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KIT-Kompakt - monatliche Pressenachrichten (Ausgabe 12/2014)
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Mustermann,
heute erhalten Sie die aktuelle Ausgabe der monatlichen Pressenachrichten aus dem Karlsruher Institut für Technologie. Wir wollen Sie in kompakter Form über spannende Forschungsthemen informieren und würden uns freuen, wenn passende Nachrichten für Ihre redaktionelle Berichterstattung dabei sind. Gerne vermitteln wir Ihnen bei Bedarf weitere Informationen und Ansprechpartner. Um Beleg Ihrer Berichterstattung wird gebeten.
Freundliche Grüße
Ihre KIT-Pressestelle
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Baugeschichte: Virtuelle 3-D-Konstruktion mittelalterlicher Bauwerke
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Was für moderne Häuser das 3-D-Computermodell ist, war für mittelalterliche Gebäude die 2-D-Bauzeichnung. Auf großen Pergamentbögen entwarfen die Baumeister Ansichten, Schnitte und Details der Bauten, korrigierten und zeichneten neu. Forscher des KIT nutzen moderne Computersimulation und -visualisierung, um aus den vielschichtigen Zeichnungen die Konstruktionsprinzipien von Kirchen nachzuvollziehen. Im aktuellen Beispiel haben sie das 3-D-Modell einer Krönungskirche erschaffen, die um das Jahr 1430 in Frankfurt entworfen, aber niemals gebaut wurde.
„Die Herausforderung ist, die mittelalterlichen Pläne richtig zu interpretieren und die Denkweise des Architekten nachzuvollziehen, um die fehlenden Teile der Pläne zu ergänzen“, erklärt Nikolaus Koch vom Institut für Baugeschichte am KIT. „Es ist ganz erstaunlich, dass sich nach über 500 Jahren noch Zeugnisse in Form von Bauzeichnungen erhalten haben, die so Einblicke in die Planungsgeschichte und das Bauwissen geben können“. Viele Zeichnungen sind Fragmente oder Vorstufen zu Planungen, die nicht immer umgesetzt wurden, wie zum Beispiel die „Frankfurter Krönungskirche“, die nun als 3-D-Modell am Computer erlebbar wurde. Ein nächster Schritt könnte sein, die Kirche mit Hilfe einer Virtual-Reality-Brille sogar begehbar zu machen. „Das meisterhafte Können der Baumeister, Steinmetzen oder Laubhauer wird dem Anspruch an die Architektur für ein königliches Bauwerk in hohem Maße gerecht. Die gigantischen Turmbauvorhaben im Mittelalter verdeutlichen die Wichtigkeit der sakralen Architektur.“
Weitere Informationen:
bg.ikb.kit.edu/511.php
Bildunterschrift: Virtuelle Rekonstruktion des Zentralbau-Entwurfs einer 1430 bei Frankfurt geplanten Krönungskirche. (Bild: Koch/KIT)
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Polymerchemie: Energie aus dem Windelkraftwerk
Eine recht unkonventionelle Methode, nachhaltige Energie zu gewinnen, schlagen Forscher am KIT vor: Manfred Wilhelm, Professor für Polymere Materialien, hat einen Motor entwickelt und per Video dokumentiert, der ausschließlich mit Süß- und Salzwasser betrieben wird. Für den Antrieb nutzt er Hydrogele, wie sie auch bei Windeln zum Einsatz kommen: Ein Hydrogel saugt Wasser auf und dehnt sich dabei enorm aus, bis zum 50-fachen Volumen. In einer Versuchsanlage am KIT war 10 Gramm Hydrogel in der Lage, durch seine Ausdehnung ein Gewicht von 1,5 Kilogramm um 2,5 Zentimeter zu heben. Salzwasser kehrt diese Wirkung wieder um: das Hydrogel gibt Wasser ab und zieht sich zusammen, sodass sich bei abwechselnder Zugabe von Süßwasser und Salzwasser das Gewicht ständig auf und ab bewegt. Aus dieser Bewegung kann dann Energie gewonnen werden.
Ein solcher Motor ist nicht für den mobilen Einsatz etwa in Autos gedacht. An Orten aber, wo große Mengen von Süß- und Salzwasser vorhanden sind, wie an Flussmündungen könnte ein solcher Motor als Kraftwerk betrieben werden. Im Gegensatz zu Wind- und Solar-Anlagen würde diese Art Kraftwerk wetterunabhängig arbeiten und wäre damit grundlastfähig. „An der Rheinmündung könnte ein Windel-Kraftwerk theoretisch so viel Energie gewinnen wie etwa 10 Kernkraftwerke“, hat Wilhelm errechnet. Momentan steht die Forschung noch ganz am Anfang. Das nächste Ziel ist die Erhöhung des Wirkungsgrades um einen Faktor 5 bis 10. Dann könnte ein Kilogramm Hydrogel eine 10-Watt-LED-Lampe zum Leuchten bringen. In seiner bisherigen Forschung konnte Wilhelm schon zeigen, dass mit Hilfe von Hydrogelen Meerwasser entsalzt werden kann.
Video zum Windel-Motor und weitere Informationen:
www.itcp.kit.edu/wilhelm/osmosemotor.php
Weitere Informationen zu Windelmaterialien als Meerwasserfilter:
www.kit.edu/kit/pi_2012_10378.php
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Mikroskopie: Mit Leuchtfeuern Neues sehen
Klassische Mikroskope erlauben es in Zellen hineinzublicken, aber lassen nur Details erkennen, die größer als ein fünftausendstel Millimeter sind und das sichtbare Licht brechen. Moderne Fluoreszenzmikroskope bieten einerseits eine bessere Auflösung, können aber insbesondere Strukturen sichtbar machen, die bislang unsichtbar waren. Dafür werden maßgeschneiderte „Marker-Moleküle“ als Leuchtfeuer im Zellinneren benötigt. Forscher des KIT entwickeln diese Marker-Moleküle nun gemeinsam im Rahmen eines Graduiertenkollegs, um ausgewählte dynamische Prozesse wie etwa den Stoffwechsel in lebenden Zellen in Echtzeit zu beobachten.
„Die Zusammenarbeit von Chemikern, Biologen und Physikern macht es möglich, sehr spezialisierte Marker für ausgewählte Prozesse in den Zellen zu entwickeln“, erklärt Hans-Achim Wagenknecht, Sprecher des Graduiertenkollegs „Molekulare Architekturen für die fluoreszente Bildgebung von Zellen". Die Marker-Moleküle, auch Fluoreszenzsonden genannt, haften gezielt an den zu untersuchenden Strukturen und geben unter Laserlicht ein charakteristisches Fluoreszenzlicht ab. Viele Prozesse werden so überhaupt erst sichtbar. Die Grundlagen, die mit neuartigen Fluoreszenzsonden erforscht werden, können helfen Ursachen von Krankheiten auf der Zellebene zu verstehen. Das Graduiertenkolleg, an dem sich 15 Arbeitsgruppen beteiligen, wird von 2015 an für viereinhalb Jahre von der DFG gefördert.
Weitere Informationen:
www.kit.edu/kit/15951.php
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Medizinforschung: Organe auf einem Chip
Ebola, Aids und Krebs – für viele Krankheiten hat die Medizin noch immer kein Heilmittel gefunden. Die Erprobung von Wirkstoffen durch Tierversuche ist oft zu teuer und zu ungenau, da die Tiere zum Teil anders reagieren als Menschen. Die KIT-Forscher Ute Schepers und Stefan Giselbrecht haben deshalb ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, das genauere Vorhersagen über Nebenwirkungen von Wirkstoffen ermöglicht und Tierversuche erspart: Ihr KIT-Spin-off „vasQlab“ produziert „Body-on-a-Chip“-Einwegsysteme, bei denen ein künstliches Blutgefäßsystem auf einem Chip abgebildet wird, das miniaturisierte menschliche Organe versorgt, die mit einem 3-D-Drucker aufgedruckt werden.
Wirkstoffe in der Medikamentenforschung und zukünftig auch in der Individualmedizin können nun direkt an menschlichem Gewebe getestet und mikroskopisch beobachtet werden. vasQlab ist seit Kurzem patentiert und in der Ausgründungsphase als eigenes KIT Start-up. Mit ihrer Idee gewann das KIT-Forscher-Duo den Regional Cup Karlsruhe und zieht damit in das Landesfinale des Elevator Pitch BW im Sommer 2015 ein. „Insbesondere hat uns gefreut, dass wir bereits in der Online-Vorabstimmung so viele Interessierte von unserer Idee überzeugen konnten“, so Schepers.
Weitere Informationen:
www.elevatorpitch-bw.de/events/karlsruhe2/vasqlab
Video vasQlab beim Elevator Pitch BW – Regional Cup Karlsruhe:
www.youtube.com/watch?v=kk2HPS6c48E
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Chemie: Funktionsschichten mit Licht auftragen
Ob antibakterielle Skalpelle oder papierdünne Bildschirme – funktionale Oberflächen machen es möglich. Als Trägerschicht eignet sich besonders der Kunststoff Polydopamin, mit dem sich Muscheln an Felsen festhalten: Er haftet an fast allen Materialien und lässt sich nach dem Auftragen weiter bearbeiten. Forscher des KIT haben nun ein Verfahren entwickelt, um die Schichtbildung gezielt zu steuern: Mit ultraviolettem Licht können sie den Prozess an- und ausschalten, beschleunigen sowie spezifische Muster vorgeben.
Ist der pH-Wert einer wässrigen Lösung basisch, lagert sich darin gelöstes Dopamin als Polydopaminschicht an Gegenstände an. Dieser Vorgang beruht auf einer chemischen Reaktion mit Sauerstoff und kann bis zu wenige Tage dauern. Wie die Nachwuchsgruppe um KIT-Forscher Pavel Levkin nun zeigte, erzielen reaktionsfreudigere Sauerstoffradikale den gleichen Effekt in einer halben Stunde. Die kurzlebigen Radikale entstehen nur unter UV-Licht und reagieren im Gegensatz zu molekularem Sauerstoff auch bei abweichendem pH-Wert. In neutralen und sauren Lösungen bildet sich Polydopamin folglich nur, wenn UV-Licht zugeschaltet ist. Mit lichtundurchlässigen Schablonen lassen sich beliebige Muster auftragen. Das Verfahren eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten: Etwa wenn auf Oberflächen von Bioimplantaten mehrere funktionale Strukturen nebeneinander Platz finden müssen.
Veröffentlichung in Advanced Materials:
onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201403709/full
Weitere Informationen:
www.levkingroup.com
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Klimawandel: Dürre stresst Wälder
Wälder bedecken ein Drittel des Festlandes und erfüllen wichtige Funktionen als Lebensraum und Wirtschaftsgut. Seit nun zehn Jahren wird weltweit ein Baum- und Waldsterben beobachtet, welches besonders in Jahren mit außergewöhnlich hohen Temperaturen auftritt und durch Trockenheit verstärkt wird. Unklar bleiben jedoch, die genauen Mechanismen und das Risiko von großflächigem Waldsterben. Forscher aus aller Welt machen nun auf das Problem aufmerksam und wollen eine gemeinsame Forschungsstrategie erarbeiten.
„Derzeit fehlt es sogar an einem weltweiten Zustandsbericht der Wälder“, erklären Rüdiger Grote und Nadine Rühr vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung am KIT. Sie untersuchen die wichtige Rolle der Wälder als Speicher für Kohlenstoff. Diese wird im Rahmen des Klimawandels durch Hitze und Dürre beeinträchtigt. „Es fehlt an vergleichbaren Daten, um die Entwicklung des Baumsterbens global abschätzen zu können.“ Dies wäre jedoch die Grundlage, um die weitreichenden sozialen, ökonomischen und ökologischen Risiken für die Gesellschaft vorrauschauend abzuschätzen.
Weitere Informationen:
www.bgc-jena.mpg.de/pmwiki.php/PublicRelations/Single?userlang=en&id=1416390130
imk-ifu.fzk.de/plant_atmosphere_interactions.php
imk-ifu.fzk.de/89.php
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Biotechnologie: Druckbare Biologie
Zellen, biologische Schaltkreise und einzelne Biomoleküle organisieren sich selbst und agieren mit der Umwelt. Diese Fähigkeiten auch für flexible und wirtschaftliche biotechnologische Produktionssysteme zu nutzen, bildet den zentralen Aspekt des Projekts „Molecular Interaction Engineering“ (MIE). Dieses Strukturvorhaben mit einer Laufzeit von fünf Jahren wird nun gemeinsam von Helmholtz-Gemeinschaft und dem BMBF mit einem Gesamtvolumen von 12,4 Millionen Euro gefördert.
„Komplexe biologische Mechanismen auf druckbare Systeme zu übertragen und damit innovative Technologien in der Biotechnologie zu schaffen, eröffnet neue Möglichkeiten für vielfältige industrielle Anwendungen“, erklärt Jürgen Hubbuch, Projektkoordinator am KIT. Geplant sind etwa biotechnologische Werkzeuge, die als "Druckbare Biologie" in dünnen Schichten auf technischen Oberflächen oder in Form von mikrofluidischen Einheiten analog zu den gedruckten Schaltkreisen in der Elektronik realisiert werden. Die neuen Werkzeuge sollen in der pharmazeutischen Industrie und der Lebensmitteltechnik ebenso wie in der Molekularbiologie und der medizinischen Diagnostik zum Einsatz kommen.
Weitere Informationen:
www.forschung-mie.de
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Experte des Monats
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Bürgerbeteiligung: „Unsere Gesellschaft wird sich nur nachhaltig entwickeln, wenn alle Beteiligten die Entwicklung mitgestalten“, ist Oliver Parodi vom KIT überzeugt. Wie das konkret erreicht werden kann, zeigen er und sein Team im Projekt „Quartier Zukunft – Labor Stadt“. In einem Karlsruher Stadtteil mit 20.000 Einwohnern diskutieren und erarbeiten Bürger, Vereine, Firmen und Verbände gemeinsam mit der Wissenschaft Impulse nachhaltiger Stadtentwicklung, etwa Verkehrsführung, Parkgestaltung, Kreislaufwirtschaft oder Reparaturcafes. „Wir nutzen die kleinen und großen Gestaltungsspielräume für mehr Nachhaltigkeit vor Ort“, so Parodi. Wissenschaftlich aufgearbeitet sollen auch andere Städte und Gemeinden von den Karlsruher Erfahrungen profitieren. In Freiburg beispielsweise werden die Karlsruher Impulse bereits aufgegriffen. Mehr über Parodis Projekt unter: quartierzukunft.de
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Gründer des Monats
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Beleuchtung: Ein einziger Schalter um das Licht im Raum an- und auszuschalten sowie Farbe und Helligkeit an die Erfordernisse anzupassen - das ist der m!Qbe des KIT-Spin-offs franzkann*. „Auf sechs Seiten bietet der Würfel sechs Lichtfunktionen, die durch Drehen auf die jeweilige Seite ausgewählt werden. So ist der m!Qbe vielseitiger als herkömmliche Lichtschalter und gleichzeitig einfacher und schneller zu bedienen als eine Smartphone-App“, so das Gründer-Duo Chris Herbold und Franzi Herrmann vom Lichttechnischen Institut des KIT. In Zukunft soll der m!Qbe auch Geräte wie Kaffeemaschinen oder Audiosysteme steuern. Für weitere Informationen: www.kit-gruendernews.de/?p=599#more-599
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Tipps und Termine
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Symposium Finanzen, Banken und Versicherungen
19. und 20. Dezember 2014, KIT-Campus Süd
Themen: Unternehmenswert, Gehaltsunterschiede, Fernsehen und Privatanleger
www.symposium-dgf2014.kit.edu/Program.php
KIT im Rathaus: KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik
20. Januar 2015, Rathaus am Marktplatz, Karl-Friedrich-Str. 10, Karlsruhe
Themen: Teilchenphysik, Astronomie, Astrophysik
www.zak.kit.edu/kit_im_rathaus.php
Colloquium Fundamentale: Digitale Revolution
Vortrag: Demokratie in der digitalen Welt
Alexandra Borchardt, Chefin vom Dienst, Süddeutschen Zeitung
15. Januar 2015, KIT-Campus Süd
www.zak.kit.edu/colloquium_fundamentale.php
Kolloquium Kreisverkehre und Knotenpunkte
28. Januar 2015, KIT-Campus Süd
Themen: Verkehrsführung, Kreisverkehr, Verkehrssicherheit
www.ise.kit.edu/1623_1686.php
TdoT am Forschungszentrum Informatik
29. Januar 2015, FZI Karlsruhe
Themen: Automotive, Smart Home, Roboter, Energie
www.fzi.de/aktuelles/30-jahr-feier
Weitere Termine finden Sie im
KIT-Veranstaltungskalender
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Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9.400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6.000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24.500 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.
Kontakt:
Monika Landgraf
Pressesprecherin
Kosta Schinarakis
Themenscout
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 608-41956
Fax: +49 721 608-43658
E-Mail: schinarakis@kit.edu
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