Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme

Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme

Eine Produktionsanlage in der chemischen oder biotechnologischen Industrie ist so komplex wie ein Lebewesen: Unzählige Komponenten arbeiten darin an einem Produkt. Zahlreiche Prozesse beeinflussen sich dabei gegenseitig oder konkurrieren gar miteinander. Und oft genug ist nicht klar, warum ein Prozess funktioniert oder gerade nicht. Daher erforschen die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme sowohl biologische als auch technische Vorgänge. Ingenieure, Chemiker, Physiker, Biologen und Mathematiker entwickeln dafür mathematische Modelle. Im Fall der technischen Prozesse testen sie diese Modelle in eigenen Versuchsanlagen. Anschließend entwerfen sie eine geeignete Steuerung und Regelung, damit die Prozesse in den Anlagen nicht unversehens zum Erliegen kommen oder gar außer Kontrolle geraten. Auf der Basis ihrer Erkenntnisse entwickeln die Forscher aber auch völlig neue Prozesskonzepte mit weitaus höherer Effizienz.

Kontakt

Sandtorstr. 1
39106 Magdeburg
Telefon: +49 391 6110-0
Fax: +49 391 6110-500

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS for Advanced Methods in Process and Systems Engineering

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Systemtheoretische Grundlagen der Prozess- und Bioprozesstechnik mehr
Abteilung System- und signalorientierte Bioprozesstechnik mehr
Abteilung Physikalisch-Chemische Grundlagen der Prozesstechnik mehr
Eine stabile Hülle für künstliche Zellen
Wissenschaftler entwickeln zellähnliche Lipidvesikel, die sie mit natürlichen Zellproteinen ausstatten können mehr
Vermehrung von Zikaviren im Labor geglückt
Max-Planck-Wissenschaftler schaffen wichtige Voraussetzung für weitere Studien mit dem Virus und für die Produktion von Impfstoffen mehr
Impfstoffe aus dem Reaktor
Wenn eine weltumspannende Pandemie durch Grippeviren droht, könnte die Impfstoffproduktion an ihre Grenzen kommen. Denn der Grippe-Impfstoff wird heute größtenteils noch in bebrüteten Hühnereiern erzeugt. mehr
Kohlendioxid im Recycling
Chemiker des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin möchten das Treibhausgas Kohlendioxid recyceln und in chemische Rohstoffe oder Energietäger verwandeln. mehr
Biomasse liefert chemische Rohstoffe
Holzabfälle und Stroh bergen Schätze für die chemische Industrie, die Chemiker des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg heben wollen.
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Kontrolle für medizinische Nanolieferungen

Kontrolle für medizinische Nanolieferungen

Forschungsmeldung 8. Juni 2010
Ein Modell erlaubt Vorhersagen, wie effizient sich Nanopartikel an die Oberflächen von Tumorzellen heften mehr
Grippeimpfstoffe ganz ohne Hühnereier

Grippeimpfstoffe ganz ohne Hühnereier

Forschungsmeldung 6. August 2009
Zwei neue Designer-Zelllinien eignen sich dazu, Vakzine gegen Influenza herzustellen mehr
Nanopartikel nach Maß

Nanopartikel nach Maß

Forschungsmeldung 22. April 2008
Magdeburger Forscher züchten in Mikroemulsionen gezielt Teilchen bestimmter Größe und Gestalt mehr
Biologische Uhren - robust und sensibel zugleich

Biologische Uhren - robust und sensibel zugleich

Forschungsmeldung 9. September 2004
Erkenntnisse über die Steuerung des biologischen Tagesrhythmus können zu besserem Verständnis menschlicher Krankheiten führen, berichtet deutsch-amerikanisches Forscherteam mehr
Wenn eine weltumspannende Pandemie durch Grippeviren droht, könnte die Impfstoffproduktion an ihre Grenzen kommen. Denn der Grippe-Impfstoff wird heute größtenteils noch in bebrüteten Hühnereiern erzeugt. Udo Reichl, Direktor am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, und seine Mitarbeiter erforschen daher eine vollautomatische Produktion in Zellkulturen, die im Krisenfall Impfstoff in großer Menge liefern soll.
Normalerweise arbeiten Peter Benner und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg an komplizierten numerischen Methoden, um die Regelung und Steuerung technischer Systeme und Anlagen zu optimieren. Doch jüngst kam ihre Forschung in einem politischen Konflikt zum Einsatz. Es ging um Drogenanbau, Pestizide und Grenzverletzungen in Südamerika.
Holzabfälle und Stroh bergen wertvolle Substanzen für die chemische Industrie, die Chemiker des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg gewinnen wollen. Die Forscher suchen nach Mitteln, Biomasse in nützliche chemische Verbindungen zu verwandeln und diese als Energieträger oder Rohstoffe zu nutzen.
Selbst Menschen mit einer Querschnittlähmung können heute Rad fahren – dank der funktionellen Elektrostimulation, die Nervensignale des Gehirns ersetzt. Thomas Schauer entwickelt für die Technik am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg eine ausgefeilte Regelung, die auch Schlaganfallpatienten hilft, schnell wieder auf die Beine zu kommen.
Trotz einer Querschnittslähmung Rad fahren oder nach einem Schlaganfall wieder gehen lernen – das ermöglicht die funktionelle Elektrostimulation, die Beine oder Arme von Patienten dank einer ausgeklügelten Regelung in Bewegung bringt.
Wirklich sauber arbeiten Brennstoffzellen nur, wenn sie Stoffe aus regenerativen Quellen umsetzen – zum Brenngas aus Biomasse. Das soll das Forschungsprojekt ProBio ermöglichen.
Ein Autopilot für Binnenschiffe muss besonders umsichtig sein – Ernst Dieter Gilles hat ihn darauf getrimmt.

Ulrike Krewer

MPF 3 /2008 Material & Technik
Wenn Direkt-Methanol-Brennstoffzellen künftig als Energiequellen vielfältig eingesetzt werden können – dann wird das womöglich Frau Dr.-Ing. Ulrike Klever zu verdanken sein.
Manche chemischen Prozesse verhalten sich wie gutmütige Monster: Sie lassen sich zwar bändigen, sind aber kaum berechenbar – und kosten die chemische Industrie daher Millionen.
Wissenschaftskoordinator/-in BigMax
Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg 3. November 2017
Doktorand(in) oder Postdoc Mathematik - Optimierung - Computational Biology
Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg 2. November 2017

Entwicklung eines neuen Rohr-Bioreaktors für die kontinuierliche Produktion von Influenza-Impfstoffen

2017 Tapia, Felipe; Genzel, Yvonne; Reichl, Udo
Infektionsbiologie Komplexe Systeme Medizin
Mit steigender Weltbevölkerung und rascher Ausbreitung alter und neuer Influenza-Viren sind effizientere Verfahren zur Impfstoffproduktion gefragt. Eine Option sind gekoppelte kontinuierliche Bioreaktoren. Leider führt die Anhäufung von defekten interferierenden Partikeln zu instabilen Virusausbeuten. Als Alternative haben wir einen neuen Rohrreaktor mit Pfropfenströmung entwickelt, in dem sich mit Suspensionszellen über drei Wochen hohe Ausbeuten an Influenza-Viren erzielen ließen. Dieses System kann auch für andere Viren genutzt werden und Impfstoffproduktionskosten weltweit verringern. mehr

Iterative Löser für Phasenfeldmodelle

2016 Stoll, Martin
Informatik Komplexe Systeme Materialwissenschaften Mathematik
Phasenfeldmodelle sind ein wichtiges Instrument, um komplexe Vorgänge zu beschreiben. Die Simulation kann helfen, kostspielige Experimente zu ersetzen oder zu ergänzen. Dabei benötigt die Auswertung dieser Modelle effiziente Algorithmen. Die Forscher um Martin Stoll beschreiben iterative Löser, die mit den diskretisierten Differentialgleichungsmodellen umgehen können und eine akkurate Lösung der Probleme erlauben. mehr

Zur Kopplung von kontinuierlichen Reaktions- und Trennprozessen

2015 Horosanskaia, Elena; Horváth, Zoltán; Lee, Ju Weon; Lorenz, Heike; Seidel-Morgenstern, Andreas
Chemie Komplexe Systeme
Zur Herstellung von in großen Mengen benötigten Grundchemikalien werden überwiegend Verfahren entwickelt, welche unterbrechungsfrei (kontinuierlich) Produkte bereitstellen. In der Feinchemie und in der pharmazeutischen Industrie dominiert dagegen gegenwärtig die chargenweise Produktion, die durch Totzeiten, schwankende Produktqualitäten und geringe Produktivität gekennzeichnet ist. In diesem Beitrag werden ausgewählte Ergebnisse aus mehreren Forschungsprojekten zusammengefasst, die zur weiteren Verbreitung von kontinuierlichen Herstellungsverfahren beitragen. mehr

Neue rechnergestützte Methoden zur Aufklärung von zellulären Signaltransduktionswegen

2014 Klamt, Steffen
Chemie Komplexe Systeme Strukturbiologie Zellbiologie

Dynamische Prozesse in einer Zelle werden durch Netzwerke interagierender Biomoleküle ausgelöst und gesteuert, die leicht Hunderte Komponenten umfassen können. Obgleich immer mehr Komponenten (Proteine, Gene, Metabolite) bekannt sind, bleiben ihre gegenseitigen Interaktionen oft verborgen. Die rechnergestützte Rekonstruktion der Topologie zellulärer Netzwerke aus experimentellen Daten ist daher ein wichtiges Forschungsgebiet der Systembiologie. Die ARB-Gruppe am MPI Magdeburg entwickelte neue Algorithmen für die Netzwerkrekonstruktion und wendete diese erfolgreich auf realistische Probleme an.

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Molekulare Komplexität in Chemie und Biologie

2013 Stein, Matthias
Chemie Komplexe Systeme Mikrobiologie Strukturbiologie Zellbiologie
Vorgänge in der Chemie und Biologie beruhen auf der komplexen Wechselwirkung von Molekülen untereinander. Die biologische und chemische Erzeugung von Wasserstoff, einem Energieträger der Zukunft, durch Enzyme und Katalysatoren bei Raumtemperatur wurde mit verschiedenen Computerrechenverfahren untersucht. Die von der Natur inspirierten chemischen Systeme sind notwendig, um Details der Enzyme zu verstehen. In der molekularen Systembiologie verschieben sich der Fokus und die Art der Betrachtung dagegen und ermöglichen das Verständnis der Wechselwirkungen und Kinetiken von Proteinen in Netzwerken. mehr

Dynamik als Schlüssel zum Verständnis elektrochemischer Prozesse

2013 Krewer, Ulrike
Chemie Komplexe Systeme Materialwissenschaften
Elektrochemische Energiesysteme wie Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolysezellen sind attraktiv für die zukünftige Energieversorgung aufgrund hoher Energieeffizienz und der Möglichkeit, sowohl den dynamisch anfallenden Energiebedarf zu decken als auch überschüssige intermittierende regenerative Elektrizitätsmengen zu speichern. Zum tieferen Verständnis der komplexen Prozesse auf den Elektroden und in den Zellen lassen sich insbesondere dynamische Untersuchungsmethoden einsetzen. Zusätzlich sind sie zur Zustandsdiagnose oder auch Konzentrationsmessung verwendbar. mehr
Modellreduktion beschleunigt die Computersimulation dynamischer Systeme erheblich, sie ermöglicht oft erst deren Steuerung, Regelung oder Optimierung und wird damit zu einem immer wichtigeren Instrument der computergestützten Wissenschaften. Dabei wird das mathematische Modell eines dynamischen Prozesses durch ein kompaktes Modell ersetzt, durch dessen Simulation Aussagen über die interessierenden Eigenschaften des Prozesses gewonnen werden können. Wir geben hier eine kurze Einführung in die Modellreduktion dynamischer Systeme und demonstrieren deren Potenzial anhand realer Anwendungsprobleme. mehr

Zielgenaue Medikamentenlieferungen: Aggregation in Partikel-Zell-Systemen

2011 Rollié, Sascha; Sundmacher, Kai
Chemie Informatik
Um die Effizienz von Medikamenten zu steigern, könnten zukünftig Trägerpartikel pharmazeutische Wirkstoffe zielgenau an kranke Zellen im Organismus liefern. Für ein besseres Verständnis dieser Targetingprozesse sind modellgestützte Simulationsstudien von großem Nutzen. Die Modellierung der biokolloidalen Systeme fußt auf theoretischen Grundlagen der Partikeltechnik. Ergebnis: Trotz signifikanter Streuung der experimentellen Daten wurden zentrale Einflussgrößen identifiziert. Es zeigt sich, dass Targetingprozesse wegen geringer Rezeptorkonzentration auf den Zielzellen ratenlimitiert verlaufen. mehr

Regelung von Brennstoffzellensystemen

2010 Mangold, Michael; Kienle, Achim
Chemie Komplexe Systeme
Brennstoffzellen können elektrische Energie mit sehr hohen Wirkungsgraden erzeugen. Sie stellen daher einen wichtigen Baustein für eine zukünftige Energieversorgung dar. Der Betrieb und die Regelung von Brennstoffzellen ist aber anspruchsvoll. In diesem Beitrag werden typische Probleme der Regelung von Brennstoffzellensystemen in unterschiedlichen Leistungsklassen erläutert, und es werden Lösungsansätze aufgezeigt. mehr
Die Rehabilitation nach einem Schlaganfall erfordert ein häufiges Üben beeinträchtigter Bewegungsabläufe, um verlorengegangene Körperfunktionen wieder zu erlernen. Eine Möglichkeit zur Generierung von Bewegungen bei Lähmungen stellt die funktionelle Elektrostimulation (FES) dar. Hierdurch werden die betroffenen Muskeln aktiviert und dem Nervensystem somit besonders viele Reize für die Bahnung motorischer Funktionen zur Verfügung gestellt. Genügend präzise Bewegungsabläufe lassen sich nur durch den Einsatz einer Regelung erzielen, bei der der Bewegungszustand fortlaufend erfasst und die Stimulation entsprechend angepasst wird. mehr

Grippe Impfstoffherstellung in Einweg-Bioreaktoren

2008 Genzel, Yvonne; Reichl, Udo
Die Angst vor einer möglichen Influenza-Pandemie hat dazu geführt, dass die Entwicklung von alternativen Produktionsmöglichkeiten gegenüber dem klassischen Prozess mit einer Vermehrung der Viren in bebrüteten Hühnereiern beschleunigt wurde. Die Arbeitsgruppe ,Upstream Processing’ hat den Einsatz von neuen Einweg-Bioreaktoren für die Influenza- Impfstoffherstellung mit zwei verschiedenen Säugerzellen umfassend analysiert. Diese Bioreaktoren ermöglichen ein schnelles und einfaches Erweitern der Produktionskapazität im Falle einer Pandemie. mehr
Die Differenzierung eukaryontischer Zellen wird von einem komplexen Netzwerk biochemischer Reaktionen gesteuert. Durch die Verschmelzung genetisch veränderter Zellen können Defekte im Netzwerk überbrückt werden, während ein Signal durch das Netzwerk fließt. Auf diese Weise kann man die Struktur und Funktion des Netzwerkes analysieren. mehr

Kristallisation von Enantiomeren

2006 Elsner, Martin P.; Lorenz, Heike; Seidel-Morgenstern, Andreas
Reine Enantiomere besitzen für die pharmazeutische Industrie und bei der Herstellung von Feinchemikalien eine herausragende Bedeutung. Häufig sind die zur Herstellung verwendeten chemischen Synthesen nicht selektiv und liefern racemische (50:50) Mischungen der beiden Enantiomeren, die ein nachfolgendes Trennverfahren erfordern. Zur Lösung dieser anspruchsvollen Trennaufgabe können unter Umständen enantioselektive Kristallisationsverfahren eingesetzt werden. In diesem Bericht soll die so genannte „Bevorzugte Kristallisation“ von Konglomeraten zur Racemattrennung vorgestellt werden. mehr

Dynamik eigenschaftsverteilter Partikelsysteme: Partikelfällung in Emulsionen

2005 Niemann, Björn; Rauscher, Frank; Voigt, Andreas; Sundmacher, Kai
Chemie Materialwissenschaften
Die nasschemische Fällung fester Partikel in Emulsionstropfen ermöglicht eine Steuerung der Partikeleigenschaften. Insbesondere können in Mikroemulsionen eng verteilte Nanopartikel synthetisiert werden, deren Größenverteilung und Morphologie durch Variation der Prozessparameter gezielt eingestellt werden kann. mehr
Das dynamische Verhalten vieler chemischer Prozesse ist durch wandernde Temperatur- und Konzentrationsfronten gekennzeichnet. Solche wandernden Fronten werden in der Physik und der angewandten Mathematik auch kurz als nichtlineare Wellen bezeichnet. Diese nichtlinearen Wellen vermitteln ein einfaches Verständnis der in den betrachteten Systemen ablaufenden dynamischen Prozesse und sind daher oft Ausgangspunkt für eine verbesserte Prozesssteuerung oder -regelung sowie die Entwicklung neuer Prozesskonzepte. Aktuelle Untersuchungen am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg betreffen eine Erweiterung der theoretischen Grundlagen für die wichtige Klasse der kombinierten Reaktions-Separations-Prozesse sowie die Untersuchung neuer Anwendungsmöglichkeiten im Rahmen der modellgestützten Prozessführung. mehr
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