Dünne Silikonschichten für künstliche Muskeln

Veröffentlicht am von

Medienmitteilung der Universität Basel vom 06.04.2016

Forscher der Universität Basel sind gemeinsam mit der Empa der Entwicklung künstlicher Muskeln einen Schritt nähergekommen: Sie haben eine Methode entwickelt, um nanometerdünne Silikonschichten zu erzeugen.

Elastische Kunststoffe, die elektrische Energie in mechanische Arbeit umwandeln, haben zahlreiche Einsatzmöglichkeiten: sie reichen vom Antrieb von Scheibenwischern über Schallerzeugung bis hin zu Linsensystemen für Kameras. Der Kunststoff wird mit zwei Elektroden versehen, die ein elektrisches Feld erzeugen – stehen sie unter Spannung, dehnt sich das Material aus. In der Medizin ist es für die Entwicklung künstlicher Muskeln zur Inkontinenzbehandlung vorgesehen, wie das Konsortium jüngst beschrieben hat.

Um effektiv zu funktionieren, benötigen mikrometerdicke Silikonlagen eine Spannung von mehreren hundert Volt; für künstliche Muskeln im menschlichen Körper ist das deutlich zu hoch. Nanometer-dünne Schichten brauchen demgegenüber nur wenige Volt. Da die resultierende Kraft für diese Dünnfilme klein ist, muss man tausende Lagen übereinanderschichten, um eine genügend grosse Kraft zu erzeugen.

Beschichtung per Elektrospray

Mit den herkömmlichen Herstellungsmethoden lassen sich solche Sandwichstrukturen nicht fertigen. Das Team um Prof. Müller vom Biomaterials Science Center der Universität Basel hat nun gemeinsam mit der Empa ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, Silikonschichten anzufertigen, die deutlich dünner als ein Mikrometer und extrem flach sind. Die Rauheit ist kleiner als ein Nanometer. Dazu zerstäuben sie die Silikonmoleküle in Lösung mithilfe einer Hochspannung, der sogenannten Elektrospray-Technologie.

Normalerweise funktioniert der Elektrospray mit Gleichstrom. Für die Entwicklung künstlicher Muskeln experimentieren die Basler Wissenschaftler mit einer Wechselstrom-Methode. «Diese vergleichsweise simple und im Industrieumfeld geeignete Methode hat riesiges Potenzial für die Herstellung künstlicher Muskeln, wie man sie auch beispielsweise für den Antrieb von Scheibenwischern einsetzen könnte», so Bert Müller. Er hofft, die Technologie bald für ein Implantat zur Behandlung von Inkontinenz verwenden zu können.

Originalbeiträge:

Florian M. Weiss, Tino Töpper, Bekim Osmani, Sven Peters, Gabor Kovacs, and Bert Müller
Electrospraying Nanometer-Thin Elastomer Films for Low-Voltage Dielectric Actuators
Advanced Electronic Materials (2016), 1500476, doi: 10.1002/aelm.201500476

Florian M. Weiss, Tino Töpper, Bekim Osmani, Hans Deyhle, Gabor Kovacs, and Bert Müller
Thin Film Formation and Morphology of Electro-sprayed Polydimethylsiloxane
Langmuir (2016), doi: 10.1021/acs.langmuir.6b00476

Elisa Fattorini, Tobia Brusa, Christian, Gingert, Simone E. Hieber, Vanessa Leung, Bekim Osmani, Marco D. Dominietto, Philippe Büchler, Franc Hetzer, and Bert Müller
Artificial Muscle Devices: Innovations and Prospects for Fecal Incontinence Treatment
Annals of Biomedical Engineering (2016), doi: 10.1007/s10439-016-1572-z

Externer Link: www.unibas.ch

Herzspende aus München

Veröffentlicht am von

Presseinformation der LMU München vom 05.04.2016

Können Organe aus dem Tier irgendwann einmal helfen, Menschenleben zu retten? LMU-Forscher haben jetzt ein Schweineherz so modifiziert, dass es im Tiermodell immerhin gut zweieinhalb Jahre lang schlagen konnte, ohne abgestoßen zu werden.

Tausende Menschen warten derzeit allein in Deutschland auf ein lebensrettendes Spenderorgan. Doch ob Herz, Leber, Lunge oder Niere – der Bedarf übersteigt bei Weitem die Zahl der Organe, die zur Verfügung stehen. Seit Langem forschen Wissenschaftler in aller Welt daran, Organe aus Tieren als Ersatz nutzbar zu machen. Allerdings gibt es bislang kaum überwindbare Hürden, vor allem sind es die Abstoßungsreaktionen, die verhindern, dass ein fremdes Organ im Körper auf Dauer überleben kann. Jetzt ist es Forschern der National Institutes of Health (NIH) in Bethesda, USA, gelungen, ein Schweineherz im Körper eines Affen 945 Tage schlagen zu lassen – mehr als doppelt so lange wie in allen Versuchen jemals zuvor. Mit einer vergleichsweise einfachen und wenig toxischen Behandlung haben sie das Immunsystem des Affen so weit unterdrückt, dass es das implantierte Herz nicht abstößt. Davon berichten die Forscher im renommierten Fachmagazin Nature Communications.

Beteiligt an den Arbeiten sind auch Forscher vom Genzentrum der LMU: Eckhard Wolf, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie, und sein Mitarbeiter Nikolai Klymiuk haben Schweine genetisch so verändert, dass sich ihr Herz besonders gut für eine solche Transplantation eignet. Schweine könnten sich für den Menschen als potenzielle Organspender erweisen, weil ihr Stoffwechsel dem des Menschen weitgehend ähnelt.

Die Modifikation der Spenderschweine, die die LMU-Forscher vorgenommen haben, verhindert, dass das Blut von Primaten, wenn es durch die Gefäße im Schweineherz fließt, Gerinnsel bildet. Für diesen Prozess spielen das Thrombin im Blut und das Thrombomodulin auf den Blutgefäßzellen eine wichtige Rolle. Wenn sie aneinander binden, wird eine gerinnungshemmende Substanz, das sogenannte Protein C, aktiviert. Bei der Transplantation eines fremden Organs ist dieser Schritt jedoch gehemmt, weil das Thrombin des Affen in Verbindung mit dem Thrombomodulin vom Schwein nicht ausreichend in der Lage ist, Protein C zu aktivieren. Dadurch kommt es mit der Zeit zur Ausbildung von Thromben, was wiederum die Abstoßung beschleunigt. Die LMU-Forscher haben genetisch mehrfach veränderte Schweine generiert, die auf ihren Blutgefäßzellen das menschliche Thrombomodulin haben. Damit konnten sie das Problem der unerwünschten Blutgerinnung im transplantierten Schweineherz lösen. Wissenschaftler in den USA haben ähnliche genetische Veränderungen durchgeführt, aber das in der NIH-Studie am längsten überlebende Herz hatte die von den LMU-Wissenschaftlern entwickelte genetische Modifikation.

Wolfs Gruppe ist beteiligt an dem Sonderforschungsbereich zur Xenotransplantation, den die Deutsche Forschungsgemeinschaft in Dresden, Hannover und München fördert. Sprecher des SFB ist der Herzchirurg Professor Bruno Reichart vom Klinikum der LMU.

Publikation:
Nature Communications 2016

Externer Link: www.uni-muenchen.de

technologiewerte.de – MOOCblick April 2016

Veröffentlicht am von

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:

The Chemistry of Life
Motonari Uesugi (Kyoto University) et al.
Start: 14.04.2016 / Arbeitsaufwand: 45 Stunden

Externer Link: www.edx.org

MOSAIC: Startschuss für neuen Spektrographen der ESO

Veröffentlicht am von

Pressemeldung der Universität Wien vom 18.03.2016

Weiteres Instrument für das Europäische Riesenteleskop (E-ELT) mit Beteiligung der Universität Wien

Der neue Multiobjekt-Spektrograph MOSAIC der Europäischen Südsternwarte ESO soll künftig durch seine Messungen viele Gebiete der Astrophysik revolutionieren – von Extrasolaren Planeten und Sternen bis zum Rand unserer Milchstraße, über die Welt der Galaxien mit ihren supermassiven Schwarzen Löchern bis zu den allerersten Strukturen nach dem Urknall. In voraussichtlich zehn Jahren wird das künftige „Zugpferd“ am Riesenteleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope) eingesetzt werden. Der Astrophysiker Bodo Ziegler von der Universität Wien wird dieses Hochleistungsinstrument nutzen, um die ersten Objekte im Universum zu studieren und die physikalischen Eigenschaften der Galaxien über kosmologische Epochen hinweg zu messen. Der Kooperationsvertrag wird am Freitag zwischen ESO und dem MOSAIC-Konsortium in Paris unterzeichnet.

ESO und das MOSAIC-Konsortium unterzeichnen beim Kick-off Meeting am Pariser Observatorium den Vertrag zur Phase-A-Studie zur Errichtung des MOSAIC-Multiobjekt-Spektrographen. Während der sogenannten „Phase A“ werden detaillierte Baupläne für die Konstruktion erstellt – dabei müssen vielfältige Aspekte (z.B. Adaptive Optik) der technischen Spezifikationen zur Erreichung der hoch gesteckten wissenschaftlichen Ziele berücksichtigt werden. Danach wird eine Strategie für die Bauphase („Phase B“) und die anschließende Integration in das Großteleskop entwickelt. In der gesamten Zeit werden die astronomischen Anwendungen erarbeitet, wobei die geplanten wissenschaftlichen Projekte durch realitätsgetreue Simulationen erprobt werden.

Spektrographen sind die am meisten genutzten Instrumente in der Astrophysik. Auch MOSAIC wird alle Disziplinen der Astronomie bedienen, mit Hilfe von 200 einzelnen Spalten und 10 weiteren 3D-IFUs (Integral Field Units, die Objekte räumlich auflösen können) bis zu 200 leuchtschwache Objekte gleichzeitig im Blickfeld spektroskopieren, und damit das Licht in seine einzelnen Energiekomponenten zerlegen.

Mit seinen Messungen wird MOSAIC neue Erkenntnisse liefern, die wichtige Fragen der modernen Astrophysik beantworten werden. Dies betrifft etwa die Bereiche Extrasolare Planeten, Chemie der Sterne, unser galaktisches Zentrum mit seinem Schwarzen Loch, Entstehung und Entwicklung der Galaxien und deren großräumige Struktur sowie die Verteilung der Materie im Universum und die Natur der Dunklen Materie und Dunklen Energie.

Bodo Ziegler vom Institut für Astropyhsik der Universität Wien plant die allerersten Objekte im Detail zu untersuchen. Schon heute ist bekannt, dass die ersten Sterne in der für KosmologInnen kurzen Zeit von 400 Millionen Jahren nach dem Urknall zu leuchten begannen. „Wir haben viele Fragen: Wie konnten sie entstehen, warum gruppieren sie sich zu Galaxien, wie setzen sie sich chemisch zusammen oder warum wachsen Strukturen zu immer größeren Galaxien zusammen“, erläutert Ziegler. Antworten auf diese fundamentalen Fragen will der Astrophysiker mit Hilfe der Messungen der MOSAIC-Faserspektren finden.

Für ein anderes größeres Projekt möchte Ziegler mit MOSAIC räumlich aufgelöste Spektren von Galaxien gewinnen, die in acht bis zwölf Milliarden Lichtjahren Entfernung liegen; einer kosmologischen Epoche, in der im Universum die meisten Sterne und Quasare entstanden sind. Die Beobachtungsdaten sollen wichtige physikalische Parameter der Galaxien messen, aus denen physikalische und chemische Prozesse dieser Galaxien abgeleitet werden. Nur mithilfe dieser Spektroskopie können die AstrophysikerInnen u.a. Sternentstehungsraten, chemische Zusammensetzung, Kinematik (Bewegungen) der Sternpopulationen und dynamisches Gravitationspotential (inklusive Dunkler Materie) dieser extrem leuchtschwachen und kleinen Galaxien mit hoher Genauigkeit messen.

MOSAIC ist eines von insgesamt drei wissenschaftlichen Instrumenten des E-ELT mit österreichischer Beteiligung. Joao Alves und Manuel Güdel, ebenfalls vom Institut für Astrophysik an der Universität Wien, sind jeweils österreichische Projektleiter: Alves für die MICADO-Kamera bzw. Güdel für das Infrarot-Instrument METIS.

Das MOSAIC-Konsortium besteht aus WissenschafterInnen und TechnikerInnen aus den fünf wichtigsten Geldgeber-Ländern Frankreich, Vereinigtes Königreich, Niederlande, Deutschland und  Brasilien, sowie assoziierten Partnern in Österreich, Finnland, Italien, Portugal, Spanien und Schweden.

Externer Link: www.univie.ac.at