Konferenzausschuss-Vorsitzender

Dr. habil. Julian Schulze zum GEC Executive Committee Chair 2020 gewählt

PI Dr. habil. Julian Schulze ist zum GEC Executive Committee Chair gewählt worden, die Amtszeit beginnt im Oktober 2020. Die Gaselektronik-Konferenz (GEC) ist eine renommierte plasmawissenschaftliche Tagung der APS, die jährlich in der Regel in den USA veranstaltet wird.

 

Professuren

Prof. Dr. Julia Bandow hat den Ruf auf den Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie an der RUB angenommen

Prof. Dr. Julia Bandow, Ruhr-Universität Bochum, hat einen Ruf an die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf auf die W3-Professur für Biotechnologie und Pharmazeutische Biologie, einen Ruf an die Westfälische Wilhelms-Universität Münster auf die W3-Professur für Mikrobiologie und einen Ruf an die Technische Universität Darmstadt auf die W3-Professur für Mikrobiologie abgelehnt. Stattdessen nahm sie den Ruf der Ruhr-Universität Bochum auf die W3-Professur für Angewandte Mikrobiologie an.

Auszeichnung

Prof. Uwe Czarnetzki mit International Fellow der Japan Society of Applied Physics ausgezeichnet

Prof. Uwe Czarnetzki aus dem Projekt A1/A2 des SFB 1316 wurde mit dem International Fellow Preis der Japan Society of Applied Physics ausgezeichnet. Die Preisverleihung findet am 18. September 2019 während der Herbsttagung der Japan Society of Applied Physics statt. Während der Zeremonie sind die geehrten Fellows eingeladen, ihren wissenschaftlichen Beitrag zu präsentieren. Der Status eines "International Fellows der Japan Society of Applied Physics" ist eine Auszeichnung, die an Wissenschaftler*innen vergeben wird, die den Fortschritt der Japan Society of Applied Physics in Anerkennung ihrer Leistungen unterstützen. Herzlichen Glückwunsch!

Gäste bei EP2

Zwei französische Wissenschaftler besuchen RUB-Labore

Bruno Cailler und Juslan Lo besuchten vom 1. bis 5. April 2019 die Forschergruppe EP2 in Bochum. Beide Wissenschaftler arbeiten im Labor für die Diagnostik von Nichtgleichgewichtsplasmen (Diagnostics des Plasmas Hors Equilibre, DPHE) am  INU Champollion in Albi. Juslan Lo ist außerordentlicher Professor und Bruno Caillier ist Professor.

Juslan Lo erhielt seinen Master-Abschluss in Elektrotechnik und Automatisierung vom Institut National Polytechnique in Toulouse im Jahr 2008 und seinen PhD in Plasmaphysik und -technik von der Université de Toulouse III im Jahr 2012. Sein Hauptinteresse gilt den Wechselwirkungen zwischen Plasmaentladungen, elektromagnetischen Wellen und biologischen Substraten. Während seiner Promotion interessierte er sich für rekonfigurierbare plasmabasierte photonische Kristalle und Metamaterialien, speziell im Mikrowellenbereich. Im Jahr 2015 kam er zum INU Champollion, wo er derzeit die Position eines außerordentlichen Professors innehat. Sein aktuelles Interesse gilt der Kopplung zwischen Hochfrequenzwellen und Plasmaentladungen, um günstige Bedingungen für die Erzeugung von Zielspezies für ökologische und medizinische Zwecke zu erhalten. Sein Besuch im Labor von Dr. Achim von Keudell an der Universität Bochum war motiviert durch verschiedene experimentelle Plasma-Charakterisierungsaufbauten, die an der Universität Bochum verwendet werden. Er ist an der Charakterisierung von Plasmaentladungen interessiert, die in seiner Arbeit verwendet werden.

Bruno Caillier arbeitet an Nichtgleichgewichtsplasmen bei niedrigem Druck und Atmosphärendruck, seine Interessen sind DBD-Lampe, durch Plasma angeregte Phosphore, Oberflächenbehandlung und optische Diagnostik. Zurzeit arbeitet er am Aufbau eines Monochromators, er programmiert die Software um, um die Verschiebung zu kontrollieren, die Parameter einzustellen und das Signal zu erfassen. Er arbeitet auch an der Charakterisierung einer DBD-Plasmalampe (gespeist mit Argon und Krypton) als UV-Photonenquelle auf der Basis von Phosphoren, die an der Wand der Lampe abgeschieden und durch das Plasma angeregt werden. Er arbeitet auch an internationalen Projekten in Zusammenarbeit: Universität von Sao Paulo in Brasilien mit der Gruppe nano (Grupo de Nanomateriais e Sistemas Luminescentes), CAPES-COFECUB (2020-2024): Plasmasynthese von Gold-Nanopartikeln zur Untersuchung des Prozesses der Energieübertragung von angeregten Lanthaniden im Infraroten, um nach leistungsfähigen photothermischen Effekten für die Entwicklung von Nanothermometern zu suchen; mit der Universidade de Araraquara (UNIARA) in Brasilien: Behandlung von essbarer bakterieller Zellulose mit einer Aura ECR-Quelle, Modifikation der Oberflächeneigenschaften, Haftung und Dekontamination.  Polymerplasmabehandlung für Zellwachstum, Adhäsionsmodifikation; mit der Universität Oran (USTO) in Algerien: Experimentelle Studien der DBD-Lampe als UV-Photonenquelle, Diplomarbeit in Co-Betreuung mit der Universität Oran (USTO); mit dem LGTex-Labor, in Tunesien: Behandlung von Textilien durch Plasmaprozesse.

Gast am Lehrstuhl für Experimentalphysik II

Sylvain Iséni bleibt zwei Wochen für elektrische Feldmessungen an Mikrokavitäten-Plasma-Arrays

Dr. Sylvain Iséni blieb vom 21. bis 31. Oktober 2019 in der Gruppe von Prof. Achim von Keudell. Sein Besuch ist Teil der Zusammenarbeit mit seinem Heimatinstitut GREMI, insbesondere mit Prof. Remi Dussart. Im Fokus des aktuellen Besuchs stehen insbesondere elektrische Feldmessungen mittels optischer Emissionsspektroskopie im Projekt A6 (Dr. Volker Schulz-von der Gathen, Sebastian Dzikowski) des SFB 1316. In dem Projekt werden Mikrokavitäten-Arrays untersucht.

Darüber hinaus nutzte Dr. Iséni die Möglichkeit, am Online-Seminar teilzunehmen und hielt einen Vortrag mit dem Titel "Temperate micro-plasmas for environmental purposes: sources, properties, cross-diagnostics & challenges".

Gast am Lehrstuhl für Experimentalphysik V an der RUB

Emile Carbone besucht die Arbeitsgruppe von Prof. Czarnetzki

Am 25. Oktober 2019 wird Dr. Emile Carbone vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching die Arbeitsgruppe von Prof. Czarnetzki besuchen. Dr. Carbone ist Forschungsgruppenleiter der Gruppe "Plasma for Gas Conversion" und wird im Rahmen des SFB 1316 an die Ruhr-Universität Bochum eingeladen. Außerdem wird er im Rahmen der Experimentalphysik V einen Seminarvortrag zum Thema "CO2 dissociation by microwave plasmas: prospects and challenges" um 10:15 in NB 5/158 halten. Jeder, der Interesse hat, ist dazu herzlich eingeladen!

Plasmaforschung - Projekt B7

Ein Blitz unter Wasser

© RUB, Kramer

Nur wenige Nanosekunden lang zerreißt ein Plasma das Wasser. Möglicherweise regeneriert es katalytische Oberflächen auf Knopfdruck.

Elektrochemische Zellen helfen unter anderem dabei, CO2 zu recyceln. Die katalytischen Oberflächen nutzen sich dabei allerdings ab. Wie man sie mithilfe eines extremen Plasmas im Wasser auf Knopfdruck regenerieren könnte, untersucht das Team des Sonderforschungsbereichs 1316 „Transiente Atmosphärendruckplasmen: vom Plasma zur Flüssigkeit zum Festkörper“ an der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Mit optischer Spektroskopie und Modellierung konnten sie solche Unterwasserplasmen, die nur wenige Nanosekunden bestehen, erstmals umfassend untersuchen und somit auch die Bedingungen während der Plasmazündung theoretisch beschreiben. Sie berichten in der Zeitschrift Plasma Sources Science and Technology vom 4. Juni 2019.

Plasmen sind ionisierte Gase: Sie entstehen bei Energiezufuhr aus einem Gas, das dann freie Ladungsträger enthält. In der Natur kommen Plasmen zum Beispiel im Inneren von Sternen oder auf der Erde als Polarlichter vor. In der Technik werden Plasmen eingesetzt, um etwa in Leuchtstoffröhren Licht zu erzeugen, oder um neue Materialien für die Mikroelektronik herzustellen. „Normalerweise erzeugt man Plasmen in der Gasphase, zum Beispiel an der Luft oder in Edelgasen“, erklärt Katharina Grosse vom Lehrstuhl Experimentalphysik II der RUB.

Risse im Wasser

In der jetzigen Studie haben die Forscherinnen und Forscher Plasmen direkt in einer Flüssigkeit erzeugt. Dazu legten sie an eine haarfeine, untergetauchte Elektrode für mehrere Milliardstelsekunden eine hohe Spannung an. Durch die Zündung des Plasmas entsteht an der Spitze der Elektrode eine hohe negative Druckdifferenz, die dazu führt, dass sich in der Flüssigkeit Risse bilden. In diesen Rissen breitet sich dann das Plasma aus. „Das Plasma lässt sich gut mit einem Blitz vergleichen, nur hier unter Wasser“, so Katharina Grosse.

Heißer als die Sonne

Mittels schneller optischer Spektroskopie in Kombination mit einer Modellierung der Flüssigkeitsdynamik konnte das Forschungsteam die Variation von Leistung, Druck und Temperatur in diesen Plasmen aufklären. „Dabei haben wir gesehen, dass in diesen Plasmen für kurze Zeit eine Leistung von bis zu 100 Kilowatt verbraucht wird, was der Anschlussleistung von mehreren Einfamilienhäusern entspricht“, so Prof. Dr. Achim von Keudell, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik II. Darüber hinaus entstehen dabei Drücke von vielen Tausend Bar, was dem Druck am tiefsten Punkt im Pazifik entspricht oder diesen sogar übersteigt. Schließlich entstehen kurzzeitig Temperaturen von vielen tausend Grad ähnlich zur Oberflächentemperatur der Sonne und darüber hinaus.

Wasser wird in seine Bestandteile zerlegt

Diese extremen Verhältnisse existieren nur für sehr kurze Zeit. „Bisherige Untersuchungen haben sich vor allem auf Unterwasserplasmen im Mikrosekundenbereich konzentriert“, erklärt Katharina Grosse. „Bei dieser Dauer haben die Wassermoleküle noch Gelegenheit, den Druck des Plasmas auszugleichen.“ Bei den jetzt untersuchten extremen Plasmen im Nanosekundenbereich finden schnellere Prozesse statt. Das Wasser kann den Druck nicht ausgleichen, und die Moleküle werden in ihre Einzelteile zerlegt. „Besonders der dadurch frei gewordene Sauerstoff ist dann wichtig für katalytische Oberflächen in elektrochemischen Zellen“, erklärt Katharina Grosse. „Er kann solche Oberflächen reoxidieren, sodass sie regeneriert werden und ihre katalytische Aktivität wieder voll entfalten können. Zudem können auch gelöste Reagenzien im Wasser aktiviert werden, was die Katalyseprozesse erleichtert.“

Von Meike Drießen
Biologie

Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen

© Daniel Sadrowski

Plasmen werden zum Beispiel in der Wundbehandlung gegen Krankheitserreger eingesetzt, die gegen Antibiotika resistent sind. Doch Bakterien könnten sich wehren.

Angesichts von immer mehr Bakterien, die gegen Antibiotika resistent werden, setzt die Medizin unter anderem auf die Behandlung mit Plasmen. Forscherinnen und Forscher der RUB haben gemeinsam mit Kollegen aus Kiel untersucht, ob Bakterien auch dagegen unempfindlich werden können.

Sie identifizierten 87 Gene des Bakteriums Escherichia coli, die möglicherweise eine schützende Funktion gegen wirksame Bestandteile von Plasmen haben. „Diese Gene erlauben Rückschlüsse auf die antibakteriellen Mechanismen von Plasmen“, so Marco Krewing. Er ist Erstautor von zwei Publikationen, die dieses Jahr in der Zeitschrift „Journal of the Royal Society Interface“ veröffentlicht wurden.

Ein Cocktail schädlicher Komponenten stresst Erreger

Plasmen entstehen aus Gasen, wenn man ihnen Energie zuführt. Schon heute sind Plasmen gegen multiresistente Erreger im klinischen Einsatz. Mit ihnen werden zum Beispiel chronische Wunden behandelt. „Plasmen liefern einen komplexen Cocktail von Komponenten, von denen viele bereits für sich genommen eine desinfizierende Wirkung haben“, erklärt Prof. Dr. Julia Bandow, Leiterin der Arbeitsgruppe Angewandte Mikrobiologie der RUB. UV-Strahlung, elektrische Felder, atomarer Sauerstoff, Superoxid, Stickoxide, Ozon und angeregter Sauerstoff oder Stickstoff wirken gleichzeitig auf die Krankheitserreger ein und erzeugen damit erheblichen Stress. Normalerweise überleben sie das nicht länger als einige Sekunden oder Minuten.

Um herauszufinden, ob Bakterien, ähnlich wie gegen Antibiotika, auch gegen die Auswirkungen von Plasmen resistent werden können, haben die Forscherinnen und Forscher das gesamte Genom des Modellbakteriums Escherichia coli, kurz E. coli, auf bereits existierende Schutzmechanismen untersucht.

Je ein einziges Gen fehlt

Die Forscher nutzten für ihre Studie sogenannte Knock-out-Stämme von E. coli. Das sind Bakterien, denen jeweils genau ein bestimmtes Gen des etwa 4.000 Gene umfassenden Genoms entfernt wurde. Sie setzten jede dieser Mutanten dem Plasma aus und beobachteten dann, ob sich die Zellen danach noch weiter vermehrten.

„Wir konnten zeigen, dass 87 dieser Knock-out-Stämme empfindlicher gegenüber Plasmabehandlung waren als der Wildtyp, dem kein Gen fehlt“, so Marco Krewing. Die in diesen 87 Stämmen fehlenden Gene schauten sich die Forscher genauer an und fanden heraus, dass die meisten der Gene die Bakterien gegen die Wirkungen von Wasserstoffperoxid, Superoxid und/oder Stickstoffmonoxid schützen.

Hitzeschockprotein erhöht Plasmaresistenz

Das Hitzeschockprotein Hsp33 zum Beispiel schützt E. coli-Proteine bei Stress vor dem Verklumpen. „Auch bei Plasmabehandlung wird dieses Protein aktiv und schützt die anderen E. coli-Proteine und damit die Bakterienzelle“, so Bandow. Eine erhöhte Menge dieses Proteins alleine führt zu einer leicht erhöhten Plasmaresistenz. Mit einer deutlich stärkeren Resistenzbildung gegen Plasmen ist zu rechnen, wenn die Mengen mehrerer Schutzproteine gleichzeitig erhöht sind.

 Von Meike Drießen
Auszeichnungen

Posterpreis für Christoph Stewig (A3) auf der Tagung für Plasmatechnik 19 in Cottbus

Christoph Stewig wurde auf der alle zwei Jahre stattfindenden Tagung für Plasmatechnik in Cottbus mit einem der drei Posterpreise ausgezeichnet.