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Porträt Dr. Müller, Katharina; FWOG — Photo: André Wirsig

Dr. Katharina Müller

Leiterin Grenzflächenprozesse
k.muellerhzdr.de
Tel.: +49 351 260 2439

Soziale Medien

Abteilung Grenzflächenprozesse

Warum? Wie? Was?

Das oberste Ziel unserer von wissenschaftlicher Neugier getriebenen Forschung ist es, grundlegende und unabhängige Erkenntnisse über die (Geo-)Chemie und das Umweltverhalten langlebiger Radionuklide (RN) zu gewinnen. Eine herausragende und gesellschaftlich wichtige Anwendung ist die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle, um künftigen Generationen die Verantwortung für den Umgang mit "unserem" Erbe aus der Energieerzeugung in Kernreaktoren zu erleichtern.

Zu diesem Zweck liefern wir das radiochemische Wissen, nämlich strukturelle und mechanistische Daten wichtiger mobilisierender und immobilisierender Reaktionen von RN in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern.

Unser besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz einer Vielzahl etablierter und fortschrittlicher mikroskopischer und spektroskopischer Techniken, um Komplexbildungsreaktionen und Komplexstrukturen, die die Wechselwirkungen von RN in der Geosphäre bestimmen, genau zu beschreiben. Darüber hinaus untersuchen wir die Entstehung und chemische Speziation von Aktivierungsprodukten in Materialien aus Kernkraftwerken im Zusammenhang mit deren sicherer Stilllegung.

Als Teil einer Wertschöpfungskette bilden die abgeleiteten Strukturinformationen eine solide Grundlage für eine zuverlässige thermodynamische Beschreibung der untersuchten Systeme, die in thermodynamische Datenbanken integriert werden kann. Die thermodynamischen Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Aktiniden-Thermodynamics.

Foto: Forschungsfelder der Abteilung Grenzflächenprozesse ©Copyright: Dr. Katharina Müller

Unsere Kernkompetenzen

Chemie langlebiger RN – Fachwissen im Umgang mit RN, von Spalt- und Aktivierungsprodukten bis hin zu Transuranen, und Zugang zu Strahlenschutzlabors.
Strukturelle Charakterisierung – Fachwissen in der Anwendung und Kopplung von spektroskopischen und mikroskopischen sowie Beugungstechniken für den Zugang zu molekularen Informationen.
Thermodynamische Beschreibung von RN-Komplexen – Verwendung makroskopischer, spektroskopischer und kalorimetrischer Informationen über Reaktant-Wasser-Grenzflächenphänomene als Grundlage für die Ableitung von Oberflächenkomplexierungsmodellen und deren thermodynamischen Parametern.

Forschungsgebiete

Koordinationschemie von RN in wässriger Lösung und in künstlichen menschlichen Bioflüssigkeiten, z. B.: RADEKOR-Projekt.
Molekulare Charakterisierung von RN Reaktionen an natürlichen und künstlichen Mineral-Wasser-Grenzflächen, z. B. im Projekt REDOX.
Einbau von Actiniden und Lanthaniden in feste Phasen, z. B.: AcE-Projekt.
Technetium Umweltchemie, z. B. Young Investigator Group TecRad.

Neuste Publikation

Effect of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on rat NRK-52E and human HEK-293 kidney cells in vitro

Senwitz, C.; Butscher, D.; Holtmann, L.; Vogel, M.; Steudtner, R.; Drobot, B.; Stumpf, T.; Barkleit, A.; Heller, A.

Heavy metals pose a potential health risk to humans when they enter the organism. Renal excretion is one of the elimination pathways and, therefore, investigations with kidney cells are of particular interest. In the present study, the effects of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on rat and human renal cells were investigated in vitro. A combination of microscopic, biochemical, analytical, and spectroscopic methods was used to assess cell viability, cell death mechanisms, and intracellular metal uptake of exposed cells as well as metal speciation in cell culture medium and inside cells.

For Eu(III) and U(VI), cytotoxicity and intracellular uptake are positively correlated and depend on concentration and exposure time. An enhanced apoptosis occurs upon Eu(III) exposure whereas U(VI) exposure leads to enhanced apoptosis and (secondary) necrosis. In contrast to that, Ba(II) exhibits no cytotoxic effect at all and its intracellular uptake is time-independently very low. In general, both cell lines give similar results with rat cells being more sensitive than human cells.

The dominant binding motifs of Eu(III) in cell culture medium as well as cell suspensions are (organo-) phosphate groups. Additionally, a protein complex is formed in medium at low Eu(III) concentration. In contrast, U(VI) forms a carbonate complex in cell culture medium as well as each one phosphate and carbonate complex in cell suspensions. Using chemical microscopy, Eu(III) was localized in granular, vesicular compartments near the nucleus and the intracellular Eu(III) species equals the one in cell suspensions.

Overall, this study contributes to a better understanding of the interactions of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on a cellular and molecular level. Since Ba(II) and Eu(III) serve as inactive analogs of the radioactive Ra(II) and Am(III)/Cm(III), the results of this study are also of importance for the health risk assessment of these radionuclides.

Keywords: Cytotoxicity; Radionuclides; Kidney cells; Heavy metal speciation; TRLFS; Chemical microscopy

Science of the Total Environment 923(2024), 171374-171394
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.171374

Eine Liste an Publikationen befindet sich hier.

Forschungsgruppen

Derzeit laufende Drittmittelprojekte

Experimentell gestützte Berechnungen von Neutronenfeldern und den daraus resultierenden Aktivitäten in reaktorfernen Räumen (EBENE) 04/2024 – 09/2027, BMBF
Wechselwirkungen von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an der Mineral-Wasser-Grenzfläche - Radioökologische Betrachtungen (TecRad) 07/2022 – 06/2027, BMBF
Redoxreaktivität von Selen in Mineralen (REDOX) 06/2022 – 05/2025, ANDRA
Speziation und Transfer von Radionukliden im Menschen unter besonderer Berücksichtigung von Dekorporationsmitteln (RADEKOR) 07/2020 – 12/2023, BMBF.
Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung von Aktiniden mittels Einbau in endlagerrelevante Festphasen (AcE) 01/2021 – 12/2023, BMBF.
Entwicklung einer Methode zur Pre-Aktivitäts- und Dosisleistungsberechnung von reaktornahen Bauteilen auf Basis von Neutronenfluenzverteilungen (EMPRADO) 12/2018 –03/2024, BMBF.

Eine Übersicht der abgeschlossenen Projekte finden Sie hier.

Team

Name	Geb./Raum	+49 351 260	Email
Leitung
Dr. Katharina Müller	801/P248	2439	k.muellerhzdr.de
Mitarbeiter
Name	Geb./Raum	+49 351 260	Email
Daniel Butscher	801/P352	3154	d.butscherhzdr.de
Aline Chlupka	801/P203	3198 2518 2523	a.chlupkahzdr.de
Sebastian Friedrich	801/P352	3154	s.friedrichhzdr.de
Dr. Norbert Jordan	801/P218	2148	n.jordanhzdr.de
Stephan Weiß	801/P316	2758 2523	s.weisshzdr.de
Einbau in Festphasen
Name	Geb./Raum	+49 351 260	Email
Dr. Nina Maria Huittinen	801/P218	2148	n.huittinenhzdr.de
Dr. Astrid Barkleit	801/P207	3136 2512 2518	a.barkleithzdr.de
Luiza Braga Ferreira dos Santos	801/P254	3487	l.bragahzdr.de
"TecRad" Wechselwirkung von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an Mineral-Wasser-Grenzflächen - Radioökologische Betrachtungen
Name	Geb./Raum	+49 351 260	Email
Dr. Natalia Mayordomo Herranz	801/P252	2076	n.mayordomo-herranzhzdr.de
Caroline Börner	801/P254	2251	c.boernerhzdr.de
Arkadz Bureika	801/P201	2434	a.bureikahzdr.de
Irene Cardaio	801/P254	2251	i.cardaiohzdr.de
Vijay Kumar Saini	801/P352	3328	v.sainihzdr.de

Alumni

Name	at HZDR	Derzeitigte Institution
Isabelle Jessat	Doktorandin	ASML, Veldhoven, Netherlands
Quirina Isabella Roode-Gutzmer	Doktorandin	Wismut GmbH
Maximilian Demnitz	Doktorand, promoviert 2022	Eindhoven University of Technology, Department of Chemical Engineering and Chemistry, Het
Diana Marcela Rodriguez Hernandez	Doktorandin, promoviert 2021	Rotop Pharmaka GmbH
Henry Lösch	Doktorand, promoviert 2021	Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf (VKTA)
Manuel Eibl	Doktorand, promoviert 2020	Avantgarde Labs GmbH
Susanne Lehmann	Doktorandin, promoviert 2020	Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften