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Mediadaten

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Sensorgesteuerter Roboter soll höchste Präzision und Sicherheit bei Wirbelsäulenoperationen ermöglichen

Forschende der Universität Bern, des Inselspitals Bern und des Schweizer Zentrums für Elektronik und Mikrotechnologie entwickeln gemeinsam mit Partnern aus der Industrie einen hochpräzisen, sensorgestützten Operationsroboter für Wirbelsäulenoperationen. Ihr Projekt wird vom Förderungsangebot «BRIDGE» des Schweizerischen Nationalfonds und der Kommission für Technologie und Innovation mit zwei Millionen Franken unterstützt.

Im Rahmen des Projekts «Towards Intelligent Sensor-enhanced Robotic Neurosurgery» entwickeln Andreas Raabe von der Universitätsklinik für Neurochirurgie am Inselspital Bern, Stefan Weber vom ARTORG Center for Biomedical Engineering der Universität Bern sowie Olivier Chételat vom Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechnologie (CSEM) eine neue robotisch unterstützte Operationsmethode,  die ein neues Mass an Sicherheit für komplizierte Wirbelsäulenoperationen bietet. Mit der Methode sollen Stabilisierungsschrauben in der Wirbelsäule sicher, genau und ohne Verletzungen des umliegenden Gewebes angebracht werden können. Grundlage dafür bilden verschiedene patentierte Sensortechnologien,  die die Wirbelsäule von innen «abtasten». Gemeinsam mit den Industriepartnern Rotomed AG, Inomed GmbH und CAScination AG hat das Team sein Vorhaben beim Programm «BRIDGE Discovery» eingereicht, mit dem der Schweizerische Nationalfonds (SNF) und die Kommission für Technologie und Innovation (KTI) des Bundes gemeinsam technologische Innovationen fördern. Das Projekt erhält einen Förderbeitrag von zwei Millionen Franken über einen Zeitraum von vier Jahren.

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Akkordarbeit am Nano-Fliessband

Schnelle Computersteuerung für molekulare Maschinen

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue, elektrische Antriebstechnik für Nano-Roboter entwickelt. Mit dieser lassen sich molekulare Maschinen hunderttausendmal schneller bewegen als mit den bisher genutzten biochemischen Prozessen. Damit werden Nano-Roboter schnell genug für die Fliessbandarbeit in molekularen Fabriken.

Auf, ab, auf, ab. Im Gleichtakt schwingen die Lichtpunkte hin und her. Erzeugt werden sie von leuchtenden Molekülen, die an der Spitze winziger Roboterarme fixiert sind. Am Monitor des Fluoreszenzmikroskops verfolgt Prof. Friedrich Simmel die Bewegung der Nano-Maschinen. Ein Mausklick genügt, um die Lichtpunkte in eine andere Richtung wandern zu lassen.

«Durch Anlegen elektrischer Felder können wir die Arme beliebig in der Ebene drehen,» erklärt der Inhaber des Lehrstuhls für Physik Synthetischer Biologischer Systeme an der TU München. Seinem Team ist es erstmals gelungen Nano-Roboter elektrisch zu steuern und auch gleich einen Rekord aufzustellen: Die neue Antriebstechnik ist 100 000-mal schneller als alle bisherigen Methoden.

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Muskeln aus der Spraydose

Ein Schritt weiter zum künstlichen Herzen

Andrea Six

Für Menschen mit Herzinsuffizienz wäre ein künstliches Herz die Rettung. Um das komplexe Organ im Labor nachzubauen, müsste es aber zunächst gelingen, vielschichtige, lebende Gewebe zu züchten. Forscher der Empa sind diesem Ziel nun näher gekommen: Mit einem Sprühverfahren erzeugten sie funktionierende Muskelfasern.

Wer aufgrund einer Herzinsuffizienz auf eine Transplantation angewiesen ist, muss auf ein passendes Spenderorgan hoffen. Eine elegante Alternative wäre ein künstliches Herz, welches nach der Implantation keinerlei Abstossungsreaktionen im Körper auslöst. Das Projekt «Zurich Heart» des Forschungsverbundes Hochschulmedizin Zürich, dessen Partner die Empa ist, entwickelt derzeit ein solches Kunstherz. Damit die Pumpe aus dem Labor vom Körper angenommen wird, soll sie – einer Tarnkappe gleich – von menschlichem Gewebe umhüllt und ausgekleidet sein. Bisher ist das Züchten von mehrschichtigen funktionsfähigen Geweben jedoch noch eine grosse Herausforderung im aufstrebenden Gebiet des «Tissue Engineering». Empa-Forschern ist es nun gelungen, Zellen in einem dreidimensionalen Kunststoffgerüst zu Muskelfasern heranwachsen zu lassen.

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Wieviel wiegt das Leben?

ETH-Forscher haben eine Zell-Waage entwickelt, mit der sich erstmals sowohl das Gewicht einzelner lebender Zellen schnell und präzise bestimmen lässt, als auch dessen Veränderung über die Zeit. Die Erfindung stösst auch
ausserhalb der Biologie auf grosses Interesse.

Ob Regenwurm, Sonnenblume oder Mensch – wir alle bestehen aus Zellen. Kein Wunder also, dass Forschende sich intensiv mit diesen Grundbausteinen des Lebens beschäftigen. Viele ihrer Geheimnisse haben sie ihnen bereits entlockt. Doch das Gewicht lebender Zellen und dessen Veränderung in Echtzeit genau zu messen, war bisher nicht möglich. Es gab schlicht keine geeignete Messmethode.

Neuartige Zellwaage mit hoher Auflösung

Das ist nun anders: Wissenschaftler der Forschungsgruppe Biophysik unter der Leitung von ETH-Professor Daniel J. Müller haben in Zusammenarbeit mit Christoph Gerber von der Universität Basel und Jason Mercer vom University College London eine neuartige Zellwaage entwickelt. Mit dieser ist es nicht nur möglich, die Masse lebender Zellen innert kürzester Zeit zu bestimmen, sondern auch zu verfolgen, wie sich deren Gewicht über die Zeit verändert. Und das mit einer Auflösung von Millisekunden und Billionstel Gramm.
Gewogen werden die Zellen, die normalerweise rund zwei bis drei Nanogramm wiegen, unter kontrollierten Bedingungen in einer Zellkulturkammer. Der Wägearm, ein winziges, hauchdünnes, transparentes und mit Collagen oder Fibronektin beschichtetes Siliziumplättchen, wird zum Boden der Kammer heruntergefahren, stupst dort eine Zelle an und nimmt sie auf. «Für die Messungen hängt die Zelle quasi kopfunter an der Unterseite eines winzigen Federbalkens», sagt Gotthold Fläschner, einer der Hauptbeteiligten an der Entwicklung der neuen Waage.

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