Kooperation mit Fraunhofer
Die Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gesellschaft ist auf Grund ihrer Ausrichtung auf angewandte Forschung von besonderem Interesse. Im Rahmen des Pakts für Forschung und Innovation haben die Max-Planck-Gesellschaft und die Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kooperationen gezielt in fachlichen und übergreifenden Bereichen fortgeführt und vertieft. Seit 2005 sind an der Schnittstelle zwischen angewandter Forschung und Grundlagenforschung zahlreiche Projekte identifiziert und in die Förderung aufgenommen worden. Sie stammen aus den Bereichen Informatik, Materialwissenschaften/Nanotechnologie und Biotechnologie sowie den Regenerativen Energien und der Photonik. Ziel ist es, durch diese Kooperationen die in der Grundlagenforschung gewonnenen Erkenntnisse zur Anwendung zu führen und damit einen direkten Beitrag zur Entwicklung neuer Technologien zu leisten.
ELYDIA – Pflanzliche Proteinherstellung für Antibiotika
Die Ausbreitung multiresistenter, pathogener Bakterien bedroht die Gesundheit der Weltbevölkerung. Durch den Mangel an neuen klassischen Antibiotika hat sich diese Problematik noch verschärft. Deshalb erlangen virenbasierte Therapien, darunter aus Phagen gewonnene Endolysine, große Aufmerksamkeit. Diese Enzyme zerstören die Zellwand der Bakterien und töten die Erreger dadurch ab. Aufgrund ihrer starken Wirkung und geringen Neigung zur Resistenzentwicklung sind Endolysine besonders attraktive, maßgeschneiderte antimikrobielle Wirkstoffe. Im Gegensatz zu herkömmlichen Antibiotika können Endolysine gezielt Krankheitserreger eliminieren, ohne die Darmflora und andere für die Gesundheit wichtige Bakteriengemeinschaften zu stören. Dadurch eignen sie sich ideal für die Präzisionsmedizin und mikrobiomschonende Anwendungen. Das Projekt „ELYDIA” zielt darauf ab, die biotechnologischen Werkzeuge für die Entdeckung und industrielle Produktion von Endolysinen und anderen antibakteriellen Biopharmazeutika zu erweitern. Der Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass die Phagen-Gene für Endolysine in den Chloroplasten von Tabakpflanzen besonders effizient abgelesen werden. Mit dieser Methode kann eine außerordentlich hohe Menge an Endolysin-Proteinen kostengünstig produziert werden. Mithilfe der auf Chloroplasten basierenden Produktionsplattform ermöglicht „ELYDIA” die Bekämpfung multiresistenter Krankheitserreger und eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen technischen und medizinischen Bereichen, beispielsweise in der Dermatologie, Wundversorgung, nasalen Keimreduktion, Lebensmittelsicherheit, Veterinärmedizin und Körperpflege.
Beteiligte Institute:
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Laufzeit: 2026 - 2030
GENIUS – Neue Generation von Anoden-freien Natrium-Ionen-Batterien durch funktionelle und innovative Beschichtungskonzepte
Natrium-Ionen-Batterien könnten deutlich kostengünstiger sein als Lithium-Ionen-Batterien und könnten auch leichter den wachsenden Bedarf an Stromspeichern decken. Denn Natrium lässt sich aus Meerwasser gewinnen und ist somit viel besser verfügbar als Lithium. Doch Natrium-Ionen-Batterien erreichen bislang nur dann so hohe Speicherdichten wie Lithium-Ionen-Batterien, wenn sie elementares Natrium als Minuspol verwenden. Natrium ist jedoch sehr leicht entzündlich und reagiert heftig mit geringsten Spuren Wasser etwa aus der Luftfeuchtigkeit. Daher ist die Herstellung von Batterien mit reinem Natrium aufwendig und teuer. Das lässt sich in sogenannten Anoden-freien Batterien umgehen. In ihnen soll sich die Anode (der Minuspol) aus reinem Natrium erst während des ersten Aufladens bilden. Dabei scheidet sich das Metall aber nicht in der gewünschten Weise ab, und es kommt zu Prozessen am Stromabnehmer, die die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterien reduzieren. Zudem ist es bislang nicht möglich, für eine hohe Speicherkapazität genügend Natrium in solche Zellen zu bringen. Das GENIUS-Projekt soll beide Defizite beheben. Zum einen wollen die Forschenden den Stromabnehmer am Minuspol mit einer schützenden Membran überziehen, die nur aus einer Schicht Polymermolekülen besteht und ausschließlich Natriumionen passieren lässt. Solche zweidimensionalen Polymermembranen stellen Max-Planck-Forschende mit einem selbst entwickelten Verfahren her. Das Fraunhoferteam wird zum anderen Kathoden entwickeln, die ein natriumhaltiges Opfersalz enthält. Dessen Natriumionen werden während des ersten Ladevorgangs am Minuspol der Batterie dann in das reine Metall umgewandelt.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Laufzeit: 2026 - 2030
SYNTHIA - Immuntherapie mit synthetischen Immunzellen
Die zellbasierte Immuntherapie hat die Behandlung von bislang als unheilbar geltenden Krebs- und Autoimmunerkrankungen revolutioniert. Allerdings ist die Produktion aller bisher zugelassenen Produkte teuer und langwierig. Das SYNTHIA-Team entwickelt neuartige synthetische Immunzellen, die eine serienmäßige Produktion von Immuntherapien ermöglichen sollen. Hierfür werden reife rote Blutkörperchen oder Thrombozyten entweder von einem Spender oder vom Patienten selbst gewonnen und außerhalb des Körpers an ihrer Oberfläche gezielt synthetisch verändert, ohne das Erbgut zu beeinflussen. Auf diese Weise erhalten die Zellen immunähnliche Funktionen und können gezielt sogenannte Killerzellen aktivieren. Diese spielen eine zentrale Rolle bei der Abwehr von Krankheiten, indem sie bösartige Zellen selektiv eliminieren. Insbesondere die In-vivo-Aktivierung von Killerzellen stellt einen vielversprechenden Ansatz dar – entweder als eigenständige Therapie oder in Kombination mit etablierten Verfahren. Konkret eignen sich rote Blutkörperchen oder Thrombozyten als biokompatible Träger für gezielte Therapien. Ihr fehlender Zellkern verhindert eine Reaktion auf Umweltreize und reduziert dadurch Nebenwirkungen, während ihre hohe Biokompatibilität das Risiko unerwünschter Immunaktivierungen minimiert. In Verbindung mit ihrer hohen Biokompatibilität und ihrer breiten Verfügbarkeit in Blutbanken sind sie ideale Kandidaten für die Entwicklung von Immuntherapien der nächsten Generation. Durch die Verwendung vollständig differenzierter, kernloser Blutbestandteile wie ausgereifter roter Blutkörperchen lassen sich standardisierte, gebrauchsfertige Therapeutika entwickeln, die sich für die Herstellung im großen Maßstab eignen. SYNTHIA bietet eine Alternative zu den derzeitigen Einschränkungen bei der Herstellung und Anwendung von Immunzelltherapien. Das langfristige Ziel besteht darin, die kontrollierte Aktivierung von Immunzellen mithilfe künstlich hergestellter synthetischer Zellen auf skalierbare, serienmäßige immuntherapeutische Anwendungen auszuweiten.
Beteiligte Institute:
Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI
Laufzeit: 2026 - 2029
Interferometrie-basierte feldaufgelöste Spektroskopie iFRS
Infektionen, Krebs, aber auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen verändern die Zusammensetzung des Blutes und der Atemluft. Diese charakteristischen molekularen Spuren schnell und zuverlässig identifizieren zu können, würde die Diagnostik der Krankheiten erheblich verbessern und erfolgreichere Therapien ermöglichen. Im iFRS-Projekt werden die Partner eine Methode entwickeln, die molekulare Fingerabrücke mithilfe von Laserspektroskopie sowohl in flüssigen Proben wie etwa Blutplasma als auch in gasförmigen Medien wie Atemluft detektieren kann. Das Verfahren könnte etwa eingesetzt werden, um die Atemluft von künstlich beatmeten Patientinnen und Patienten auf Marker für Infektionen zu untersuchen und gegebenenfalls frühzeitig eine Therapie zu beginnen. Zu diesem Zweck setzen die Forschenden auf die feldaufgelöste Infrarotspektroskopie. Dabei wird nicht wie in anderen spektroskopischen Untersuchungen die Intensität, sondern das elektrische Feld des Lichts, das eine Probe nach der Bestrahlung mit einem Laser abgibt, analysiert. Dieser Ansatz ermöglicht es, Substanzen nachzuweisen, die in einer Probe nur in sehr geringen Konzentrationen vorkommen und nur sehr schwache Signale abgeben. Ein limitierender Faktor für die Empfindlichkeit ist der starke Untergrund durch den eingestrahlten Laserpuls. Ziel der Forscher ist es in diesem Projekt, diesen Untergrund durch interferometrische Auslöschung stark zu reduzieren und das untergrundfreie Signal der Probe dann mit einem Laser zu verstärken. Auf diese Weise wollen die Forschenden die Empfindlichkeit der spektroskopischen Analyse um den Faktor 1000 bis 10000 erhöhen.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Laufzeit: 2025 - 2029
NEONHET – Neuartige Elektrosynthese für den sicheren und nachhaltigen Zugang zu technisch relevanten Stickstoffheterozyklen
Arzneistoffe und Pflanzenschutzmittel sind chemisch oft eine Herausforderung. Unter anderem enthalten viele von ihnen ringförmige chemische Baugruppen, die neben den Hauptbestandteilen Kohlenstoff, Wasserstoff auch Stickstoff enthalten – sogenannte Stickstoffheterozyklen. Sie werden bislang oft aus sehr giftigen Ausgangsstoffen hergestellt. Mithilfe von Strom lassen sich einige von ihnen in einem Verfahren, das Elektrosynthese heißt, aber auch aus unbedenklicheren Substanzen gewinnen. Möglicherweise können auf diese Weise zudem Stickstoffheterozyklen synthetisiert werden, die sich auf anderem Weg gar nicht herstellen lassen. Dabei verringert die Elektrosynthese auch die CO2-Emissionen des Prozesses. Im NEONHET-Projekt untersuchen Forschende, welche Stickstoffheterozyklen sich unter welchen Bedingungen mit Strom erzeugen lassen. Für die Substanzen, die sich mit der Elektrosynthese besonders gut synthetisieren lassen, entwickelt das Team dann Prozess, die für die Produktion im industriellen Maßstab geeignet sind.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Laufzeit: 2025 - 2028
TritiumStopp – Permeationsdichte Schichtsysteme als Tritium-Barrieren in Fusionsanwendungen
Tritium, ein besonders schweres Isotop von Wasserstoff, ist als Brennstoff in einigen aussichtsreichen Konzepten für Kernfusionskraftwerke vorgesehen. Tritium kommt in der Natur praktisch nicht vor und soll daher durch eine Kernreaktion von Lithium mit Neutronen aus der Kernfusion erbrütet werden. Wie gewöhnlicher Wasserstoff dringt das radioaktive Tritium leicht in die meisten Materialien ein und geht somit verloren. Um den Verlust von Tritium und sowie dessen Freisetzung in die Umgebung zu vermeiden, entwickelt das TritiumStopp-Team Beschichtungen, die Tritium zurückhalten. Die Forschenden untersuchen Metalloxide wie Siliziumdioxid, Nitride wie Titannitrid sowie diamantähnlichen Kohlenstoff und Kohlenstoff-Verbindungen zum einen darauf, wie gut sie die Permeation, also das Eindringen von Tritium verhindern. Zum anderen testen sie, wie robust die Materialien gegen Bestrahlung mit energiereichen Ionen sind. Auf diese Weise simulieren sie die Bestrahlung durch Neutronen, die in Fusionsreakoren stattfindet. Die aufwendige Neutronenbestrahlung ist im Anschluss an TritiumStopp angedacht, um die vielversprechendsten Beschichtungen, die in diesem Projekt identifiziert werden, für den Reaktoreinsatz zu qualifizieren. Über die systematischen Messungen an potenziellen Materialien hinaus entwickelt das Team die physikalische Gasphasenabscheidung weiter, mit der die Beschichtungen erzeugt werden. Dabei prüfen die Forschenden, wie das Innere von Rohren großtechnisch so beschichtet werden, dass in Fusionsreaktoren ein geschlossener Tritiumkreislauf gewährleistet wird. Sowohl das Beschichtungsverfahren als auch die Materialien könnten nicht nur für Fusionsreaktoren, sondern auch für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff in einer wasserstoffbasierten Energiewirtschaft nützlich sein.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Laufzeit: 2025 - 2027
OptoQuant – CMOS-integrated, micro-optoelectronic room-temperature quantum-sensing for high-sensitivity magnetic field imaging
Empfindliche Sensoren, die Magnetfelder sehr detailliert messen, sind nicht nur für die physikalische Forschung nützlich, sondern auch für die Biomedizin, etwa als Schnittstellen zwischen Gehirn und Computern oder die Überwachung der Nerven- oder Herzfunktion. Das OptoQuant-Team entwickelt einen solchen Sensor für extrem kleine Magnetfelder in Form eines handlichen Gerätes. Die Forschenden nutzen dafür Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in künstlichen Diamanten. Bei einem NV-Zentrum – NV steht für nitrogen-vacancy – handelt es sich um ein einzelnes Stickstoffatom, verbunden mit einer Lücke in der Elektronenstruktur. Dank eines ungepaarten Elektrons besitzt ein solches NV-Zentrum selbst ein winziges magnetisches Moment, das auf äußere Magnetfelder reagiert und anhand des von ihm reflektierten Lichts gemessen werden kann. Einerseits kann er wie ein winziger magnetischer Sensor funktionieren, aber auch als Sensor für winzige elektrische Ströme, zum Beispiel durch Nervenbahnen. So klein ein Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum selbst auch ist, so groß sind bislang die Apparaturen, die für eine Magnetfeldmessung mit solchen Defekten nötig sind. Denn sie brauchen Lichtquellen- und -detektoren, und zudem je nach Anwendung eine Quelle für Mikrowellenstrahlung. All diese Geräte will das OptoQuant-Team auf einem Chip integrieren. Dabei setzt es unter anderem auf eine Kombination von Metalloxid-Halbleitern, die in der Chiptechnik bereits etabliert sind, und organischen Materialien für organische Leuchtdioden.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-lnstitut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Max-Planck-lnstitut für Chemische Physik fester Stoffe
Laufzeit: 2024 - 2027
CONDOR – Superconducting spintronic devices for cryogenic electronics
Quantencomputer könnten gleich zwei Probleme klassischer Rechner lösen: Sie könnten nicht nur Aufgaben lösen, mit denen heutige Computer überfordert sind, in ihnen würde auch keine Wärme entstehen, die bei der weiteren Miniaturisierung elektronischer Bauteile kaum noch abzuführen ist. Denn Quantencomputer rechnen bei sehr tiefen Temperaturen und in manchen Konzepten mit supraleitenden Bauteilen. Bislang gibt es für sie aber keine Speicher und Schaltelemente, die bei sehr tiefen Temperaturen arbeiten. Das Condor-Team will daher zum einen supraleitende Schalter entwickeln, die auf dem am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik entdeckten Prinzip beruhen, dass sich die Supraleitung in einem Draht mit einer über eine Gate-Elektrode angelegten Spannung kontrollieren lässt. Zum anderen werden die Forschenden Speicherelemente eines Magnetoresistive Random-Access Memory (MRAM) für tiefe Temperaturen optimieren. Dabei bauen sie auf sogenannten magnetischen Tunnelkontakten auf, die im Max-Planck-Fraunhofer-Kooperationsprojekt Rascal entstanden sind. Schließlich sollen die supraleitenden Schalter und die Tieftemperaturspeicher in einem Bauteil integriert werden. Diese könnten nicht nur in der Quanteninformationstechnologie Anwendung finden, sondern auch in der Raumfahrt, die Hochgeschwindigkeitskommunikation und sogar in besonders effizienten Windkraftanlagen.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Laufzeit: 2024 - 2026
MaRS – Critical materials lean magnets by Recycling and Substitution
Starke Permanentmagnete sind Schlüsselelemente unter anderem von Stromgeneratoren wie Windkraftanlagen und von Elektromotoren. Einige Materialien mit den besten bekannten magnetischen Eigenschaften enthalten Metalle der Seltenen Erden, vor allem Neodym und Samarium, die fast ausschließlich in China gewonnen werden. Um die Abhängigkeit der EU-Staaten von Importen der Seltenen Erden zu verringern, sucht das Mars-Team zum einen nach Permanentmagneten ohne diese Metalle. Zum anderen möchten die Forschenden das Recycling von ausgedienten Permanentmagneten effizienter machen. Bei der Suche nach alternativen Permanentmagneten setzen sie auf Materialien mit vielversprechenden magnetischen Eigenschaften wie Eisenphosphid und -nitrid sowie speziellen Kristallformen von Eisen-Nickel und Mangan-Aluminium-Legierungen. Bei den Eisenphosphiden und -nitriden geht es in erster Linie um die Optimierung der magnetischen Eigenschaften, die dann in Prozessen realisiert werden müssen, die industriell umsetzbar sind. Für Mangan-Aluminium-Magnete erforscht das Team auch eine technisch praktikable Herstellungsmethode. Für das Recycling von alten Permanentmagneten entwickelt das Mars-Team Methoden, bei denen die schädliche Sauerstoffverunreinigung des magnetischen Materials sowie die CO2-Emissionen und der Einsatz von Chemikalien reduziert werden. Konkret möchten sie die demontierten und zerkleinerten Permanentmagnete mit Wasserstoffplasma behandeln. Dabei wird das Material für die weitere Verarbeitung geschmolzen und in die elementaren Metalle zurückverwandelt. Zudem sollen die Oxide von Seltenerdmetallen, die bei der Herstellung von Permanentmagneten zwangsläufig entstehen, für Magnete aber unbrauchbar sind, wiederverwertet werden. Dieser Prozess findet in einem Lichtbogenofen statt, der industriell weit verbreitet ist, er wäre also leicht in die Praxis zu bringen.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS
Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien GmbH
Laufzeit: 2024 - 2026
SMARTIES – SMART Integrierte elektronische Sensoren sind winzige Atmosphären-Messgeräte und potentielle Katastrophenhelfer
Im Rahmen des SMARTIES-Projekts werden miniaturisierte Sonden, sogenannte SMARTIES entwickelt, die Echtzeitdaten zur Ausbreitung von Partikeln wie Vulkanasche, Staub oder Mikroplastik in der Atmosphäre liefern sollen. Damit schließen sie eine Beobachtungslücke von Prozessen in der Atmosphäre, die sich zwischen 100 Metern und 50 Kilometern abspielen. In einem ersten Versuch sollen über 100 SMARTIES etwa mit Ballons in die Atmosphäre gebracht und dort freigesetzt werden. Die Messgeräte treiben mit den Luftströmungen mit und messen Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Die Daten werden in Echtzeit an ein Netzwerk aus Bodenstationen übermittelt. Zusätzlich erlaubt ihre Ortung die Nachverfolgung des atmosphärischen Transports. SMARTIES wären vielseitig einsetzbar: Sie könnten beispielsweise dabei helfen, die Luftqualität in urbanen Räumen zu überwachen. Oder sie unterstützen bei Natur- oder Umweltkatastrophen, indem sie die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre analysieren. Die Sonden eignen sich zudem für die Untersuchung von Mischungsprozessen etwa bei chemischen Reaktionen oder der Wolkenbildung. Selbst für die Optimierung von Windparks sind die Sonden nützlich, da sie die Analyse von Strömungen ermöglichen – eine kostengünstige Alternative zu teuren, Laser-basierten Messsystemen.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Laufzeit: 2024 - 2026
MaxwellSuits – ultraleichte Stütz-Bekleidung für roboterbasierte Assistenz
Vor etwa 60 Jahren entwickelten Forscher den ersten tragbaren Roboter, der mit dem Körper arbeitet, statt ihn zu ersetzen. Ziel war es, maschinelle Kraft und Präzision mit menschlicher Vielseitigkeit zu verbinden und Menschen so bei schwerer körperlicher Arbeit, im Alter oder bei der Rehabilitation nach einer Verletzung zu unterstützen. Tragbare Roboter – heute meist als Exoskelette bekannt – bestehen aus starren Gliedern und mechanischen Gelenken. Sie finden zunehmend Einsatz, etwa in der klinischen Rehabilitation. Sie sind jedoch starr, schwer, voluminös und teuer, was sowohl ihre Akzeptanz als auch Funktionalität einschränkt. Deshalb gewinnen sogenannte Exosuits an Bedeutung: weiche, kleidungsähnliche Roboter. Sie nutzen flexible Materialien, sind leichter, anpassungsfähiger und komfortabler als Exoskelette, sie beeinträchtigen die Beweglichkeit nicht und lassen sich unauffällig unter Kleidung tragen. Mit dem Projekt „MaxwellSuits“ soll die nächste Generation von Exosuits aufgelegt werden: Sie sollen leichter, weicher, sicherer und leistungsstärker werden. MaxwellSuits kombiniert die Kompetenz des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung bei der Entwicklung von Exoskeletten mithilfe von Simulationen und die Forschung des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme zu weichen Aktuatoren. Aktuatoren wandeln elektrische Impulse in mechanische Bewegung um. Bei den Aktuatoren der MaxwellSuits wird ein elektrisches Feld von außen an mit Öl gefüllte Taschen, bestehend aus dünnen Kunststofffolien, angelegt. Durch die daraus resultierende Maxwell-Spannung verformen sich die Taschen, was zu einer Muskel-ähnlichen Kontraktion führt. Das Team von MaxwellSuits möchte exemplarisch Exosuits entwickeln, die präventiv den Rumpf stabilisieren und das Sprunggelenk motorisch unterstützen. Außerdem planen sie, einen strukturierten Entwicklungsprozess für Exosuits zu schaffen, der sich mithilfe von Simulationen und realen Tests zuverlässig wiederholen lässt.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Translationszentrum für Regenerative Medizin
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
Laufzeit: 2023 - 2027
SAPs4Tissue – Selbst-assemblierende biologisch aktive Peptidnanofibrillen für das biomimetische Design funktionaler Zellnischen humaner Gewebemodelle
Künstliche Organe und Gewebe könnten die Zahl der nötigen Tierversuche bei der Entwicklung neuer Medikamente reduzieren. Die künstlichen Zellstrukturen werden aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen auf extrazellulären Matrizen (EZM) erzeugt, die spezifisch für die jeweiligen Organe sind und maßgeblich deren Entwicklung, die Funktionstüchtigkeit und die Regenerationsfähigkeit von Organen bestimmen. Das SAPs4Tissue-Team verwendet für die EZM biologisch aktive selbstassemblierende Peptidnanofibrillen (SAP), die sich selbstorganisiert zu größeren Strukturen zusammenlagern. Mithilfe dieser SAP könnte sich die Organentwicklung besser kontrollieren lassen als mit den heute genutzten EZM, weil sich ihre physikalischen und biochemischen Eigenschaften durch Variationen der chemischen Zusammensetzung und Struktur gezielt einstellen lassen. In dem Projekt wollen die Forschenden in einem automatisierten Screeningverfahren biologisch aktive SAP identifizieren und ihre Wirkung auf die Entwicklung bestimmter Organe aufklären, sodass letztlich eine Bibliothek von SAP für die Organzüchtung entsteht. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird das Team aus induzierten pluripotenten Stammzellen mithilfe von SAP Darmepithelzellen erzeugen und untersuchen, inwiefern diese sich für die Erforschung von Darmerkrankungen und die Testung von pharmazeutischen Wirkstoffen eignen.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Translationszentrum für Regenerative Medizin
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Laufzeit: 2023 - 2026
RICIMER – Roman inspired Concrete Innovation by Multi-analytical enhanced Research
Ein Baumaterial aus dem antiken Rom setzt heute noch Maßstäbe: Die Römer errichteten etwa die Kuppel des Pantheons aus einem selbstheilenden, erdbebensicheren Beton, den sie nicht mit Portland-Zement, sondern mit Vulkanasche anrührten und dessen Produktion deutlich weniger CO2-Emissionen verursacht als die Herstellung heutigen Betons. Das Ricimer-Team möchte das Rezept dieses Baumaterials, das im Mittelalter verloren gegangen ist, nun wieder erforschen. Ein Grund dafür ist nicht zuletzt, dass Vulkanasche den Schmelzprodukten in der Aschen von städtischen Müllverbrennungsanlage ähnelt, die im Beton eine sinnvolle Verwendung finden könnte. Mit der Entwicklung von alternativen Baumaterialien wollen die Forschenden dazu beitragen, eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu etablieren und die globalen CO2-Emissionen zu senken. Um mit der Schlacke von Müllverbrennungsanlagen Zement ersetzen zu können, wollen die Forschenden zunächst im Detail die komplexe Mikrostruktur des römischen Betons aufklären und untersuchen, welche Faktoren die Struktur beeinflussen und etwa die selbstheilenden Eigenschaften bewirken. Von den dabei gewonnenen Erkenntnissen versprechen sie sich Hinweise, die Schlacke verarbeitet werden muss, damit daraus ein Beton entsteht, der mit dem antiken Baumaterial vergleichbar ist.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung
Laufzeit: 2022 – 2026
GT-4-ET – Glass Technologies for the Einstein Telescope
Der Nachweis von Gravitationswellen 2015 hat der Astronomie völlig neue Sinneseindrücke eröffnet. Während sie bis dato nur sichtbare kosmische Prozesse untersuchen konnte, kann sie seither Ereignisse gewissermaßen auch hören, nämlich über winzige Verzerrungen der Raumzeit. Darunter sind auch Phänomene, die nicht zu sehen sind. Doch um die extrem schwachen Gravitationswellen wahrnehmen zu können, braucht sie sehr feine Ohren. Daher wollen die Forschenden des GT-4-ET-Projekts dazu beitragen, das Gehör des geplanten Einstein-Teleskops im Vergleich zu heutigen Gravitationswellendetektor noch einmal deutlich zu schärfen. Ein Ansatz dabei ist, den Detektor noch besser vor Erschütterungen des Erdreichs zu schützen. Zu diesem Zweck entwickelt das Team Sensoren, um die Bewegungen der hängenden etwa 200 Kilogramm schweren Glasspiegel, die zentrale Elemente der Detektoren sind, extrem genau zu messen. Die Bewegungen werden daraufhin aktiv unterdrückt. Zudem verfolgt GT-4-ET einen neuen Weg, um winzige Schwankungen in der Laserleistung zu messen und in einem integrierten System auch direkt auszugleichen. Auf diese Weise reduzieren die Forschenden das Rauschen des Detektors, in dem bislang nur besonders starke Signale auszumachen sind. Sowohl für die Bewegungssensoren als auch für die Rauschunterdrückung müssen sie neue Techniken einsetzen, nicht zuletzt für die Fertigung der Sensoren. Diese Techniken könnten nicht nur in der Gravitationswellenastronomie sondern auch in anderen Bereichen Anwendungen finden, in denen extrem hohe Präzision verlangt ist, etwa in anderen Bereichen der Astronomie, aber auch in der Bohrtechnik zur Förderung von Rohstoffen oder Quantenkommunikation.
Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, IOF
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
Laufzeit: 2022 – 2026