Archiv der Kategorie: Hochschule

IT-optimierte Steckdosenleiste für aktiven Umweltschutz

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Pressemitteilung der Universität Tübingen vom 22.02.2013

Die Universität Tübingen und die Firma Brennenstuhl haben gemeinsam eine Steckdosenleiste entwickelt, die nachts Strom spart und trotzdem die Wartung von EDV-Systemen ermöglicht.

Schaltbare Steckdosenleisten liefern einen kleinen, aber wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Umgang mit unseren Ressourcen. Für den Einsatz an Endgeräten wie in der professionellen IT sind sie allerdings ungeeignet: Zwar ist die Stromabschaltung für Peripheriegeräte sinnvoll, aber zentral gemanagte PCs werden üblicherweise in der Nacht mit Updates versorgt und brauchen dafür Strom.

Die Universität Tübingen und die Firma Brennenstuhl haben deshalb in Kooperation eine Steckerleiste  speziell für die Belange der professionellen IT designt: Durch optimierte Anordnung der Schaltung bleiben die PCs weiter am Stromnetz, während der Anwender mit einem Schalter sämtliche Peripherie vollständig vom Netz trennen kann. Weitere Universitäten aus Baden-Württemberg haben bereits Interesse an der Innovation signalisiert.

„Die neu entwickelte Steckerleiste erlaubt es uns, nachts unsere EDV-Systeme zu warten und gleichzeitig Strom zu sparen. Sie ist daher für den flächendeckenden Einsatz bei allen PC-Systemen an der Universität Tübingen geeignet und ein weiterer wichtiger Schritt zur Verbesserung unserer Ökobilanz im Rahmen unseres EMAS-Prozesses“, sagt Dr. Andreas Rothfuß, Kanzler der Universität Tübingen mit Verweis auf das Eco Management and Audit Scheme.

In der gemeinsamen Entwicklung konnte eine Steckerleiste realisiert werden, die zu den gleichen Kosten herkömmlicher Leisten durch Optimierung der Schaltung die PC-Systeme dauerhaft  mit Strom versorgt. „Hiermit können wir zu attraktiven Konditionen eine spezielle Steckdosenleiste anbieten, die die besonderen Belange der IT mit dem Umweltschutz verbindet“, sagt Jens Bleckmann von der Firma Brennenstuhl. Bei der neuen Leiste für sechs Endgeräte werden zwei besonders gekennzeichnete permanent mit Strom versorgt und vier vom Anwender geschaltet. Das Produkt stammt aus deutscher Produktion und ist vom TÜV zertifiziert.

Externer Link: www.uni-tuebingen.de

Die dünnste Ratsche der Welt

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Pressemitteilung der Universität Regensburg vom 20.02.2013

Forscherteam nutzt Graphen zur Steuerung von Elektronen

Ratschen sind einfach praktisch. Man kann beispielsweise einen Ratschenschraubendreher – ohne abzusetzen – bequem vor- und zurück drehen, und trotzdem bewegt sich die Schraube nur in eine Richtung. Ratschen sind zudem fast überall einsetzbar, etwa beim Spannen von Gurten oder beim Heben von Lasten. Oder auch im Bereich der Quantenwelt: So hat jetzt ein internationales Forscherteam um den Regensburger Physiker Prof. Dr. Sergey Ganichev eine extrem dünne Ratsche zur Steuerung von Elektronen entwickelt, die mit einem magnetischen Feld arbeitet. Für die Nanotechnologie werden Methoden zur Kontrolle von Elektronen immer wichtiger.

Als Material für die Ratsche nutzten die Forscher Graphen – ein Material, das nur aus einer einzelnen Atomlage Kohlenstoff besteht. Weniger geht nicht: Die neue Ratsche ist damit die dünnste der Welt. Die Physiker sprechen hier von „magnetischen Quantenratschen in Graphen“. Ein elektrisches Feld von Terahertzstrahlung bewegt dabei Elektronen im Takt vor und zurück. Terahertzstrahlung liegt zwischen dem Frequenzbereich für Rundfunk und dem Infrarotbereich. Ein zusätzlich angelegtes Magnetfeld wirkt bei geschickter Anordnung nun wie eine Ratsche, indem es die Bewegung der Elektronen in der einen Richtung zulässt, in der anderen aber unterdrückt. Die Wissenschaftler erläuterten die neue Ratsche vor Kurzem in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ (DOI: 10.1038/nnano.2012.231).

Das „Wundermaterial“ Graphen ist derzeit ein vielversprechender Kandidat, um Silizium als technologisch führendes Material für superschnelle Elektroniken abzulösen. Die neu entdeckte magnetische Quantenratsche könnte in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle spielen. Wie groß die Hoffnungen sind, die die Spitzenforschung mit Graphen verbindet, zeigen eindrucksvoll der Physik-Nobelpreis 2010 für A. Geim und K. Novoselov sowie die jüngste, erst im Januar 2013 gestartete, milliardenschwere europäische Flaggschiff-Initiative.

Das internationale Konsortium, das nun erstmals die Quantenratsche in Graphen realisieren konnte, besteht aus Forschergruppen aus vier Nationen: Deutschland, Russland, Schweden und den USA. Geleitet wird es von der Regensburger Arbeitsgruppe um den Experimentalphysiker Prof. Dr. Sergey Ganichev. Theoretische Unterstützung leisteten die Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Sergey Tarasenko (St. Petersburg) und Prof. Dr. Jaroslav Fabian (Universität Regensburg).

Die Erforschung von Graphen wird an der Universität Regensburg in großem Stil gefördert. Involviert sind unter anderem: Das Graduiertenkolleg GRK 1570 um Prof. Dr. Milena Grifoni, der Sonderforschungsbereich SFB 689 um Prof. Dr. Dieter Weiss sowie Regensburger Gruppen im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1459 (um Prof. Dr. Thomas Seyller, TU Chemnitz) und der Flaggschiff-Initiative Graphen. (Alexander Schlaak)

Externer Link: www.uni-regensburg.de

Neues Material verspricht bessere Solarzellen

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Presseaussendung der TU Wien vom 12.02.2013

Aus einer erst kürzlich entdeckten Materialklasse lässt sich eine neue Form von Solarzellen herstellen, fand ein Forschungsteam der TU Wien heraus.

Atomschicht für Atomschicht stellt man sie her, um ganz bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen: Geschichtete Sauerstoff-Heterostrukturen sind eine neue Klasse von Materialien, die seit einigen Jahren großes Aufsehen in der Materialwissenschaft erregt. Ein Forschungsteam an der TU Wien konnte nun gemeinsam mit Kollegen aus den USA und Deutschland zeigen, dass sich daraus eine ganz neue, effizientere Klasse von ultradünnen Solarzellen bauen lässt. Die Forschungsergebnisse wurden nun im Journal „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Materialeigenschaften am Computer entdeckt

„Einzelne Atomlagen aus unterschiedlichen Sauerstoff-Verbindungen werden übereinandergeschichtet. Dabei entsteht ein Material, das ganz andere elektrische Eigenschaften haben kann, als die einzelnen Sauerstoff-Verbindungen alleine hätten“ erklärt Prof. Karsten Held vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Um Materialvarianten mit präzise maßgeschneiderten Eigenschaften herstellen zu können, werden diese Strukturen in Computersimulationen untersucht. Dabei erkannte man an der TU Wien nun, welches Potenzial diese Strukturen für die Herstellung von Solarzellen haben.

Strom aus Licht

Das Grundprinzip der Solarzelle ist der photoelektrische Effekt, dessen einfachste Variante schon 1905 von Albert Einstein erklärt wurde: Wenn ein Lichtteilchen absorbiert wird, kann das dazu führen, dass Elektronen ihren Aufenthaltsort verlassen und elektrischer Strom zu fließen beginnt. Wird ein Elektron von seinem Platz entfernt, bleibt eine positiv geladene Stelle zurück, ein sogenanntes „Loch“. Sowohl die negativ geladenen Elektronen als auch die positiv geladenen Löcher können zum Stromfluss beitragen.

„Wenn in einer Solarzelle allerdings Elektron und Loch nicht als Strom abtransportiert werden, sondern sich wieder vereinen, dann ist alles wieder wie vorher – die Energie kann nicht genutzt werden“, erklärt Elias Assmann, der einen großen Teil der aufwändigen Computersimulationen an der TU Wien durchführte. „Der entscheidende Vorteil des neuen Materials ist: Hier herrscht auf mikroskopischen Größenordnungen ein starkes elektrisches Feld, das Elektronen und Löcher in entgegengesetzte Richtungen voneinander forttreibt.“ Das steigert die Effizienz der Solarzelle.

Aus zwei Isolatoren wird ein Metall

Eigentlich handelt es sich bei den Sauerstoff-Verbindungen, aus denen die neuen Materialien bestehen, um Isolatoren. Wenn man Schichten zweier geeignete Isolatoren aufeinanderpackt, entwickelt das Material an den Grenzflächen oben und unten erstaunlicherweise metallische Eigenschaften und leitet elektrischen Strom. „Das ist für uns von großer Bedeutung: Dadurch kann man oben und unten die elektrischen Ladungsträger sehr einfach ableiten und Strom fließen lassen“, sagt Karsten Held. Bei herkömmlichen Solarzellen aus Silizium muss man leitende Drähte aus Metall anbringen, um den Strom abzuführen – dadurch versperrt man aber einem Teil des Sonnenlichts den Weg ins Innere der Solarzelle.

Nicht alle Photonen werden von einer Solarzelle gleich effizient in elektrischen Strom umgewandelt. Für unterschiedliche Lichtfarben sind jeweils unterschiedliche Materialien besonders gut geeignet. „Bei den Oxid-Heterostrukturen kann man passende Eigenschaften erzielen, indem man geeignete chemische Elemente auswählt“, erklärt Prof. Peter Blaha vom Institut für Materialchemie. In den Simulationsrechnungen analysierte das Team Oxid-Schichten mit Lanthan und Vanadium, weil die dadurch aufgebauten Materialien besonders gut zur Strahlung der Sonne passen. „Es ist sogar möglich, verschiedene Schichttypen zu kombinieren, sodass unterschiedliche Lichtfarben optimal in unterschiedlichen Materialschichten in Strom verwandelt werden können“, sagt Elias Assmann.

Nächster Schritt: Praxistest

Unterstützt wurde das Team der TU Wien bei den Forschungen von Dr. Satoshi Okamoto vom Oak Ridge National Laboratory in Tennessee (USA) und von Prof. Giorgio Sangiovanni, einem ehemaligen Mitarbeiter der TU Wien, der nun an der Universität Würzburg forscht. In Würzburg sollen die neuen Solarzellen nun auch gebaut und getestet werden. „Die Produktion der Solarzellen aus Oxid-Schichten ist aufwändiger als bei herkömmlichen Solarzellen aus Silizium. Doch zumindest dort, wo besonders hohe Energie-Effizienz oder minimale Dicke gefragt ist, sollten die neuen Strukturen die bisherigen Silizium-Zellen ersetzen können.“, ist Karsten Held zuversichtlich. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Wie sich die Zelle bei der Zellkernteilung umformt

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Pressemitteilung der Universität Heidelberg vom 12.02.2013

Heidelberger Forscher untersuchen zeitlich begrenzten Abbau eines Aktin-Regulators

Neue Erkenntnisse zum Prozess der Zellkernteilung in Säugerzellen haben Wissenschaftler des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg gewonnen. Die Forscher unter Leitung von Prof. Dr. Frauke Melchior konnten gemeinsam mit Kollegen aus Göttingen, Mailand und Memphis einen bislang unbekannten Mechanismus entschlüsseln, der bei der Umformung der Zelle während der Mitose eine wichtige Rolle spielt. Untersucht wurde der zeitlich begrenzte Abbau eines Proteins, das bestimmte Strukturen des mechanischen Aufbaus der Zelle, dem Aktinzytoskelett, reguliert. Die Forschungsergebnisse zu diesem Aktin-Regulator wurden in der Fachzeitschrift „Nature Cell Biology“ veröffentlicht.

Die gleichmäßige Verteilung von Chromosomen auf zwei Tochterzellen in der Mitosephase des Zellzyklus ist ein vielstufiger und exakt kontrollierter Prozess: Nach der Auflösung des Zellkerns und dem Aufbau der mitotischen Spindel folgen das Auseinanderziehen der Chromosomen in Richtung der Spindelpole, die Bildung von zwei Zellkernen und die Teilung der Zelle in zwei Tochterzellen. Nach den Worten von Prof. Melchior ist seit langem bekannt, dass das Aktinzytoskelett der Zelle – dies sind aus dem Strukturprotein Aktin bestehende fadenförmige Zellstrukturen – ebenfalls ein wichtiger, regulierender Teil dieses Prozesses ist. Durch dynamische Veränderungen vor, während und nach der Mitosephase schafft es mechanische Voraussetzungen dafür, dass die Chromosomen symmetrisch aufgeteilt und damit die Erbinformationen gleich auf beide neugebildeten Tochterzellen verteilt werden. „Warum und wie sich das Aktinnetzwerk der Zelle besonders in den frühen Stadien der Mitose ändert, ist bis heute allerdings kaum verstanden. Dazu gehört insbesondere auch die Frage, wie sich Zellen mit dem Eintritt in Zellteilung abrunden und mit dem Austritt aus der Zellteilung wieder abflachen“, erläutert Dr. Achim Werner, der in der Gruppe von Prof. Melchior maßgeblich an den Forschungsarbeiten beteiligt war.

Die Heidelberger Wissenschaftler konnten jetzt zeigen, dass der zeitlich begrenzte Abbau eines Aktin-Regulators im Zytoskelett der Zelle – er trägt die Bezeichnung Eps8 – eine wichtige Rolle in der Mitosephase spielt. Die Degradation von Eps8, das ein nur scheinbar „stabiles“ Protein ist, wird dabei durch eine bislang wenig bekannte Ubiquitin-E3-Ligase vermittelt. „Schaltet man diesen Degradationsmechanismus aus, kommt es zu einer verzögerten Zellabrundung und einer Verlangsamung der frühen Phasen der Mitose. Ist aber zu wenig Eps8 während der späten Mitosephase vorhanden, treten dramatische Verformungen der Zellen auf“, erklärt Dr. Werner. Die genaue Kontrolle der Menge an Eps8 trägt damit zu den strukturellen Änderungen bei, die eukaryotische Zellen durchlaufen müssen, um ihre Erbinformationen korrekt auf zwei Tochterzellen zu verteilen. „Unsere Arbeiten zeigen einmal mehr, dass die kontrollierte Proteindegradation einen entscheidenden Anteil an der Steuerung zellulärer Prozesse hat“, erläutert Prof. Melchior.

Die Forschungsarbeiten waren Teil der DKFZ-ZMBH-Allianz, der strategischen Zusammenarbeit zwischen dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH). Mitgewirkt haben daran auch Forscher des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen und des Universitätsklinikums Göttingen, des FIRC Institute of Molecular Oncology (IFOM) in Mailand und der Universität Mailand sowie des Howard Hughes Medical Institute – St. Jude Children’s Research Hospital – in Memphis.

Originalveröffentlichung:
A. Werner, A. Disanza, N. Reifenberger, G. Habeck, J. Becker, M. Calabrese, H. Urlaub, H. Lorenz, B. Schulman, G. Scita & F. Melchior: SCF-Fbxw5 mediates transient degradation of actin remodeller Eps8 to allow proper mitotic progression, Nature Cell Biology (published online 13 January 2013), doi:10.1038/ncb2661

Externer Link: www.uni-heidelberg.de

3D-Drucken auf der Mikrometerskala

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Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 06.02.2013

Das KIT-Spin off „Nanoscribe“ präsentiert Hochgeschwindigkeits-3D-Drucker

Die Nanoscribe GmbH, ein Spin off des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), stellt auf der Photonics West, der internationalen Leitmesse für Photonik, die derzeit in San Francisco (USA) stattfindet, den weltweit schnellsten Serien-3D-Drucker für die Mikro- und Nanostrukturierung vor. Winzige dreidimensionale Objekte, oft nicht größer als ein Haar breit, lassen sich mit dieser Entwicklung nun binnen kürzester Zeit und in höchster Auflösung herstellen. Möglich wird dies durch ein neuartiges laserlithografisches Verfahren.

„Der Erfolg von Nanoscribe ist ein Beispiel für die hervorragende Gründerkultur am KIT und bestätigt unsere Strategie, Ausgründungen gezielt zu unterstützen und zu fördern. So können Forschungsergebnisse schnell und nachhaltig in den Markt kommen“, sagt Dr. Peter Fritz, Vizepräsident für Forschung und Innovation des KIT. Nanoscribe ging Anfang 2008 als erste Ausgründung aus dem KIT an den Start und konnte sich seitdem erfolgreich als Markt- und Technologieführer im Bereich der 3D Laserlithografie etablieren. Allein im letzten Jahr wurden 18 Unternehmen als Ausgründungen aus dem KIT gegründet. Die von Nanoscribe entwickelten 3D Laserlithografiegeräte – das Spin-off ist nach wie vor auf dem Campus Nord des KIT angesiedelt – werden derzeit am KIT und weltweit von Wissenschaftlern in der Forschung eingesetzt. In der Photonik wird daran gearbeitet, konventionelle Elektronik durch leistungsfähigere optische Schaltungen zu ersetzen. Hierfür werden mit Nanoscribe-Geräten polymere Lichtwellenleiter gedruckt, die bereits heute Datenübertragungsraten von mehr als 5 Terabit pro Sekunde erlauben.

Die Biowissenschaften stellen maßgeschneiderte Gerüste, unter anderem für Zellwachstumsstudien her. In der Materialforschung lassen sich auf diese Weise funktionelle Materialien mit besseren Leistungsmerkmalen entwickeln, mit dem Ziel, durch Leichtbauweise die Ressourcen zu schonen. Neben Universitäten und Forschungseinrichtungen sind jedoch auch Industriekunden potenzielle Abnehmer.

Erhöhung der Geschwindigkeit: Aus Stunden werden Minuten

Das neue laserlithografische Verfahren ermöglicht es, die Druckgeschwindigkeit etwa hundertfach zu erhöhen. Realisiert wurde diese Geschwindigkeitssteigerung durch die Verwendung eines Galvo-Spiegelsystems, einer Technik, die beispielsweise auch in Lasershow-Geräten oder in den Abtastgruppen von CD- und DVD-Laufwerken zum Einsatz kommt. Durch die Drehbewegung von Spiegeln, an denen ein Laserstrahl reflektiert wird, lässt sich der Laserfokus schnell und präzise positionieren. „Mit unserer neuen Entwicklung haben wir das 3D-Drucken auf der Mikrometerskala revolutioniert. Präzision und Geschwindigkeit werden mittels der industriell etablierten Galvo-Technologie in Einklang gebracht. Mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, der Photonik, sind in dieses Produkt geflossen“, so Martin Hermatschweiler, Geschäftsführer der Nanoscribe GmbH.

Der Mechanismus: Zwei-Photonen-Polymerisation

Die dem 3D-Druckverfahren zugrundeliegende Technik des „Direkten Laserschreibens“ basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation. Ähnlich der Bündelung von Sonnenlicht mittels einer Lupe zur Entzündung von Papier wird durch die Bündelung ultrakurzer Laserimpulse ein lichtempfindlicher Lack im Laserfokus polymerisiert. Je nach Wahl des Fotolackes löst sich nur das belichtete bzw. das unbelichtete Volumen. Nach einem Entwicklerbad bleiben diese beschriebenen Bereiche als freitragende Mikro- und Nanostrukturen stehen.

Aufhebung von Grenzen

Mittels der Galvo-Technologie können dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen sehr schnell und somit prinzipiell auch großflächig gedruckt werden. Das Scanfeld ist bei höchster Auflösung jedoch physikalisch – bedingt durch die optischen Eigenschaften des fokussierenden Objektivs – auf wenige 100 µm Ausdehnung beschränkt. Ähnlich wie beim Fliesen legen ist es erforderlich, diese Scanfelder nahtlos und akkurat aneinander zu fügen. Durch das sogenannte Stitching können die Flächen nahezu beliebig erweitert werden. (lg)

Externer Link: www.kit.edu