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Temperatur der nördlichen Adria steigt weiter

Erde, Klima, Umweltschutz

(pte) – Die mittlere Oberflächentemperatur in der nördlichen Adria ist in den vergangenen 100 Jahren spürbar gestiegen. „Bei der Auswertung der ersten Datenreihe haben wir festgestellt, dass sich die Durchschnittstemperatur in dem betreffenden Zeitraum um 1,1 Grad Celsius erhöht hat“, so Reanato Colucci, Projektleiter des zum Nationalen Forschungsrat CNR gehörenden Istituto di Scienze Marine.

Sommer immer heißer
Bei den aus den Jahren 1899 bis 1923, 1934 bis 2008 sowie 1986 bis 2015 stammenden meteorologischen Erhebnungen handelt es sich um eine der längsten Datenzeitreihen ihrer Art. Während die Daten aus der ersten Zeitreihe analog ermittelt wurden, stammen die der zweiten Zeitreihe aus Messungen, die anhand von Thermistoren und Digitalthermometern vorgenommen wurden.

Bei der Auswertung der zweiten Zeitreihe und ihrer methodischen Angleichung an die erste hingegen ergab sich auf die vergangenen 100 Jahre bezogen ein mittlerer Temperaturanstieg von 1,3 Grad Celsius. Hinzu kam eine andere interessante Beobachtung: „Während der letzten 20 Jahre ist die Sommertemperatur von 28 Grad Celsius deutlich öfter als in der Vergangenheit erreicht oder überschritten woden“, ergänzt Coluccis Kollege Fabio Raicich. Die Untersuchung ist in Zusammenarbeit mit mehreren Partnereinrichtungen in Triest durchgeführt worden. Einzelheiten sind in der Fachzeitschrift „Earth System Science Data“ veröffentlicht.

Herzklappen per 3D-Druck aus Silikon entwickelt

Klassische Medizin

(pte) – Forscher der ETH Zürich haben zusammen mit Experten der südafrikanischen Firma SAT eine künstliche maßgeschneiderte Herzklappe aus 3D-gedrucktem Silikon entwickelt. Dies könnte helfen, den steigenden Bedarf einer alternden Gesellschaft für Ersatz-Herzklappen zu decken. Denn: Rund 850.000 Menschen werden im Jahr 2050 künstliche Herzklappen benötigen, sagen die Wissenschaftler. Details wurden in der Fachzeitschrift „Matter“ publiziert.

Massenproduktion möglich
Die Silikon-Herzklappe ist maßgeschneidert, weil die Forscher zuerst die individuelle Form und Größe der undichten Herzklappe mittels Computer­tomo­grafie oder Magnetresonanztomografie bestimmen. Dadurch lässt sich eine Herzklappe drucken, die exakt auf einen Patienten passt. Aus den Bildern erstellen die Forscher ein digitales Gittermodell und eine Computersimulation, mit der sie die auf das Implantat wirkenden Kräfte und Verformungen im Voraus berechnen können. Auch sei das Material für den Körper verträglich und der Blutfluss durch die Silikonherzklappe genauso gut wie bei herkömmlichen Ersatzklappen.

Um eine 3D-Klappe zu drucken, benötigen die Materialforscher nur rund eineinhalb Stunden. Eine künstliche Herzklappe aus Rindermaterial in Handarbeit zu erzeugen, dauert hingegen einige Arbeitstage. Die Produktion mit 3D-Druckern könnte zudem beschleunigt werden. Eine Batterie von Druckern könnte täglich Dutzende bis Hunderte von Klappen herstellen.

Blutgefäßwurzel mitgedruckt
Zuerst erstellen die Wissenschaftler einen Negativ-Abdruck der Klappe. Auf diesen Abdruck von der Form einer dreizackigen Krone wird Silikon-Tinte gesprayt, was die dünnen Klappenflügel ergibt. Auf deren Oberfläche druckt in einem weiteren Schritt ein Extrusionsdrucker mit zäher Silikon­paste bestimmte Muster aus dünnen Fäden. Diese entsprechen Kollagen­fasern, die natürliche Herzklappen durchziehen. Die Silikonfäden verstärken die Klappenflügel und verlängern die Lebensdauer der Ersatzklappe.

Die mit der Herzklappe verbundene Blutgefäßwurzel wird mit dem gleichen Verfahren gedruckt und am Ende mit einem netzförmigen Stent überzogen, der für das Anschließen der Silikon-Ersatzklappe an die echte Blutbahn nötig ist. Ziel ist, die Lebensdauer solcher Ersatzklappen auf zehn bis 15 Jahre zu steigern. So lange halten heutige Modelle im Patienten. „Schön wäre es, wenn wir eines Tages Herzklappen herstellen, die ein Leben lang halten und allenfalls sogar mit dem Patienten mitwachsen, sodass sie auch schon bei jungen Leuten eingesetzt werden könnten“, unterstreicht Manuel Schaffner, einer der Erstautoren der Studie.

Kennen Sie MOFs ? Filter als „Mädchen“ für alles?

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Ingenieure der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) mit kleinen Mengen an Kunststoff stabilisiert, mit denen sie einen Teil der Poren füllen. Er wirkt wie eine Stütze, die den Zusammenbruch verhindert. MOFs sind wahre Multitalente. Sie sind extrem gute Filter, die Wasser von Keimen, Schwermetallen und anderen Schadstoffen befreien. Sie trennen auch Gase voneinander. Sie haben nur einen Nachteil: Weil sie extrem porös sind, mangelt es ihnen an Stabilität.

Gigantische innere Oberfläche
MOFs bestehen aus anorganischen Molekülen, die von organischen Molekülen zusammengehalten werden. Sie sind mit unvorstellbar vielen feinsten Poren ausgestattet. Rekordhalter ist ein Material, das eine innere Oberfläche von 7.800 Quadratmetern hat – bei einem Gewicht von gerade einmal einem Gramm. Dessen Poren haben einen Durchmesser von weniger als zwei Nanometern.

Die Schweizer Forscher haben sich allerdings mit MOFs befasst, deren Porendurchmesser größer ist als zwei Nanometer. Sie haben gegenüber mikroporösen MOFs einige Vorteile, sind aber weniger stabil, was die technische Nutzung erschwert oder gar unmöglich macht. Weil immer wieder Poren kollabieren, reduziert sich mit der Zeit die innere Oberfläche, sodass die Effizienz nachlässt.

Stabilität statt nur Verstopfung
Li Peng, der am EPFL-Labor für anorganische Funktionsmaterialien arbeitet, hat kleine Mengen an Kunststoff in die Poren gefüllt. Dieser verstopft sie nicht, weil er Tragbalken bildet, die als Stützen wirken, den Durchmesser der Poren aber nur verkleinern. Derart stabilisiert halten diese MOFs Temperaturen von 150 Grad Celsius aus, die sie normalerweise kollabieren ließen. Die Forschungsarbeit hat Wendy Lee Queen, die Chefin des Labors, geleitet.

„Wir stellen uns vor, dass die Stabilisierung auf Kunststoffbasis die Herstellung neuer MOFs möglich macht, die sich bisher nicht nutzen lassen“, unterstreicht Queen. Diese porösen Materialien könnten für neue hochinteressante Anwendungen genutzt werden. Dazu gehören die Trennung und Umwandlung großer Moleküle.

Mit Öffentlichen zügiger unterwegs – dank Algorithmen

Physik, Chemie, Technik

(KIT) – Sich als Neuankömmling oder Gelegenheitsnutzer dem Öffentlichen Nahverkehr anzuvertrauen, kann schnell in Stress ausarten. Seit einigen Jahren helfen Apps dabei, immer den richtigen Bus oder die passende Bahn zu nehmen. Was viele nicht wissen: Die digitalen Helfer nennen uns – wenn man etwa die Zahl der Umstiege oder gar weitere Verkehrsmittel wie Auto oder Fahrrad einbezieht – keineswegs die jeweils beste Route. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) schaffen hier Abhilfe.

„Heutige Routenplaner beziehen zum Beispiel Fußwege nicht mit ein“, sagt Dorothea Wagner, Leiterin des Instituts für Theoretische Informatik des KIT. Dabei könne es unter dem Strich durchaus schneller sein, zehn Minuten zur Bushaltestelle zu laufen, als um die Ecke in die U-Bahn zu steigen, so die Professorin für Algorithmik. Ähnlich verhält es sich, wenn zusätzlich verschiedene Verkehrsträger wie Taxi oder Fahrrad eingebunden werden sollen. Oder auch bei Park-and-Ride-Szenarien, wenn Reisende das eigene Auto in der Nähe von Haltestellen des Öffentlichen Nahverkehrs abstellen und mit Bus und Bahn weiterfahren.

Wagner rückt dem Problem mit besonders effizienten Algorithmen zu Leibe. „Den schnellsten Weg zu identifizieren, ist algorithmisch nicht sonderlich anspruchsvoll“, sagt die Expertin. Entsprechende Programme gebe es seit 20 Jahren. Bei den komplexer werdenden Beförderungsszenarien sei die Masse an Daten das Problem. „Wir müssen also schneller werden.“ Dies soll gelingen, indem geschickte Vorberechnungen mit schnellen Algorithmen zum Ermitteln der besten Verkehrsverbindungen kombiniert werden. Erste Ergebnisse sind ein Durchbruch in diesem Gebiet und werden im September bei der internationalen Konferenz ALGO 2019 in München präsentiert.

Die Ergebnisse sollen auch den Planerinnen und Planern des öffentlichen Verkehrs helfen, ihre Fahr- und Einsatzpläne zu optimieren. Denn die sich ändernden Kundenbedürfnisse haben Einfluss darauf, auf welchen Strecken und zu welcher Zeit sinnvollerweise mehr oder weniger Fahrzeuge eingesetzt werden sollen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die ortsverteilte Forschungsgruppe FOR 2083 zum Thema „Integrierte Planung im öffentlichen Verkehr“ für weitere drei Jahre bis 2021. Beteiligt sind neben dem KIT die Universität Stuttgart, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und das Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik Kaiserslautern. Die Förderung für die drei Jahre beträgt rund 1,5 Millionen Euro, die Fördersumme verteilt sich auf die vier Standorte.

Gurken alles andere als langweilig

Ernährung Genussmittel

(BZfE) – Als der Komponist Carl Friedrich Zelter am 31. Juli 1821 seinem
guten Freund Goethe gegenüber die ausbleibenden Theaterbesucher beklagte,
machte er dafür die „Saure-Gurken-Zeit“ verantwortlich. Damit ist der
Begriff erstmals urkundlich belegt. Damals wie heute ist damit gemeint,
dass während der Sommermonate in den Medien Nachrichtenflaute herrscht;
einfach nichts los ist, weil alle in die Ferien fahren. Kulinarisch
gesehen, sind die Sommermonate jedoch alles andere als langweilig. Obst und
Gemüse in Hülle und Fülle – zum Beispiel die kleinen Einlegegurken,
auch Schälgurken genannt. Es handelt sich um eine Variante der
Salatgurken. In Deutschland werden sie fast ausschließlich im Freiland
angebaut. Es gibt sie von Juli bis Mitte September frisch zu kaufen. Sie
werden nach Größe gehandelt, von drei bis 18 Zentimeter, in
3-Zentimeter-Schritten. Die heutigen Sorten sind in der Regel
bitterstofffrei. Sie sind nur begrenzt haltbar und kälteempfindlich (nicht
im Kühlschrank lagern). Deshalb sollten sie alsbald verarbeitet werden.

Wer die Delikatesse wie zu Omas Zeiten selbst zubereitet, bereichert seine
Vorratskammer um eine leckere Beilage zu Fleisch, Wurst und Käse. Am
besten nur kleine, feste und fleckenfreie Gurken verwenden, größere
Exemplare werden meist zu weich. Neben dem Einwecken beziehungsweise
Einkochen ist das Einlegen in Essig und Salz eine probate Methode, um die
Gurken haltbar zu machen und geschmacklich aufzuwerten.

Hier das Grundrezept für saure Gurken:
Gurken gründlich waschen, Reste der Stiele entfernen. Anschließend das
Gemüse in ein großes Gefäß geben und pro Kilogramm Gurken vier
Esslöffel Salz hinzugeben. Mit so viel Wasser auffüllen, bis die Gurken
vollständig bedeckt sind und so über Nacht stehen lassen.

Am nächsten Tag die Gurken erneut gründlich waschen und einen Essigsud
herstellen: dafür je 750 Milliliter Wasser und Weißweinessig mit zwei
Esslöffeln Salz und 350 Gramm braunem Zucker in einem großen Topf geben;
so lange rühren, bis sich der Zucker vollständig aufgelöst hat.

Gläser vorbereiten: diese müssen absolut sauber und luftdicht
verschließbar sein. Gut eignen sich klassische Weckgläser mit Gummiring,
Deckel und Verschlussklammern.

Nun die Gläser befüllen: Gurken aufrecht hineinstellen und mit dem
kochend heißem Essigsud übergießen, bis knapp unter dem Rand. Deckel mit
Gummiring aufsetzen und mit Klammer verschließen.

Die Gurken circa vier Wochen an einem dunklen Ort durchziehen lassen, je
länger, desto aromatischer werden sie im Geschmack. Geschlossene Gläser
halten bis zu sechs Monate. Einmal geöffnet, sollten die Gurken innerhalb
einer Woche gegessen werden.

Neben dieser klassischen Zubereitung, gibt es viele weitere Varianten:
Gewürzgurken mit Zwiebelringen, Meerrettich, Dill, Senf- und
Pfefferkörnern, Lorbeerblatt und Chilli oder
Salzgurken mit vier mittelgroßen Knoblauchzehen, Dill, Weinblätter und
75 Gramm Salz statt Zucker.
Gurken süß-sauer mit 400 Milliliter weißem Balsamico-Essig und nur
einem Esslöffel Weißweinessig, 2 Teelöffel Senfkörner, 2 Teelöffel
Pfefferkörner, 1 Teelöffel Pimentkörner, 50 Gramm Meerrettich, einige
Lorbeerblätter und etwas Dill.

Rüdiger Lobitz

Die Weltretter-Diät im Selbstversuch

Ernährung Genussmittel

(BZfE) – Im März 2019 haben wir im BZfE-Newsletter die „Planetary
Health Diet“ (im Folgenden PHD) vorgestellt. Diese Ernährungsweise haben
internationale Wissenschaftler so berechnet, dass sie die wachsende
Weltbevölkerung gesund ernähren kann und auch die Gesundheit des Planeten
im Blick hat. Die Erzeugung der empfohlenen Lebensmittel wäre zum einen
innerhalb der planetaren Grenzen möglich. Zum anderen sollen die
Empfehlungen der 37 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der
EAT-Lancet-Kommission alle Nährstoffe berücksichtigen, die Menschen für
ein gesundes Leben brauchen. Daniel Berg, Mitarbeiter der Westfalenpost,
wagte einen vierwöchigen Selbstversuch. Das BZfE hat auf Basis seiner
detaillierten Ernährungsprotokolle beispielhaft berechnet, wie ausgewogen
die PHD denn tatsächlich sein kann.

Unter dem Motto „Bin eben kurz die Welt retten“ stellte die
Westfalenpost das Thema Nachhaltigkeit im Juni in den Fokus der
Berichterstattung. Warum sich Chefreporter Daniel Berg gerade für die PHD
entschieden hat, dazu sagte er im Interview mit Britta Klein,
Wissenschaftsredakteurin beim Bundeszentrum für Ernährung: „Bei der
Recherche stießen wir auf die Planetary Health Diet und hielten dies für
einen guten Rahmen für einen Test, weil dort sehr genau angegeben war, wie
Ernährung aussehen müsste, um nachhaltig zu sein. Das war für unsere
Zwecke super, weil leicht nachvollziehbar und leicht umzusetzen.“

Allerdings musste sich der Journalist erst einmal mit den nötigen
Veränderungen in seinem täglichen Speiseplan anfreunden. Da Berg die
Auswahl an Getreide und Gemüse am Anfang etwas zu sehr eingeschränkt hat,
war er zuerst hungrig. Nach einem Anruf bei einem der Wissenschaftler, der
an der Entwicklung der PHD beteiligt war, gab es schnell eine Lösung. Er
konnte insgesamt mehr pflanzliche Lebensmittel essen, ohne dass die
PHD-Grenzen gesprengt worden wären. Entsprechend ergab die
Nährwertberechnung für die erste Testwoche, dass der Energiegehalt des
Speiseplans an manchen Tagen deutlich unter 2.000 Kilokalorien lag – viel
zu wenig für einen normalgewichtigen und sportlichen Mann mit Ende
Dreißig.

Aber auch noch in der dritten Woche lag die Energieaufnahme des Reporters
im Durchschnitt niedriger als die Deutsche Gesellschaft für Ernährung
(DGE) in den D-A-CH-Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr empfiehlt.
Kein Wunder, dass Berg nach eigenen Angaben drei Kilo abgenommen hat. Um
das zu verhindern, hätte Berg die Menge an Gemüse, Obst, Getreide und
Hülsenfrüchten noch weiter steigern können. Wie der Vergleich mit den
DGE-Referenzwerten außerdem ergab, nahm der Journalist in dieser Woche mit
jeweils rund 109 Prozent etwas mehr als die empfohlenen Mengen für Eiweiß
und Fett auf, obwohl der Anteil an Fleisch, Wurst und Milchprodukten
relativ klein war. Erfreulich ist die Ballaststoffaufnahme von
durchschnittlich 35 Gramm pro Tag, die damit fast 17 Prozent über dem
empfohlenen Soll lag. Und auch die Zufuhr von Cholesterin bewegte sich mit
weniger als 180 mg pro Tag im begrüßenswert niedrigen Bereich.

Wie der Selbstversuch des Reporters zeigt, ist die PHD also sowohl
alltagstauglich als auch mit einigen kleineren Anpassungen für eine
ausgewogene Ernährungsweise nach den Empfehlungen der DGE geeignet. Und
was bleibt? „Das Gefühl, dass es sich lohnt, darüber nachzudenken, was
man isst und wie es produziert wird“, resümiert Berg.

Britta Klein

Künstliche Herzklappe – perfekt nachempfunden ?

Klassische Medizin

(Universität Kiel) – Ein Forschungsteam aus der Materialwissenschaft hat eine Methode entwickelt, Kunststoffe so zu verbinden, dass sie ganz neue Anwendungen ermöglichen. Zum Beispiel als Herzklappen, auf denen sich kaum Blut festsetzt.

Herzklappen regulieren den Blutfluss, um den Körper mit ausreichend Blut zu versorgen. Schließen sie nicht mehr richtig, zum Beispiel aufgrund eines Herzinfarkts, sorgen künstliche Herzklappen für die nötige Leistungsfähigkeit. Doch auf der Metalloberfläche von herkömmlichen Ersatz-Herzklappen setzen sich leicht Blutplättchen fest. Um die Bildung von Blutgerinnseln zu verhindern, müssen Patientinnen und Patienten daher lebenslang Medikamente nehmen. Bestimmte blutabweisende Kunststoffe könnten ein Alternativmaterial sein. Sie waren für den Einsatz als Herzklappe aber bislang zu weich.

Einem Forschungsteam des Instituts für Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es jetzt in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Lübeck, gelungen, einen weichen, blutabweisenden Kunststoff mit einem stabilen Kunststoff zu kombinieren. Zukünftig könnte die Kombination für biomedizinische Implantate wie künstliche Herzklappen genutzt werden, ist das Team überzeugt. Wie sich mit dem rein mechanischen Verfahren schwer haftende Kunststoffe erstmals dauerhaft miteinander verbinden lassen, stellt das Forschungsteam im Fachmagazin Nanoscale Horizons vor.

Komplexe medizinische Anwendungen verlangen häufig Materialien, die gleichzeitig sehr unterschiedliche oder sogar gegensätzliche Eigenschaften erfüllen. Häufig lassen sich diese Werkstoffe deshalb aber auch nur schwer miteinander verbinden, wie zum Beispiel sogenannte niederenergetische Kunststoffe. Aufgrund ihrer geringen Oberflächenenergie haftet kaum etwas auf ihnen. Bisherige, chemische Verbindungsmethoden verändern Materialoberflächen chemisch oder zerstören sie sogar ganz – für biomedizinische Anwendungen sind sie daher häufig nicht geeignet.

Blutabweisende Eigenschaften von niedrigenergetischen Kunststoffen nutzbar machen
Mit einem rein mechanischen Verfahren ist es jetzt dem Forschungsteam der CAU gelungen, den weichen Kunststoff PDMS (Polydimethylsiloxan) mit dem hochstabilen Kunststoff PEEK (Polyetheretherketon) zu verbinden. „Durch eine verhältnismäßig einfache Beschichtungsmethode konnten wir ein Polymerkomposit herstellen, das die Eigenschaften der beiden Stoffe in idealer Weise kombiniert“, erläutert Leonard Siebert, der in der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ an der CAU promoviert. Dabei werden die Oberflächen der beiden Materialien mechanisch ineinander verhakt.

Durch diese Verbindung wurde der blutabweisende Kunststoff PDMS robust genug, um auch starken Druckbelastungen standzuhalten, wie denen einer sich ständig öffnenden und schließenden Herzklappe. Erste Labortests an der Klinik für Herz- und thorakale Gefäßchirurgie des UKSH, Campus Lübeck, bestätigten, dass auf dem neuen Kompositmaterial deutlich weniger Blutplättchen anhaften als auf herkömmlichen Materialien wie Titan oder diamantähnlichen Kohlenstoffschichten, die bereits für künstliche Herzklappen genutzt werden. „Kunststoffe, die gleichzeitig flexibel und robust sind, könnten besonders interessant sein für sogenannte Transkathederklappen. Sie werden durch eine schonende, minimalinvasive Methode ohne Operation in den Körper eingeführt und müssen daher besonderen Materialanforderungen genügen“, unterstreicht Professor Hans-Hinrich Sievers, UKSH, die Bedeutung, die das neue Verfahren für medizinische Anwendungen haben könnte.

Mechanisches Verbindungsverfahren ohne Chemie
Um die beiden Kunststoffe PDMS und PEEK zu verbinden, machten sich die Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler den Kapillareffekt zunutze. Hierbei steigen Flüssigkeiten in engen Röhren oder Hohlräumen nach oben auf. Das Forschungsteam bestreute die glatte Oberfläche des PEEK-Polymers mit einem Puder aus herkömmlichen Keramikpartikeln verschiedener Größen. Durch Erwärmen saugten die Partikel den Kunststoff geradezu auf und verschmolzen zu einer extrem rauen Struktur voller Hohlräume. Anschließend gaben die Forschenden flüssiges PDMS auf die „zerklüftete“ Oberfläche, das tief in die entstandenen Hohlräume eindrang.

„Das Entscheidende an unserer mechanischen Methode ist die unterschiedliche Größe der Partikel auf der Nano- und Mikroskala. So kann sich auch aus normalen runden Teilchen eine Hakenstruktur aufbauen, in die sich der weiche Kunststoff passgenau einfügen kann. In getrocknetem Zustand ist er damit fest verankert“, fasst Materialwissenschaftler Siebert die als „mechanisches Interlocking“ bezeichnete Methode zusammen. Damit erzielte das Forschungsteam eine wesentlich höhere Haftung als bei anderen Methoden, bei denen sich die Kunststoffe bereits nach geringer Belastung wieder voneinander lösten.  

Neue Fügemethoden für Metalle und Kunststoffe
In der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ der CAU wird schon lange an Möglichkeiten geforscht, Kunststoffe und Metalle auf Nanoebene dauerhaft miteinander zu verbinden, ohne herkömmliche Schweiß-, Klebe- oder chemische Verfahren der Fügetechnik zu nutzen. „Zuerst hatten wir entdeckt, wie sich über ein ähnliches Prinzip Metalle und Kunststoffe mit mikroskopischen Widerhaken miteinander verbinden lassen“, erläutert Leiter Professor Rainer Adelung. „Durch die Weiterentwicklung des Verfahrens unter Verwendung von Pulverpartikeln können wir jetzt auch aus Kunststoffen ganz neue Kompositmaterialien mit innovativen Eigenschaften effektiv herstellen.“ Noch ist das allerdings Grundlagenforschung. In einem nächsten Schritt soll – ebenfalls wieder in einem interdisziplinären Zusammenschluss aus der Materialwissenschaft und der Medizin – die Implantation von beschichteten Transkathederklappen näher erforscht werden.

Die Arbeit entstand unter anderem in Zusammenarbeit mit dem Graduiertenkolleg 2154 „Materials for Brain“ der CAU. Hier forschen rund 20 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Materialwissenschaft und Medizin an der Entwicklung neuer Materialien für medizinische Neuroimplantate, zum Beispiel für Gehirnerkrankungen.

Julia Siekmann

Eiweiß hergestellt aus Wasserstoff und Kohlendioxid

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Der Proteinriegel kommt künftig aus der Fabrik und wird mit Rohstoffen, die Mikroorganismen produzieren, hergestellt. Sie ernähren sich von Wasserstoff und CO2 sowie Nährstoffen. Wasserstoff wird per Elektrolyse aus Wasser und Strom aus erneuerbaren Quellen produziert, CO2 aus der Luft gewonnen. Power-to-Food nennen die Entwickler der Lappeenranta University of Technology und des Technischen Forschungszentrums Finnland (VTT) das Verfahren.

Erste Fabrik für 2021 geplant
Aus der Hochschule ausgegründet produziert Solar Food in Lappeenranta bereits Nahrungsmittel. Das Unternehmen wirbt für sein Verfahren unter anderem mit dem geringen Wasserverbrauch. Dieser liege, um ein Kilogramm Nahrungsmitteln zu erzeugen, bei zehn Litern. Bei Soja sind es 2.500 Liter, bei Fleisch sogar 15.500 Liter. Ackerland ist überflüssig, so die Experten. Die Bioreaktoren könnten in Containern untergebracht werden, die sich auch auf unfruchtbaren Böden aufstellen lassen.

Die Pilotanlage produziert bereits ein Kilogramm Nahrungsmittel pro Tag. Die erste Fabrik, die 50 Mio. Mahlzeiten pro Jahr herstellen wird, soll 2021 in Betrieb gehen. Das Produkt schmeckt wie Weizenmehl. Es enthält 50 Prozent Proteine, fünf bis zehn Prozent Fett und 20 bis 25 Prozent Kohlenhydrate.

Idee stammt aus der Raumfahrt
Die Idee, aus Strom, Wasser und CO2 Nahrungsmittel herzustellen, stammt von der US-Weltraumbehörde NASA und ihrem russischen Gegenstück. Der Prozess sollte auf langen Weltraumreisen die Versorgung mit Nahrungsmitteln erleichtern. Die finnischen Forscher haben das Verfahren so verbessert, das der Herstellungstechnik für Hefe ähnelt.

Es gebe nicht nur Bedarf an Gasen und Treibstoffen, bei deren Verbrennung kein zusätzliches CO2 freigesetzt werde, sondern auch nach emissionsfreien Nahrungsmitteln. Das Verfahren, das wir entwickelt haben, ist die Antwort“, so Forscher Jero Ahola. Anders als bei der klassischen Produktion von Nahrungsmitteln gibt es beim biologischen Verfahren keine Abfälle. Es handle sich um einen geschlossenen Kreislauf, aus dem lediglich das fertige Produkt ausgekoppelt wird, ergänzt Michael Lienemann, bei VTT Ingenieur für Biotechnik.

20.07.2019 Deutschland auf dem Weg zum Agrar-Staat ?

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Deutschland auf dem Weg zum Agrar-Staat ? Klimaschutz unbedingt, aber nicht mit der Ideologie der Grünen. Ökologische Träumer können das Weltklima nicht retten. Über Naturgesetze lässt sich nicht politisch abstimmen. Vorreiterrolle beruhigt das Gewissen und eignet sich hervorragend zu populistischem Wählerfang.
Zum Thema „Denn sie wissen nicht was sie tun !“ eine kleine Satire.
Wenn es aber nicht gelingt China, Brasilien, USA und viele Schwellenländer zu gewinnen, endet das im großen Frust und unsere Volkswirtschaft verliert ihre Weltgeltung. Nur am deutschen Wesen kann die Welt nicht genesen.

Folge 26. Mit Vernunft in die Zukunft, oder?

Polymerfaser formt kräftigen künstlichen Muskel

Klassische Medizin, Physik, Chemie, Technik

(pte/MIT) – Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine neue Art von Faser aus Polymerstoffen entwickelt, die sich bei Erhitzung zu einer Spirale zusammenziehen und einen sehr starken künstlichen Muskel bilden kann. Dieser Muskel könne laut den Forschern ein wichtiger Fortschritt für Roboter und Prothesen sein. Er sei leichter und reagiere schneller als bestehende Konzepte für künstliche Muskeln.

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Gleiches Prinzip wie Gurkenpflanze
Das Forschungsteam orientierte sich bei den Fasern am Wachstum einer Gurkenpflanze. Aus dieser sprießen spiralförmige Ranken, die nach Objekten suchen, an denen sie die Pflanze nach oben ziehen können, damit sie möglichst viel Licht bekommt. Die Faser des MIT ist ebenfalls in eine Spirale gewunden, die sich bei Belastungen auseinander- und bei Erhitzung wieder zusammenzieht.

Um die Faser zu entwickeln, verbanden die Forscher zwei Polymerstoffe, die sich bei Hitze in unterschiedlichem Ausmaß zusammenziehen. Dank der Mischung des sehr steifen Polyethylen und dem deutlich dehnbareren Elastomer formt das Material bei Erhitzung eine Spirale, die eine hohe Zugkraft hat. Die Forscher hatten ursprünglich nicht damit gerechnet, dass die Faser bei Hitze zu einer so starke Kontraktion fähig ist. „Hier war viel glücklicher Zufall im Spiel“, freut sich MIT-Professorin Polina Anikeeva, die an der Entwicklung beteiligt war.

Faser hat große Zugkraft
Eine einzelne Faser kann das 650-Fache ihres eigenen Gewichtes heben. Im Experiment konnte sich die Faser 10.000 Mal strecken und wieder zusammenziehen, ohne ihre Stärke zu verlieren. Den Forschern zufolge sei es auch möglich, das Ausmaß zu bestimmen, in dem sich die Faser bei Hitze zusammenzieht. So könne man einen künstlichen Muskel, der die Faser enthält, durch Anwendungen zu Erhitzung automatisch kontrollieren.

Laut MIT-Postdoktorand Mehmet Kanik, der die Entwicklung der Faser leitete, eröffnen sich durch die Entdeckung, dass zwei Polymerstoffe mit unterschiedlichen Graden der Kontraktion bei Hitze Spiralen bilden, enorm viele Anwendungsmöglichkeiten. Alle möglichen Materialien könnten somit kombiniert werden, um kräftige Fasern zu entwickeln. „Die Stärke dieses Ansatzes ist seine Einfachheit“, meint Kanik.