Kooperationsprojekte

Kooperationen mit der Fraunhofer-Gesellschaft

Der Jahresbericht listet alle derzeit existierenden Kooperationsprojekte zwischen Max-Planck- und Fraunhofer-Instituten. [mehr]

Abgelaufene Projekte

weitere Informationen

Kooperationen: Max-Planck- und Fraunhofer-Institute

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.

HEUSLER – Neue Magnetische Materialien ohne Seltene Erden

Starke Permanentmagnete sind für viele technische Anwendungen unerlässlich, etwa in der medizinischen Diagnostik, zur Energieerzeugung oder für die Elektromobilität. Derzeit werden dafür Legierungen aus Samarium und Kobalt oder aus Eisen, Bor und Neodym beziehungsweise Dysprosium verwendet. Diese Verbindungen verdanken ihre herausragenden magnetischen Eigenschaften den Metallen der Seltenen Erden, deren verfügbare Ressourcen begrenzt sind. Daher suchen die Forscher des Projektes nach Permanentmagneten ohne Seltene Erden, und zwar unter den Heusler-Verbindungen. Heusler-Verbindungen bestehen oft aus nicht-magnetischen Metallen wie Mangan, Kupfer, Gallium, Zinn oder Aluminium. Durch ihr chemisches Zusammenwirken können diese Metalle magnetische Eigenschaften annehmen. Aber auch magnetische Metalle wie Kobalt, Nickel oder Eisen können in magnetischen Heusler-Verbindungen enthalten sein. Die Max-Planck- und Fraunhofer-Wissenschaftler suchen sowohl in experimentellen als auch in theoretischen Hochdurchsatz-Verfahren nach Verbindungen, deren magnetische Eigenschaften an die derzeit stärksten Permanentmagnete heranreichen, aber kostengünstiger sind. Als besonders vielversprechend haben sich hier bereits manganhaltige Verbindungen erwiesen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Laufzeit: 2014 - 2017

Dendrorefining: Ein neuer Ansatz zur stofflichen und energetischen Nutzung von Lignin

Biomasse zu verbrennen ist Verschwendung. Schließlich hat die Natur darin komplexe organische Verbindungen verarbeitet, die sich als Ausgangsmaterialien etwa für Kunststoffe oder für Bio-Treibstoffe eignen. Doch bislang ist es praktisch nicht möglich, an alle diese wertvollen chemischen Bestandteile heranzukommen. So fallen bei der Herstellung von Bio-Ethanol aus Zuckerrohr jährlich rund 200 Millionen Tonnen Lignin an, die verbrannt werden. In der skandinavischen Zellstoffproduktion gehen 50 Millionen Tonnen Lignin denselben Weg. Das Dendrorefining-Projekt soll da eine Alternative schaffen. Die Wissenschaftler der Kooperation erforschen katalytische Prozesse, um das Biopolymer Lignin mit Wasserstoff in seine chemischen Bausteine zu spalten. Einige der Substanzen, die so entstehen, lassen sich direkt in der chemischen Industrie einsetzen. Aus den anderen Produkten der Spaltung wollen die Forscher in einem zweiten Schritt Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe (Alkane) erzeugen – auch dafür entwickeln sie Katalysatoren und chemische Verfahren. Die Alkane, die in diesem zweiten Schritt entstehen, könnten als flüssige Treibstoffe dienen. Mit dem Wasserstoff, der bisher weitgehend aus Erdgas oder Erdöl hergestellt wird, wollen die Wissenschaftler im ersten Schritt des Prozesses Lignin spalten und so die Lignin-Verarbeitung zu einem nachhaltigen Prozess machen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Laufzeit: 2013 - 2017

MEP-Signalwege als Plattform für die Isoprenoid-Synthese

Ob als Medikamente gegen Krebs und Malaria, ob als Pflanzenhormone, Farbstoffe oder Geschmacks- und Duftstoffe – Substanzen aus der Klasse der Isoprenoide haben zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Sie werden zwar von vielen Organismen gebildet – vor allem Pflanzen und Bakterien, aber meist nur in geringen Mengen. Chemisch lassen sich die Substanzen wegen ihrer komplexen Struktur bislang kaum synthetisieren, für den industriellen Einsatz können sie daher nur aus Erdöl gewonnen werden.

Deshalb wollen die Forscher dieses Kooperationsprojekts noch genauer erforschen, wie Pflanzen die Bildung von Isoprenoiden steuern. Dazu analysieren sie den sogenannten Methylerythritol-4-phosphat-Weg („MEP pathway“). Neben dem Mevalonat-Weg (MVA) können Organismen auch über diesen erst kürzlich entdeckten Stoffwechselweg Isoprenoide herstellen. Der MEP-Weg benötigt weniger Energie und kommt mit Glukose und Glykogen als Kohlenstoffquelle aus. Über ihn könnten Isoprenoide deshalb effektiver produziert werden. Allerdings lässt er sich bislang kaum künstlich verändern.

Die Wissenschaftler werden deshalb Menge und Aktivität der am MEP-Weg beteiligten Enzyme messen und die Mengen der entstehenden Zwischenprodukte analysieren. Dadurch wollen sie herausfinden, an welchen Stellen sie am effektivsten in die Produktivität des Stoffwechselweges eingreifen können. Ihre Ergebnisse werden die Forscher dann in den Bakterien Escherichia coli und Clostridium ljungdahlii testen. Das Ziel ist, den MEP-Weg so zu steuern, dass die Mikroben mehr Isoprenoide produzieren.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Laufzeit: 2013 - 2015

LEGASCREEN – Frühtest für Legasthenie

Das Risiko für eine Legasthenie bereits im Kleinkindalter benennen können, um dann für entsprechende Frühförderung zu sorgen – das ist das Ziel des Projekts Legascreen. Bislang ist die zuverlässige Diagnose der Lese-Rechtschreib-Störung erst möglich, wenn bereits Kenntnisse im Lesen und Schreiben vorhanden, Kinder also schon in der Grundschule sind. Der neue Frühtest kombiniert zwei Verfahren, indem er genetische und neurologische Befunde einbezieht, die jeweils allein nicht aussagekräftig genug sind. Die zu Projektbeginn an drei und fünf Jahre alten Probanden erhobenen Ergebnisse werden mit denen der klassischen Legasthenie-Diagnostik verglichen, um zu sehen, ob die getroffene Risikoabschätzung zutreffend war.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Laufzeit: 2012 - 2015

DiaNMR - Kernspinresonanzspektroskopie auf Nanoebene

Sensoren, die magnetische Felder auf wenige Nanometer genau messen, könnten zahlreiche Anwendungen finden. Zum Beispiel bei der Produktion von Festplattenspeichern, die immer mehr Daten aufnehmen sollen. Bei der Herstellung der magnetischen Speichermedien, die immer fehleranfälliger wird, je dichter die Daten darauf gepackt werden, könnten magnetische Nanosensoren genau ausmessen, welche Bereiche der Festplatte defekt sind. Diese ließen sich dann vom Schreib-Lesevorgang ausschließen, während die Festplatte an sich sehr wohl Verwendung findet. Das könnte den Ausschuss und die Kosten der Produktion deutlich senken.

Magnetische Nanosensoren, die das ermöglichen, gibt es mit Stickstoff-Fehlstellen in Diamanten bereits. Sie funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Kernspintomografen in der Medizin. Die Wissenschaftler des DiaNMR-Projektes suchen nun einen Weg, die Stickstoff-Defekte in künstlichen Diamanten gezielt zu dosieren, um die Sensoren reif für eine breite Anwendung zu machen. Sie verfolgen dabei zwei Ansätze. Zum einen möchten sie winzige Diamanten erzeugen, in denen jeweils nur ein Defekt als Messsonde dient. Mit solch einem Sensor könnten Rasterkraftmikroskope Proben wie etwa magnetische Festplatten mit hoher Auflösung abtasten. Zum anderen arbeiten die Forscher an Diamantchips, die eine größere Zahl der Stickstoffdefekte enthalten. Solche Chips könnten in Fluoreszenzmikroskopen zum Einsatz kommen, da sich die Messwerte der einzelnen Defekte mit dem Laser des Mikroskops einfach auslesen lassen.

Solche Sensoren wären nicht nur für die Qualitätskontrolle von Festplatten nützlich, sondern auch, um in einem Messvorgang gleichzeitig Informationen über die räumliche Struktur und die chemische Zusammensetzung von Oberfläche gewinnen zu können. Sie könnten aber auch Kernspin-Untersuchungen an einzelnen Proteinen in lebenden Zellen und damit völlig neue Einblicke in die Funktionsweise von Proteinen ermöglichen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Laufzeit: 2016 - 2018

PowerQuant – leistungsfähigere Faserlaser

Extrem starke Laser sind an vielen Stellen gefragt. Die Industrie braucht sie als effiziente Werkzeuge, etwa zum Schneiden, Schweißen oder für den 3D-Druck; die Wissenschaft nutzt sie als feinfühlige Messinstrumente. Laserlicht in einer Glasfaser zu verstärken, ist eine Möglichkeit, die Lichtintensität zu steigern. Doch diese Methode stößt an ihre Grenzen: Wenn die Lichtintensität stark steigt, wird das Intensitätsprofil des Lasers unregelmäßig verzerrt – der Laser rauscht. Das Maximum der Intensität liegt dann nicht mehr in der Mitte des Strahls, wo es sich Industrie und Wissenschaft wünschen, um präzise arbeiten zu können.

Um mit einem Faser-Laser sehr intensives Licht zu erzeugen, das nur noch so wenig rauscht wie es die fundamentalen Gesetze der Quantenphysik zulassen, verfolgen die Wissenschaftler von PowerQuant verschiedene Ansätze. So wollen sie das Laserlicht mit einem flexiblen Spiegel in die Glasfaser einspeisen, und so die Schwankungen im Intensitätsprofil ausgleichen. Hierzu haben sie eine Messmethode entwickelt, mit der sie ständig verfolgen, wie die Intensität in der Faser schwankt. Auf Basis der Messergebnisse ermitteln sie dann in Bruchteilen einer Sekunde die Steuerbefehle für den Spiegel.

Außerdem möchten die Forscher das Licht eines Lasers aufspalten, in mehreren Fasern statt in einer einzigen verstärken und die verschiedenen Strahlen dann wieder zusammenführen. Damit die besondere Eigenschaft eines Lasers, dass seine Lichtwellen alle im Gleichtakt schwingen, dabei nicht verloren geht, müssen sie extrem präzise arbeiten.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Laufzeit: 2016 - 2019

ZellMOS – Elektrisch selbstkontaktierende Zell-3D-Nanoelektroden auf CMOS

Leistungsfähigere und kleinere Implantate etwa für die Netzhaut oder die Cochlea könnten vielen Menschen das Leben erleichtern. Eine Voraussetzung dafür wollen Forscher des CMOS-Projekts schaffen. Sie möchten eine dauerhaft stabile elektronische Kopplung zwischen lebenden Zellen und Halbleiterschaltungen, genauer gesagt sogenannten Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS), ermöglichen. CMOS-Bauelemente sind in der Elektronik heute Standard, weil sie eine hohe Dichte von Transistoren ermöglichen, energieeffizienter und weniger fehleranfällig sind als andere Techniken. Nervenzellen bauen jedoch keinen stabilen Kontakt zu ihnen auf.

Zwei Entwicklungen von Max-Planck- und Fraunhofer-Forschern sollen helfen, das zu ändern. Zum einen haben Max-Planck-Wissenschaftler entdeckt, dass Zellen einen über lange Zeit stabilen elektrischen Kontakt zu nadelförmigen Elektroden aufbauen, die dünner als 400 Nanometer sind. Solche Elektroden etwa aus dem Edelmetall Ruthenium nehmen die Zellen unbeschadet in ihr Inneres auf, während Nervenzellen heute üblicherweise nur von außen durch Elektroden kontaktiert werden und sich rasch wieder von solchen Kontakten lösen.

Fraunhofer-Forscher haben zum anderen einen Weg gefunden, dreidimensionale Nanostrukturen auf CMOS-Schaltungen zu integrieren. Das haben sie nun auch mit den nadelförmigen Nanoelektroden vor, um eine direkte und effiziente elektronische Verbindung zu Nervenzellen, die in beide Richtungen funktioniert und vor allem langfristig stabil bleibt, zu schaffen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Laufzeit: 2016 - 2019

 
loading content