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3 D Matter Made to Order
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Schaffung disruptiver Innovationen für eine nachhaltige Infrastruktur in den Bereichen Verkehr, Energie, Wasser und Kommunale Infrastruktur.
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Mit extrusionsbasiertem Bioprinting, einer speziellen Technik des 3-D-Drucks, können Zellen und gewebeähnliche Materialien zu maßgeschneiderten Objekten zusammengefügt werden. Damit soll es zukünftig möglich sein, Gewebemodelle für pharmazeutische und medizinische Anwendungen herzustellen. Um die Prozessabläufe beim Bioprinting zu standardisieren, startet im Oktober ein deutschlandweiter Ringversuch im Projekt SOP_BioPrint, der am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert wird. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit 3,15 Millionen Euro, davon erhält das KIT 1,1 Millionen Euro für die Entwicklung von Methoden für die Prozesskontrolle und -analyse. „Mit dem standortübergreifenden Ringversuch werden erstmals Daten zur Vergleichbarkeit geschaffen, die alle Schritte des komplexen 3-D-Druckprozesses im Bioprinting abbilden“, erklärt Jürgen Hubbuch vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT. „Neben dem experimentellen Teil stehen die Schaffung einer Infrastruktur für Datenspeicherung und das Datenmanagement durch eine Datenbank im Vordergrund.“
Einen neuartigen Sensor für Gasmoleküle haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) [INT und IFG] und an der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Dazu haben sie einen Graphen-Transistor mit einer maßgeschneiderten metallorganischen Beschichtung kombiniert. Der innovative Sensor erkennt Moleküle gezielt und genau und bereitet den Weg zu einer ganz neuen Klasse von Sensoren. Als prototypisches Beispiel demonstriert die Gruppe einen Ethanolsensor, der weder auf andere Alkohole noch auf Feuchtigkeit reagiert. Über ihre Ergebnisse berichten sie in Advanced Materials. (DOI: 10.1002/adma.202103316)
Einer Forschungsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist es gelungen, die Symmetriefalle durch programmierte Anordnung zu vermeiden und asymmetrische Bausteine auf makroskopischer Skala auszurichten. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.
„Nach mehrjähriger Forschungsarbeit haben wir erstmals poröse kristalline Schichten erzeugt, die ein internes elektrisches Feld aufweisen“, berichtet Christof Wöll vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT. „Außerdem konnten wir nachweisen, dass diese Schichten optische Frequenzverdopplung zeigen.“
An dem im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order angesiedelten Forschungsvorhaben ist auch die Universität Heidelberg beteiligt; Forschende aus Graz und Berlin waren ebenfalls in die Kooperation eingebunden.
Die Deutsche Bunsengesellschaft für physikalische Chemie hat Lars Heinke, Institut für Funktionelle Grenzflächen, den Nernst-Haber-Bodenstein-Preis verliehen, der als wichtigster Preis für den physikalisch-chemischen Nachwuchs in Deutschland gilt.
In der Natur locken pflanzliche Duftstoffe beispielsweise Insekten an. Aber auch in der Industrie werden sie genutzt, etwa beim Herstellen von Parfums und Aromen. Um speziell die Duftstoffe der Minze zuverlässig, schnell und objektiv zu unterscheiden, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in einer interdisziplinären Zusammenarbeit eine elektronische Nase mit einem künstlichen Geruchssinn entwickelt: Mit hoher Präzision kann sie unterschiedliche Minzarten erkennen – damit eignet sie sich für Anwendungen von der pharmazeutischen Qualitätskontrolle bis hin zur Beobachtung von Minzöl als umweltfreundlichem Bioherbizid.
Der PCR-Test stellt die derzeit verlässlichste Methode dar, eine Infektion mit SARS-CoV-2 nachzuweisen. Dabei werden Bruchstücke der Erbsubstanz des Virus aufgespürt. Die im Abstrich enthaltene Erbsubstanz muss zunächst gereinigt und konzentriert werden. Für diese Aufreinigung verwenden die wirksamsten Verfahren speziell beschichtete Magnetpartikel. Eine Erfindung von Wissenschaftlern des KIT macht diese aufwendige Methode effizienter.
Entwickelt haben sie Matthias Franzreb und Jonas Wohlgemuth am Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT. Bei ihrem Verfahren erfolgt die Manipulation der Partikel mit Metallnadeln, deren magnetische Anziehungskraft sich von außen an- und ausschalten lässt. Damit lassen sich die Partikel für den nächsten Aufreinigungsschritt in ein neues Gefäß transportieren, um dort durch rasche Rotation die DNA-Bruchstücke wieder zu verteilen – wie winzige Rührer. Der Prozess läuft schnell und vollautomatisch mit 96 Nadeln gleichzeitig ab. „Damit lässt sich in 30 Minuten die Erbsubstanz aus 96 Proben gewinnen“, erklärt Franzreb. „Ein Gerät kann also in 24 Stunden mehr als 4 000 Proben aufbereiten.“
Bei neurologischen Erkrankungen wie Parkinson hat die Tiefe Hirnstimulation (THS) Durchbrüche bei der Behandlung ermöglicht. Dabei wird eine Elektrode tief ins Gehirn implantiert, wodurch es einer unter der Haut liegenden Mikroelektronik möglich ist, gezielt elektrische Signale an den Ort der Elektrode zu senden. Diese unterbrechen das neurologische „Störfeuer“, das die Krankheit auslöst.
Bisher erfordert das Einbringen der Elektroden jedoch einen chirurgischen Eingriff, der das Risiko von Blutungen und Infektionen birgt. Ein internationales Team, darunter eine Wissenschaftlerin des KIT, hat nun eine Methode entwickelt, bei der partikuläre Elektroden im Nanomaßstab injiziiert und drahtlos gesteuert werden. Die Ergebnisse sind in Science Advances veröffentlicht.
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Katalysatoren machen viele Technologien überhaupt erst möglich. Um heterogene Katalysatoren weiter zu verbessern, bedarf es der Analyse der komplexen Prozesse an ihrer Oberfläche, wo sich die aktiven Zentren befinden. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben mit Kolleginnen und Kollegen aus Spanien und Argentinien dabei einen entscheidenden Fortschritt erzielt: Wie sie nun in der Zeitschrift Physical Review Letters berichten, setzen sie Rechenmethoden mit sogenannten Hybridfunktionalen ein, die eine zuverlässige Interpretation experimenteller Daten ermöglichen. (DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.256101)
Heterogene Katalysatoren aus Edelmetallclustern und -partikeln spielen eine große Rolle in chemischen Prozessen und können schädliche Emissionen wirksam reduzieren. Allerdings sind sie viel dynamischer als bislang gedacht, und viele der auftretenden Effekte sind noch nicht ausreichend verstanden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert nun einen neuen Sonderforschungsbereich am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der auf ein ganzheitliches Verständnis der katalytischen Prozesse zielt: „TrackAct – Verfolgung der aktiven Zentren in heterogenen Katalysatoren für die Emissionskontrolle“.
Katalysatoren aus Edelmetallen werden weltweit milliardenfach eingesetzt, etwa bei der Herstellung von Chemikalien, zur Energieerzeugung und zur Aufreinigung der Luft. Die dafür benötigten Rohstoffe sind jedoch teuer und ihre Vorkommen begrenzt. Sie optimal zu nutzen, ist das Ziel von Katalysatoren, die auf einzelnen Metallatomen basieren. Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) konnte nun zeigen, dass sich Edelmetallatome unter bestimmten Bedingungen zu Clustern zusammenschließen können, die reaktionsfreudiger sind als Einzelatome und so Abgase noch besser entfernen können. Über ihre Ergebnisse berichten sie in Nature Catalysis (DOI: 10.1038/s41929-020-00508-7).
Für seine Verdienste in der Entwicklung organischer Dünnschichten allgemein und speziell für seine Arbeit in der Entwicklung sogenannter metall-organischer Gerüstverbindungen (SURMOFs) wurde Herrn Prof. Wöll die
Ehrendoktorwürde der Suddänischen Universität verliehen.
Die umfassende Reduktion von klinisch-relevanten Antibiotikaresistenzen aus aufbereiteten Abwässern ist Thema der Publikation in NATURE Scientific Research, die von der Abteilung Mikrobiologie / Molekularbiologie unter Leitung von Prof. Thomas Schwartz veröffentlicht wurde. Es werden oxidative und Membran-basierte Verfahren auch in Kombination miteinander verglichen und nachfolgende mikrobiologische Risiken beschrieben.
Zu diesem Thema ist in der FAZ vom 3.4.2019 ein Artikel erschienen, der auch Bezug zu den Untersuchungen von Prof. Dr. Thomas Schwartz, Abteilung Mikrobiologie / Molekularbiologie am IFG nimmt. Im Rahmen eines BMBF Vorhabens werden diverse kommunale Klär-anlagen auf die Anwesenheit von Antibiotika-resistenten Bakterien untersucht und Verbreitungswege in die Umwelt aufgezeigt. Durch erweiterte Aufbereitungs-verfahren ist es möglich diese Verbreitungspfade zu unterbrechen. Dies fordert auch die WHO und die UN-Versammlung.
Bei der Energieerzeugung mit Solarzellen kommt den sogenannten Exzitonen eine wichtige Funktion zu. Sie entstehen als teilchenartige Komplexe aus Elektronen und Elektronenfehlstellen, sobald Photonen in den Halbleiter eindringen. Diese Quasiteilchen transportieren dann die Energie des absorbierten Lichts, bis sie in der Nähe der elektrischen Kontakte in positive und negative Ladungen aufgespalten werden, die dann einen Stromfluss in Gang setzen.
Dr. Hartmut Gliemann erhielt im Rahmen des HybridSenorNet Symposiums 2018 "Intelligente Sensorik/Analytik und sichere Sensornetze: Innovative Technologien und neue Anwendungsfelder" (14.-15.11.2018 in Karlsruhe, http://hybridsensornet.org/ ) für seinen Vortrag mit dem Titel "Reducing the influence of relative humidity on
the sensitivity of ZnO-based gas sensors by coating with metal- organic frameworks" die Auszeichnung "Beste Präsentation".
Bedampfen von Flüssigkristallschicht mit reaktionsfähigen Molekülen liefert maßgeschneiderte Nanofasern für verschiedene Anwendungen – Publikation in Science - Forscher am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT sowie an der University of Michigan, der University of Wisconsin-Madison und der Cornell University in Ithaca/New York haben nun ein einfaches und daher kostengünstiges Verfahren entwickelt, das Polymerpelze selbstorganisiert wachsen lässt.
Auf der Tagung “Spurenstoffe und Krankheitserreger im Wasserkreislauf” der Dechema Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. am 23. und 24. Oktober 2018 in Frankfurt a.M., wurde Herr Norman Hembach von der Abteilung Mikrobiologie / Molekularbiologie des Instituts für Funktionelle Grenzflächen für sein Poster „Combined advanced processes in wastewater treatment for reduction of antibiotic resistant bacteria“ mit dem zweiten Platz prämiert.
Im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder sind innerhalb des Exzellenz-Clusters „3D Matter Made to Order” Doktoranden- und Postdocstellen am Institut für Funktionelle Grenzflächen zu besetzen. Ansprechpartner ist Herr Prof. Christof Wöll.
Dr. Hartmut Gliemann und Peter Krolla (IFG) erhielten zusammen mit Frau Prof. Christina Wege (Universität Stuttgart) und ihrer Gruppe in London den "Kajal Mallick Memorial Prize" von der "Institution of Civil Engineers (ICE) Publishing". Die Auszeichnung wurde für den Artikel mit dem Titel "RNA-stabilized protein nanorings: high-precision adapters for biohybrid design" (https://doi.org/10.1680/jbibn.16.00047)als bester Beitrag des Jahres 2017 der Sparte „Bioinspirierte, Biomimetische und Nanobiomaterialien" verliehen.
Prof. Dr. Thomas Schwartz forscht am IFG über Antibiotika-resistente Bakterien und spricht im Interview über Hygiene und die Gefahr bei Kolonisierung.
Anhand von Kohlenmonoxid als Sondenmolekül sowie Infrarot-Reflexions-Absorptionsspektroskopie (IRRAS) konnten Irregularitäten auf Ceroxid-Nanostäben nachgewiesen werden, die wahrscheinlich deren hohe katalytische Aktivität erklären. Veröffentlichung vom 04.05.18 im GIT Laborportal.
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Kleinskalige Gerüste aus metallischen Knotenpunkten und organischen Verbindungselementen sind wahre Multitalente: Über die Kombination verschiedener Materialien sowie die Variation der Porengröße und -gestalt lassen sich die MOFs (Metal-Organic Frameworks) für unterschiedliche Anwendungen maßschneidern.
Auf dem Symposium "Umweltrisiken in der Wasserforschung- Inter- und transdisziplinäre Bewertung und Perspektiven" des Wassernetzwerks Baden-Württemberg am 15. und 16. Januar 2018 in Karlsruhe, erhielt Hr. Dipl. Biologe Eike Thorben Rogall mit seiner Arbeit zum Thema:" Metformin im Abwasser beeinflusst die Vitalität von Bachforellen über Veränderungen im Fisch-Mikrobiom" einen Posterpreis.
Neue Erkenntnisse zur Struktur ermöglichen gezielte Weiterentwicklung von Katalysatoren und Photokatalysatoren – Drei Veröffentlichungen in der Zeitschrift Angewandte Chemie
Ein wichtiger Fortschritt in der Herstellung zweidimensionaler polymerbasierter Materialien ist Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gelungen: Um Tücher aus monomolekularen Fäden zu fertigen, nutzten die Wissenschaftler die am KIT entwickelten SURMOFs – auf Oberflächen verankerte metallorganische Gerüste.
Ein neues Projekt des KIT (IFG) und der Helmholtz-Gemeinschaft erweckte im Sommer 2016 das Interesse des Malscher Bürgermeisters Elmar Himmel. " Prävention im Bauwesen " heißt das Vorhaben mit dem Ziel, die Lebenszyklen von Straßen und Bauwerken zu verlängern.
Neuartige Membranen, deren Selektivität sich dynamisch mit Licht schalten lässt, haben Forscher am KIT (IFG + IOC) und an der Universität Hannover entwickelt: In die Membranen aus metall-organischen Gerüsten (MOFs) bauten die Forscher Azobenzol-Moleküle ein. Diese nehmen je nach eingestrahlter Wellenlänge eine gestreckte oder gewinkelte Form an. So lassen sich die Durchlässigkeit der Membran und der Trennfaktor bei der Trennung von Gasen oder Flüssigkeiten stufenlos einstellen.
Medizinische Implantate tragen oft Oberflächensubstrate, die Wirkstoffe abgeben oder auf denen Biomoleküle sowie Zellen besser haften können. Allerdings gab es bislang keine abbaubaren Gasphasenbeschichtungen für abbaubare Implantate wie chirurgische Nahtmaterialien oder Gerüste für die Gewebezucht. Eine Polymerbeschichtung, die im Körper wie ihr Träger abgebaut wird, stellen nun ein internationales Forscherteam u. a. mit Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (Prof. Dr. J. Lahann) vor.
Die diesjährige Jahrestagung der Gesellschaft für Biomaterialien fand vom 29.09.2016 - 01.10.2016 in Aachen statt. Domenic Kratzer aus der Arbeitsgruppe von Dr. Cornelia Lee-Thedieck wurde dabei für das Poster "Nanostructured multifunctional polymer films as hematopoietic stem cell culture substrates" mit einem Posterpreis ausgezeichnet.
Metallorganische Gerüste mit Huckepack-Struktur eröffnen neue Möglichkeiten für Solarzellen und Leuchtdioden. Forscher am KIT haben nun erstmals gezeigt, dass innere Grenzflächen zwischen oberflächengebundenen metallorganischen Gerüstverbindungen (SURMOFs) sich optimal dafür eignen.
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Eine kristalline Schicht aus Hydroxylapatit kann eine druck- und zugfeste Verbindung zu Knochen oder Zähnen bilden. Wissenschaftlern des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am KIT ist es gelungen, Schichten von Hydroxylapatit auf Siliziumoberflächen aufwachsen zu lassen.
Privatdozent Dr. Lars Heinke erhielt ebenfalls Anfang Mai den Dozentenpreis des Fonds der Chemischen Industrie. Heinke forscht an dünnen Filmen Metall-organischer Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, MOFs). Besonders im Mittelpunkt stehen fernsteuerbare MOF-Materialien, die durch Einbau Lichtschaltbarer Moleküle realisiert werden.
Prof. Dr. Christof Wöll erhielt Anfang Mai den van't Hoff-Preis der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie. Mit der Auszeichnung werden seine wichtigen Beiträge zum Verständnis von dünnen organischen Schichten, zur Chemie von Oxidoberflächen sowie insbesondere zur Charakterisierung von oberflächengetragenen Metall-Organischen-Netzwerken (surface-MOFs) gewürdigt.
Helmholtz-Gemeinschaft und KIT starten den Innovations-Hub „Prävention im Bauwesen“ / Wirtschaft, Verwaltung und Wissenschaft wollen Lebenszyklen von Straßen und Bauwerken verlängern.
Das Team von Prof. Thomas Schwartz untersucht Eintragspfade von Antibiotika-resistenten Bakterien und Antibiotika-Resistenzgenen in die aquatische Umwelt und bewertet technische Verfahren zur Unterbrechung der Ausbreitung. Ebenso soll die Rückkopplung zurück zum Menschen durch Kontakt mit Wasser, Abwasser oder in Kliniken untersucht werden (Microbial Dissemination).
Wie Matthias Franzreb und die ANDRITZ KMPT GmbH mit wirbelnden Magnetpartikeln die Biotechnologie- und Pharmabranche verändern möchten.
Mineralische Schicht ermöglicht hohe Dotierungsdichten von Halbleitern und vereinfacht den Produktionsprozess.
Spektrum der Wissenschaft publiziert Artikel über Porphyrin-basierte hochgeordnete Gerüststrukturen als Solarzellen.
KIT-Wissenschaftler entwickeln einen automatisierbaren Nachweis für Phosphor, bei dem keine Chemikalien verbraucht werden.
In Folge 6 der KIT - Video - Reihe " Biologie und Technik " erfährt Carsten bei Prof. Matthias Franzreb, wie man mit Hilfe eines 3 D-Druckers Reaktoren herstellen kann und wozu diese Reaktoren gut sind.
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Verleihung des Jurypreises beim 3D-Druckwettbewerb an Siegfried Hohmann und Jonas Wohlgemuth.
Erstmals wurde auf der Basis von metall-organischen Gerüstverbindungen (MOF) eine funktionsfähige, aus einer einzelnen Komponente bestehende organische Solarzelle hergestellt.
KIT-Wissenschaftler messen wichtigen Prozess bei der Umwandlung von Lichtenergie.
Wie Christof Wöll und Hartmut Gliemann an einer neuen molekularen Plattformtechnologie Pionierarbeit leisten.
Der Rektor der Hochschule Mannheim ernennt Dr. rer. nat. Thomas Schwartz zum Honorarprofessor.
SURMOF based „Designer Solids“ as Photonic Nanomaterials for Optical and LHs Applications.
Forscher ermitteln Ursache für Barrieren an der Oberfläche metall-organischer Gerüste (MOFs) – Wichtig für die Speicherung von Gasen.
KIT-Forscher entwickeln neuartiges Gel für biologische und medizinische Anwendungen
KIT-Forscher entwickeln neues Verfahren zur Herstellung metallorganischer Gerüste.
Metallorganischen Gerüststrukturen bieten jede Menge Platz für Proteine und chirale Verbindungen.
Mit Infrarot-Spektroskopie weisen Wissenschaftler Sauerstoff-Fehlstellen als aktive Zentren nach.
Forscher entwickeln neues Verfahren mit porösen molekularen Gerüststrukturen (MOFs).
KIT-Wissenschaftler liefern grundlegende Erkenntnisse über die Vorgänge in photoelektrochemischen Zellen.
Savy + SURMOF-EU Projekt
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