technologiewerte.de – MOOCblick September 2017

Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

Gameplay Programming for Video Game Designers
Al Biles (Rochester Institute of Technology)
Start: 11.09.2017 / Arbeitsaufwand: 15 Stunden

Externer Link: www.edx.org

Winzige Spurenverunreinigungen, enorme Auswirkungen

Presseaussendung der TU Wien vom 21.08.2017

Winzigste Verunreinigungen haben keinen nennenswerten Einfluss auf das Verhalten eines chemischen Stoffes – dachte man bisher. Ergebnisse von Experimenten eines internationalen Forscherteams unter Beteiligung der TU Wien konnten jetzt das Gegenteil beweisen.

Das chemische Verhalten von Stoffen ist in der Welt der Chemie grundsätzlich sehr demokratisch geregelt: die Mehrheit eines Stoffs definiert, wie sich die Substanz verhält, auch wenn „fremde“ Spurenelemente enthalten sind. So kristallisiert Kochsalz und schmeckt wie Kochsalz, auch wenn es Spuren anderer Stoffe enthält. Bisher galt es daher als ausgeschlossen, dass eine Spurenverunreinigung das komplette Kristallisationsverhalten oder den chemischen Aufbau eines Stoffs substanziell verändern kann. Ein Forscherteam der Leibniz Universität Hannover, der TU Wien und der Universität Wien konnte diese Annahme in Experimenten nun widerlegen.

Ein Atom schafft an, eine halbe Milliarde Atome gehorchen

„Unsere Arbeit hatte ihren Ursprung in einem Forschungspraktikum“, erklärt Dr. Peter Weinberger vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien. „Ausgangspunkt war, dass wir uns das eigenartige Kristallisationsverhalten einer Substanz nicht erklären konnten.“ Unzählige Experimente und mehrere Jahre später, konnte das Rätsel um die betreffende Americium-dotierte Verbindung geklärt werden. „Durch unsere Arbeit konnten wir zeigen, dass eine Ultraspurenverunreinigung des radioaktiven Elements Americium das chemische Verhalten der „Seltenen Erde“ Terbium drastisch beeinflusst“, erklärt der Projektleiter Prof. Georg Steinhauser vom Institut für Radioökologie und Strahlenschutz an der Leibniz Universität Hannover. Durch die Verunreinigung mit Americium verhält sich das Terbium, bei dem es sich um einen Vertreter der schweren Seltenen Erden handelt, wie eine leichte Seltene Erde. Der Einfluss eines einzelnen Americium-Atoms verändert die chemischen Eigenschaften einer halben Milliarde Terbium-Atome also derart, dass sie sich verhalten, als hätte sich ihr Atomgewicht scheinbar verringert. Bildlich gesprochen rutscht damit das Terbium im Periodensystem der Elemente deutlich weiter nach vorne. Interessant ist dabei besonders, dass eine Substanzmenge, die eigentlich in der alltäglichen chemischen Betrachtungsweise so gut wie gar nicht vorhanden ist, plötzlich durchaus dramatische Auswirkungen auf ein Experiment haben kann. Die Tatsache, dass Americium radioaktiv ist und damit verhältnismäßig leicht messbar war, hat diesen Nachweis überhaupt erst ermöglicht. „Mit normalen analytisch-chemischen Messmethoden hätten wir eine Verunreinigung nur mit größerem Aufwand wahrnehmen können“, meint Peter Weinberger.

Potentiell weitreichende Konsequenzen

Und wie steht es mit den Auswirkungen, die diese Ergebnisse auf den Alltag haben? Eine wichtige Frage stellt sich dabei an die Design-Kriterien, die man für Endlager von radioaktiven Abfällen anlegt. In der bisherigen Konzeption von Endlagern wurde untersucht, wie sich unterschiedlichste Umweltbedingungen auf das Umweltverhalten der radioaktiven Abfälle auswirken. In Anbetracht der vorliegenden Ergebnisse müsste in Zukunft ebenfalls berücksichtigt werden, welchen ändernden Einfluss radioaktive Abfälle unter bestimmten Bedingungen auf die sie umgebende Umwelt haben könnten. „Dies zu berücksichtigen, wird zweifelsfrei möglich sein. Unsere Forschung hat es jedenfalls ermöglicht, ein künftiges Endlager noch ein gutes Stück sicherer zu machen“, ist Georg Steinhauser überzeugt.

Am Projekt beteiligt waren das Institut für Radioökologie und Strahlenschutz an der Leibniz Universität Hannover, an der TU Wien das Institut für Angewandte Synthesechemie, das Institut für chemische Technologien und Analytik und das Atominstitut sowie das Institut für Mineralogie und Kristallographie an der Universität Wien. (Christine Cimzar-Egger)

Originalpublikation:
Steinhauser, G., Weinberger, P., et al., Picomolar traces of AmIII introduce drastic changes in the structural chemistry of TbIII: a break in the „gadolinium break“. Angew. Chem. Int. Ed.. DOI: 10.1002/anie.201703971

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Hämorrhagische Fieber: Hemmung der Entzündung verhindert Kreislaufkollaps

Medienmitteilung der Universität Basel vom 17.08.2017

Hämorrhagische Fieber sind gefährliche Viruskrankheiten, die oft tödlich ausgehen. Forschende der Universität Basel haben nun Botenstoffe des Immunsystems identifiziert, welche bei infizierten Mäusen zu Schockzuständen führen. Diese Resultate eröffnen neue Möglichkeiten zur Entwicklung von lebensrettenden Therapien. Sie wurden in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlicht.

Das Lassavirus aus der Familie der Arenaviren wird von Nagetieren in Westafrika auf den Menschen übertragen und verursacht jährlich mehrere zehntausend Todesfälle durch hämorrhagisches Fieber, ähnlich dem Ebolavirus. Im Endstadium kommt es dabei oft zu Schockzuständen. Die Mechanismen, welche zu tödlichem Kreislaufversagen führen, waren bislang aber nur unzureichend bekannt.

Wie eine Forschergruppe um Prof. Daniel Pinschewer vom Departement Biomedizin der Universität Basel nun berichtet, liegt eine wichtige Ursache des Kreislaufversagens nach Arenavirusinfektionen in der überschiessenden Entzündungsreaktion, welche durch das Virus hervorgerufen wird.

Entscheidende Botenstoffe identifiziert

Bei Virusinfektionen bilden T-Zellen eine zentrale Komponente unserer Körperabwehr. In früheren Arbeiten hatte die Gruppe um Prof. Pinschewer aber herausgefunden, dass die Immunzellen bei der Infektion mit dem Lassavirus paradoxerweise zur Krankheitsentstehung beitragen können. In der vorliegenden Studie wurden nun anhand eines verwandten Arenavirus die zugrundeliegenden Mechanismen entschlüsselt.

Übereifrige T-Zellen stimulieren offenbar Fresszellen dazu, dass sie grosse Mengen von Stickstoffmonoxid (NO) produzieren. Dies ist zwar ein wichtiger Abwehrmechanismus bei bakteriellen Infektionen, hilft aber nicht gegen Viren. Bei Tieren, die mit dem Arenavirus infiziert sind, erweiterte NO aber die Blutgefässe, führte zum Ausschwitzen von Flüssigkeit ins Gewebe und dadurch zur Verminderung des effektiven Blutvolumens und schliesslich zum Kreislaufkollaps.

Wie die Forscher weiter herausfanden, bedarf die NO-Produktion durch Fresszellen des Botenstoffes Interferon-gamma, wie er von T-Zellen produziert wird. Wenn dieser Botenstoff medikamentös blockiert wurde, blieben die Mäuse zwar anfällig für die Virusinfektion, doch erlitten sie keinen Kreislaufkollaps und überlebten weitgehend unbeschadet.

Hoffnung auf neue Therapieansätze

Die Therapiemöglichkeiten bei einer Lassavirus-Infektion und anderen viralen hämorrhagischen Fiebern bleiben unzulänglich. Medikamente zur Blockierung von Interferon-gamma beziehungsweise seiner Wirkung werden im Menschen bereits angewandt. Prof. Pinschewer hofft, dass die Resultate der vorliegenden Studie dazu beitragen werden, diese Medikamente allenfalls erfolgreich zur Behandlung von hämorrhagischem Fieber einzusetzen.

Originalbeitrag:
Melissa M. Remy, Mehmet Sahin, Lukas Flatz, Tommy Regen, Lifen Xu, Mario Kreutzfeldt, Benedict Fallet, Camille Doras, Toni Rieger, Lukas Bestmann, Uwe-Karsten Hanisch, Beat A. Kaufmann, Doron Merkler, Daniel D. Pinschewer
Interferon-γ-Driven iNOS: A Molecular Pathway to Terminal Shock in Arenavirus Hemorrhagic Fever
Cell Host & Microbe (2017), doi: 10.1016/j.chom.2017.07.008

Externer Link: www.unibas.ch

Das präzise Leuchten

Presseinformation der LMU München vom 07.08.2017

Welche Farbe eine LED besitzt, lässt sich unter anderem über die Größe ihrer Halbleiter-Kristalle einstellen. Wie das auf den Nanometer genau preisgünstig und industrietauglich möglich ist, zeigt ein Forscherteam aus München und Linz.

Anders als die gute alte Glühbirne strahlen Leuchtdioden (LEDs) in definierten Farben von Infrarot bis Ultraviolett. Die genaue Wellenlänge ist dabei abhängig von der Art des Halbleitermaterials, dem Kernstück der LEDs. Bei einigen Materialien lässt sich die Farbe zusätzlich über die Größe der Halbleiter-Kristalle einstellen. Liegt diese nämlich im Bereich weniger Nanometer, kommen Quanteneffekte zum Tragen.

Wissenschaftler der LMU haben jetzt mit Kollegen von der Universität Linz eine Methode entwickelt, mit der sie aus dem preiswerten Mineraloxid Perowskit halbleitende Nanokristalle einer definierten Größe herstellen können. Die Kristalle sind dabei sehr stabil, so dass die LEDs eine hohe Farbtreue besitzen – ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Zudem lässt sich der Halbleiter bestens in Druckverfahren einsetzen wie beispielsweise bei der Herstellung von LEDs für Displays.

Entscheidend für die Methode der Wissenschaftler ist eine wenige Nanometer dünne Schicht mit waffelartiger Struktur. Die Mulden erinnern an winzige „Reaktionstöpfe“ und ihre Form und ihr Volumen bestimmen die endgültige Größe der wachsenden Nanokristalle. „Bestimmen konnten wir die Kristallgröße am besten mit feiner hochenergetischer Röntgenstrahlung am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg“, berichtet der LMU-Forscher Dr. Bert Nickel vom Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM).

Die Dünnschichten werden über ein preiswertes elektrochemisches Verfahren hergestellt und sind praktischerweise direkt Bestandteil der späteren LEDs. “Unsere nanostrukturierten Oxidschichten haben dabei den zusätzlichen Effekt, die Halbleiterkristalle vor Umwelteinflüssen wie Sauerstoff und Wasser zu schützen und erhöhen so die Lebensdauer” erklärt Dr. Martin Kaltenbrunner von der Universität Linz. „Als nächsten Schritt werden wir versuchen, die Effizienz der Dioden weiter zu steigern sowie neue Anwendungsbereiche wie zum Beispiel in flexiblen Displays zu erschließen.“ (NIM/LMU)

Publikation:
Science Advances online 2017

Externer Link: www.uni-muenchen.de