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My research plan filed 17.11.2000:
Water, solvent, solvation, protein folding, chemical nanoscope, and THz waves
My current microscopy and nanoscopy work, as well as my THz applications work, is based on ideas in my research plan filed to the RU Bochum on 17.11.2000 transmitted to the NRW ministry on 20.11.2000: Excerpt of plan. This was followed by my presentation on 07.03.01 in Düsseldorf: E. Bründermann, "Auf dem Weg zum chemischen Nanoskop - Raster-Nahfeld-Mikroskopie von Biomaterialien" (in German). Excerpt of plan - PDF
The ideas were presented to a wider audience in the 7th Annual German-American Frontiers of Science Symposium (GAFOS), Alexander von Humboldt-Foundation and U.S. National Academy of Sciences, Bad Homburg, 7 - 10 June (2001):
E. Bründermann, Semiconductor far-infrared lasers for applications from astrobiology to biochemistry - from telescope heterodyne receivers to a Chemical Nanoscope.
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Excerpt citation from my proposal filed 17. November 2000 describing my ideas and research motivation (in German,  Auto Translate  , note: auto translation may give wrong meaning!):
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"Ziel des Vorhabens ist die Realisierung eines Mikroskops - eines "chemischen Nanoskops", um "einzelne" Moleküle in Biomaterialien zu identifizieren, ihre Position zu bestimmen, ihre Dynamik zu verfolgen und ihre chemischen Prozesse zu analysieren.
Dieses soll mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung erfolgen. Letzteres auf der Skala von Nanometern - der natürlichen räumlichen Ausdehnung von Molekülen. Als Methode soll die Raster-Nahfeld-Mikroskopie mit einer neuartigen Laserlichtquelle kombiniert und zur Untersuchung von Molekülen in Biomaterialen verwendet werden...
Wasser spielt eine herausragende Rolle in allen biologischen Prozessen und in Biomaterialien. In diesem Vorhaben soll erstmals die Sensitivität von Wasser im Terahertz Frequenzbereich genutzt werden, um Nanometerauflösungen zu erzielen. Insbesondere möchte ich die Wechselwirkung von Wassermolekülen mit anderen Molekülen in Biomaterialien untersuchen.
Wassermoleküle interagieren durch ihre Dipolwirkung stark mit anderen Molekülen. Sie lagern sich um ein Fremdmolekül an und aus der Position der Wassermoleküle können wir etwas über das Lösungsverhalten des Fremdmoleküls lernen. Wasser ist ein besonders starker Absorber im Terahertz Frequenzbereich, sei es als freies Molekül, als Molekülkomplex, als Molekülnetzwerk in flüssiger Form oder eingelagert in Biomaterialien, z.B. in einem Pflanzenblatt oder in einer Zelle...
Es wird vermutet das flüssiges Wasser durch diese Nahordnung von Wassermolekülen in Netzwerken und durch die Fähigkeit Wasserstoffbrückenbindungen auszubilden seine herausragende Rolle als Lösungsmittel und Interaktionspartner mit Biomolekülen erreicht hat...
Darüber hinaus finden sich im Terahertz Frequenzbereich viele intermolekulare Molekülschwingungen, Torsionen und Tunnelbewegungen die zu Konformationänderungen von großen, komplexen Molekülen führen. Man könnte aus den spektralen Fingerabdrücken von Proteinen ablesen, ob sie gefaltet oder entfaltet sind.
Das Studium dieser Faltungsprozesse würde unmittelbar zu neuen Erkenntnissen und zum Verständnis von Proteinaktivierungen beitragen, ohne das Molekül durch schädliches, energiereiches Licht in seinen "natürlichen" Aktionen zu stören...
Das hier vorgeschlagene "chemische Nanoscope" stellt ein völlig neues, einzigartiges Instrument zur Analyse von chemischen Prozessen in Raum und Zeit dar. Die Meßmethode ist vielseitig und universell und wird mit Sicherheit auch viele Anwender in anderen Fachbereichen finden.
Die Untersuchung von Molekülen auf Skalen von wenigen Nanometern, insbesondere von Wasser in Biomaterialien, wird neue Erkenntnisse zum Verständnis von chemischen und biologischen Prozessen - den Prozessen des Lebens - beitragen."
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