Kooperation mit Fraunhofer

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.


eBioCO2n – Herstellung von Spezialchemikalien durch stromgetriebene CO2-Konversion

Erdöl ist für die chemische Industrie immer noch der wichtigste Rohstoff. Aus ihm erzeugt sie Kunststoffe, Farben und Bausteine von Medikamenten. Zumindest einen Teil des fossilen Rohstoffs durch CO2 zu ersetzen und damit im Sinne einer Kreislaufwirtschaft auch den CO2-Fußabdruck der Chemieproduktion zu verringern, ist Ziel des eBIOCO2n-Projekts. Die Forscher möchten CO2 für die Herstellung von diversen chemischen Produkten nutzen. Mithilfe von Strom aus Wind- und Wasserkraft oder Fotovoltaik wollen sie das Klimagas dabei in synthetische biochemische Prozesse einspeisen, die der natürlichen Fotosynthese nachempfunden sind. Sie kombinieren dafür Ansätze der Bioelektrochemie, Enzymbiologie und Synthetischen Biologie. So entwickeln sie Bioelektroden, um mit Strom Enzyme anzutreiben, die gemeinsam CO2 in verwertbare chemische Substanzen umwandeln. Diese künstliche Enzymkaskade werden die Wissenschaftler mithilfe der Synthetischen Biologie so optimieren, dass der Prozess möglichst effizient abläuft. Schließlich werden sie im Rahmen des Projekts einen Demonstrator bauen, der aus CO2 die Aminosäuren Alanin, Glycin und Aspartat erzeugt, um die Machbarkeit der stromgetriebenen biokatalytischen CO2-Konversionen zu beweisen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie

Laufzeit: 2019 – 2023

TWISTER – Turbulentes Wetter in strukturiertem Terrain

Wolken stellen Klimaforscher und Wetterdienste immer noch vor viele Fragen. Wann sie entstehen, unter welchen Bedingungen sie Niederschlag bilden, und auch unter welchen Umständen sie sich wieder auflösen, untersuchen die Forscher des TWISTER-Projekts. Diese Prozesse in Modellen wiedergeben zu können, ist für lokale Wettervorhersagen wichtig, nicht zuletzt für Warnungen vor Extremwettern. Fest steht, turbulente Luftströmungen spielen in der Wolkenphysik eine zentrale Rolle. Die Prozesse können Forscher bislang aber auch deshalb nicht vollständig erfassen, weil dabei Zirkulationen im Maßstab von Kilometern oder einigen 100 Metern bis hin zu Verwirbelungen im Millimetermaßstab mitmischen. Auf lokale Wetterereignisse hat zudem die Struktur des Geländes einen großen Einfluss, und zwar nicht nur Berge, an denen sich oft Wolken stauen, sondern etwa auch Häuserschluchten in Städten. Die TWISTER-Forscher entwickeln nun ein LiDAR-System, mit dem sie Strömungen bis hin zu einem Kubikmeter dreidimensional auflösen und auch die Temperatur sowie Feuchtigkeit der Luft messen können. Dafür setzen sie drei synchronisierte Laser ein, die mit unterschiedlichen Farben die verschiedenen physikalischen Größen bestimmen. Ein solches LiDAR-Gerät könnten viele Anwender etwa für atmosphärische Studien nutzen. Im TWISTER-Projekt ergänzen die Forscher die LiDAR-Untersuchungen durch detailliertere Analysen der Wolkenmikrophysik, für die sie in interessante Teile einer Wolke einen Ballon mit Messgeräten steigen lassen. Aus den gesammelten Daten entwickeln sie dann Modelle, die Effekte in den verschiedenen Größenordnungen berücksichtigen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Laufzeit: 2019 – 2022

ClusterBatt – Bildung von Metallclustern in Kohlenstoffmaterialien – sichere Anoden für zyklenstabile Batterien mit Hoher Energiedichte

Damit Strom künftig vor allem aus regenerativen Quellen fließen kann, braucht es nicht zuletzt leistungsfähige Speicher – zum Beispiel Batterien, die Materialien aus gut verfügbaren Rohstoffen nutzen. Die sind auch gefragt, wenn Elektroautos zunehmend herkömmliche Fahrzeuge ersetzen sollen. Im Projekt Clusterbatt entwickeln Forscher Materialien für Lithium- oder Natrium-Batterien, die diesen Anspruch erfüllen sollen. Sie haben es dabei konkret auf die Anode, also den Minuspol der Stromspeicher abgesehen. Dass es dafür bislang keine befriedigende Lösung gibt, schränkt die Leistungsfähigkeit von Batterien derzeit entscheidend ein. Die ClusterBatt-Forscher setzen daher auf Kohlenstoff mit mikroskopisch kleinen Poren, deren Größe und Form sie gezielt einstellen. In den Poren soll sich das Lithium oder künftig auch Natrium beim Laden in Form von Clustern, also winzigen Körnern sammeln. Die Anoden herkömmlicher Lithium-Batterien bestehen zwar auch aus Kohlenstoff, aber in Form von Grafit, zwischen dessen Schichten sich die Metallatome jeweils einzeln ablagern. Deshalb erreichen gängige Kohlenstoffanoden keine hohe Speicherdichten. Anoden aus dem reinen Metall oder einer Legierung sind ihnen in dem Punkt zwar deutlich überlegen, lassen sich aber nicht so oft laden sowie entladen und neigen zudem zu Kurzschlüssen, weil sich die Metalle ihnen nicht in kontrollierter Weise abscheiden, sondern etwa Äste zur Katode bilden. Durch die Kombination von porösem Kohlenstoff mit Metallclustern wollen die Forscher nun die Vorzüge der derzeit eingesetzten Materialien verbinden, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Laufzeit: 2019 – 2022

Akustogramme – Ein neuer Ansatz für 3D-Ultraschall

Ultraschall findet in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung, von simplen sensorischen Systemen wie beispielsweise der Abstandsmessung im Auto bis hin zu aufwendigen Bildgebungsverfahren in der Medizin. Die dafür notwendigen komplexen Schallfelder werden bisher durch viele einzelne Schallwandler erzeugt. Diese benötigen jedoch jeweils eine eigene elektrische Ansteuerung, was sie zum einen teuer macht; zum anderen erschwert dies eine Miniaturisierung. Doch gerade die Miniaturisierung wäre für viele medizinische Anwendungen, wie beispielsweise neuere Endoskopieverfahren, von Interesse. Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher des Projekts Akustogramme ein Verfahren entwickelt, das Schallfelder nach einem ähnlichen Prinzip erzeugt wie ein Hologramm ein Lichtfeld wiedergibt, das einen dreidimensionalen Eindruck vermittelt. Eine statische Phasenplatte formt ein Schallfeld mithilfe einer strukturierten Oberfläche: Schall braucht unterschiedlich lange, um durch unterschiedlich dicke Bereiche zu wandern. Wie eine Phasenplatte strukturiert sein muss, berechnen die Forscher eigens für jedes Schallfeld. Um die Methode reif für praktische Anwendungen zu machen, und um dreidimensionale Schallfelder zu generieren, entwickeln die Wissenschaftler der Kooperation unter anderem effiziente Verfahren, die Schallfelder und die Struktur der Phasenplatten, die diese erzeugt, zu ermitteln. Sie setzen dabei auf Methoden des maschinellen Lernens. Außerdem wollen sie die Möglichkeiten der Akustogramme nutzen, um gängige Ultraschall-Techniken etwa für die Medizin kompakter und präziser zu machen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Stuttgart

Laufzeit: 2018 – 2022

Glyco3Display – Zucker-DNA-Kombimoleküle als neue antimikrobielle Agenzien

Die Suche nach zuckerbasierten Wirkstoffen gegen Krankheitserreger zu erleichtern und entsprechende Substanzen aufzuspüren – das sind Ziele des Glyco3Display-Projektes. Die Mehrfachzucker, Glykane genannt, sollen Proteine auf der Oberfläche von Bakterien oder Viren blockieren, mit denen sich die Mikroben an Zellen in unserem Organismus heften und in diese eindringen. Um solche Stoffe zu identifizieren, stellen die Forscher mit einer effizienten Methode, die sie bereits entwickelt haben, viele unterschiedliche Glykane her. Die Mehrfachzucker fixieren sie auf DNA-Strängen, die wie japanische Origami-Kunst zu starren Gerüsten gefaltet sind. Auf den DNA-Gerüsten sind die Zuckermoleküle in festgelegtem Abstand zueinander platziert. So bilden die Forscher nach, wie Glykane auf den Oberflächen von Zellen angeordnet sind. Die Verbindungen aus DNA und verschiedenen Zucker werden die Wissenschaftler zum einen in gelöster Form testen. Dabei werden sie mithilfe von Farbstoffmolekülen, die sie am DNA-Gerüst und am Zuckerende befestigen, auch analysieren, ob die Zucker in der Lösung in gebogener oder gestreckter Form vorliegen. Das gibt Hinweise auf die Struktur, die tatsächlich an die Erreger-Proteine bindet. Zum anderen werden die Forscher die Zucker mit und ohne DNA mithilfe einer eigens entwickelten Methode auf Chips fixieren, um viele verschiedene Kandidaten parallel zu untersuchen. Glykane, die sich in den Tests bewähren, werden schließlich auch in Tieren als Abwehrstoffe für Krankheitserreger geprüft.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI)
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Goelm

Laufzeit: 2018 – 2022

High-QG – Optomechaniken hoher Güte für quantenrauschlimitierte Gravitationswellendetektion

Die Ära der Gravitationswellen-Astronomie hat gerade erst begonnen. Künftig möchten Astrophysiker über die winzigen Verzerrungen der Raumzeit kosmische Ereignisse noch genauer beobachten. Dafür wollen die Forscher des High-QG-Projektes die Laser-Interferometer, die ihnen als Detektoren für die Gravitationswellen dienen, noch empfindlicher machen. Zu diesem Zweck setzen sie bei den reflektierenden dünnen Beschichtungen der Spiegel an, zwischen denen ein Laserstrahl hin und her läuft und sich mit sich selbst überlagert. Die Physiker wollen das thermische Rauschen dieser Beschichtungen reduzieren. Dieses Rauschen entsteht, weil Materialien durch die Wärmebewegung wabern, was mit Spiegelauslenkungen zu verwechseln ist, die auch etwa durch die Verschmelzung besonders schwerer schwarzer Löcher ausgelöst werden kann. Da das Rauschen bei den teilweise weichen Dünnschicht-Materialien größer ist als bei härteren Materialien wie Silizium, entwickeln die Forscher nanostrukturierte Oberflächen für diese Materialien. So entstehen Wellenleiter, die Licht genauso gut reflektieren wie die herkömmlichen Schichten. Nach einem verwandten Konzept funktionieren photonische Kristalle, die zum Beispiel auch manchen Schmetterlingsflügeln ihre leuchtende Farbe geben.

Darüber hinaus optimieren die Wissenschaftler Beschleunigungssensoren, die Erschütterungen der Erdoberfläche besonders genau messen. Das hilft Astrophysikern die irdischen Signale der Detektoren, die den Spuren einer gekräuselten Raumzeit sehr ähneln, aus ihren Daten herausrechnen. Auch die Empfindlichkeit der Beschleunigungssensoren wird durch thermisches Rauschen beeinträchtigt, und zwar in Gelenken in diesen Sensoren. Indem sie diese Gelenke aus härteren Materialien wie Glas oder Diamant herstellen und die Komponenten der Sensoren mittels neuer Techniken quasi monolithisch miteinander verbinden, können sie auch hier die ungewollte Restbewegung reduzieren.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), Potsdam-Golm

Laufzeit: 2018 – 2021

COSPA – Comb Spectroscopy for Process Applications

Wenn Chemiker Autoabgase oder die Prozesse in einem chemischen Reaktor analysieren, müssen sie derzeit einen Kompromiss eingehen: Für aussagekräftige Infrarot-Messungen können sie entweder ein sperriges und recht langsames Fourier-Transformationsspektrometer verwenden, das zwar eine große Zahl von Substanzen gleichzeitig nachweist, deren Konzentration aber nicht besonders präzise bestimmt. Oder sie nutzen ein kompaktes und schnelles Laserspektrometer, das sehr genau misst, aber nur einen Stoff. Die Forscher des COSPA-Projekts entwickeln nun ein Gerät, das die Vorteile beider Instrumente vereinigt. Sie setzen dabei auf Frequenzkämme, in denen sich scharfe Linien unterschiedlicher Lichtfarbe wie die Zinken eines Kamms aneinanderreihen. Die Lichtkämme werden mit optischen Kniffen aus einem Laserstrahl erzeugt und wurden ursprünglich entwickelt, um die Frequenz, also die Farbe von Licht sehr präzise zu messen. Die COSPA-Forscher wollen zwei Frequenzkämme für die Infrarot-Analysen einsetzen: Einen als Lichtquelle, mit der sie eine Probe bestrahlen. Mit einem weiteren analysieren sie das Licht, das die Probe verlässt. Aus den Messungen, welche Lichtfarbe in welchem Ausmaß von der Probe absorbiert wurde, schließen sie dann auf die Substanzen in der Probe und deren Konzentrationen. Für praktische Anwendungen müssen die Forscher diese Doppelkamm-Spektroskopie, die sie bereits in der Grundlagenforschung einsetzen, für den mittleren Infrarot-Bereich des optischen Spektrums weiterentwickeln. Dafür gibt es bislang aber kaum entsprechende optische Instrumente. Sobald die Forscher mit einem Pilotgerät nachgewiesen haben, dass das Verfahren für die angestrebten Anwendungen prinzipiell geeignet ist, werden sie einen kompakten Prototyp konstruieren, den zudem nicht nur Experten bedienen können.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für physikalische Messtechnik IPM
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching

Laufzeit: 2017 – 2020

CoAvatar – Kollaboratives räumliches Problemlösen

Teamarbeit soll künftig auch in der virtuellen Realität möglich sein, zum Beispiel bei der Konstruktion von Autos. Fahrzeugentwickler sitzen dabei oft zusammen und diskutieren etwa, wie Motor, Elektronik und Stauraum im Auto platziert werden sollen. Eine Software, die es ihnen erlaubt, das an einem virtuellen Modell auch gleich auszuprobieren, wollen Forscher im Projekt CoAvatar entwickeln. Ein besonderes Augenmerk legen sie dabei auf die Frage, welche Ansicht jeder einzelne Mitarbeiter im Display vor seinen Augen (kurz HMD für head-mounted display) sehen sollte, damit die Elemente nachher am sinnvollsten platziert sind: Soll allen Entwicklern dieselbe Perspektive vorgespielt werden, oder ist es besser, wenn sie wie in einem realen Modell, alle unterschiedliche Blickwinkel einnehmen. Um ähnliche Fragen geht es auch in einem zweiten Vorhaben von CoAvatar. Die Forscher möchten nämlich auch herausfinden, wie eine Rettungsmannschaft bei schlechter Sicht etwa durch Feuerrauch am effektivsten durch eine erweiterte Realität unterstützt werden kann, wenn sie ein Gebäude nach Opfern durchsucht: Reicht es, wenn allen Einsatzkräften ein Kompass in das Display einer Brille eingeblendet wird? Oder sollten sie auch Umrisse des Gebäudes sehen und darin sogar angezeigt bekommen, wo sich ihre Kollegen gerade befinden? Um Rettungskräfte und Autobauer möglichst gut zu unterstützen, untersuchen die Wissenschaftler zunächst die grundlegenden Prozesse, in denen Menschen räumliche Probleme wie Suchen oder Packen gemeinsam lösen. Auf Basis der Erkenntnisse, die sie dabei gewinnen, wollen sie Teamarbeit in virtuellen Räumen dann möglichst effektiv gestalten.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen

Laufzeit: 2017 – 2021

LightField – Wahrnehmungsorientierte Aufnahme, Verarbeitung und Darstellung von Lichtfeldern

Datenbrillen könnten uns künftig völlig neue Perspektiven auf die Welt eröffnen. Doch damit wir etwa ein Auto schon auf dem Bildschirm von verschiedenen Seiten betrachten oder Filmszenen aus mehreren Blickwinkeln folgen können, brauchen wir neue Möglichkeiten, Bilder aufzunehmen und zu verarbeiten. Die Forscher des LightField-Projektes möchten diese Möglichkeiten schaffen, indem sie Geräte und Software entwickeln, um Lichtfelder aufzunehmen und zu verarbeiten. Ein Lichtfeld enthält alle optischen Informationen, die wir wahrnehmen, wenn wir etwa durch ein großes Fenster auf eine Straßenszene blicken und dabei unsere Position verändern. Um in einer Datenbrille ähnlich viele optische Informationen zur Verfügung zu stellen, konstruieren die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS geeignete Kamerasysteme. Bei Aufnahmen mit solchen Kameras fallen immense Datenmengen an. Um das Datenvolumen auf ein handhabbares Maß zu reduzieren, steuern die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Informatik die entsprechende Software bei. Die Software soll dabei auch entscheiden können, welchen Verarbeitungsweg sie wählen muss, damit ein Betrachter möglichst keine Qualitätsverluste bemerkt.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Max-Planck-Institut für Informatik

Laufzeit: 2015 - 2019

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 - 2019

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 - 2020

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