Richard Ernst: Die NMR-Methode, die Atomforschung an der ETH Zürich bis heute prägt

Wer auf dem Campus Hönggerberg der ETH Zürich am Teich beim Chemiegebäude vorbeigeht, ahnt nicht, was einige Meter darunter steht: eines der weltweit leistungsstärksten Kernresonanzspektrometer. Das Gerät wiegt acht Tonnen und macht möglich, was in der Atomforschung lange als Grenze galt. Hinter der Technik steht eine Entwicklung, die der an der ETH tätig gewesene Physikochemiker Richard Ernst entscheidend vorangetrieben hat.

An der ETH baute Ernst sehr empfindliche, hochauflösende Verfahren der Kernresonanzspektroskopie (NMR) auf und verfeinerte sie über Jahre hinweg. Seine Methoden erlauben es, Substanzen bis auf die Ebene einzelner Atome zu untersuchen, ohne die Probe dabei zu zerstören.

Wie die Technik funktioniert

Die Kernresonanzspektroskopie nutzt die magnetischen Eigenschaften von Atomkernen, um Aufschluss über Struktur und Zusammensetzung einer Probe zu geben. Genau darin liegt der Vorteil gegenüber vielen anderen Analysemethoden: Die Substanz bleibt nach der Messung unverändert. An der ETH Zürich stehen dafür an verschiedenen Standorten etwa vierzig solcher NMR-Geräte, mit denen mehr als ein Dutzend Forschungsgruppen arbeiten.

Unter dem Teich auf dem Hönggerberg verbirgt sich eines der stärksten dieser Geräte weltweit. Seine schiere Grösse und sein Gewicht erklären, warum es unterirdisch untergebracht wurde – ein Gerät dieser Klasse braucht Platz und Stabilität, die ein gewöhnliches Labor kaum bieten kann.

Vier Nobelpreise aus einer Technik

Ernst stand nicht am Anfang dieser Entwicklung, setzte jedoch fundamentale Meilensteine, für die er 1991 den Chemie-Nobelpreis erhielt, während weitere Generationen von Forschern die Technologie bis zur medizinischen Anwendung ausbauten.

Wüthrich erhielt dafür im Jahr 2002 den Nobelpreis für Chemie. Damit gingen innerhalb weniger Jahrzehnte gleich mehrere Nobelpreise für Physik, Chemie und Medizin auf Arbeiten zurück, die eng mit der ETH Zürich oder dieser bahnbrechenden Methode verbunden sind.

Zusammenarbeit mit der Industrie

Bereits ab Mitte der 1960er-Jahre arbeitete Ernst mit der Firma Bruker an der Weiterentwicklung von NMR-Spektrometern zusammen. Bruker mit Sitz in Fällanden im Kanton Zürich zählt bis heute zu den weltweit führenden Herstellern solcher Geräte. Aus dieser Partnerschaft entstand das Fourier-Transformations-Spektrometer, das ETH und Bruker gemeinsam zur Marktreife brachten, während die mehrdimensionale NMR-Technik parallel weiterentwickelt wurde.

Grossgeräte der NMR-Spektroskopie kosten laut ETH Zürich zweistellige Millionenbeträge, was die enge Verbindung zwischen Forschung und Industriepartnern zusätzlich erklärt.

Erinnerung an Chemical Landmarks

Die Akademie der Naturwissenschaften Schweiz verlieh 2021 der Universitätsstrasse 22 in Zürich sowie der Industriestrasse 26 in Fällanden den Status von Chemical Landmarks. Mit der Auszeichnung würdigte die Akademie die Orte, an denen die Zusammenarbeit zwischen ETH und Bruker über Jahrzehnte die moderne Kernresonanzspektroskopie geprägt hat.