsmittel, Farben und Lufterfrischer die Raumluftqualität beeinflussen. Forscher entdeckten dieses Jahr, dass auch Menschen dies tun können. Ein Team platzierte vier Freiwillige in einer Klimakammer und fand heraus, dass natürliche Hautöle mit Ozon in der Luft reagieren und dabei Hydroxylradikale (OH) bilden (Science 2022, DOI: 10.1126/science.abn0340). Diese hochreaktiven Radikale können, einmal entstanden, Verbindungen in der Luft oxidieren und potenziell schädliche Moleküle erzeugen. Das an diesen Reaktionen beteiligte Hautöl ist Squalen, das mit Ozon zu 6-Methyl-5-hepten-2-on (6-MHO) reagiert. Ozon reagiert dann mit 6-MHO zu OH. Die Forscher planen, diese Arbeit weiterzuführen und zu untersuchen, wie die Konzentration dieser vom Menschen erzeugten Hydroxylradikale unter verschiedenen Umweltbedingungen variiert. In der Zwischenzeit hoffen sie, dass diese Erkenntnisse Wissenschaftler dazu veranlassen werden, ihre Herangehensweise an die Beurteilung der Innenraumchemie zu überdenken, da der Mensch im Allgemeinen nicht als Emissionsquelle betrachtet wird.
FROSCHSICHERE WISSENSCHAFT
Um die von Giftfröschen zur Verteidigung ausgeschiedenen chemischen Substanzen zu untersuchen, müssen Forscher Hautproben der Tiere entnehmen. Bisherige Probenahmetechniken schädigen die empfindlichen Amphibien jedoch oft oder erfordern sogar deren Einschläferung. Im Jahr 2022 entwickelten Wissenschaftler eine humanere Methode zur Probenentnahme bei Fröschen mithilfe eines Geräts namens MasSpec Pen. Dieses Gerät verwendet einen stiftähnlichen Probennehmer, um Alkaloide auf dem Rücken der Tiere zu entnehmen (ACS Meas. Sci. Au 2022, DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.2c00035). Entwickelt wurde das Gerät von Livia Eberlin, einer analytischen Chemikerin an der University of Texas in Austin. Ursprünglich sollte es Chirurgen helfen, gesundes und krebsartiges Gewebe im menschlichen Körper zu unterscheiden. Eberlin erkannte jedoch, dass das Instrument auch für die Froschforschung eingesetzt werden könnte, nachdem sie Lauren O'Connell, eine Biologin an der Stanford University, kennengelernt hatte, die den Stoffwechsel und die Speicherung von Alkaloiden bei Fröschen erforscht.
Bildnachweis: Livia Eberlin
Mit einem Massenspektrometer-Stift kann man Proben von der Haut von Pfeilgiftfröschen nehmen, ohne die Tiere zu verletzen.
Bildnachweis: Science/Zhenan Bao
Eine dehnbare, leitfähige Elektrode kann die elektrische Aktivität der Muskeln eines Oktopus messen.
Elektroden, die für einen Oktopus geeignet sind
Die Entwicklung bioelektronischer Systeme erfordert oft Kompromisse. Flexible Polymere werden häufig starr, wenn sich ihre elektrischen Eigenschaften verbessern. Einem Forscherteam um Zhenan Bao von der Stanford University ist es jedoch gelungen, eine Elektrode zu entwickeln, die sowohl dehnbar als auch leitfähig ist und somit die Vorteile beider Eigenschaften vereint. Das Besondere an der Elektrode sind ihre ineinandergreifenden Segmente: Jedes Segment ist so optimiert, dass es entweder leitfähig oder formbar ist, um die Eigenschaften des anderen nicht zu beeinträchtigen. Um die Leistungsfähigkeit der Elektrode zu demonstrieren, stimulierte Bao damit Neuronen im Hirnstamm von Mäusen und maß die elektrische Aktivität der Muskeln eines Oktopus. Die Ergebnisse beider Tests präsentierte sie auf der Herbsttagung 2022 der American Chemical Society.
KUGELSICHERES HOLZ
Bildnachweis: ACS Nano
Diese Holzrüstung kann Kugeln mit minimalem Schaden abwehren.
In diesem Jahr entwickelte ein Forscherteam unter der Leitung von Huiqiao Li von der Huazhong University of Science and Technology eine Holzpanzerung, die stark genug ist, um den Schuss eines 9-mm-Revolvers abzuwehren (ACS Nano 2022, DOI: 10.1021/acsnano.1c10725). Die Festigkeit des Holzes beruht auf seinen abwechselnden Schichten aus Lignocellulose und einem vernetzten Siloxanpolymer. Die Lignocellulose ist dank ihrer sekundären Wasserstoffbrückenbindungen bruchfest, da diese sich nach einem Bruch wieder bilden können. Gleichzeitig wird das biegsame Polymer beim Aufprall widerstandsfähiger. Für die Entwicklung des Materials ließ sich Li vom Pirarucu inspirieren, einem südamerikanischen Fisch, dessen Haut so widerstandsfähig ist, dass sie den rasiermesserscharfen Zähnen eines Piranhas standhält. Da die Holzpanzerung leichter ist als andere schlagfeste Materialien wie Stahl, sehen die Forscher Potenzial für militärische und Luftfahrtanwendungen.
Veröffentlichungsdatum: 19. Dezember 2022