Beobachtung des Festkörper-Photo-CIDNP-Effekts im Erdmagnetfeld

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Matysik
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biophysik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 367704943

Der Festkörper-Photo-CIDNP-Effekt, von Zysmilich und McDermott im Jahre 1994 entdeckt, wird in mehreren Elektronentransfer-Proteinen beobachtet, darunter alle untersuchten photosynthetischen Reaktionszentren (RCs), und er ermöglicht eine enorme Verstärkung der NMR-Signale. Auftreten und Stärke hängen von der magnetischen Feldstärke ab. Bisher wurde das Phänomen nur innerhalb von NMR-Magneten, also ausschließlich in hohen Feldern untersucht. Hier wollen wir ein MAS-NMR-Shuttle-System für die Induktion des Effekts außerhalb des Magneten und NMR-Messung in der Mitte des Magneten entwickeln. Das hier vorgeschlagene Shuttle-System wird den Vorteil geringer Felder, also hoher Kernspinpolarisation, mit dem Vorteil der hohen Felder, das heißt hoher chemische Verschiebungsdispersion, verbinden. Ein solches System wird detaillierte Studien an elektronischen Strukturen ermöglichen, weitere Systeme entdecken, die diesen Effekt zeigen, und es wird ermöglichen, die Gültigkeit der gegenwärtigen Theorie zu testen. Die Theorie erwartet auch bei schwachen Magnetfeldern das Auftreten des Effektes. Sogar für das Erdmagnetfeld wird der Effekt vorausgesagt. Mit einem ausgebauten Shuttle-System, in dem schwache Induktionsfelder verfügbar sind, soll diese theoretische Vorhersage getestet werden. Insbesondere sind wir an Erdfeldeffekten in photosynthetischen Reaktionszentrums-Proteinen und Blaulicht-Photorezeptoren interessiert. Das Auftreten des Effektes in Reaktionszentren im Erdfeld würde eine funktionelle Bedeutung von Kernspin-Hyperpolarisation für den hocheffizienten Elektronentransfer nahelegen. Ein erfolgreiches Experiment an Blaulicht-Photorezeptoren würde die Idee stärken, dass die lichtabhängige Magnetorezeption in der Tier-Navigation auf magnetfeldabhängige chemischer Reaktivität beruht. Daher könnten unsere Experimente experimentelle Hinweise auf ein bio-spintronisches Spin-Ventil in der Photosynthese sowie auf Elektron-Elektron-Kern-Spindynamik in der Tier-Navigation beisteuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen