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.

 

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


LAR3S – Lasergenerierte dreidimensionale photonische Komponenten

Daten werden zunehmend optisch ausgetauscht und verarbeitet. Und auch die Quanteninformationsverarbeitung kann sich nur durchsetzen, wenn es photonische Bauelemente gibt, die Lichtsignale transportieren, formen, speichern und mit hoher spektraler Selektivität filtern können. Solche Bauteile sind zudem auch für spektroskopische Verfahren in der Grundlagenforschung oder optische Sensoren nützlich. Die Partner des LAR3S-Projekts entwickeln daher Methoden, um Mikroresonatoren und photonische Kristallfasern (PCF) herzustellen, die in der optischen Signalverarbeitung neue Möglichkeiten eröffnen. Mikroresonatoren sind ringförmige Bauteile, die Licht speichern und modulieren können. Die Forschenden wollen sie nun fertigen, indem sie das selektive Laser-induzierten Ätzverfahren und das Laserpolieren kombinieren. So sollen Resonatoren entstehen, die Licht besser speichern und andere Geometrien als eine ringförmige – etwa die Form eines Möbiusbandes oder einer Acht – aufweisen und daher neue Funktionen bei der Verarbeitung von Licht übernehmen können. Auch die Eigenschaften und Funktionen von PCF wollen die Forschenden durch ein neues Herstellungsverfahren verbessern beziehungsweise erweitern. PCF leiten und modulieren Licht mithilfe von Hohlräumen, die sich der Länge nach durch eine Glasfaser ziehen. Die Glasstäbe, aus denen die Fasern gezogen werden, wollen die Forscher nun herstellen, indem sie die Hohlräume mithilfe des inversen Laserstrahlbohrens in einen Stab aus Quarzglas hineinbohren, statt die Vorläufer der Fasern aus Glaskapillaren aufwendig zusammenzusetzen. Auf diese Weise sollen PCF mit neuen Geometrien und somit neuen Eigenschaften entstehen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Laufzeit: 2022 – 2025


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


AutoRAPID – High-throughput screening platform for physical phenotyping of cells

Ob eine Zelle gesund oder krank ist, zeigt sich oft auch daran, wie gut sie sich verformen lässt. So sind Tumorzellen weicher als gesunde Zellen. Das nutzen die Forschenden des Projekts aus, um eine neue diagnostische Methode zu etablieren. Die Max-Planck-Partner haben die Echtzeit-Verformungszytometrie erfunden, bei der sie mit optischen Messungen die biomechanischen Eigenschaften von inzwischen 100 bis 1000 Zellen pro Sekunde messen können. Um auf dieser Basis ein vollautomatisches Verfahren zu entwickeln, das ohne Expertenwissen die Analyse von mehr als 100 Proben pro Tag erlaubt, bringen die Fraunhofer-Kolleginnen und -Kollegen ihre Kompetenz in der Prozessautomatisierung für die Lebenswissenschaften ein. Außerdem werden die Forschenden weitere optische Analysemethoden in die Untersuchungen integrieren, um diese noch aussagekräftiger zu machen. Für die Interpretation der Daten werden sie dabei auch maschinelles Lernen einsetzen. Die Leistungsfähigkeit des optimierten Verfahrens werden sie schließlich in einer umfassenden Studie demonstrieren, in sie untersuchen, wie sich Tausende medizinische Wirkstoffe auf die biomechanischen Eigenschaften von Zellen auswirken.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Laufzeit: 2021 – 2024


NeuroHum - Neurocognitively-guided modelling of virtual humans for enhanced realism in immersive media (NeuroHum)

Fast richtig ist meistens ein schwacher Trost. Gar nicht hilfreich ist es, wenn virtuelle Menschen fast echt aussehen. Dann wirken sie oft beunruhigender als eine stilisierte Comicfigur. Eine genauere Kenntnis, welche Merkmale eines Avatars dieses unbehagliche Gefühl hervorrufen, soll helfen, realistisch wirkende virtuelle Menschen zu erzeugen. Diese könnten etwa in animierten Filmen, Computerspielen und immersiven Medien mit virtueller oder erweiterter Realität, in die Nutzerinnen und Nutzer eintauchen können, Verwendung finden. Auf welche Eigenschaften des Gesichts, der Mimik oder der Körperhaltung und –bewegung sollen Computergrafiker künftig verstärkt ihr Augenmerk legen? Um diese Frage zu beantworten, werden die Projektpartner in neurokognitiven Experimenten mittels Virtueller Realität zunächst analysieren, wie das menschliche Gehirn auf entsprechende Abweichungen von einer fotorealistischen Figur reagiert. Auf diese Weise werden sie auch mehr darüber lernen, wie wir Menschen unter natürlichen Bedingungen wahrnehmen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich Hertz Institute (HHI)
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Laufzeit: 2021 – 2025


CarboGels – Carbon-Xerogel-Materialien für elektrische Energiespeicher

Energiewende und Elektromobilität sind nur mit besseren Energiespeichern möglich. Ob und wie schnell wir ohne fossile Brennstoffe auskommen, hängt davon ab, wie effizient und kostengünstig wir nachhaltig erzeugte Energie etwa in Batterien speichern können. Das Forschungsteam des Projekts CarboGels zielt darauf ab, die bisher wenig beachteten Carbon-Xerogel-Materialien, kurz CarboGels, in Batterien zu nutzen. Denn die stabilen Kohlenstoffmaterialien mit besonders vielen feinen Poren vereinen Vorteile verschiedener Stoffe, die bislang als Elektrodenmaterialien in den Energiespeichern eingesetzt werden: Sie sind leitfähiger als bisherige kostengünstige Lösungen und deutlich preiswerter als besonders leistungsfähige Materialien wie Graphen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Projekts wollen erreichen, dass die CarboGels im Pilotmaßstab hergestellt und in einer Redox-Flow-Batterie angewendet werden können. Darüber hinaus wollen sie die Eigenschaften, Arbeitssicherheit und Umweltverträglichkeit des Materials weiter verbessern. Damit die CarboGels letztendlich im großen Maßstab eingesetzt werden können, erstellt das Team außerdem ein Konzept für einen industriellen Produktionsprozess mit möglichst geringen Kosten.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Laufzeit: 2020– 2024


Snifits4Health – Novel platform technology to revolutionize clinical chemistry and medical diagnostics

Die Medizin der Zukunft ist personalisiert. Sei es bei der Dosierung von Antibiotika im Krankenhaus oder bei einer Therapie, die ständig an den Krankheitsverlauf angepasst werden muss: Bald sollen sowohl Diagnostik als auch Therapie individuell auf jeden Patienten zugeschnitten sein, damit eine Behandlung möglichst erfolgreich ist. Das Ziel des Projekts Snifits4Health ist es, aufwendige Laboruntersuchungen zu ersetzen und zum Beispiel Blutproben schnell und vor Ort analysieren zu können. Die Forscherinnen und Forscher des Projekts entwickeln ein einfaches medizinisches Testkit, das sogar vom Patienten selbst bedient werden kann. Dessen Kernstück ist ein mikrofluidischer Chip, der mit einem Biosensor ausgestattet wird. Dazu verbindet das Snifits4Health-Team Kenntnisse aus der Mikrofluidik, Optik, synthetischen Chemie und des Protein-Engineerings. Der mikrofluidische Chip wird dabei als Träger benutzt, auf dem ein Blutstropfen des Patienten mit einem biolumineszenten Sensorprotein zusammengebracht wird. Interagiert das Sensorprotein mit einem Wirkstoff oder Biomarker einer bestimmten Erkrankung im Blut, verändert sich die Farbe des Lichts, das das Protein abstrahlt. Der Biosensor ist dabei speziell auf ein bestimmtes Ziel, zum Beispiel ein Antibiotikum zugeschnitten, und die Lichtfarbe ändert sich abhängig von der Konzentration dieses Zielstoffs im Blut. Dadurch können Arzt oder Patient mit Hilfe eines kleinen Lesegeräts mit wenig Aufwand genaue Auskunft über den aktuellen Gesundheitszustand erhalten und die Therapie individuell anpassen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Max-Planck-Institut für medizinische Forschung

Laufzeit: 2020 – 2023


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


NeurOpto – optogenetische Nervenzellstimulation für medizinische Implantate

Künstliche Hörhilfen – sogenannte Cochlea-Implantate – stimulieren den Hörnerv mittels winziger Elektroden und können gehörlosen und ertaubten Menschen auf diese Weise zumindest einen Teil des Hörvermögens geben. Da die Elektroden einen weiten Frequenzbereich anregen, kann das Gehirn akustische Signale mit ähnlicher Frequenz nur schwer voneinander unterscheiden. Träger von Cochlea-Implantaten können Sprache daher in der Regel nur in ruhiger Umgebung verstehen. Die Melodien in Sprache und Musik können sie kaum wahrnehmen. Eine Alternative zu den herkömmlichen Prothesen könnten optogenetische Implantate bieten. Neurowissenschaftler können damit einzelne Nervenzellen, die mit einem lichtempfindlichen Ionenkanal – dem aus einzelligen Algen stammenden Kanalrhodopsin – ausgestattet sind, mittels Licht gezielt an- und ausschalten. Die Forscherinnen und Forscher wollen zeigen, dass die optische Stimulation mittels organischer Leuchtdioden (OLEDs) Nervenzellen auch im lebenden Organismus ausreichend stark aktivieren kann. Außerdem wollen sie eine Schnittstelle schaffen, die sowohl Licht abgeben als auch detektieren kann. Damit ließe sich die Effizienz der Stimulation messen und die Intensität individuell an den Patienten anpassen. Auf optischer Stimulation beruhende intelligente implantierbare Stimulatoren könnten auch für andere medizinische Therapien wie Kehlkopfschrittmacher, Herzschrittmacher, Schmerzkontrolle oder Tiefenhirnstimulation eingesetzt werden.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften (City Campus)

Laufzeit: 2020 – 2022


RASCAL – Racetrack memory scaling for ultra-dense and energy-efficient data storage

Weltweit wird immer mehr Platz und Energie gebraucht, um Daten zu speichern. Denn Wohlstand und Sicherheit unserer Gesellschaft beruhen zunehmend auf der Verarbeitung und Speicherung großer Datenmengen. Da herkömmliche Festplatten dabei an ihre Grenzen stoßen, wollen die Forscherinnen und Forscher des RASCAL-Projekts neue Erkenntnisse der Spintronik nutzen, um eine neue Speichertechnik zu etablieren. Ein Racetrack Memory (Rennbahn-Speicher) verspricht eine 100-fach erhöhte Speicherkapazität bei gleichzeitig höherer Schreibe- und Auslesegeschwindigkeit. Zudem soll es verlässlicher arbeiten und weniger Strom verbrauchen. Die Spintronik nutzt das magnetische Moment des Elektrons um Information darzustellen und zu verarbeiten. So wird das Kernstück des neuen Speichermediums ein magnetischer Nanodraht sein, auf dem die Information in magnetischen Abteilen, genauer gesagt in deren Begrenzungen (vorhanden/nicht vorhanden) gespeichert wird. Dazu sind integrierte stationäre Schreib-Leseköpfe nötig. Wird ein Spinstrom an den Draht angelegt, bewegen sich die Begrenzungen auf dem Draht wie ferngesteuerte Autos auf einer Rennbahn. Passieren sie den Schreib-Lesekopf, können Daten gespeichert beziehungsweise ausgelesen werden. Die Fortschritte der letzten Jahre wurden in Racetrack Memories erzielt, die groß genug waren, um sie mit optischen Methoden zu untersuchen. Im nächsten Schritt wollen die Forscherinnen und Forscher die Drähte verkleinern und die Schreib-Leseköpfe integrieren. Dadurch will das RASCAL-Team ein schnelles und leistungsfähiges Speichermedium schaffen das bald im großen Stil zum Einsatz kommen könnte.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Laufzeit: 2020 – 2022


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


Zur Redakteursansicht