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  • Projekt

    AquaFluoMaps: Erfassung kritischer Gewässerparameter aus der Luft via Fluoreszenz

    Wasserqualität aus der Vogelperspektive Viele Seen und Flüsse geraten zunehmend unter Druck: Hitze, Nährstoffeinträge, Landwirtschaft und Stadtentwicklung verändern ihre Wasserqualität oft schneller, als es klassische Messverfahren erfassen können. AquaFluoMaps will solche Veränderungen künftig aus der Luft sichtbar machen. Das Projekt nutzt Drohnen mit hyperspektralen Kameras und wertet zusätzlich ein sehr schwaches Lichtsignal aus: die von Sonnenlicht angeregte Fluoreszenz bestimmter Wasserinhaltsstoffe. Dieses Signal wirkt wie ein optischer Fingerabdruck. Es könnte helfen, Algen, organische Stoffe, Nährstoffeinträge oder erste Hinweise auf problematische Blaualgen genauer zu unterscheiden als bisher. Damit schließt das Projekt eine wichtige Lücke: Satelliten erfassen vor allem große Gewässer nur grob,…

  • Projekt

    PlasNats -Plasmabasierte Synthetisierung von Natrium-Ionen Elektroden aus Nussschalen

    Nachhaltige Elektrodenmaterialien aus biogenen Reststoffen Für die Energiewende werden Speicher gebraucht, die leistungsfähig, bezahlbar und unabhängig von knappen Rohstoffen sind. Natrium-Ionen-Batterien gelten dafür als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Systemen. PlasNats setzt bei einem entscheidenden Bauteil dieser Batterien an: dem Anodenmaterial. Weil herkömmlicher Graphit Natrium-Ionen nur schlecht speichern kann, braucht es sogenannte Hard-Carbon-Materialien. Das Projekt gewinnt sie aus Nussschalen, einem biogenen Reststoff der Lebensmittelindustrie. Statt die Biomasse wie bisher langsam in Öfen zu verkohlen, nutzt das Team Plasma – ein energiereiches ionisiertes Gas. Damit könnte der Umwandlungsprozess deutlich schneller ablaufen und die innere Struktur des Kohlenstoffs gezielter gesteuert werden. Im Labor wird…

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    Ladungskontrollierte Ensemble molekularer Quantenbits

    Mehr Stabilität für die Rechner von morgen Quantencomputer gelten als große Hoffnung für Aufgaben, an denen heutige Rechner an Grenzen stoßen – von neuen Materialien bis zu komplexen Simulationen. Noch fehlt dafür jedoch ein entscheidender Baustein: Quantenbits, die lange genug stabil bleiben und sich zugleich zuverlässig steuern lassen. Das Stuttgarter Projekt bringt zwei Welten zusammen, die bisher meist getrennt betrachtet wurden. Spezielle Moleküle können Quantenzustände vergleichsweise lange speichern. Graphen, eine extrem dünne Kohlenstoffschicht, lässt sich dagegen gut in elektronische Bauteile integrieren und elektrisch ansteuern. Die Forschenden befestigen solche Moleküle auf Graphen, untersuchen ihre Eigenschaften und bauen daraus erste kleine Bauelemente…

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    ExplainSeg: KI-gestützte Auswertung medizinischer 3D-Bilder mit nachvollziehbaren Erklärungen

    Auf dem Weg zur erklärbaren Zweitmeinung Medizinische KI kann in CT- oder MRT-Daten heute bereits Organe und auffällige Strukturen markieren. Doch für Ärztinnen und Ärzte reicht das oft nicht aus: Sie müssen nicht nur wissen, wo etwas liegt, sondern auch, warum ein Befund medizinisch relevant ist. ExplainSeg entwickelt deshalb ein KI-System, das 3D-Bilder analysiert und seine Ergebnisse zugleich verständlich begründet. Das Modell soll Bildsegmentierung und sprachliche Erklärung nicht nacheinander, sondern in einem gemeinsamen Prozess erzeugen. Klinisches Fachwissen und diagnostische Logik fließen dabei direkt in die Bildauswertung ein. So soll die KI schwierige Strukturen präziser abgrenzen und zugleich nachvollziehbar machen, welche…

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    Steuerung der quasi 1D Struktur von Antimon-Chalkogeniden mittels elektrischer Felder

    Vom Chaos zur Ordnung Manche Materialien entfalten ihr Potenzial erst, wenn ihre innere Struktur in die richtige Richtung zeigt. Genau darum geht es in diesem Projekt: Antimon-Chalkogenide sind ungiftige, vergleichsweise günstige Halbleiter und interessant für Solarzellen, Photonik und Datenspeicher. Die Eigenschaften dieser Materialien hängen jedoch stark davon ab, wie ihre kristallinen Bänder ausgerichtet sind. Bisher lässt sich diese Ordnung nur begrenzt kontrollieren. Das Team der Universität Stuttgart untersucht deshalb, ob statische oder wechselnde elektrische Felder die Kristallbildung gezielt steuern können. Dafür werden zunächst amorphe Schichten hergestellt und anschließend unter verschiedenen Feldbedingungen kristallisiert. Danach prüfen die Forschenden, ob sich die gewünschte…

  • Projekt

    HASEL-Pump: Muskelähnliche Aktorik für subretinale Präzisionsinjektionen

    Mehr Sicherheit bei hochsensiblen Augenbehandlungen Injektionen unter die Netzhaut gehören zu den anspruchsvollsten Eingriffen der Augenheilkunde. Sie sind wichtig für moderne Gen- und Zelltherapien, doch schon kleinste Druckschwankungen oder unkontrollierte Bewegungen können empfindliches Gewebe belasten. HASEL-Pump entwickelt dafür ein neuartiges Pumpsystem, das Flüssigkeiten im Mikroliterbereich besonders präzise dosieren soll. Grundlage sind muskelähnliche, elektrisch steuerbare HASEL-Aktoren. Sie können kompakt gebaut werden, schnell reagieren und den Flüssigkeitsfluss kontrolliert stoppen oder anpassen. So soll eine Pumpe entstehen, die den Druck stabil hält, Überdosierungen vermeidet und Injektionen reproduzierbarer macht. Das könnte Operationen sicherer machen, chirurgische Fehler reduzieren und neue Therapieformen bei erblichen Netzhauterkrankungen oder…

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    Präzise Molekülherstellung mit Licht: ein nachhaltiger Zugang zu chiralen Wirkstoffen

    Licht bringt Moleküle in Form Viele Wirkstoffmoleküle gibt es in zwei spiegelbildlichen Formen. Für den Körper kann dieser kleine Unterschied entscheidend sein: Eine Form kann die gewünschte Wirkung entfalten, während die andere weniger wirksam oder unerwünscht ist. Die Arzneimittelchemie braucht daher Verfahren, die gezielt die richtige Molekülform herstellen. Das Projekt der Universität Heidelberg setzt dafür auf Licht. Es entwickelt neue lichtaktivierte Katalysatoren, die chemische Reaktionen unter milden Bedingungen steuern und dabei bevorzugt die gewünschte räumliche Form erzeugen sollen. Im Zentrum steht ein neues molekulares Hilfssystem (chirales Ligandensystem), das die Reaktion in die richtige Richtung lenkt und speziell für Photokatalyse entworfen…

  • Projekt

    Miniature Bioelectronic GearBot: A Reconfigurable Wireless Platform for Multifunctional Manipulation

    Mehr Funktionalität auf kleinstem Raum Miniroboter könnten eines Tages dorthin gelangen, wo klassische medizinische Instrumente zu groß, zu starr oder zu unhandlich sind. Bisher können drahtlose Systeme in Millimetergröße jedoch meist nur eine einzelne Aufgabe ausführen. GearBot will das ändern. Das Projekt überträgt das Prinzip einer Gangschaltung auf einen winzigen Roboter: Ein magnetischer Antrieb liefert die Kraft, während eine bioelektronische Steuerung zwischen verschiedenen Werkzeugen umschaltet. So könnte ein einziges System mehrere Schritte nacheinander ausführen – etwa eine Nadel einführen, ein Medikament dosiert abgeben, die Nadel wieder zurückziehen und anschließend Gewebe untersuchen. Als Beispiel dient ein Einsatz im Magen-Darm-Trakt, wo präzise,…

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    PorO2-3D: Entwicklung und Validierung poröser Sensorarrays für die perfundierte 3D-Zellkultur

    Realistischere Modelle für die biomedizinische Forschung 3D-Zellkulturen sollen menschliches Gewebe im Labor realistischer nachbilden. Doch ein zentrales Problem bleibt: Zellen werden oft nicht so mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wie im Körper über Blutgefäße. PorO2-3D entwickelt dafür eine neue Plattform, die kontrollierte Durchströmung und Sauerstoffmessung in einem System verbindet. Grundlage sind poröse Mikrokavitäten, in denen kleine 3D-Zellmodelle wachsen können. In diese Strukturen sollen winzige Sauerstoffsensoren präzise eingebracht werden, ohne die Poren zu verschließen. So lassen sich die Zellkulturen von unten mit Flüssigkeit durchströmen – ähnlich wie durch ein feines Versorgungssystem – und gleichzeitig direkt in ihrer Mikroumgebung beobachten. Die Forschenden…

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    Die Dynamik von Polyphosphaten – verborgene Chemie in Polyphosphat-Coacervaten?

    Neue Einblicke in die Chemie lebender Zellen In jeder Zelle laufen unzählige chemische Prozesse ab. Eine wichtige Rolle spielen dabei Polyphosphate: Moleküle, die Phosphat und Energie speichern und weitergeben können. Bisher werden Polyphosphate häufig als eher einfache, lineare Speicher betrachtet. Das Projekt an der Universität Freiburg fragt, ob sie in biologischen Tröpfchenstrukturen – sogenannten Coacervaten – viel aktiver sind als angenommen. Dort könnten sich verzweigte oder ringförmige Phosphatstrukturen bilden, ineinander umwandeln oder an chemischen Reaktionen teilnehmen. Um das zu prüfen, baut das Team künstliche Modellsysteme auf, die die chemische Umgebung in Zellen nachbilden. Mit Fluoreszenzmikroskopie, Phosphor-NMR und Massenspektrometrie verfolgen die…