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Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:
Digital Transformation: Leadership
Henrik Blomgren (KTH Royal Institute of Technology) et al.
Start: 20.02.2019 / Arbeitsaufwand: 20-30 Stunden
Externer Link: www.edx.org
Performance:
Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im Januar 2019 um circa 6% zu.
Trend:
Auf Monatsbasis nach vier negativen Monaten somit nun ein positiver Monat.
Presseaussendung der TU Wien vom 28.01.2019
Über Supraleitung muss ganz neu nachgedacht werden. Experimente an der TU Wien beweisen, dass unbewegliche Ladungsträger, die als „Klebstoff“ wirken, die Supraleitung erst ermöglichen.
Jedes gewöhnliche Kabel, jeder Draht, jeder elektronische Bauteil hat einen gewissen elektrischen Widerstand. Es gibt allerdings spezielle supraleitende Materialien mit der besonderen Fähigkeit, elektrischen Strom mit einem Widerstand von exakt null zu transportieren – zumindest bei sehr niedrigen Temperaturen. Ein Material zu finden, das sich auch bei Raumtemperatur immer noch als Supraleiter verhält, wäre ein wissenschaftlicher Durchbruch von herausragender Bedeutung, sowohl in theoretischer als auch in technologischer Hinsicht. Es würde eine Reihe ganz neuer Anwendungen ermöglichen, von schwebenden Hochgeschwindigkeitszügen bis hin zu neuen bildgebenden Verfahren für die Medizin.
Die Suche nach solchen Hochtemperatur-Supraleitern ist allerdings extrem schwierig, weil viele der Quanteneffekte, die mit der Supraleitung in Zusammenhang stehen, noch nicht gut verstanden sind. Professor Neven Barišić vom Institut für Festkörperphysik an der TU Wien experimentiert mit Cupraten, einer Materialklasse, die bei Normaldruck bis zu einer Temperatur von 140 Kelvin (-133° C) supraleitend bleiben, damit sind Cuprate bis heute die Rekordhalter. Barišić und seinem Team gelang es nun, bemerkenswerte neue Resultate zu erzielen und neue Ideen vorzustellen, durch die sich die Art, wie man über komplexe Materialien und Hochtemperatur-Supraleitung denkt, völlig verändern soll.
Die Suche nach dem Heiligen Gral
„Das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung wird seit Jahrzehnten eingehend erforscht, aber bisher hat niemand das Rätsel wirklich gelöst“, sagt Neven Barišić. „Es gibt durchaus einige Materialien, die supraleitendes Verhalten bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes zeigen, und bei manchen verstehen wir sogar, warum das so ist. Aber die wirkliche Herausforderung ist es, Supraleitung in Cupraten zu verstehen, wo sie bei viel höheren Temperaturen bestehen bleibt. Ein Material, das bei Raumtemperatur supraleitend bleibt, wäre gewissermaßen der Heilige Gral der Festkörperphysik, und dem kommen wir näher und näher.“
Barišić konnte mit seinem Team nun zeigen, dass es in Cupraten zwei fundamental unterschiedliche Ladungsträger gibt. Das subtile Wechselspiel zwischen ihnen ist entscheidend für die Supraleitung.
Manche der elektrischen Ladungsträger im Material sind lokalisiert, jeder von ihnen sitzt an ganz bestimmten Atomen und kann sich nur wegbewegen, wenn das Material aufgeheizt wird. Andere Ladungsträger hingegen sind mobil und können von einem Atom zum anderen springen. Diese mobilen Ladungsträger sind es, die supraleitend werden, aber die Supraleitung lässt sich nur erklären, wenn man auch die immobilen Ladungsträger berücksichtigt.
„Es gibt eine Wechselwirkung zwischen den beweglichen und den unbeweglichen Ladungsträgern, durch die sich die Energie des Systems verändert“, sagt Barišić. „Die unbeweglichen Ladungsträger wirken als Klebstoff und binden Paare von mobilen Ladungsträgern aneinander, die sogenannte Cooper-Paare bilden. Die Bildung von Ladungsträger-Paaren ist die Grundidee hinter klassischen Supraleitern. Erst wenn die Ladungsträger gepaart werden, können sie supraleitend werden, und das Material transportiert die Ladung ohne jede Streuung und ohne jeden Widerstand.“
Das bedeutet, dass man die Zahl von mobilen und immobilen Ladungsträgern sorgfältig ausbalancieren muss, um Supraleitung zu erhalten. Gibt es zu wenige lokalisierte Ladungsträger, steht zu wenig „Klebstoff“ zum Koppeln der beweglichen Ladungsträger zur Verfügung. Gibt es hingegen zu wenige mobile Ladungsträger, dann gibt es nichts, was der Klebstoff koppeln könnte. In beiden Fällen wird die Supraleitung geschwächt oder bricht überhaupt zusammen. Dazwischen gibt es einen optimalen Bereich, in dem die Supraleitung bis hin zu bemerkenswert hohen Temperaturen erhalten bleibt. Die große Herausforderung war es, herauszufinden, wie sich diese Balance zwischen mobilen und immobilen Ladungsträgern kontinuierlich ändert, abhängig von der Temperatur oder der Dotierung des Materials mit anderen Atomen.
„Wir haben viele unterschiedliche Experimente mit Cupraten durchgeführt und riesengroße Datenmengen gesammelt. Nun können wir schließlich ein umfassendes phänomenologisches Bild der Supraleitung in Cupraten präsentieren“, sagt Neven Barišić. Fast gleichzeitig veröffentlichte er seine Ergebnisse nun in mehreren Fachjournalen, darunter „Science Advances“. Darin konnte nachgewiesen werden, dass Supraleitung graduell entstehen kann – ein wichtiger Schritt in Richtung des Ziels, Cuprate zu verstehen und noch bessere Supraleiter zu entwickeln.
Wenn es möglich wird, Materialien zu erzeugen, die auch bei Raumtemperatur noch supraleitend bleiben, hätte das weitreichende Konsequenzen für unsere Technologie. Man könnte elektronische Geräte bauen, die kaum noch elektrische Energie verbrauchen würden. Schwebende Züge könnten konstruiert werden, mit Hilfe von extrem starken supraleitenden Magneten, sodass billiger, ultraschneller Transport möglich werden würde. „Noch stehen wir nicht vor dem Ziel“, sagt Neven Barišić. „Aber ein tiefes Verständnis von Hochtemperatur-Supraleitung würde den Weg dorthin ebnen. Und ich glaube, dass wir nun gleich mehrere wichtige Schritte in diese Richtung genommen haben.“ (Florian Aigner)
Originalpublikation:
Pelc et al., Science Advances 25, Vol. 5, no. 1 (2019)
Externer Link: www.tuwien.ac.at
Medienmitteilung der Universität Basel vom 14.01.2019
Eine neuartige Kombinationstherapie kann bösartige Brustkrebszellen dazu zwingen, sich in Fettzellen umzuwandeln. Damit lässt sich bei Mäusen die Bildung von Metastasen verhindern. Dies berichten Forschende vom Departement Biomedizin der Universität Basel im Fachblatt «Cancer Cell».
Tumorzellen sind in der Lage, sich dynamisch an veränderte Bedingungen anzupassen. Dabei hilft ihnen, dass sie einen zellulären Prozess reaktivieren können, der während der embryonalen Entwicklung eine zentrale Rolle spielt. Dieser ermöglicht es den Zellen, ihre molekularen Eigenschaften zu verändern und neue Fähigkeiten zu erlangen.
Durch diesen Prozess können sesshafte Zellen die Eigenschaften anderer Zelltypen annehmen und sich aus ihrem Zellverband lösen. Als mobile Zellen wandern sie anschliessend über den Blutkreislauf in andere Körperregionen, wo sie sich erneut verändern, sich festsetzen und neue Gewebestrukturen bilden.
Wandlungsfähige Krebszellen
Im Embryo ermöglicht diese sogenannte epithelial-mesenchymale Transition (EMT) die Entwicklung von Organen. Tumorzellen hingegen machen sich den Prozess zunutze, um den primären Tumor zu verlassen, sodass sie sich im Körper verteilen und in entfernten Organen Metastasen bilden können.
Die Forschungsgruppe von Prof. Gerhard Christofori am Departement Biomedizin der Universität Basel erforscht die molekularen Abläufe, die das zelluläre Programm EMT regulieren. Ziel ist, neue Ansätze gegen die Entwicklung von Tumoren und die Bildung von Metastasen aufzuzeigen – zum Beispiel bei Brustkrebs, einer der häufigsten und bösartigsten Erkrankungen bei Frauen.
Veränderbarkeit ausnutzen
Bösartige Krebszellen verfügen über eine hohe Wandlungsfähigkeit – man spricht von Plastizität –, während sie das zelluläre Programm EMT durchlaufen. Diese Eigenschaft haben die Forscher nun genutzt, um einen neuartigen therapeutischen Ansatz zu entwickeln.
In Versuchen mit Mäusen ist es ihnen gelungen, durch die Kombination von zwei Wirkstoffen Brustkrebszellen, die sich sehr schnell teilen und Metastasen bilden, in Fettzellen umzuwandeln, die sich nicht mehr teilen können und von normalen Fettzellen kaum zu unterscheiden sind. Dadurch wird die Tumorinvasion in das umliegende Gewebe und in Blutgefässe unterbunden, und es können sich keine Metastasen mehr bilden.
Diese neuartige Umwandlungstherapie basiert auf der Kombination von zwei Medikamenten: Rosiglitazon, das bei vielen Patienten zur Behandlung von Diabetes eingesetzt wird, und Trametinib, welches das Wachstum und die Ausbreitung von Krebszellen hemmt.
«Dieser neuartige Therapieansatz könnte zukünftig genutzt werden, um in Kombination mit konventioneller Chemotherapie das primäre Tumorwachstum und gleichzeitig auch die Bildung von tödlichen Metastasen zu unterdrücken», so Prof. Gerhard Christofori. Die Forschungsergebnisse zeigen weiter, dass bösartige Krebszellen – ähnlich wie Stammzellen – eine hohe Zellplastizität aufweisen, die therapeutisch ausgenutzt werden kann.
Originalbeitrag:
Dana Ishay Ronen, Maren Diepenbruck, Ravi Kiran Reddy Kalathur, Nami Sugiyama, Stefanie Tiede, Robert Ivanek, Glenn Bantug, Marco Francesco Morini, Junrong Wang, Christoph Hess, and Gerhard Christofori
Gain Fat—Lose Metastasis: Converting Invasive Breast Cancer Cells into Adipocytes Inhibits Cancer Metastasis
Cancer Cell (2019), doi: 10.1016/j.ccell.2018.12.002
Externer Link: www.unibas.ch
Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 18.01.2019
Die LED-Technologie ist derzeit die Beleuchtungstechnik mit dem größten Potenzial für die Zukunft. Mit dem technischen Fortschritt steigt allerdings auch die Belastung für die Materialien, die in einer LED-Lampe verbaut sind. Die transparente Kapsel, die die Leuchtdiode umhüllt, muss zum Beispiel immer höhere Temperaturen aushalten können, gleichzeitig soll die Technologie mit viel weniger der so genannten Seltenen Erden auskommen. Chemiker der Saar-Uni um Professor Guido Kickelbick haben nun mit Partnern aus der Industrie (Osram, BASF) ein Verkapselungsmaterial entwickelt, das LEDs ohne Seltene Erden langlebiger und günstiger machen könnte. Dazu haben sie auch Patente angemeldet. Das Material ist im Rahmen des noch laufenden Forschungsprojektes „Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED- basierte Beleuchtung“ (ORCA) entstanden, das vom Bund mit 1,9 Millionen Euro gefördert wird.
Bereits heute ist abzusehen, dass die klassische Beleuchtungstechnik wie etwa Glühlampen, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren komplett durch die LED-Technologie abgelöst wird. An die Lampen werden immer neue Anforderungen gestellt, was die Langlebigkeit, die Lichtqualität, aber auch die Rohstoffverwertung und den Preis angeht. In konventionellen LEDs werden beispielsweise Bauteile mit einem hohen Anteil der so genannten Seltenen Erden verbaut.
Diese Metalle, zum Beispiel Yttrium und Lutetium, werden nur in wenigen Ländern, beispielsweise China, abgebaut. Diese Staaten nutzen ihre Monopolstellung und legen die Preise nach Belieben fest. Die Elektronikindustrie sucht daher nach Wegen, den Anteil der Seltenen Erden zu reduzieren, auch in den LED-Lampen.
Die Seltenen Erden sind zu einem großen Teil in den so genannten Konverterelementen verbaut, die aus dem ursprünglich blauen Licht des Halbleiters weißes Licht erzeugen. Man kann die Konverterfarbstoffe bereits heute durch organische Alternativen ersetzen, welche in der Herstellung deutlich preisgünstiger sind und keine Seltenen Erden enthalten. Diese sind jedoch empfindlich gegenüber den hohen Lichtleistungen, Temperaturen und Sauerstoff und müssen daher verkapselt werden.
„Am Beginn des Projektes haben wir versucht bestehende Verkapselungstechnologien zu verbessern. Uns wurde jedoch schnell klar, dass wir einen völlig neuen Ansatz benötigen“, so der Professor für Anorganische Festkörperchemie an der Saar-Uni, Guido Kickelbick, einer der Projektleiter in dieser interdisziplinären Studie. Nach zweijähriger Arbeit ist es seinem Team nun gelungen, ein komplett neues Verkapselungsmaterial zu entwickeln, welches alle wesentlichen Anforderungen für die Verwendung organischer Farbstoffe in der LED erfüllt.
Das Material basiert auf einem speziellen Silikon, dessen Eigenschaften sich durch die chemische Synthese nahezu beliebig festlegen lassen, je nach Anforderungen. Die wichtigsten Parameter sind erfüllt: Das Material ist thermisch sehr beständig, weist eine hohe Transparenz auf und ist leicht zu verarbeiten. Nebenbei spart das Material auch noch weitere Ressourcen. Bei konventionellen Materialien wird Platin als Katalysator für die Vernetzung der flüssigen Vorstufen eingesetzt, in dem neu entwickelten Material kann darauf komplett verzichtet werden.
Publikation:
Nils Steinbrück, Svenja Pohl, Guido Kickelbick: Platinum Free Thermally Curable Siloxanes for Optoelectronic Application – Synthesis and Properties, RSC Adv., 2019, 9, 2205-2216
Externer Link: www.uni-saarland.de