Weiterentwicklung der Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie

|   Physik, Chemie, Gäste

Matthias Rang & Peter Stolz

In der goetheanistischen Naturwissenschaft gibt es die bereits auf Goethe zurückgehende und von Steiner in seinen «Grundlinien einer Erkenntnistheorie der Goetheschen Weltanschauung» beschriebene Unterscheidung der organischen und der unorganischen Naturwissenschaft. In beiden Forschungsfeldern werden mehrere Disziplinen miteinander verbunden (wie etwa Physik, Chemie und Geologie im Bereich der unorganischen oder Biologie, Botanik, Morphologie u.a. in der organischen Naturwissenschaft), doch eher selten ist eine Forschungsfrage in dem Zwischenbereich angesiedelt, in dem die beiden Forschungsfelder der belebten und unbelebten Natur gleichwertig miteinander verbunden sind. Eine solche Forschungsfrage liegt bei dem gegenwärtigen Projekt vor, in dem es – in einer sehr allgemeinen Formulierung – um das Verhältnis von Licht und Leben geht.

Angeregt durch die Arbeiten des Biophysikers Fritz Popp hat Jürgen Strube vor etwa fünfundzwanzig Jahren die Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie entwickelt, in der insbesondere biologische Proben – vor allem Lebensmittel – mit verschiedenfarbigem Licht beleuchtet werden. Der Befund von Strubes Forschung war, dass die biologischen Proben im Dunkeln ganz fein zurückleuchten und zwar unterschiedlich stark bei unterschiedlichen Beleuchtungsfarben. Seither ist die Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie durch Strube und Stolz in dem Forschungsinstitut Kwalis bei Fulda (DE) weiterentwickelt worden. Insbesondere konnte dort der Qualitätsunterschied von Lebensmitteln bei organischem, biologisch-dynamischem oder konventionellem Anbau gezeigt werden. Es kann untersucht werden, ob etwa ein Apfel ausgereift ist, oder ob er sich noch in einem vegetativ geprägten Wachstumsstadium befindet.

In diesem Projekt, das als Kooperation zwischen dem Forschungsinstitut Kwalis GmbH und der Naturwissenschaftlichen Sektion angelegt ist, wollen wir diese Forschung fortsetzen. Unser erstes und primäres Ziel ist es dabei, eine zweite Messanlage aufzubauen. An der bei Kwalis bestehenden und nun über zwanzig Jahre alten Anlage wurden insgesamt über 100’000 Messreihen durchgeführt. Entsprechend dringlich erscheint uns die Fertigstellung der neuen Anlage, mit der dann auch Vergleichsmessungen zur bestehenden Anlage durchgeführt werden können und die uns damit erlaubt, die Methode selber noch genauer zu charakterisieren.

Nach einem Vorlauf haben wir schliesslich im Mai 2019 das Forschungsprojekt beginnen können und befinden uns gegenwärtig mitten in der Entwicklung der neuen Anlage. Eine Herausforderung stellt dabei die Messung der Lichtemission der biologischen Proben dar, da die Intensität (selbst für heutige Verhältnisse in modernen quantenoptischen Laboren) ausgesprochen gering ist und eine Empfindlichkeit für einzelne Lichtquanten aufweisen muss. Auch die zugehörige Verstärker- und Zählerelektronik hat uns im letzten Jahr viel Zeit gekostet und die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen. Die technischen Herausforderungen ergeben sich auch dadurch, dass die Detektoren zur Rauschunterdrückung stark gekühlt, gleichzeitig aber dicht an der Probe positioniert werden müssen, um keine Lichtintensität zu verlieren. Dadurch wird der Messkopf der Anlage sehr gedrängt und die Dimensionierung der einzelnen Komponenten braucht unter diesen Bedingungen viel Aufmerksamkeit und Zeit. Dennoch hoffen wir, die Anlage 2020 fertigstellen zu können und dann an die weiteren Ziele des insgesamt auf drei Jahre angelegten Projektes gehen zu können.

Das Projekt wird finanziell getragen durch die Software AG-Stiftung, die Wolfgang Gutberlet-Stiftung, den Rudolf Steiner Fonds für wissenschaftlichen Forschung Nürnberg, sowie durch die Eudoxos-Stiftung. Für die Förderung und Mitträgerschaft dieser Institutionen sind wir sehr dankbar.

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