ERC Starting Grant für DESY-Forscher Vincent Wanie: neue Einblicke erforschen, wie Moleküle Chiralität erkennen

Mit dem ERC Starting Grant möchte DESY-Physiker Vincent Wanie einen neuartigen experimentellen Aufbau basierend auf einem speziellen Lasersystem konstruieren, um die Wechselwirkungen zwischen chiralen Molekülen zu untersuchen. Ermöglicht wird dies durch hochmoderne ultraschnelle Lichtquellen in Kombination mit experimentellen Methoden, die besonders empfindlich auf die Struktur der Moleküle reagieren. Diese hat große Bedeutung da ihre Funktionalität relevant für Chemie, Pharmazie und Materialforschung ist.  

Vincent Wanie hat eine Förderzusage für einen ERC Starting Grant über 2,5 Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, kurz ERC) erhalten. Mit der Förderung sollen unter anderem etwa zwei Postdoc-Stellen und eine Doktorandenstelle finanziert werden. Der ERC ist die in Europa führende Förderorganisation für exzellente Pionierforschung. Mit den Starting Grants unterstützt der ERC herausragende Nachwuchsforschende auf dem Weg zu einer unabhängigen wissenschaftlichen Karriere. Eine Förderung durch den ERC zählt zu den renommiertesten Auszeichnungen in Europa.

In dem geförderten Projekt KEBAB (Key Exploration of intermolecular Bonding in chiral recognition using Advanced laser light Beams) wird Wanie und sein Team ab 2026 in fünf Jahren einen völlig neuen experimentellen Aufbau auf der Basis eines Table-top-Lasersystems entwickeln. Dies ermöglicht Untersuchungen, wie ein chirales Molekül die dazu passende Struktur eines Moleküls findet um eine Bindung eingehen zu können.

„Chirale Moleküle sind wie linke und rechte Hände“, sagt Wanie, der in der Attosecond Science Group am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) arbeitet. „Sie bestehen aus den gleichen Atomen, sind aber spiegelbildlich aufgebaut, also nicht in den gleichen Handschuh.“ Viele biologische Vorgänge basieren auf den Handschlägen zwischen passenden chiralen Molekülen. „Ob ein Molekül mit einem anderen zusammenpasst, entscheidet darüber, ob ein Medikament die gewünschte, keine oder vielleicht sogar eine schädliche Wirkung zeigt.“

In den letzten 10 Jahren wurden bedeutende Fortschritte bei zeitaufgelösten Messungen der Chiralität in ultraschnellen Zeitbereichen erzielt, jedoch wurden dabei nur isolierte Einzelmoleküle untersucht. Die Fragen, die Wanie beantworten möchte, sind: Über welche Mechanismen erkennen chirale Moleküle einander? Wie überträgt ein chirales Molekül Chiralität auf ein nicht-chirales Molekül – verändert also dessen Aufbau, so dass sie zusammen passen? Und lässt sich diese besondere Selektivität, auch ‚Enantioselektivität‘ genannt, beeinflussen, damit bevorzugt Moleküle mit einer speziellen Struktur entstehen? „Um das herauszufinden, müssen wir Moleküle in der Gasphase untersuchen, ohne Wechselwirkung durch externe Faktoren wie etwa einem Lösungsmittel, in dem sie üblicherweise gelöst vorliegen“, sagt Wanie. Die Laserbildgebung macht dies möglich, und sie bietet auch die erforderliche zeitliche Auflösung, um binnen Piko- oder gar Femtosekunden (Billionstel- bzw. Billiardstelsekunden) stattfindende Vorgänge direkt zu verfolgen. „Mit unseren Lasern können wir Chemie „in action“ und alle Teilschritte verfolgen die zu Reaktionsprodukten führen, die zuvor nicht beobachtet wurden.“

Wanies Ansatz wurde als originell, technisch anspruchsvoll und äußerst ambitioniert und gleichzeitig aber auch bedacht konzipiert und machbar angesehen. Vor allem aber habe ‚KEBAB‘ das Potenzial, die Lasertechnik und das Verständnis der intermolekularen chiralen Dynamik ein gutes Stück voranzubringen. „Wir gratulieren Vincent Wanie zu dieser bedeutenden Förderung“, sagt Britta Redlich, Direktorin für Photon Science bei DESY. „Das Projekt wird zum einen den Bereich Photonik und Technologieentwicklung beschleunigen, aber mit der hier entwickelten Technologie vor allem äußerst wichtige grundlegende Erkenntnisse zu molekularer Chiralität liefern, die in die Herstellung von Arzneimitteln einfließen.“ Diese Ergebnisse sind außerdem zum Beispiel für die Katalyse von verschiedenen chemischen Produkten, aber auch Optoelektronik sowie spezielle Polymere und Flüssigkristalle, die in der Sensorik und in elektronischen Displays eingesetzt werden, essentiell. Wanies Projekt wird dabei in enger Synergie mit den zukünftigen Experimentiermöglichkeiten der Forschungsanlagen bei DESY entwickelt und hierfür wertvolle Erkenntnisse liefern.