WITec vergibt die Paper Awards 2022 an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den USA, Deutschland und China und würdigt damit deren Arbeiten in den Bereichen Zementchemie, Pharmazie und Methanhydratchemie. Der WITec Paper Award zeichnet jedes Jahr drei wissenschaftliche Publikationen aus, die mit einem WITec-Mikroskop aufgenommene Daten enthalten. Zum diesjährigen Wettbewerb wurden mehr als 100 Beiträge eingereicht. WITec gratuliert den Gewinnerinnen und Gewinnern und dankt allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern.
Der Paper Award GOLD: Hydrationskinetik von Zement
Beton wird aufgrund seiner Strapazierfähigkeit und Härte in großem Umfang im Bauwesen verwendet. Er entsteht durch eine chemische Reaktion von Zement mit Wasser und frischer Beton ist während des Aushärtens noch formbar. Für die Optimierung der Materialeigenschaften, einschließlich der Aushärtezeit, ist ein genaues Verständnis der Hydrationsreaktion von Zement erforderlich. Hyun-Chae Loh gewinnt den Gold Paper Award 2022 für die Untersuchung der frühen Hydrationskinetik von gewöhnlichem Portlandzement, die er zusammen mit Hee-Jeong Kim, Franz-Josef Ulm und Admir Masic vom Department of Civil and Environmental Engineering am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA durchführte. Mittels in situ Raman-Mikroskopie unter Wasser beobachtete die Gruppe die Umwandlung der Silikatphasen des Zements in Hydrationsprodukte während des Aushärtens. Zwei-Punkt-Korrelationsfunktionen der Raman-Bilder ermöglichten die Quantifizierung der Reaktionskinetik. Diese räumliche und zeitliche Analyse lieferte mechanistische Einblicke in die Zementaushärtung und stützte die Theorie eines Perkolationsprozesses. "Unser Ansatz ist auch auf andere Aspekte der Zementchemie anwendbar", sagt Admir Masic. „Zum Beispiel wird die Rolle von Sulfat-, Aluminat- und Karbonatphasen bei der Zementaushärtung das Thema zukünftiger Publikationen sein.“
Der Paper Award SILBER: Bildung von Organoiden
Von der Grundlagenforschung bis zur personalisierten Medizin sind gut definierte Modellsysteme von großer Bedeutung für das Verständnis menschlicher Krankheiten und die Entwicklung von Therapien. Hier haben so genannte Organoide großes Potenzial, da diese 3D-Mikrostrukturen organähnliche Eigenschaften aufweisen. Solche 3D-Zellkulturen werden üblicherweise in Hydrogelen gezüchtet, künstlichen Matrizes, die das Gerüst für das Organoidwachstum bilden. Nathalie Jung und Till Seeberger (geb. Moreth) gewinnen den Silber Paper Award 2022 für die Charakterisierung der Organoidbildung in verschiedenen Umgebungen mittels nicht-invasiver Raman-Mikroskopie. Die Studie führten sie zusammen mit Ernst H. K. Stelzer, Francesco Pampaloni und Maike Windbergs am Institut für Pharmazeutische Technologie und dem Buchmann Institut für Molekulare Biowissenschaften an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main durch. Organoide der Bauchspeicheldrüse wurden in verschiedenen Hydrogelen gezüchtet und ihre Wachstumsraten, Zusammensetzung und Matrixinteraktionen untersucht. „Der Vorteil der Raman-Mikroskopie ist, dass auch native Zellkulturen ohne zeitaufwändige und destruktive Probenpräparation untersucht werden können“, erklärt Nathalie Jung. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Organoidbildung in verschiedenen Hydrogelen zu vergleichen und die vielversprechendsten Zusammensetzungen zu identifizieren. Die Technik kann auch zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des Organoidlumens verwendet werden, um die Molekülsekretion und die Wirkung von Medikamenten auf die lebenden Zellen zu beobachten.
Der Paper Award BRONZE: Bildung von Methanhydrat
Methanhydrat ist ein eisähnlicher Feststoff, bestehend aus kristallinem Wasser, in dem Methanmoleküle eingeschlossen sind. Natürliche Methanhydratvorkommen sind potenzielle Energiequellen, könnten aber auch zur globalen Erwärmung beitragen, wenn sie in die Atmosphäre gelangen. Xin Huang erhält den Bronze Paper Award 2022 für seine detaillierte Charakterisierung und Interpretation der Veränderungen im Raman-Spektrum während der Methanhydratbildung, die er zusammen mit Le Zhang, Wenjiu Cai, Jiayuan He und Hailong Lu veröffentlichte. Die Studie entstand in Zusammenarbeit von zwei Institutionen in Peking, China: dem SINOPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute und dem Beijing International Center for Gas Hydrate der Universität Peking. Die Forschenden nahmen Raman-Spektren aus einem Reaktor auf, in dem sich Methanhydrat unter kontrollierten Bedingungen bildete. Sie identifizierten und interpretierten mehrere spektrale Indikatoren für die Hydratbildung und konzentrierten sich dabei vor allem auf die Merkmale der Wassermoleküle. Besonders auffällig war, dass eine abrupte Änderung im Spektralbereich der Schwingungen von Wasserstoffbrückenbindungen den Phasenübergang kennzeichnet. Veränderungen in den Streckschwingungen der Wasserstoff-Sauerstoff-Bindungen wurden auch quantitativ analysiert. Die Autorinnen und Autoren sind davon überzeugt, dass ihr Ansatz „für die Untersuchung von Hydrat sowohl im Labor als auch im Feld breite Anwendung finden kann.“
Nehmen Sie am WITec Paper Award 2023 teil
WITec lädt Forscherinnen und Forscher aller Anwendungsgebiete in Academia und Industrie zum Paper Award 2023 ein. Publikationen sind teilnahmeberechtigt, wenn sie im Jahr 2022 (in gedruckter Form oder online) in einer Peer-Review Fachzeitschrift veröffentlicht wurden und Daten enthalten, die mit einem WITec-Gerät aufgenommen wurden. Senden Sie Ihre Veröffentlichungen bis zum 31. Januar 2023 als PDF an papers@WITec.de. Die WITec-Jury freut sich auf viele hervorragende Beiträge.
- GOLD: Hyun-Chae Loh, Hee-Jeong Kim, Franz-Josef Ulm, Admir Masic (2021) Time-space-resolved chemical deconvolution of cementitious colloidal systems using Raman spectroscopy. Langmuir 37: 7019-7031. DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00609
- SILBER: Nathalie Jung, Till Moreth, Ernst H. K. Stelzer, Francesco Pampaloni, Maike Windbergs (2021) Non-invasive analysis of pancreas organoids in synthetic hydrogels defines material-cell interactions and luminal composition. Biomaterials Science 9: 5415-5426. DOI: 10.1039/D1BM00597A
- BRONZE: Xin Huang, Le Zhang, Wenjiu Cai, Jiayuan He, Hailong Lu (2022) Study on the characteristic spectral bands of water molecule and hydrogen bond of methane hydrate. Chemical Engineering Science 248: 117117 (online verfügbar 2021). DOI: 10.1016/j.ces.2021.117117
Der Paper Award GOLD: Hydrationskinetik von Zement
Beton wird aufgrund seiner Strapazierfähigkeit und Härte in großem Umfang im Bauwesen verwendet. Er entsteht durch eine chemische Reaktion von Zement mit Wasser und frischer Beton ist während des Aushärtens noch formbar. Für die Optimierung der Materialeigenschaften, einschließlich der Aushärtezeit, ist ein genaues Verständnis der Hydrationsreaktion von Zement erforderlich. Hyun-Chae Loh gewinnt den Gold Paper Award 2022 für die Untersuchung der frühen Hydrationskinetik von gewöhnlichem Portlandzement, die er zusammen mit Hee-Jeong Kim, Franz-Josef Ulm und Admir Masic vom Department of Civil and Environmental Engineering am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA durchführte. Mittels in situ Raman-Mikroskopie unter Wasser beobachtete die Gruppe die Umwandlung der Silikatphasen des Zements in Hydrationsprodukte während des Aushärtens. Zwei-Punkt-Korrelationsfunktionen der Raman-Bilder ermöglichten die Quantifizierung der Reaktionskinetik. Diese räumliche und zeitliche Analyse lieferte mechanistische Einblicke in die Zementaushärtung und stützte die Theorie eines Perkolationsprozesses. "Unser Ansatz ist auch auf andere Aspekte der Zementchemie anwendbar", sagt Admir Masic. „Zum Beispiel wird die Rolle von Sulfat-, Aluminat- und Karbonatphasen bei der Zementaushärtung das Thema zukünftiger Publikationen sein.“
Der Paper Award SILBER: Bildung von Organoiden
Von der Grundlagenforschung bis zur personalisierten Medizin sind gut definierte Modellsysteme von großer Bedeutung für das Verständnis menschlicher Krankheiten und die Entwicklung von Therapien. Hier haben so genannte Organoide großes Potenzial, da diese 3D-Mikrostrukturen organähnliche Eigenschaften aufweisen. Solche 3D-Zellkulturen werden üblicherweise in Hydrogelen gezüchtet, künstlichen Matrizes, die das Gerüst für das Organoidwachstum bilden. Nathalie Jung und Till Seeberger (geb. Moreth) gewinnen den Silber Paper Award 2022 für die Charakterisierung der Organoidbildung in verschiedenen Umgebungen mittels nicht-invasiver Raman-Mikroskopie. Die Studie führten sie zusammen mit Ernst H. K. Stelzer, Francesco Pampaloni und Maike Windbergs am Institut für Pharmazeutische Technologie und dem Buchmann Institut für Molekulare Biowissenschaften an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main durch. Organoide der Bauchspeicheldrüse wurden in verschiedenen Hydrogelen gezüchtet und ihre Wachstumsraten, Zusammensetzung und Matrixinteraktionen untersucht. „Der Vorteil der Raman-Mikroskopie ist, dass auch native Zellkulturen ohne zeitaufwändige und destruktive Probenpräparation untersucht werden können“, erklärt Nathalie Jung. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Organoidbildung in verschiedenen Hydrogelen zu vergleichen und die vielversprechendsten Zusammensetzungen zu identifizieren. Die Technik kann auch zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des Organoidlumens verwendet werden, um die Molekülsekretion und die Wirkung von Medikamenten auf die lebenden Zellen zu beobachten.
Der Paper Award BRONZE: Bildung von Methanhydrat
Methanhydrat ist ein eisähnlicher Feststoff, bestehend aus kristallinem Wasser, in dem Methanmoleküle eingeschlossen sind. Natürliche Methanhydratvorkommen sind potenzielle Energiequellen, könnten aber auch zur globalen Erwärmung beitragen, wenn sie in die Atmosphäre gelangen. Xin Huang erhält den Bronze Paper Award 2022 für seine detaillierte Charakterisierung und Interpretation der Veränderungen im Raman-Spektrum während der Methanhydratbildung, die er zusammen mit Le Zhang, Wenjiu Cai, Jiayuan He und Hailong Lu veröffentlichte. Die Studie entstand in Zusammenarbeit von zwei Institutionen in Peking, China: dem SINOPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute und dem Beijing International Center for Gas Hydrate der Universität Peking. Die Forschenden nahmen Raman-Spektren aus einem Reaktor auf, in dem sich Methanhydrat unter kontrollierten Bedingungen bildete. Sie identifizierten und interpretierten mehrere spektrale Indikatoren für die Hydratbildung und konzentrierten sich dabei vor allem auf die Merkmale der Wassermoleküle. Besonders auffällig war, dass eine abrupte Änderung im Spektralbereich der Schwingungen von Wasserstoffbrückenbindungen den Phasenübergang kennzeichnet. Veränderungen in den Streckschwingungen der Wasserstoff-Sauerstoff-Bindungen wurden auch quantitativ analysiert. Die Autorinnen und Autoren sind davon überzeugt, dass ihr Ansatz „für die Untersuchung von Hydrat sowohl im Labor als auch im Feld breite Anwendung finden kann.“
Nehmen Sie am WITec Paper Award 2023 teil
WITec lädt Forscherinnen und Forscher aller Anwendungsgebiete in Academia und Industrie zum Paper Award 2023 ein. Publikationen sind teilnahmeberechtigt, wenn sie im Jahr 2022 (in gedruckter Form oder online) in einer Peer-Review Fachzeitschrift veröffentlicht wurden und Daten enthalten, die mit einem WITec-Gerät aufgenommen wurden. Senden Sie Ihre Veröffentlichungen bis zum 31. Januar 2023 als PDF an papers@WITec.de. Die WITec-Jury freut sich auf viele hervorragende Beiträge.
