Grundlagenforschung I

Konsequenzen von Landnutzungsänderungen für die Biodiversität und Funktionalität von komplexen ökologischen Lebensgemeinschaften

Grundlagenforschung
Thema: „Konsequenzen von Landnutzungsänderungen für die Biodiversität und Funktionalität von komplexen ökologischen Lebensgemeinschaften“
Institution: FSU Jena – Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung – iDiv
Forscher: Prof. Dr. Ulrich Brose

Beschreibung des Projektes:

Die Ökosysteme der Erde sind einem permanenten Wandel unterworfen, der einschneidende Folgen für ihre Artenzahl, die sogenannte Biodiversität, und ihre Funktionsfähigkeit hat. Die Arten dieser Ökosysteme interagieren auf vielfältige Weise, wodurch die Lebensgemeinschaften als komplexe Netzwerke charakterisiert werden. Die Vorhersage der Konsequenzen des ökosystemaren Wandels galt aufgrund der Komplexität der Lebensgemeinschaften bislang als kompliziert. In den Arbeiten von Ulrich Brose wurde mithilfe  neuartiger Methodik die ökologische Konsequenz der Transformation von Regenwald in Ölpalmenplantagen aufgedeckt. Es konnte gezeigt werden, dass diese Landnutzungsänderung zu einem hohen Verlust an Arten führt und gleichzeitig zu einem noch höheren Verlust an wichtigen Ökosystemfunktionen. Damit wurde auch gezeigt, dass sogar für die komplexesten Ökosysteme der Erde relativ simple Risikoabschätzungen erstellt werden können. So wird ein fundiertes Management der Natur ermöglicht, um auch für zukünftige Generationen Ökosysteme mit ausreichender Biodiversität und Funktionalität zu gewährleisten.

Grundlagenforschung II

Angewandte Wissenschaften in der Antike/Applied Sciences in Antiquity

Grundlagenforschung
Thema: „Angewandte Wissenschaften in der Antike/Applied Sciences in Antiquity“
Institution: Universität Erfurt
Forscher: Prof. Dr. Kai Brodersen

Beschreibung des Projektes:

Warum hat es nicht schon vor 2000 Jahren eine Dampfmaschine gegeben? Immerhin war das Prinzip der Dampfkraft schon in der Antike entdeckt worden – warum wurde es dann aber nicht angewandt? Die historische Forschung hat bisher gemeint, dass es keine Belege für einen Wissenstransfer gebe. In seinen Beiträgen zur althistorischen Grundlagenforschung hat Kai Brodersen diese Sicht grundlegend in Frage gestellt. Er hat dazu neue kritische Editionen bisher ignorierter antiker Wissenstexte im Original und in deutscher Übersetzung publiziert und erstmals zugänglich gemacht. So zeigt er, dass im Altertum wissenschaftliche Erkenntnisse durchaus in „angewandte Wissenschaft“ transferiert wurden. Dabei bevorzugte man aber das Wunderbare einerseits und alltäglichen Einsatz andererseits, während ein wissenschaftliches Verständnis und eine Nutzung des Wissens nicht im Fokus standen.

Grundlagenforschung III

Horn oder Die Gegenseite der Medien

Grundlagenforschung
Thema:
„Horn oder Die Gegenseite der Medien“
Institution: Bauhaus-Universität Weimar
Forscher: Prof. Dr. Henning Schmidgen

Beschreibung des Projektes:

Unser täglicher Umgang mit Medien ist durch eine Konjunktur des Tastsinns geprägt. Fast überall berühren wir Smartphones, Laptops oder Tablets…. Im Gegenzug ist es auch die Medientechnik, die uns abtastet: von Drucksensoren in Autositzen über Bewegungsmelder bis hin z. B. zu Körperscannern. Diese neue Situation fordert die Medienwissenschaft dazu heraus, eine symmetrische Theorie des Taktilen zu entwickeln. Diese Theorie verdeutlicht, dass der Tastsinn nicht nur auf der Seite der humanen Akteure verortet ist, sondern sich zunehmend auf der „Gegenseite“ jener technischen Objekte ansiedelt, die wir üblicherweise als Medien bezeichnen. Wiederanknüpfend an die Würdigung des Tastsinns in der Bauhaus-Pädagogik lässt sich die Wahrnehmung für die Prozesse und Phänomene der Digitalisierung schärfen. Es entsteht das Panorama einer taktil geprägten Kultur der Technik, in dem die Gegenseite der Medien klar zum Vorschein kommt.

Angewandte Forschung I

Flüssige Gebäudehüllen — Großflächige Glas-Glas-Kapillarelemente zur Integration funktionaler Flüssigkeiten in die Fenster und Fassaden

Angewandte Forschung
Thema:
„Flüssige Gebäudehüllen — Großflächige Glas-Glas-Kapillarelemente zur Integration funktionaler Flüssigkeiten in die Fenster und Fassaden“
Institution: FSU Jena, Schott Technical Glass Solutions GmbH, Eura Innovation AG
Forscher:

Prof. Dr.-Ing. Lothar Wondraczek,

Dr. Gerhard Lautenschläger,

Almut Schmidt,

Benjamin Heiz,

Dirk Schmidt

Beschreibung des Projektes:

Gebäude sind verantwortlich für mehr als ein Drittel des weltweiten Energiebedarfs und der damit verbundenen CO2-Emissionen. Gleichzeitig verbringen wir mehr als drei Viertel unseres Lebens im Inneren von Gebäuden und stellen immer höhere Ansprüche an Komfort und Funktionalität. Eine flüssige Gebäudehülle imitiert die thermischen Eigenschaften eines Wasserfalls: in Außenwänden und Fenstern zirkulierende Flüssigkeiten verwandeln passive Wandflächen in thermisch aktive Gebäudekomponenten. Auf diese Weise wird das Gebäude nicht nur effizienter isoliert, sondern auch kostengünstiger beheizt oder gekühlt, je nach Wettervorhersage und Jahreszeit. Dem Team ist es gelungen, auf Basis funktionaler, großflächiger Glaselemente mit integrierten Kanalstrukturen eine Technologie bereitzustellen, welche flüssige Gebäudehüllen zur Realität macht. In einem ganzheitlichen Ansatz wurde diese bis zur Verfügbarkeit kompletter Fluidikfenster mit Zwei- und Dreifachverglasung vorangetrieben.

Angewandte Forschung II

Biomimetische Nachbildung von Gewebestrukturen am Beispiel der Blutstammzellnische: Biolithomorphie der Blutstammzellnische (HSC)

Angewandte Forschung
Thema:
„Biomimetische Nachbildung von Gewebestrukturen am Beispiel der Blutstammzellnische: Biolithomorphie der Blutstammzellnische (HSC)“
Institution: TU Ilmenau
Forscher:

Prof. Dr. habil. Andreas Schober,

Prof. Dr. med. habil. James Beck,

M. Sc. Jessica Frey,

Dr. Astrid Voigt,

Dipl.-Ing. Jörg Hampl,

Dipl.-Ing. Frank Weise,

Dr. Gregor Schlingloff,

Dr. Sukhdeep Singh,

M. Sc. Lisa Marx-Blümel

Beschreibung des Projektes:

Patienten profitieren im Rahmen einer Blutstammzelltransplantation von der Gabe hoher Mengen an Blutstammzellen. Da gesunden Spendern nur eine begrenzte Menge an Stammzellen entnommen und somit für eine Transplantation bereitgestellt werden kann, ist die verfügbare Anzahl an Spenderstammzellen limitiert. Bisher ist eine Vorabvermehrung von Blutstammzellen in Kultursystemen vor Stammzelltransplantation unzureichend. Ziel ist es, hohe Expansionsraten von Stammzellen in einer dem Knochenmark nachempfundenen, geometrischen Umgebung zu erreichen, wobei die Stammzelleigenschaften erhalten bleiben sollen. Es wurde deshalb ein Verfahren zur Nachbildung der Blutstammzellnische mittels Biolithomorphie in Anlehnung an die in vivo vorkommenden Gegebenheiten entwickelt. Als Vorlagen dienen präparierte Schnittbilder vom Knochenmark gesunder Patienten. Diese werden über Bildverarbeitungstechniken in lithographische Masken übersetzt und durch Mikrostrukturtechnik abgebildet. Die so entstandenen Siliziumstrukturen werden in Werkzeuge überführt und dienen dann der weiteren Replikation folienbasierter Kultivierungsstrukturen (Scaffolds).

Angewandte Forschung III

Entwicklung eines Verfahrens zum Nachweis der Ebergeruchskomponenten Androstenon und Skatol mittels Gaschromatographie-Ionenmobilitätsspektrometrie (GC-IMS)

Angewandte Forschung

Thema: „Entwicklung eines Verfahrens zum Nachweis der Ebergeruchskomponenten Androstenon und Skatol mittels Gaschromatographie-Ionenmobilitätsspektrometrie (GC-IMS)““
Institution: fzmb GmbH Bad Langensalza
Forscher:

Dr. Carmen Klein,

Sven Wietstock,

Tina Hentschel,

Florian Meyer

Beschreibung des Projektes:

Geschlechtsreife männliche Schweine haben einen mehr oder weniger ausgeprägten Geschlechtsgeruch, der auch nach der Schlachtung in den gewonnenen Lebensmitteln nachweisbar ist und zur Untauglichkeit für den menschlichen Verzehr führt. Für den künftigen Ausstieg aus der betäubungslosen Kastration männlicher Ferkel bieten sich drei Wege als Alternativen an: die chirurgische Kastration unter Vollnarkose, die immunologische Kastration mittels Impfung und die Ebermast. Letztgenannte erfordert ein objektives und von der individuellen Geruchswahrnehmung des Menschen unabhängiges Verfahren zum Nachweis der Geschlechtsgeruchsstoffe im Fleisch und Fett geschlachteter Eber. Das Team des fzmb erarbeitete ein Nachweisverfahren auf Basis der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS). Dabei  werden die im Gas vorhandenen Moleküle mit einer kleinen Strahlungsquelle ionisiert, d.h. in geladenen Molekülfragmente überführt, die dann in einem elektrischen Feld getrennt werden können und auf einem Sensor ein substanzspezifisches Muster erzeugen. Mit einem am FZMB entwickelten portablen IMS-Gerät können Proben, die in einem mittelständischen Schlachtbetrieb anfallen, tagfertig analysiert werden – ein wichtiger Beitrag zum Tierschutz und zum Schutz des Verbrauchers.

Angewandte Forschung IV

Methoden-Mix beschleunigt den Entwurf von Mikroelektronik-Chips

Angewandte Forschung
Thema:
„Methoden-Mix beschleunigt den Entwurf von Mikroelektronik-Chips“
Institution: IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH Ilmenau

Forscher:

Georg Gläser

Beschreibung des Projektes:

Designfehler in der Mikroelektronik können negative Auswirkungen auf sicherheitsrelevante Systeme wie z. B. im Automobilbereich haben und hohe finanzielle Schäden verursachen. Daher wird die Entwicklung mikroelektronischer Systeme seit jeher wissenschaftlich bearbeitet und durch immer anspruchsvollere Entwurfsmethoden optimiert. Die Anforderungen an Mikrochips steigen stetig: Komplexität und Verarbeitungsgeschwindigkeit nehmen exponentiell zu, gleichzeitig sollen Aufwand und Risiko im Entwurf reduziert werden. Neuartige, hochkomplexe Mikrochips lassen sich bislang vor ihrer Produktion nicht vollständig auf Schwachpunkte analysieren. Unerwünschte Wechselwirkungen von Layout bzw. Bauplan auf die Funktion einer Schaltung lassen sich bislang nicht vollständig untersuchen. Georg Gläser hat verschiedene spezialisierte Methoden entwickelt. Mit ihnen lassen sich die Layout-bedingten Wirkungen automatisch auffinden und bewerten. Zudem erlauben die Methoden, das Zusammenspiel komplexer Systemkomponenten in Systemmodelle zu integrieren und effizient zu simulieren. Darüber hinaus wurden neue Methoden erarbeitet, mit denen sich das Systemverhalten auch bei unbekannten Betriebsbedingungen vor der Fertigung analysieren lässt.

Angewandte Forschung V

Natrium-Nickel-Chlorid-Batterien für die effiziente stationäre Stromspeicherung

Angewandte Forschung
Thema:
„Natrium-Nickel-Chlorid-Batterien für die effiziente stationäre Stromspeicherung“
Institution: Fraunhofer-IKTS Hermsdorf
Forscher:

Prof. Dr. Michael Stelter,

Dr. Roland Weidl,

Dr. Matthias Schulz,

Dipl.-Ing. Heidi Dohndorf ,

M. Sc. Martin Hofacker,

Dipl.-Ing. Benjamin Schüßler,

Dipl.-Ing. (FH) Lutz Kiesel

Beschreibung des Projektes:

Im Kontext der Energiewende gewinnen regenerative Energiequellen wie Photovoltaik  und Windkraft immer mehr an Bedeutung. Damit auch dann Strom zur Verfügung steht, wenn die Sonne nicht scheint oder das Windrad stillsteht, muss Energie zuverlässig gespeichert werden. Das Team des Fraunhofer- IKTS hat dafür eine keramische Natrium-Nickel-Chlorid Batterie entwickelt, die nicht nur kostengünstig hergestellt werden kann, sondern auch vollständig aus unkritischen, einheimischen Rohstoffen besteht. Wichtigster Bestandteil der Batterie ist ein einseitig verschlossenes Rohr aus einer natriumionenleitfähigen Keramik – der Festkörperelektrolyt. Die Forscher etablierten den kompletten Herstellungsprozess: von der Pulverherstellung zu Formgebung und Brennen, über das Zelldesign, bis zur Entwicklung eines fertigen Moduls. Die Batterie zeichnet sich besonders durch ihre Sicherheit aus, sie brennt weder, noch ist sie gasbildend und kann somit ohne Bedenken im Haushalt installiert werden. Auch der geringe Wartungsaufwand, die Robustheit und die hohe Energieeffizienz sprechen für die Zukunftsfähigkeit dieses Energiespeichers. Der größte Vorteil dieser Batterie ist jedoch die gute Verfügbarkeit der benötigten Rohstoffe, denn Na/NiCl2 Batterien speichern Strom in Kochsalz, einer quasi unendlich verfügbaren Ressource. Das macht sie zu einer ernst zu nehmenden Alternative zur Lithium-Ionen Batterie.

Angewandte Forschung VI

RAMANBIOASSAY™: Revolution in der Antibiotika-Verordnung

Thema: RAMANBIOASSAY™: Revolution in der Antibiotika-Verordnung
Institution: IPHT Jena / FSU Jena / UKJ
Forscher:

Prof. Dr. Jürgen Popp,

Prof. Dr. Ute Neugebauer,

Prof. Dr. Michael Bauer,

Prof. Dr. med. Bettina Löffler,

Dr. Uwe Hübner,

Dipl.-Ing. Peter Horbert

Beschreibung des Projektes:

Schwere Infektionen, die zu einer lebensbedrohlichen Sepsis führen können, werden oft zunächst blind behandelt – mit Breitband-Antibiotika, bis Mediziner die Erreger und deren mögliche Resistenzen identifiziert haben. Denn es fehlt an geeigneten schnellen Verfahren für die Diagnose. Die Folge: Immer mehr Bakterien entwickeln Resistenzen und gängige Antibiotika werden wirkungslos. Von Krankheiten, die heute gut zu behandeln sind, könnte wieder eine lebensbedrohliche Gefahr ausgehen. Das Team des Leibniz-IPHT, der FSU Jena und des Universitätsklinikums Jena hat mit dem RAMANBIOASSAYTM eine Lösung vorgelegt mit dem Potential, die Infektionsdiagnostik weltweit entscheidend voranzubringen: einen laserbasierten Schnelltest, der es Ärzten ermöglicht, Infektionen künftig rasch und vor allem zielgenau zu therapieren. Mit dem RAMANBIOASSAYTM können Bakterien und deren potentielle Antibiotikaresistenz in 3 Stunden diagnostiziert werden, fast acht Mal so schnell wie mit mikrobiologischen Verfahren. Derzeit werden Keime angezüchtet, die erst nach 24 Stunden und mehr zuverlässig ausgewertet werden können. Die Alternative der Jenaer Mediziner, Mikrobiologen und Technologieforscher ist schnell, kostengünstig und universell einsetzbar: ein Chip, der funktioniert wie ein Labor. Aus wenigen Tropfen einer Patientenprobe können Ärzte mittels eines lichtbasierten Verfahrens die entscheidenden Informationen auslesen. Die zeitaufwendige Kultivierung entfällt. Patienten könnte das RAMANBIOASSAYTM so das Leben retten. Zudem würden passgenaue Therapien den Gesundheitssystemen erhebliche Kosten einsparen.