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Uni Bayreuth: Forscher entwickeln extrem belastbare Faser gleich Spinnenseide

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Die Eigenschaften, die ein internationales Forscherteam entdeckt hat, sollen bei Kunstfasern bisher einzigartig sein, wie die Uni Bayreuth mitteilt. Sie haben eine extrem leichte und zugleich starke Faser entwickelt, die echter Spinnenseide gleicht.

Elektrospinnen einer multifibrillaren Polyacrylnitrilfaser. Foto: Universität Bayreuth / Jürgen Rennecke.

Extrem belastbar

Die Faser sei sehr zäh und zugfest: “Eine einzelne Faser ist so dünn wie ein menschliches Haar, wiegt weniger als eine Fruchtfliege und ist dennoch sehr stark: Sie kann ein Gewicht von 30 Gramm heben, ohne zu reißen”, sagt Andreas Greiner von der Universität Bayreuth, der Leiter der Studie, die im Fachmagazin “Science” veröffentlicht worden ist. Tragen könne sie somit circa das 150.000-fache ihres eigenen Gewichts. Außerdem seien sogenannte Polymerfasern in der Herstellung – anders als echte Spinnenseide – relativ günstig.

Prof. Dr. Andreas Greiner. Foto: Universität Bayreuth

Unser Grundmaterial ist ein Allerweltskunststoff und in großen Mengen verfügbar. Die Verarbeitungsmethode und das Additiv machen den Trick aus.

(Prof. Andreas Greiner, Uni Bayreuth)

Die Faser eigne sich für technische Bauteile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind: Zum Beispiel im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Aber auch für Textilien oder in der Medizin könne man sie einsetzen. Entstanden ist die Faser aus dem Grundstoff Polyacrylnitril. Ihm wurde eine Art chemischer Klebstoff beigefügt, damit sich die Fasern längs verknüpfen konnten. An der Studie beteiligt waren Forscher aus Deutschland, China und der Schweiz.

Science-Fiction wird Realität: Japaner züchtet Tier-Menschen

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Das gab es noch nie: Zum ersten Mal in der Geschichte darf ein Forscher einen sogenannten Mensch-Tier-Chimären nicht nur erzeugen, sondern ihn auch gebären lassen.

Der Forscher heißt Hiromitsu Nakauchi und arbeitet an der University of Tokyo. Einem Bericht des Fachjournals “Nature” zufolge, will er Tier-Embryonen mit menschlichen Zellen ausstatten und diese dann einem Muttertier einpflanzen. Konkret geht es um Ratten. Zuerst hatte “Der Spiegel” darüber berichtet.

Bisher war nach 14 Tagen Schluss

Schon heute dürfen Forscher in mehreren Ländern der Erde genetisch veränderte Embryonen in einem Muttertier reifen lassen. Länger als 14 Tage durften die Versuche bisher aber nie laufen. Zur Geburt ist es daher  noch nie gekommen. Ein neues Gesetz macht jetzt in Japan genau das möglich. Eine offizielle Genehmigung für das Vorhaben steht Medienberichten zufolge noch aus, soll aber auf Rat eines Expertengremiums noch im August erteilt werden.

Ziel: Kranken helfen

Ziel des Experiments sei es, menschliche Organe in einem Tier wachsen zu lassen und diese später kranken Menschen zu transplantieren. Unter anderem das Problem fehlender Spenderorgane soll so behoben werden.

Dem Forscher zufolge seien die mit menschlichen Zellen ausgestatteten Ratten nach 16 Tagen fast vollständig ausgebildet. Die Tier-Menschen sollen dann geboren und ihre Organe wiederum Schweinen eingepflanzt werden, wo sie weiter wachsen können.

Uni Bayreuth: Blutgefäße aus dem 4D-Drucker

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Feinstrukturierte Blutgefäße können in Zukunft möglicherweise mit einem Drucker hergestellt werden. Die Grundlagen dafür erforscht der Chemiker und Materialwissenschaftler Leonid Ionov mit einer Arbeitsgruppe an der Universität Bayreuth.

Arpan Biswas, Postdoc am Lehrstuhl für Biofabrikation der Universität Bayreuth, und Lehrstuhlinhaber Leonid Ionov (rechts). Foto: Christian Wißler.

120.000 Euro von Volkswagen

Das Ziel: Dünne Polymerschichten sollen so strukturiert werden, dass die Moleküle von selbst Gefäße in den verschiedensten Größen und Strukturen herstellen. Ein 4D-Drucker, der die Zeit als vierte Dimension einbezieht, soll die Schichten erzeugen und in die nötigen Ausgangspositionen bringen. Das kürzlich gestartete Vorhaben wird von der VolkswagenStiftung mit 120.000 Euro gefördert.

Trotz der enormen Fortschritte in der Implantationsmedizin gibt es für die Herausforderung, feinste Blutgefäße mit hoher Präzision in den jeweils benötigten Strukturen herzustellen, noch keine befriedigende Lösung. In unserem Projekt verfolgen wir daher einen neuen Ansatz, der zwei wissenschaftliche Arbeitsgebiete kombiniert: Die Polymerwissenschaften erforschen die Fähigkeit von Molekülen, sich unter definierten Bedingungen in neuen räumlichen Strukturen zu organisieren, und haben dabei beeindruckende Resultate erzielt. Parallel dazu sind Techniken und Anwendungen des 4D-Drucks zunehmend verfeinert worden. Deshalb wollen wir jetzt Polymerschichten drucken, die so strukturiert sind und miteinander wechselwirken, dass daraus von selbst Gefäßstrukturen entstehen, wie sie in der Medizin benötigt werden.

(Leonid Ionov, Projektleiter)

Charakteristisch für Blutgefäße sind sogenannte „Kreuzungen“, bei denen sich zwei Gefäße zu einem neuen Gefäß verbinden. Diese Strukturelemente können mit den bisherigen Techniken des 3D-Drucks nicht mit der nötigen Präzision reproduziert werden. Indem die Bayreuther Forscher die Druck-Programmierung nicht nur auf räumliche Strukturen, sondern auch auf die Zeit als vierte Dimension ausrichten, wollen sie eine sogenannte  molekulare Selbstorganisation ermöglichen, die solche Kreuzungen erzeugt – ohne dass die Verbindungen zwischen den jeweiligen Gefäßen undicht sind. Die Wissenschaftler bezeichnen ihr Vorhaben auch als „Mikro-Origami“. Der Name spielt auf die japanische Faltkunst an, die allein durch die in ihrer zeitlichen Abfolge definierten Papierfaltungen die unterschiedlichsten Figuren und Muster hervorbringt.

Nächster Schritt: Materialien finden

Wenn sich die Forschungsarbeiten als erfolgreich erweisen, stehen die Bayreuther Wissenschaftler vor einer weiteren Herausforderung: polymere Materialien zu finden, die nicht allein die nötigen Potenziale zur Selbstorganisation aufweisen, sondern auch im Organismus keine Abstoßungsreaktionen oder Infektionen hervorrufen.

Uni: Europamedaille für Bayreuther Professor

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Der Bayreuther Geoökologe Prof. Dr. Carl Beierkuhnlein ist der “Medaille für besondere Verdienste um den Freistaat Bayern in Europa und der Welt”, der sogenannten Bayerischen Europamedaille, ausgezeichnet worden. Wie es in einer Mitteilung der Uni heißt, werden mit dieser Auszeichnung Persönlichkeiten geehrt, die sich um den Freistaat Bayern in einem vereinten Europa verdient gemacht oder zum internationalen Ansehen Bayerns in der Welt beigetragen haben.

Ich freue mich sehr über diese Auszeichnung, weil sie unsere Arbeit im internationalen Kontext würdigt. Die Biogeografische Forschung der Universität Bayreuth findet auf unterschiedlichen Kontinenten statt und insbesondere unsere Arbeiten auf ozeanischen Inseln und zu internationalen Schutzgebieten sind von globaler Bedeutung. Wenn ich damit einen Beitrag zur Sichtbarkeit und Anerkennung der bayerischen Forschung leisten kann, dann erfüllt mich dies mit Genugtuung.

(Carl Beierkuhnlein)

Auch in der Lehre, so Beierkuhnlein, sei diese Auszeichnung eine Anerkennung für den von ihm etablierten und geleiteten internationalen Studiengang “Global Change Ecology” sowie den neuen Studiengang “Environmental Geography”.

Internationale Studierende zu uns ins oberfränkische Bayreuth zu holen und auf hohem Niveau auszubilden – damit legen wir die Saat für verantwortungsbewusste und kreative Führungspersönlichkeiten der Zukunft.

(Carl Beierkuhnlein)

Bei der feierlichen Auszeichnung sagte Staatsminister Florian Herrmann über Beierkuhnlein:

Sie sind seit Jahren die mahnende Stimme in Bayern und setzen sich wie kein Zweiter in der Lehre und Forschung für die Belange des Umwelt- und Naturschutzes ein (…) In ganz Europa sind Ihre Meinung und Ihr Rat zu den Herausforderungen des Klimawandels gefragt (…) Wissenschaftler wie Sie sind von zentraler Bedeutung, wenn es um die Gestaltung einer Zukunft geht, in der die richtigen Maßnahmen gefunden werden müssen. Sie haben bewiesen: In Zeiten wie diesen sind Ihre Fachkenntnis, Ihre Erfahrung und Ihr Weitblick von unschätzbarem Wert.

(Florian Herrmann, Staatsminister)

Mit der Bayerischen Europamedaille werden seit 1990 Persönlichkeiten geehrt, die sich um den Freistaat Bayern in einem vereinten Europa verdient gemacht oder zum internationalen Ansehen Bayerns in der Welt beigetragen haben. Von der ersten Verleihung bis heute haben laut der Bayerischen Staatskanzlei insgesamt 325 Personen diese Auszeichnung erhalten.