Moderne Kommunikationstechnologie basiert darauf, dass Lichtimpulse durch Glasfaserkabel übertragen werden. An die Stelle von Lichtimpulsen, die aus „Bündeln“ von Lichtteilchen bestehen, sollen in Zukunft einzelne Lichtteilchen als Informationsträger treten – was unter anderem eine vollständig abhörsichere Datenübertragung in der Quantenkommunikation ermöglicht. Derzeit arbeiten Forscher an alltagstauglichen Lichtquellen, die einzelne Photonen emittieren. Physiker um Professor Christoph Becher von der Saar-Uni nutzen hierfür Nanodiamanten und haarfeine Glasfasern. In einer neuen Studie, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht wurde, stellen sie den Aufbau dieser Lichtquelle vor.

Winzig klein sind die Diamanten, die die Saarbrücker Forscher für ihre Experimente verwenden: weniger als 100 Nanometer groß – das entspricht etwa einem Tausendstel eines Haardurchmessers. Und dabei haben es die Physiker nicht auf die lupenreinen, sondern auf die verunreinigten Edelsteine abgesehen. „Für unsere Arbeiten brauchen wir Diamanten, die einen speziellen Einschluss, genauer gesagt, einen Defekt aufweisen“, erklärt Christoph Becher, Professor für Experimentalphysik an der Universität des Saarlandes. „Dieser besteht aus einem Stickstoffatom und einer angrenzenden Leerstelle in der Gitterstruktur des Diamanten. Er wird auch Farbzentrum genannt.“ Bestrahlt man die Nanodiamanten nun mit einem Laser, beginnen die Farbzentren Licht auszusenden – ebenso wie es Atome tun. „Dieses Licht verhält sich so, als ob es von einem einzelnen Atom stammen würde und besteht aus der gewünschten Abfolge einzelner Lichtteilchen“, sagt Becher weiter.

Die Saarbrücker Physiker haben diese in Forscherkreisen bekannte Lichtquelle nun weiterentwickelt. Hierfür haben sie einen Nanodiamanten zwischen zwei Spiegeln platziert. Die beiden sich gegenüber liegenden Spiegel bilden einen Lichtspeicher, in dem das Licht über 1.000 Mal hin- und herreflektiert wird, bevor es durch einen der Spiegel entweichen kann. „Die intensive Wechselwirkung des gespeicherten Lichts mit dem Farbzentrum im Nanodiamanten führt dazu, dass einzelne Lichtteilchen mit genau definierten Eigenschaften und mit hoher Effizienz ausgesandt werden. In gewissen Grenzen kann man sich dabei auch die Farbe des Lichtes aussuchen“, berichtet der Physik-Professor. Je kleiner die Spiegel sind, und umso geringer ihr Abstand, desto intensiver ist die Wechselwirkung im Lichtspeicher und desto besser lassen sich die Eigenschaften der einzelnen Lichtteilchen kontrollieren.

Das Besondere beim Versuchsaufbau der Saarbrücker Physiker ist die Anordnung der Spiegel: Einer der Spiegel sitzt direkt auf der Spitze einer haardünnen Glasfaser. „Die einzelnen Lichtteilchen werden auf diese Weise direkt in eine Faser ausgesandt – also dorthin, wo man sie für die Datenübertragung gerne haben möchte“, erklärt Roland Albrecht, Doktorand bei Professor Becher. „Zudem liegt der Vorteil unseres Aufbaus darin, dass er bei Raumtemperatur und ohne großen Apparateaufwand funktioniert. Er bietet somit Potential, ihn praktisch einzusetzen.“

Im nächsten Schritt möchten die Saarbrücker Forscher die Spiegel weiter verkleinern, sodass möglichst alle ausgesandten Lichtteilchen in der Glasfaser gesammelt werden können. Ferner versuchen sie den Nanodiamanten und die Glasfaser-Lichtspeicher auf Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt abzukühlen. „Dann verändern sich die Eigenschaften des Systems so, dass Quanteninformation zwischen dem Farbzentrum im Diamanten und den einzelnen Lichtteilchen ausgetauscht werden kann – die Schnittstelle für einen zukünftigen Quantencomputer oder die Übertragung von Quanteninformation über lange Strecken“, erklärt Becher.

Die Arbeit der Saarbrücker Wissenschaftler ist unter anderem im Rahmen des Verbundprojekts QuOReP (Quanten-Repeater-Plattform mit Methoden der Quantenoptik), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, entstanden. Die winzigen Spiegel für den Versuchsaufbau wurden in Zusammenarbeit mit Professor Jakob Reichel an der École normale supérieure in Paris hergestellt.

Die Studie „Coupling of a single NV-center in diamond to a fiber-based microcavity“ wurde in Physical Review Letters veröffentlicht. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.243602

Externer Link: www.uni-saarland.de

Bei der Verteilung von Krebszellen im Körper und der Metastasenbildung spielt ein bestimmter Gen-Hauptschalter eine zentrale Rolle: Ein Transkriptionsfaktor namens Sox4 aktiviert eine Reihe von Genen und löst dabei die gefürchteten Vorgänge aus. Dies berichten Forscher der Universität Basel und des Friedrich-Miescher-Instituts Basel in der renommierten Fachzeitschrift «Cancer Cell». Die Hemmung von Sox4 und darauf folgender Prozesse könnte somit die Bildung von Metastasen bei Krebspatienten verhindern.

Die vorwiegende Todesursache bei Krebspatienten ist die Bildung von Metastasen, also Tochtergeschwulsten in entfernten Organen wie Leber, Lunge oder Gehirn. Dabei lösen sich Krebszellen vom ursprünglichen Primärtumor und gelangen als einzelne Zellen oder Zellgruppe in andere Organe. Normalerweise bleiben Zellen im Körper an ihrem Platz, da sie sich mithilfe von Haftmolekülen aneinander und an der extrazellulären Substanz festhalten. Krebszellen lernen jedoch, wie sie sich aus diesen Bindungen lösen und in das umliegende Gewebe sowie in Blut- oder Lymphgefässe einwandern können.

Dieser Übergang von sesshaften, hoch ausgebildeten Zellen in wandernde, invasive und wenig strukturierte Zellen wird auch Epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT) genannt. Dieser Vorgang spielt in der Verteilung von Krebszellen im Körper und im Entstehen von Metastasen eine wichtige Rolle. EMT ist ein vielstufiger Prozess, der mit einer fundamentalen Änderung der Zellmorphologie und zahlreichen genetischen Programmen einhergeht. Die molekularen Regelkreise, die diesen Vorgang steuern, werden derzeit noch wenig verstanden.

Hauptschalter gefunden

Nun haben die Forschungsgruppen von Prof. Gerhard Christofori am Departement Biomedizin, Prof. Erik van Nimwegen vom Biozentrum der Universität Basel sowie Prof. Dirk Schübeler vom Friedrich-Miescher-Institut Basel einen Hauptschalter für die Regulation von EMT und der Metastasenbildung entdeckt: Der Transkriptionsfaktor Sox4 wird dabei in seiner Expression und Aktivität hochreguliert und löst darauf die Expression einer Reihe von Genen aus, die während einer EMT und der Metastasenbildung eine wichtige Rolle spielen.

Im Speziellen fördert Sox4 die Expression des Enzyms Ezh2, einer Methyltransferase, die durch Methylierung von bestimmten Proteinen (Histonen) die Verpackung des Erbmaterials und damit dessen Lesbarkeit sowie die Genexpression generell beeinflusst; man spricht dabei von einer epigenetischen Regulation. Durch diese Veränderung der Nutzung der Erbinformation werden Zellen in ihrem Verhalten und ihrer Funktion umprogrammiert – ein Prozess, der gerade während der Metastasenbildung zu beobachten ist. Eine solche Änderung der Genexpression wird auch bei Patienten mit bösartigem Krebs und Metastasenbildung gefunden und korreliert auch mit einer schlechten Prognose.

Die Ergebnisse zeigen die Möglichkeit auf, dass eine Hemmung des Transkriptionsfaktors Sox4 und besonders der Methyltransferase Ezh2 die Bildung von Metastasen bei Krebspatienten verhindern könnte. Entsprechende Medikamente werden derzeit schon entwickelt, müssen aber noch in vorklinischen Studien getestet werden, bevor sie bei Patienten eingesetzt werden können. Die Arbeiten der Basler Forscher wurden innerhalb des SystemsX.ch-RTD-Projekts «Cellplasticity» realisiert.

Originalbeitrag:
Neha Tiwari, Vijay K. Tiwari, Lorenz Waldmeier, Piotr J. Balwierz, Phil Arnold, Mikhail Pachkov, Nathalie Meyer-Schaller, Dirk Schübeler, Erik van Nimwegen, and Gerhard Christofori (2013)
Sox4 Is a Master Regulator of Epithelial-Mesenchymal Transition by Controlling Ezh2 Expression and Epigenetic Reprogramming
Cancer Cell, Volume 23, Issue 6, 768-783, 10 June 2013 | doi: 10.1016/j.ccr.2013.04.020

Externer Link: www.unibas.ch

Lange Zeit war Wärmedämmung en vogue – über dicke Luft in Räumen machte man sich kaum Gedanken. Dabei stört zu viel CO2 die Konzentration. Jetzt haben Forscher ein intelligentes Türdichtungssystem entwickelt. Ständiges Lüften ist damit passé.

Hitzige Debatten und keine Einigung in Sicht: Die acht Mitarbeiter sitzen im kleinen Besprechungsraum, um das wichtige Projekt voranzutreiben. Doch bereits nach gut einer Stunde fällt es einigen Teilnehmern schwer, sich auf die Diskussion zu konzentrieren, manchem fallen sogar die Augen zu. Kein Wunder: Die Luft im Konferenzraum ist stickig und verbraucht, der erhöhte Gehalt an Kohlendioxid (CO2) macht sie müde und raubt ihnen die Konzentration.

Da bleibt nur noch eines: Lüften. Oder aber man setzt auf das intelligente Türdichtungssystem, das Forscher vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme IMS in Kooperation mit der Firma Athmer jetzt entwickelt haben. Wer das System nutzt, spart sich nicht nur das regelmäßige Lüften: Die Türdichtung funktioniert auch als Kältefeind, indem sie dämmt und so stets für ein perfektes Raumklima sorgt.

Besonders in neueren Bauten ist der CO2-Gehalt in Zimmern noch immer ein Problem. „Moderne Gebäude werden immer dichter“, sagt Hans-Jürgen Schliepkorte, Gruppenleiter am Fraunhofer IMS in Duisburg. Bessere Fenster und Bausubstanzen sorgten zwar für eine gute Wärmedämmung, was lange Zeit ein großes Thema gewesen sei. Dafür sei aber die Luftqualität auf der Strecke geblieben. »Vielfach wird noch immer durch Fensteröffnen gelüftet«, so Schliepkorte. »Das wirkt sich auf die Energieeffizienz aus.«

Sensor misst CO2-Gehalt in der Luft

Die elektronisch gesteuerte Türdichtung der IMS-Ingenieure öffnet oder schließt sich je nach CO2-Menge im Zimmer. Ein CO2-Sensor registriert den Gehalt in der Luft. Steigt dieser über einen bestimmten Schwellenwert, steuert ein kleiner Motor über eine Feder die Türdichtung am unteren Teil des Türflügels. Die Dichtung zieht sich nach oben, durch den Schlitz kann sich die Raumluft austauschen. Gleichzeitig schaltet das System über die Gebäudeleittechnik die Lüftungsanlage ein, die verbrauchte Luft aus dem Raum befördert.

»Wir richten uns dabei nach dem Pettenkofer-Wert von 1000 ppm«, erklärt Schliepkorte. Max von Pettenkofer war es, der bereits Mitte des vorletzten Jahrhunderts mit seinen Untersuchungen zur Innenluftqualität erkannte, ab welchem CO2-Wert sich die Menschen in einem Raum unwohl fühlen. Heutige Regelwerke und Richtlinien nach DIN für Arbeitsstätten setzen 1500 ppm (parts per million) als oberen Grenzwert an und empfehlen einen CO2-Gehalt von 1000 ppm. »Diesen können wir mit Hilfe der intelligenten Türdichtung erreichen – ohne dass Fenster oder Türen geöffnet werden müssen«, so Schliepkorte.

Das Türdichtungssystem ist elektronisch an die Gebäudeleittechnik gekoppelt. Ist eine Lüftungsanlage oder gar eine Wärmerückgewinnungsanlage vorhanden, können diese abhängig vom CO2-Gehalt und der Temperatur im Raum zusätzlich angestellt werden. »Das System berechnet immer den besten Kompromiss zwischen guter Raumluft und optimaler Ausnutzung der Energieeffizienz«, sagt Schliepkorte. Ab Juni dieses Jahres ist es im Fraunhofer-inHaus-Zentrum in Duisburg installiert, einer Innovationswerkstatt anwendungsorientierter und marktnaher Forschung für Raum- und Gebäudesysteme.

Schon jetzt haben die Fraunhofer-Forscher weitere Anwendungen im Visier: Die Türdichtung soll auch helfen, die Luftfeuchtigkeit in Wohn- und Nutzgebäuden besser zu regulieren. Schimmelbildung zu Hause und trockene Augen im Büro könnten so bald der Vergangenheit angehören.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Mit dem Alter kommt oft die Einsamkeit: Neue Kontakte knüpfen und Freundschaften aufrecht erhalten ist für viele Senioren nicht so einfach. Zugleich verlieren aber viele von ihnen zunehmend die Scheu vor Computern. Wissenschafter der TU Graz haben gemeinsam mit internationalen Partnern Konzepte für Computeranwendungen gegen Alterseinsamkeit entwickelt: Das Programm „Virtual Coach Reaches Out To Me“, kurz V2me, soll der Generation 65+ helfen, neue Freunde zu finden, gesellschaftlich aktiv zu werden und mobil und geistig fit zu bleiben. Das Konzept des interaktiven Freundschafts-Coach fand in ersten Tests in Pflegeheimen großen Zuspruch. Mit Mai startete die finale Evaluierungsphase des Prototyps mit einer breiten Benutzerstudie.

Unsere Gesellschaft wird immer älter – und im Alter oft auch immer einsamer. Durch Berufsaustritt und Todesfälle schrumpft das soziale Umfeld. „Die Alterseinsamkeit zu vermindern ist das Ziel von V2me. Ältere Menschen sollen neue Weggefährten und damit mehr Lebensfreude gewinnen. Ein Computerprogramm kann Menschen freilich nicht ersetzen, aber helfen, mit ihnen in Kontakt zu treten“, erklärt Sven Havemann vom Institut für Computergraphik und Wissensvisualisierung der TU Graz, dessen Team gemeinsam mit neun internationalen Partnern V2me entwickelt hat. Die Software benutzt einen virtuellen Coach in Form einer animierten 3D-Figur als direkte Ansprechperson für den Benutzer. „Der Coach motiviert den Benutzer, gesellschaftlich aktiv zu werden, sich mit anderen Personen in Verbindung zu bringen und unter Leute zu gehen. Das Ziel ist, nachhaltige Freundschaften zu schließen“, so Havemann.

„Freundschaftskurs“ für Senioren

Der V2me-Coach unterhält sich mit dem Benutzer in einem virtuellen Wohnzimmer. Er fragt nach dem Befinden und trainiert seinen Schützling in zwölf von Psychologen entwickelten „Freundschaftslektionen“ unter anderem, offen auf fremde Menschen zuzugehen, die Erwartungen an Freundschaft zu reflektieren, oder mit unbekannten Personen ein Gespräch anzufangen. Der Benutzer kann zudem je nach Interesse unterschiedlichen Gruppen beitreten. „Die Termine der Gruppentreffen, beispielsweise Wanderausflüge, landen genauso wie individuelle Veranstaltungsvorschläge direkt im digitalen Terminkalender. Der virtuelle Coach erinnert dann an diese Treffen“, schildert Havemann.

Alltagsleben als IT-Vorbild

Ein zentraler Aspekt des virtuellen Coach ist die Benutzerfreundlichkeit: „V2me ist seniorenfreundlich gestaltet. Symbole aus dem Alltagsleben helfen bei der Orientierung am Display, mit 3D-Computergrafik wird das Programm zum Leben erweckt“, so Havemann. Alle Anwendungen passieren in einem virtuellen Wohnzimmer, in dem die Kontakte, der individuelle Terminkalender und Wegbeschreibungen einfach verwaltet werden. Zusätzlich gibt es eine mobile Lösung für Tablet-PC mit einem benutzerfreundlichen Touch-Interface sowie eine Webplattform, über die sich Angehörige der Benutzer mit den Betreuern der Pflegeeinrichtung austauschen und selbst Termine eintragen können. Zur Anwendung kommen soll das Programm vorerst in Pflegeeinrichtungen, die mittlerweile schon fast überall über die entsprechende Hardware verfügen. In weiterer Folge soll V2me Senioren auch in den eigenen vier Wänden in Sachen Kontaktpflege coachen.

„Ich will es nicht mehr hergeben“

Seit Anfang Mai ist der Prototyp von V2me fertig und die erarbeiteten Konzepte werden nun von Psychologen in Amsterdam und Luxemburg in breiten Benutzerstudien getestet. Vorabversionen wurden bereits in verschiedenen Seniorenwohnheimen in Deutschland, Finnland und den Niederlanden auf den Prüfstand gestellt. „Die Reaktionen waren sehr positiv und haben uns gezeigt, dass dieser Coach gegen Alterseinsamkeit eine Lücke füllt. Ein Teilnehmer wollte es gar nicht mehr hergeben“, schildert Havemann. Die Evaluierung wird zeigen, ob der Computer bei einem so sensiblen Thema wie nachhaltige Freundschaft Unterstützung bieten kann und akzeptiert wird.

Die Wissenschafter der TU Graz arbeiten gemeinsam mit neun Partnern aus sechs verschiedenen Ländern an dem Projekt, darunter Universitäten, Forschungsinstitutionen, IT-Unternehmen im Pflege- und Gesundheitsbereich und eine Diakonie. Der Part der TU Graz liegt bei der Visualisierung und der Animation. „V2me“ wird von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützt und ist Teil des EU-Projekts „AAL Joint Program“, das sich mit IT-Anwendungen zur Unterstützung älterer Menschen und Pflegebedürftiger beschäftigt.

Externer Link: www.tugraz.at

Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im Mai 2013 um circa 5% zu.

Trend:

Auf Monatsbasis nach einem negativen Monat somit nun ein positiver Monat.