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Mediadaten

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Winzige Spurenverunreinigungen, enorme Auswirkungen

Winzigste Verunreinigungen haben keinen nennenswerten Einfluss auf das Verhalten eines chemischen Stoffes – dachte man bisher. Ergebnisse von Experimenten eines internationalen Forscherteams unter Beteiligung der TU Wien konnten jetzt das Gegenteil beweisen.

Das chemische Verhalten von Stoffen ist in der Welt der Chemie grundsätzlich sehr demokratisch geregelt: die Mehrheit eines Stoffs definiert, wie sich die Substanz verhält, auch wenn «fremde» Spurenelemente enthalten sind. So kristallisiert Kochsalz und schmeckt wie Kochsalz, auch wenn es Spuren anderer Stoffe enthält. Bisher galt es daher als ausgeschlossen, dass eine Spurenverunreinigung das komplette Kristallisationsverhalten oder den chemischen Aufbau eines Stoffs substanziell verändern kann. Ein Forscherteam der Leibniz Universität Hannover, der TU Wien und der Universität Wien konnte diese Annahme in Experimenten nun widerlegen.

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48 Experimente gleichzeitig

Im «Lab of the future» am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik sollen Entwicklungszeiten zur Herstellung von Medikamenten und anderen biologischen Produkten drastisch verkürzt und Kosten extrem gesenkt werden. Möglich wird das durch die vollständige Digitalisierung der Prozesse

Die Entwicklung von neuen Prozessen zur Herstellung von Antibiotika oder Krebsmedikamenten ist langwierig und teuer. «Zehn bis 15 Jahre vergehen heute, bis ein neues Produkt auf dem Markt ist, und Investitionen in Milliardenhöhe sind keine Seltenheit», sagt Prof. Dr. Peter Neubauer, Leiter des Fachgebietes Bioverfahrenstechnik. Er hat deshalb ein Labor entwickelt, in dem er die Entwicklungszeiten drastisch verkürzen und damit die Kosten extrem senken möchte. Der Weg zu diesem Ziel: die Prozesse zur Entwicklung eines innovativen Bioprodukts werden vollständig automatisiert. Manuell durchgeführte Laborarbeiten, selbst die manuelle Planung und Auswertung der Experimente sollen der Vergangenheit angehören. Das «Lab of the future» befindet sich auf dem TU-Campus in der Ackerstrasse in Berlin-Wedding.

Herzstück des Labs sind derzeit zwei Roboter: Einer ist für die gesamte Analytik zuständig, der andere kümmert sich um die Kultivierung der Zellen. Dieser Roboter enthält ein Minibioreaktorsytem mit 48 Kulturgefässen, für die die Kultivierungsbedingungen jeweils einzeln festgelegt werden können. Damit sind 48 voneinander unabhängige Experimente gleichzeitig möglich. Kultivierung und Analytik sind im «Lab oft the Future» nicht mehr zeitlich voneinander getrennt.

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Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen - Universelle Messapparatur am Fraunhofer IFAM in Dresden entwickelt

Die Bestimmung der thermischen Eigenschaften von Materialien ist in vielen Anwendungsbereichen essenziell. Insbesondere die Wärmeleitfähigkeit hat einen unmittelbaren Einfluss auf alle wärmetechnischen Anwendungen der Werkstoffe. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden haben nun einen kompakten Versuchsaufbau entwickelt, mit dem die Wärmeleitfähigkeit auch von porösen bzw. anisotropen Werkstoffen sowie Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden bei höheren Temperaturen zuverlässig gemessen werden kann. Typische Materialsysteme sind z. B. offen oder geschlossen poröse Kunststoffe, Metalle oder Keramiken sowie Schicht- oder Faserverbundstrukturen aus unterschiedlichsten Materialien (organische und anorganische Stoffe).
Aufgebaut nach dem bekannten Konzept der Plattenapparatur ist dieses Messverfahren sehr robust (angelehnt an DIN EN 1946 und DIN EN 12664), der Messaufbau kompakt und die Zuverlässigkeit der Messergebnisse hoch. Im neuen Versuchsaufbau des Fraunhofer IFAM Dresden können unter Vakuum bzw. in variabler Gasatmosphäre Proben mit einer Grundfläche von 50 x 50 mm² und einer Höhe von bis zu 20 mm vermessen werden. In Ergänzung der bereits vorhandenen baugleichen Raumtemperaturanlage sind zukünftig Messungen der Wärmeleitfähigkeit in beliebigen Temperaturschritten zwischen 20 °C und 600 °C möglich. Insbesondere die Flexibilität des Temperaturbereiches kombiniert mit dem breiten Spektrum an untersuchbaren Werkstoffen stellt ein Novum dar.

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Smartpump: Klein, aber leistungsstark

Feinstaub schädigt Herz und Lunge. Vor einer hohen Belastung könnte in Zukunft ein Smartphone mit eingebautem Gassensor warnen. Damit der Sensor schnell anspricht und genaue Messwerte liefern kann, haben Fraunhofer-Forscher eine leistungsstarke Mikromembranpumpe entwickelt, die die Umgebungsluft zuführt.

«Unsere Smartpump ist nur fünfundzwanzig Quadratmillimeter gross und damit die kleinste Pumpe der Welt. Trotzdem hat sie ein hohes Kompressionsverhältnis», sagt Dr. Martin Richter, der die Abteilung Mikrodosiersysteme an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT in München leitet.
Um in der Pumpkammer Druck zu erzeugen nutzen Richter und sein Team den piezoelektrischen Effekt, der elektrische Spannung in mechanische umwandelt: Mit Hilfe von Wechselspannung wird die Silizium-Membran nach oben oder unten bewegt, dadurch Umgebungsluft durch ein Ventil eingesaugt, in der Pumpkammer verdichtet und wieder herausgepresst.

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Mit violettem Licht gegen die Keime

Mitarbeiter der Hochschule Ulm entwickeln neue Methode zur Desinfektion von Kontaktlinsen

In Deutschland gibt es über 3 Millionen Kontaktlinsenträger – weltweit sind es sogar über 100 Millionen. Um die Linsen zu reinigen, legen die Anwender sie meist über Nacht in spezielle Desinfektionslösungen. Das dabei eingesetzte chemische Mittel soll auf der einen Seite so aggressiv sein, dass es möglichst alle Keime abtötet. Auf der anderen Seite darf das Auge beim Wiedereinsetzen der Linse nicht angegriffen werden.

Dieser schwierige Spagat gelingt jedoch meist nicht besonders gut. Für die Gesundheit der Augen kann das fatale Folgen haben, weiss Katharina Hönes. Die Doktorandin im Labor für Apparative Biotechnologie der Hochschule Ulm setzt auf den Einsatz violetter LEDs zur Desinfektion. Für diesen innovativen Ansatz wurde ihr gemeinsam mit ihrem hochschulseitigen Betreuer, Professor Martin Hessling, in Stuttgart der zweite Platz des Artur Fischer Erfinderpreises verliehen. Bewertet wurden unter anderem das Innovationspotenzial der Erfindung, der Nutzen für die Allgemeinheit und die Initiative bei der Umsetzung.
Als Brillenträgerin kennt Katharina Hönes die Probleme mit Kontaktlinsen aus eigener Erfahrung: «Wie viele andere Menschen auch, komme ich mit den Desinfektionslösungen nicht zurecht.» Der Grund: Die Anforderungen an solche Mittel sind schier nicht zu vereinbaren. «Mittel, die gut gegen Bakterien und Pilze wirken, reizen das Auge. Mittel mit milden Inhaltsstoffen, töten wiederum nicht alle Keime ab», erklärt die 26-Jährige. Die Linse ohne Desinfektionsmittelrückstände wieder ins Auge einzusetzen, sei kaum möglich. Selbst nach einem Abspülvorgang befinden sich noch Substanzen innerhalb der Linse, die im Laufe des Tages in das Auge entweichen können. Die Folge sind oft schwere Entzündungen, die im schlimmsten Fall bis zur Erblindung führen können.

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