Smart und mini: Innovationen für die Medizintechnik
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden IFW

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Technischen Universität Chemnitz forschen an dünnen Nanomembranen, die sich selbst zu Mikro- und Nanoröhren aufrollen. In drei ihrer jüngsten Arbeiten zeigen die Autoren das enorme Innovationspotential dieser ultradünnen, biegsamen und kostengünstig herzustellenden Röhrchen für die Medizintechnik: als Antennen für Implantate, als miniaturisierte Sensoren in der neurologischen Diagnostik und als Wundverband für Nervenfasern. Derzeit entsteht in Chemnitz ein neues Forschungsgebäude: das Zentrum für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN), in dem diese Forschungsarbeiten aufgegriffen und weiterentwickelt werden sollen.

Dünne Schichten, die sich selbst zu Röhrchen aufrollen, sich mit großer Präzision selbstorganisiert auf Chips anordnen und als integrierte Bauelemente vielerlei Funktionen ausüben – das ist das Metier von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Direktor des Instituts für Integrative Nanowissenschaften des IFW Dresden und Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz. In drei seiner jüngsten Arbeiten, die gemeinsam mit seinen Forscherteams in Dresden und Chemnitz entstanden sind, wird das enorme Innovationspotential dieser aufgerollten Strukturen in der Medizintechnik offenbar. „Die Kernidee beruht auf der Kombination flexibler Polymermembranen und verschiedener metallischer bzw. magnetischer Dünnschichten", erklärt Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, „Diese Synergie eröffnet völlig neue Horizonte und erlaubt die Gestaltung einer faszinierenden Klasse von Sensoren, Antennen und integrierten Schaltkreisen mit einer neuartigen Funktionalität der Verformbarkeit.“

Smarter Wundverband für Nervenzellen

Selbstorganisiert aufgerollte Mikroröhrchen mit integrierter Elektronik könnten als Wundverband für defekte oder heilende Nervenstränge dienen. Möglich wird das durch die Kombination von mechanisch flexibler Elektronik mit sogenannten stimuli-responsiven Materialien. Dies sind Polymere, die auf spezifische Anregungen mit reversiblen Formveränderungen reagieren können, in dem sie zum Beispiel anschwellen, sich verdrehen, verlängern oder krümmen. Der Prototyp einer solchen Nervenmanschette wurde am IFW Dresden entwickelt. Sie besteht aus einem Hydrogel-Mikroröhrchen als stimuli-responsivem Material, das mit flexiblen elektronischen Bauelementen in Form eines Verstärkers und einer Logikeinheit auf der Basis von Gallium-Zink-Oxid-Transistoren ausgestattet ist. Die Formveränderungen können von außen über die Temperatur, die Zusammensetzung der Lösung oder den pH-Wert manipuliert werden. Die elektronischen Bauteile behalten dabei ihre volle Funktionalität, egal ob die Manschette plan, gebogen oder zu einem Röhrchen aufgerollt ist. Dabei werden Durchmesser von ca. 50 Mikrometern erreicht, was der Größenordnung von Nervenfasern entspricht. Die Möglichkeit, die Manschetten durch äußere Einflüsse zu öffnen und zu schließen, macht ihre Anwendung als Verband für Nervenzellen zwecks Regeneration, Überwachung oder Stimulierung besonders attraktiv. Die Forschungsergebnisse entstanden in Zusammenarbeit mit Forschern der ETH Zürich und wurden in der Zeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht.

https://www.ifw-dresden.de/press-and-events/press-release/current-news/a...

Elektromobilität trägt wesentlich zum Klimaschutz bei
Karlsruher Institut für Technologie KIT

Sinkende Batteriepreise und Ausbau des öffentlichen Nahverkehrs können eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen ermöglichen – Studie in „Science“ veröffentlicht. Bis 2050 könnte der Transportsektor seine CO2-Emissionen fast halbieren – und damit weitaus deutlicher als bisher angenommen zur Verminderung des Klimagasausstoßes beitragen. Erforderlich wären dazu – neben einer Steigerung der Energieeffizienz – vor allem der groß angelegte Wechsel zu Elektroautos und die Förderung sowohl des öffentlichen als auch des nicht-motorisierten Nahverkehrs in den Städten. Dies sind die wesentlichen Ergebnisse einer Studie, an der das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mitgewirkt hat. Ihre Studie stellen die Forscher aktuell in der Zeitschrift „Science“ vor.

Transportsektor birgt größeres Potenzial zur CO2-Reduzierung als angenommen

In ihrer Studie „Transport: A roadblock to climate change mitigation?” legen Wissenschaftler um Dr. Felix Creutzig vom Berliner Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) und Dr. Patrick Jochem vom KIT dar, dass der Transportsektor ein deutlich größeres Potenzial zur CO2-Reduzierung birgt als bisher in globalen Emissionsszenarien angenommen. Damit zeigen die Forscher aus Deutschland, Österreich und den Niederlanden kurz vor der UN-Klimakonferenz in Paris einen Weg für das Verkehrswesen, zur Milderung der Auswirkungen des Klimawandels beizutragen.

Voraussetzungen sind ein breit angelegter Wechsel zur Elektromobilität und die Förderung des öffentlichen Personennahverkehrs in den Städten. „Elektromobilität im großen Stil könnte entscheidend dafür sein, dass die CO2-Emissionen im Transportsektor bis 2050 halbiert werden“, sagt Leitautor Felix Creutzig. Teil einer solchen groß angelegten Elektromobilität seien auch Car-Sharing-Konzepte, elektrische Fahrräder und der Schienenverkehr. „Effizienzsteigerungen der herkömmlichen Automobilflotte werden nach 2025 schwieriger. Als Motor für die Dekarbonisierung bleibt dann nur der Brennstoffwechsel.“

Sinkende Batteriepreise: Elektromobilität im Vorteil gegenüber Biotreibstoffen oder Wasserstoff

Wie aus der Studie hervorgeht, hat der Elektroantrieb dank des unvorhergesehenen Rückgangs der Batteriepreise eine bessere Startposition inne als mit Biotreibstoffen oder Wasserstoff betriebene Motoren. Hintergrund ist, dass der Preis pro Kilowattstunde Strom aus Batterien von rund 1000 US-Dollar im Jahr 2007 bis zum Jahr 2014 mehr als halbiert hat. Die Prognose für den Preis im Jahr 2030 liegt dementsprechend nun nicht mehr bei 325 US-Dollar, sondern bei weniger als 200 US-Dollar pro kWh.

Die Wissenschaftler gingen bei ihrer Untersuchung von Szenarien des Weltklimarates IPCC sowie des „Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect“ (IMAGE) aus. Großskalierte Klimaforschungsmodelle betrachten eher aus einer übergeordneten Perspektive, was beispielsweise der Transportsektor im Vergleich zum Energiesektor zum Klimaschutz beitragen kann. Die in „Science“ vorgestellte Studie hingegen untersucht Themen innerhalb des Transportsektors anhand spezifischerer und neuerer Daten, etwa auf der Detailebene des Personenverkehrs an Land.

http://www.kit.edu/kit/18908.php

TU Kaiserslautern sichert sich Förderung für vierten Sonderforschungsbereich der DFG
Technische Universität Kaiserslautern

Spitzenforschung in Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften wird weiter vorangetrieben. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB) ein. Vier der 15 eingerichteten Verbünde sind SFB/Transregio (TRR), die sich auf mehrere antragstellende Hochschulen verteilen. Einen davon konnte sich die TU Kaiserslautern, in Zusammenarbeit mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), sichern. Der neue Forschungsverbund ist eng verbunden mit den beiden Landesforschungszentren OPTIMAS (TU) und CINEMA (JGU), die beide im Rahmen der Forschungsinitiative des Landes Rheinland-Pfalz eingerichtet wurden.

Mit insgesamt 12 Millionen Euro wird der Sonderforschungsbereich/Transregio "Spin+X: Spin in seiner kollektiven Umgebung", unter der Koordination von Physik-Professor Dr. Martin Aeschlimann der TU Kaiserslautern, gefördert. In diesem Rahmen befassen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Physik, der Chemie, dem Maschinenbau und der Verfahrenstechnik mit grundlegenden magnetischen Eigenschaften, Phänomenen und Prozessen. Diese sind, wenn auch noch nicht umfassend verstanden, bereits heute von zentraler Bedeutung für moderne technologische Anwendungen wie die Datenspeicherung oder die magnetische Sensorik.

Der Sonderforschungsbereich Transregio widmet sich speziell sogenannten Spin-Phänomenen, die auf atomarer Skala den Ursprung für allgemein bekannte magnetische Eigenschaften bilden.

“Wir wollen hier an der TU Kaiserslautern international sichtbare Spitzenforschung betreiben. Uns interessieren grundlegende Aspekte wie auch funktionale magnetische Effekte mit dem mittel- und langfristigen Ziel praktischer Anwendungen", erläutert Professor Aeschlimann. "Zusammen mit 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, darunter meine Vizesprecher, Professor Mathias Kläui (JGU) und Professor Burkard Hillebrands (TU Kaiserslautern), sind wir genau das richtige interdisziplinäre Team, um dieses anspruchsvolle Forschungsgebiet anzugehen", fährt er fort.

TU-Präsident Professor Helmut J. Schmidt zeigt sich sehr erfreut über die Entscheidung der DFG: “Wir sind sehr stolz, dass wir mit diesem Erfolg den vierten Sonderforschungsbereich in wenigen Jahren etablieren können. Mit der dynamischen und erfolgreichen Entwicklung unserer koordinierten Forschung sind wir somit auf dem richtigen Weg."

Und der Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Professor Georg Krausch, ergänzt: "Die Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft belegt einmal mehr die hohe Qualität der Mainzer Materialforschung und stärkt unsere erfolgreiche Zusammenarbeit mit der TU Kaiserslautern."

http://www.uni-kl.de/aktuelles/news/news/detail/News/tu-kaiserslautern-s...

Bild: W. R. Wagner www.pixelio.de