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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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Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen «Nano-Mais» und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen.
Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse überwinden, die der Körper zu seinem Schutz gegen Viren, Bakterien oder Partikel wie Dieselruss aufgebaut hat – etwa den Schleim der Atemwege. Damit die Arznei dort nicht steckenbleibt, haben Professor Marc Schneider und sein Team ein Transportsystem entwickelt, das einen Wirkstoff zuverlässig in die Lungenzellen schleust. «Stäbchenförmige Partikel sind lungengängig, werden also in die Lunge aufgenommen.
Ausserdem bieten sie ein grosses Volumen für die Ladung, die transportiert werden soll. Daher wollten wir ein Transportsystem mit dieser Form entwickeln», erklärt der Professor für Biopharmazie und Pharmazeutische Technologie an der Saar-Universität.

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Magnetic Particle Imaging: Weltrekord an Genauigkeit

Höchste Präzision mit Nanopartikeln als Kontrastmittel

Dreidimensionale Echtzeit-Bilder für die medizinische Diagnostik mit Hilfe winzigster Magnete.

Am Institut für Medizintechnik der Universität zu Lübeck wird ein neuartiges bildgebendes Verfahren für die Medizin erforscht, welches in Zukunft die Radiologie revolutionieren könnte. Gerade wurde ein neuer Weltrekord bei der Abbildung winzigster Mengen an Kontrastmittel aufgestellt. Die Wissenschaftler berichten darüber in einer Fachveröffentlichung, die am 31. Juli 2017 in der renommierten Wissenschaftszeitschrift «Nature Scientific Reports» erschienen ist. Das seit 2007 am Institut für Medizintechnik erforschte Bildgebungsverfahren Magnetic Particle Imaging (MPI) nutzt die einzigartigen magnetischen Eigenschaften von gerade einmal 0,00001 Millimeter grossen Eisenoxidteilchen, um dreidimensionale Bilder aus lebenden Organismen zu erzeugen. Die winzigen Magnete, die etwa 50mal kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, werden dazu mit unbedenklichen Magnetfeldern angeregt. Unter geeigneter Anregung geben die Partikel charakteristische elektromagnetische Signale ab, aus denen dreidimensionale Bilder berechnet werden können. Die Methode sticht besonders durch ihre Echtzeitfähigkeit heraus und ist dabei nicht auf gesundheitsschädliche radioaktive Strahlung angewiesen.

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Grenzen austesten zum Wohle der Patienten

Sabine Goldhahn

Strahlentherapie mit Protonen ist ein Erfolgsmodell am Paul Scherrer Institut PSI. Schon seit mehreren Jahrzehnten behandeln Ärzte hier auf schonende Weise Patienten mit Augentumoren oder mit Krebs, der tief im Inneren des Körpers liegt. Dafür haben die Forschenden am Zentrum für Protonentherapie ZPT zahlreiche Geräte, Sicherheitssysteme und Software aufwendig selbst entwickelt. Mit einer eigenen, am PSI erarbeiteten Bestrahlungsmethode haben sie sogar weltweit die Protonentherapie nachhaltig verändert. Trotz dieser Erfolge verfeinern die Forschenden am ZPT diese Strahlentherapie unermüdlich weiter – damit die Behandlung künftig noch präziser und schneller wird.

Antony Lomax wollte nur zwei Jahre bleiben, intensiv forschen und dann wieder gehen. Zurück nach Manchester, in seine Heimat. Doch Protonen üben eine ganz eigene Faszination aus. Besonders auf Medizinphysiker wie ihn: «Ein Proton ist etwa 1800-mal schwerer als ein Elektron, das ist so, als ob man ein Fahrrad mit einem Panzer vergleicht. Und diese schweren Teilchen müssen wir für die Protonenbestrahlung beschleunigen und millimetergenau in ihr Ziel bringen. Protonen sind eine Herausforderung für Forscher.» Genau wie Patienten. «Jeder Patient und jeder Tumor ist unterschiedlich, und so gibt es keine einzige Standardbehandlung für alle. Gerade das macht meinen Beruf so interessant», schwärmt Lomax. Deshalb arbeitet der Forscher noch immer am Zentrum für Protonentherapie ZPT am Paul Scherrer Institut PSI. Seit nunmehr 25 Jahren.
Dabei könnten sich Wissenschaftler wie Lomax zurücklehnen. Sie könnten durchatmen und stolz sein auf das, was sie in vielen Jahren Entwicklungsarbeit geschaffen haben. Drei Behandlungsplätze stehen am ZPT für Krebspatienten zur Verfügung. Ein vierter wird gerade fertiggestellt. Die sogenannte Spot-Scanning-Methode – ein besonders genaues und schonendes Verfahren der Bestrahlung – wurde vor zwanzig Jahren hier am PSI entwickelt. Heute nutzen sie Ärzte weltweit zur Behandlung von Krebs. Eine eigens am PSI entwickelte Software erleichtert die genaue Planung und Durchführung jeder einzelnen Bestrahlung. Hinzu kommen umfassende Sicherheitssysteme und Qualitätskontrollen, die einen reibungslosen Ablauf und höchste Sicherheitsstandards garantieren. So wurden bereits 8000 Patienten erfolgreich behandelt. Genügend Gründe also, sich mit dem Erreichten zufrieden zu geben?

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