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November 2004

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2004

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Themenübersicht:


Laser-Datenübertragung: Als Puls besser durch Wolken und Nebel

vom 02.11.04

Neue Methode der Datenübertragung von den Delfinen abgeschaut.

University Park (USA ) - Von den Delfinen abgeschaut haben US-Ingenieure, die die Datenübertragung per Laser bei Wind und Wetter verbessern wollen. Solche drahtlosen optischen Datenverbindungen, bei denen Sender und Empfänger sich gegenseitig "im Blick" haben müssen, sind bereits seit rund 30 Jahren im Einsatz -- etwa als Verbindung zwischen einzelnen Gebäuden oder für die Kommunikation zwischen Flugzeug und Bodenstation. Allerdings spielt das Wetter bei der Übertragungsqualität eine große Rolle -- Regen, Nebel oder Wolken können die Laserverbindung deutlich stören. Doch nicht so mit der neuen Methode: Sendet man das Laserlicht in ultrakurzen Wellenpaketen, die Delphinlauten ähneln, und mit unterschiedlichen Datenraten, so ist die Übertragung weniger anfällig gegen schlechtes Wetter und transportiert sogar größere Informationsmengen. Das berichteten die Forscher auf der Fachkonferenz Optics East 2004 in Philadelphia.

"Die Methode bietet viele Vorteile: Zum Beispiel können Signale mit niedrigerer Datenrate durch Wolken oder Nebel dringen, was solche mit hoher Rate nicht können. Wenn wir die gleiche Meldung mit verschiedenen Datenraten senden, wird eine von ihnen vermutlich durchkommen", so Mohsen Kavehrad, Professor für Elektroingenieurwesen an der Pennsylvania State University. In Tests zeigte sich, dass mit dem Multi-Datenraten-Ansatz im Schnitt mehr Daten übertragen wurden als mit der herkömmlichen optischen Übertragungstechnik mit 2,5 Gigabit pro Sekunde. Auch war die Verbindung deutlich zuverlässiger und hielt auch bei schlechtem Wetter stets mindestens eine aktive Verbindung offen, so Mohsen.

Kavehrads Team verpackt die Daten in ultrakurze Laserlicht-Pulse, die per Holografie zu Wellenpaketen moduliert und dann unter verschiedenen Datenraten verschickt werden. Die Wellenpakete haben dieselbe Form wie die Lautäußerungen von Delfinen, benötigen minimale Bandbreite und erlauben die Übertragung in ultrakurzen Pulsen, die für Schlechtwetter weniger anfällig sind. Auch die US-Air Force zeigt sich interessiert und unterstützt das Forschungsprojekt. (wsa041028ds2)

Autor: Dörte Saße
Quelle: PennState, EurekAlert - 
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Deutscher Zukunftspreis 2004

vom 02.11.04

Vier Teams für die Endausscheidung des Preises des Bundespräsidenten für Technik und Innovation nominiert

Am 11. November 2004 verleiht Bundespräsident Horst Köhler in Berlin den Deutschen Zukunftspreis 2004.

Der Chef des Bundespräsidialamtes, Staatssekretär Dr. Michael Jansen, hat heute in Berlin die vier für die Endausscheidung des Deutschen Zukunftspreises 2004 nominierten Teams der Öffentlichkeit vorgestellt. Diese vier Projekte stehen nicht nur für exzellente wissenschaftliche Arbeit, sondern auch für den unternehmerischen Mut, den der Bundespräsident bereits in seiner Antrittsrede als notwendige Grundlage weiterer Entwicklungen in Deutschland gefordert hatte.

„Innovation ist nicht nur ein Thema für Wissenschaft und Wirtschaft, sondern für die ganze Gesellschaft“, so Bundespräsident Horst Köhler. „Unsere Zukunft wird von unserer Fähigkeit zur Erneuerung abhängen. Unser Land braucht neue Ideen und kluge, mutige Köpfe, die diese Ideen nicht nur denken, sondern auch umsetzen. Kreativität gedeiht in einem Umfeld, das aufgeschlossen ist für neue Entwicklungen, das gespannt ist auf Innovationen und Fortschritt vor allem als Chance begreift. Den Erfindergeist der Forscher und Entwickler in unserem Land stärken und gleichzeitig ein öffentliches Bewusstsein dieser vorbildlichen Arbeit schärfen – das ist das Anliegen des Deutschen Zukunftspreises.“

Der Deutsche Zukunftspreis zeichnet einen Einzelnen oder ein Team für eine hervorragende technische, ingenieur- oder naturwissenschaftliche Innovation aus. Deren gesicherte Anwendungsmöglichkeit verbunden mit uneingeschränkter Marktfähigkeit sowie der Schaffung von Arbeitsplätzen sind notwendige Kriterien der prämierten Leistung. Der Deutsche Zukunftspreis wird jährlich vergeben und ist mit 250.000 Euro dotiert.

Die Jury aus Vertretern der Wissenschaft und Wirtschaft entscheidet am 11. November 2004 über die diesjährigen Preisträger; das Ergebnis verkündet der Bundespräsident am Abend den Nominierten und den Gästen der feierlichen Preisverleihung.

Das ZDF berichtet im November über die Nominierungen; eine Sondersendung zur Preisverleihung wird am 12. November nach dem „heute-journal“ gesendet. PHOENIX überträgt am 11. November um 22.30 Uhr eine erste Zusammenfassung der Preisverleihung, eine Ausstrahlung der Veranstaltung ist für den 12. November um 16.15 Uhr geplant.

Für den Deutschen Zukunftspreis 2004 – Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation – wurden folgende Teams und Projekte nominiert:


Dr. rer. nat. habil. Rainer Hintsche (Sprecher)
Dr. rer. nat. Walter Gumbrecht
Dr.-Ing. Roland Thewes
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT), Itzehoe
Siemens AG, Erlangen
Infineon Technologies, München

Labor auf dem Chip – Elektrische Biochiptechnologie
Ein Biochip verbindet aktive Biokomponenten mit Siliziumtechnologie. Mit ihm kann man aus Proben Biomoleküle wie Nukleinsäuren oder Proteine auslesen. Nach dem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ binden auf dem Chip verankerte Biomoleküle – sogenannte Fängermoleküle – zielsicher bestimmte andere Moleküle aus einer Lösung. Damit entsteht ein hochempfindliches Sensorsystem für DNA oder Proteine.

Dr. Hintsche und seinen Partnern ist es nun gelungen, diese biologischen Erkennungsprozesse direkt über elektrische Signale auf dem Chip auszulesen. Mit dieser Innovation wurde die Basis für miniaturisierte, transportable und zugleich robuste Analysesysteme geschaffen. Preiswerte Labordiagnostik und schnelle Vor-Ort-Analysen zum Beispiel zum Auffinden von Giften sind mit dem „Labor auf dem Chip“ ebenso möglich wie die individuelle Kontrolle von Patientenmesswerten.

Die Technologie der Biochips ist bekannt. Das Auslesen der Ergebnisse erfolgt bisher mit einem Lichtstrahl oder anderen optisch-physikalischen Merkmalen und ist technisch aufwendig und kostenintensiv. Dr. Rainer Hintsche vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe, hat in den vergangenen Jahren die wissenschaftlichen und anwendungstechnischen Grundlagen für das Messen der Vorgänge ohne komplizierte Zwischenschritte gelegt. Das Fängermolekül löst, sobald es sein Gegenstück gefunden hat, ein elektrisches Signal aus, das direkt von einer Messelektronik ausgewertet wird.

Dieses Prinzip wurde dann gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, mit Dr. Walter Gumbrecht (Siemens AG) und Dr. Roland Thewes (Infineon AG), weiterentwickelt. Das Ziel war, ökonomisch sinnvolle, in Massentechnologie herstellbare Sensorsysteme zu gestalten, die als miniaturisierte Labors eingesetzt werden können. Die wesentliche Voraussetzung für die Realisierung solcher Sensorsysteme ist die Verbindung von Siliziumchiptechnik und Mikrosystemtechnik. Zum „Labor auf dem Chip“ werden diese Chips allerdings erst durch das Aufbringen von Flüssigkeiten und Reagenzien auf die Sensorflächen. Die Innovation besteht somit aus der Kombination von Siliziumtechnologie, miniaturisierter Fluidik und Biotechnologie, die auch durch die Einführung des Werkstoffes Gold in die Halbleitertechnik vorangebracht wurde.

Das Prinzip der elektrischen Biochips kann beispielsweise in der Lebensmittelanalytik, in der Pharmazie und in der Agro- und Umweltanalytik genutzt werden. Ein besonderes Potenzial wird in scheckkartengroßen Kontroll- und Diagnoseanwendungen gesehen, die personalisierte Analysen von individuellen Patientenparametern für jedermann erlauben.


Dipl.-Ing. Horst Joachim Lindner (Sprecher)
Prof. Dr.-Ing. habil. Hans Wilhelm Bergmann
Dipl.-Phys. Robert Queitsch

AUDI AG, Ingolstadt
Universität Bayreuth
ATZ Entwicklungszentrum, Amberg

Verschleiß- und ölverbrauchsarme Verbrennungsmotoren durch Werkstoffmodifikation von Zylinderlaufbahnen mit dem UV-Laser
Bei Verbrennungsmotoren wird der Antrieb erzeugt, indem in den Zylindern die chemische Energie des Kraftstoffs in mechanische Leistung umgewandelt wird. Leistung und Verbrauch hängen wesentlich von der Struktur der Zylinderoberfläche ab, die als Gleitfläche für Kolbenringe und Kolben dient und gleichzeitig den Brennraum zum Kurbelraum des Motors abdichtet.

Durch Werkstoffmodifikation der Zylinderlaufbahnen und die Erzeugung von nanokristallinen superelastischen Gefügestrukturen ist es dem Team Lindner, Bergmann und Queitsch gelungen, deutliche Verminderungen im Ölverbrauch – und damit umweltschädlicher Emissionen – sowie beim Verschleiß der Motoren zu erzielen.

Ein wesentliches Ziel der Entwicklung im Automobilbau ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Erzielt werden kann sie durch höhere Verbrennungsdrücke im Kolben. Damit ist allerdings eine stärkere mechanische Belastung der Zylinderlaufbahnen und der Kolbenringe verbunden. Auf diese Zylinderlaufbahnen wurde bisher durch Honen, also durch eine bestimmte Bohrtechnik, eine Kreuzriefenstruktur aufgebracht, die der Ölhaltung dient. Diese Riefenstruktur bedingt ein erhebliches Ölhaltevolumen, das sich in der sogenannten Einfahrphase zudem verstärkt. Ein hoher Ölverbrauch heißt aber auch, dass eine beträchtliche Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe in das Abgas gelangt. Außerdem bilden sich durch das Honen auf der Oberfläche Materialverschiebungen und -aufwürfe, die ein unbefriedigendes hydrodynamisches Tragverhalten der Kolbenringe bewirken und den Verschleiß erhöhen. Auch der Versuch einer Laserstrukturierung der Zylinderlaufbahnen war bis dahin nicht zielführend.

Die Innovation des Teams beruht nun auf der UV-Laserbelichtung der Grauguss-Zylinderlaufbahnen, die großflächig im Laufbereich der Kolbenringe erfolgt. Das Auftreffen der Laserpulse verdampft Material. Die im Grauguss enthaltenen Graphitausscheidungen werden geöffnet und bilden eine mikrohydrodynamische Oberflächenstruktur. Gleichzeitig wird die Oberfläche angeschmolzen, und durch die Entstehung eines Atmosphärenplasmas werden 16 bis 18% Stickstoff in die Schmelzschicht der Oberfläche eingetragen. Diese erstarrt schlagartig zu einer nanokristallinen Gefügestruktur. Der Stickstoff und die nanokristalline Gefügestruktur verbessern die Verschleißfestigkeit der Zylinderlaufbahn erheblich. Im Laufbetrieb erfahren diese Strukturen eine weitere Umwandlung in ein extrem feines Gefüge mit superplastischen Eigenschaften. Damit ist eine stärkere mechanische Belastung möglich.

Die Verschleißreduzierung von Zylinderlaufbahnen und Kolbenringen bei UV-Laser-belichteten Zylinderlaufbahnen beträgt 23 bis 89% bei den Laufbahnen und 30 bis 80% bei den Kolbenringen. Die Reduzierung des Ölverbrauchs liegt bei 11 bis 41 Gramm pro Stunde Laufzeit. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Ölverbrauch während der Einfahrphase nicht mehr ansteigt.

Die Technologie der UV-Laserbelichtung von Zylinderlaufbahnen ist heute Bestandteil der Serienproduktion von Dieselmotoren der AUDI AG und kann auch bei sonstigen Maschinenbauteilen aus Grauguss oder Stahlwerkstoffen eingesetzt werden, die einer hohen mechanischen Beanspruchung und damit hohem Verschleiß unterliegen.


Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Ulrich Simon (Sprecher)
Dipl.-Phys. Ralf Wolleschensky
Dr. rer. nat. Bernhard Zimmermann

Carl Zeiss Jena GmbH, Jena

Konfokales Laser Scanning Mikroskop LSM 510 META
Die biomedizinische Forschung bedient sich zur Erkennung zellulärer Strukturen der Laser-Mikroskopie. Diese macht Strukturen und Bewegungsvorgänge in den Zellen mit hoher räumlicher Genauigkeit sichtbar. Aus den Bildern lassen sich wiederum Funktionen und auch Fehlfunktionen erkennen und damit Entwicklungsstörungen oder zum Beispiel Tumore erkennen. Zur Markierung der Objekte wird eine Fluoreszenztechnik genutzt, die Bestandteile der Proben mit Farbstoffen markiert, die dann – durch das Laserlicht angeregt – Licht aussenden und damit sichtbar werden. Mit den dazu genutzten fluoreszierenden Proteinen kann man zwar Eiweißmoleküle fast jeglicher Art markieren, die sich im Farbspektrum überlappenden Farben lassen jedoch keine genaue Unterscheidung der gefärbten Präparate im Mikroskop mehr zu.

Die Innovation des Jenaer Teams um Dr. Simon ist ein neuartiges Detektionsverfahren, das es erstmals ermöglicht, Mehrfachfluoreszenzuntersuchungen trotz farblicher Überlappungen durchzuführen. Damit gelingt es, viele markierte Zell- und Gewebebestandteile simultan zu untersuchen, sie problemlos und exakt zuzuordnen und dynamische Wechselbeziehungen in lebenden Zellen eindeutig zu verfolgen.

Die neue Technologie verbindet ein neuartiges Detektionsverfahren mit einer mathematischen Analysemethode. Ein optisches Gitter spaltet zunächst das Fluoreszenzlicht der Proben in seine Farbkomponenten auf, die dann auf einem Mehrkanaldetektor abgebildet werden. Dieser misst die exakte Farbverteilung des Fluoreszenzlichts an jedem Bildpunkt. Damit wird es möglich, aus bis zu 32 Detektorsignalen die spektrale Intensitätsverteilung jedes Probenpunktes zu bestimmen. Sind dann an einem Probenpunkt mehrere Farbstoffe gebunden, repräsentiert das Spektrum die Überlagerung der Einzelfarben. Diese Signale werden mit einem mathematischen Verfahren getrennt. Digitale Entfaltungslogarithmen extrahieren aus den Überlagerungsspektren die den einzelnen Farbstoffen zuzuordnenden Anteile und stellen diese mit Falschfarben dar. Es wird somit ein Bild mit unterschiedlich gefärbten Strukturen deutlich sichtbar.

Das Gitter und der Multikanaldetektor ersetzen nicht nur die bisherigen Systeme aus optischen Filtern und Einzeldetektoren. Das Ergebnis des neuen Detektionsverfahrens kann als 3D-Farbbild auf dem Monitor abgebildet werden; dabei erfolgt die Visualisierung mit Videofrequenz.

Die neue Technologie ist im LSM 510 META der Carl Zeiss Jena GmbH als Produkt umgesetzt. Mit dem innovativen Verfahren können bis zu acht Farbstoffe simultan berechnet und zugeordnet werden, ohne dass falsche Ergebnisse befürchtet werden müssen. Damit eröffnen sich neue Anwendungsansätze in der biomedizinischen Grundlagenforschung und zudem eine erhebliche Effizienz- und Geschwindigkeitssteigerung bei der Probenanalyse.


Prof. Dr. rer. nat. Dipl.-Ing. Arne Skerra (Sprecher)
Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Martin Pöhlchen
Dr. rer. nat. Dipl.-Ing. Steffen Schlehuber

Technische Universität München, Freising-Weihenstephan
PIERIS Proteolab AG, Freising

ANTICALIN®e ­ Biopharmazeutische Wirkstoffe durch Protein-Design
Antikörper ­ Eiweißstoffe des Immunsystems ­ gelten bisher als universelle biochemische Werkzeuge zur Erkennung, Bindung und Markierung molekularer oder zellulärer Strukturen. Antikörper haben eine komplizierte Molekülstruktur. Sie bestehen aus insgesamt vier Eiweißketten und können auch aufgrund ihrer sperrigen Dimensionen Zellzwischenräume nur bedingt durchdringen. Somit weisen Antikörper nicht nur in der medizinischen Anwendung Beschränkungen auf, sie sind auch relativ aufwendig herzustellen.

Dem Team um Prof. Dr. Skerra ist es gelungen, das Wirkprinzip der Antikörper auf ein anderes Proteinstrukturgerüst zu übertragen. Ausgehend von den Lipocalinen, einer bisher wenig beachteten Familie von Biomolekülen, schufen sie durch Protein-Design eine neue Art ligandenbindender Proteine. Diese als ANTICALINE bezeichneten Wirkstoffe bieten erstmals eine Alternative zu den Antikörpern und eröffnen vielversprechende Einsatzmöglichkeiten in der Medizin, der Biotechnologie und der biowissenschaftlichen Forschung.

ANTICALINE bestehen aus einer einzelnen Polypeptidkette. Sie sind damit einfacher aufgebaut und wesentlich kleiner als Antikörper. Ihre Produktion erfolgt mit Hilfe von einfach zu züchtenden Mikroorganismen. Der unkomplizierte Aufbau der ANTICALINE erlaubt auch deren Kopplung mit anderen Proteinen; so kann man ANTICALINE mit enzymatischen Eigenschaften oder einer bestimmten Verweildauer im Körper ausstatten. ANTICALINE bieten grundsätzlich dieselben Anwendungsmöglichkeiten wie die Antikörper.

Mit ANTICALINEN kann man z. B. Giftstoffe oder andere niedermolekulare Substanzen neutralisieren und ihre Ausscheidung aus dem Körper fördern. Sie werden auch als sogenannte Antagonisten eingesetzt. Aufgrund ihrer spezifischen Bindung an Rezeptoren auf der Zelloberfläche kann der natürliche Wechselwirkungspartner des Rezeptors kein Signal mehr auslösen. Dadurch lassen sich gezielt bestimmte Zelltypen, beispielsweise im Immunsystem, aktiveren oder deaktivieren. Eine besondere Wirkung erwartet man sich zudem von der Fähigkeit der ANTICALINE, die Oberflächenstruktur von Krebszellen zu erkennen und gezielt Zellgifte an den Tumor zu leiten.

Als biotechnologische Innovation werden die ANTICALINE inzwischen durch ein StartUp-Unternehmen, die PIERIS Proteolab AG, vermarktet. Als vorrangiges Einsatzgebiet der ANTICALINE ­ neben Forschungsreagenzien für die Bioanalytik ­ wird die therapeutische Nutzung im Bereich der Herz-Kreislauf- und der Tumor-Erkrankungen gesehen. Die Entwicklung marktreifer Medikamente ist innerhalb der nächsten Jahre geplant.

Quelle: Deutscher Zukunftspreis - link

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LACO heißt das neue Maskottchen von LASER COMPONENTS

vom 04.11.04

Durch die Mithilfe von Lesern der Photonics News wurde für das neue Maskottchen nun ein Name gefunden: LACO.

LACO von LASER COMPONENTS.

LACO wird in Zukunft innerhalb des Produktspektrums all jene Komponenten kennzeichnen, die von LASER COMPONENTS hergestellt werden. 

Zahlreiche Produkte können bereits von LACO vorgestellt werden, die von der Homepage abrufbar sind.

 

 

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Integrierter Lichtdetektor mit hoher Empfindlichkeit

vom 05.11.04

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelte einen universell einsetzbaren Lichtdetektor für extrem niedrige Lichtleistungen und einem gleichzeitig sehr hohen Dynamikbereich.

Der auf einem Chip realisierte Lichtdetektor wird für Strahlungsmessungen in medizinischen Röntgenapparaten oder Messaufgaben in der Automobilindustrie und Automatisierungstechnik eingesetzt. In Lichtschranken kann das schwache Licht der Sendediode zweifelsfrei detektiert werden, trotz großer Hintergrundstrahlung von z.B. Autoscheinwerfern.

Der Nachweis von extrem schwachem Licht ist eine herausfordernde messtechnische Aufgabe, weil bei üblichen Foto-dioden der Dunkelstrom den Messwert verfälscht. Bei dem vom Fraunhofer IIS entwickelten Lichtdetektor kompensiert man den Dunkelstrom mittels einer ausgeklügelten Schaltung und erreicht damit eine deutlich höhere Empfindlichkeit. Für den Messbereich von 4pW bis 4µW ist eine Linearität von besser als 2% garantiert.

Auf dem Chip befinden sich, neben einem Messkanal mit einer 500 x 500 µm2 großen integrierten Photodiode, weitere 8 Kanäle für die Auswertung externer Photodioden. Die Messdaten können über einen analogen Frequenzausgang oder über eine digitale serielle Schnittstelle ausgelesen werden. Mit der Integration der Photodioden und der Signalauswertung auf einem Chip in einer Standard-CMOS-Technologie, gewährleistet man den kosteneffektiven Einsatz dieser Schaltung.

Quelle: Fraunhofer IIS am 03.11.2004 - link

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Fluoreszenzmikroskopie auf die Spitze getrieben

vom 10.11.04

Forscher des Max-Planck-Instituts für Biochemie stellen neues optisches Nahfeldmikroskop zur Analyse biologischer Makromoleküle vor.

Einzelne Farbstoffmoleküle, die nur rund zehn Millionstel Millimeter voneinander entfernt sind, können mit einem neuen Nahfeldmikroskop optisch einzeln abgebildet werden. Wissenschaftler der Abteilung Molekulare Strukturbiologie am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried haben mit ihrem "Tip on Aperture"-Nahfeldmikroskop erstmals Lage und Orientierung einzelner fluoreszierender Farbstoffmoleküle bestimmt, die an jeweils einen DNS-Strang gebunden waren, dessen Topographie bei der Abbildung gleichzeitig miterfasst wurde. Mit ihrer neuen Entwicklung erweitern die Forscher die Möglichkeiten der Fluoreszenzmikroskopie, mit der markierte Moleküle in der Molekular- und Zellbiologie untersucht werden, durch die sehr hohe Auflösung im Bereich von zehn Nanometern, die sie mit ihrer speziellen Nahfeldsonde erreichen. Diese Ergebnisse präsentieren sie in der aktuellen Online-Ausgabe von Physical Review Letters vom 10. November 2004.

Quelle: idw-online, vom 10. November 2004 -
link

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MaschinenbauRUBIN: Dem Lichtsignal die Weichen stellen

vom 12.11.04

Winzige Kugeln dienen im Glasfaserkabel dem Licht als Weiche: Sie sind ein flexibler, mikrooptischer Schalter. Über ihr Forschungsprojekt mit diesen Schaltern berichten die RUB-Maschinenbauer vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik und Messsysteme (LATM, Prof. Dr. Gustav Schweiger) in MaschinenbauRUBIN, dem aktuellen Sonderheft des Wissenschaftsmagazins der Ruhr-Universität Bochum.

Bochum, 12.11.2004
Nr. 337

Dem Lichtsignal die Weichen stellen
Kleine Kunststoffkugeln als optische Schalter
Zum Jahr der Technik: MaschinenbauRUBIN erschienen

Winzige Kugeln dienen im Glasfaserkabel dem Licht als Weiche: Je nach Größe filtern die Kugeln nur Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge aus dem Strahlenbündel heraus und fangen es ein, um es an ein anderes Kabel weiterzuleiten. Per Laser lassen sie sich blitzschnell aufheizen, so dass sie andere Wellenlängen herausfiltern: Ein flexibler, mikrooptischer Schalter. Über ihr Forschungsprojekt berichten die RUB-Maschinenbauer vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik und Messsysteme (LATM, Prof. Dr. Gustav Schweiger) in MaschinenbauRUBIN, dem aktuellen Sonderheft des Wissenschaftsmagazins der Ruhr-Universität Bochum.

Beitrag mit Bildern im Internet

Den vollständigen Beitrag mit Abbildungen finden Sie zum Herunterladen im Internet unter: http://www.rub.de/rubin/maschinenbau

Der richtige Weg auf der Datenautobahn

Telefongespräche oder E-Mails werden häufig in Form von Lichtsignalen über Glasfaserkabel übertragen. Tausende von Datenströmen fließen gleichzeitig durch ein Kabel (Multiplexverfahren), wobei die richtige Zuordnung zu Absender und Adressat mit Hilfe der unterschiedlichen Lichtwellenlängen gelingt. Ein wichtiges Bauteil im Glasfasernetz sind sog. Demultiplexer: Schalter, die gezielt bestimmte Datenströme aus dem Herkunftskabel auskoppeln und an ein anderes Kabel weiterleiten können. Die herkömmlichen elektronischen Bauteile sind nicht nur verhältnismäßig langsam, sondern auch störanfällig gegen elektromagnetische Einflüsse. Schneller und stabiler sollen optische Schalter arbeiten. RUB-Ingenieure entwickelten ein Verfahren, bei dem kleine Kunststoffkugeln je nach ihrer Größe genau eine Lichtwellenlänge aus dem Strom "herausfischen". Sie fangen das Licht auf, es läuft in der Kugel um und wird dann an einen anderen Lichtwellenleiter wieder abgegeben. Welche Wellenlänge eine Kugel einfängt, lässt sich durch die Temperatur beeinflussen. Dieselbe Kugel koppelt bei einer Temperatur z. B. grünes Licht aus einem Strahl aus, bei einer anderen Temperatur gelbes. Per Laserstrahl lassen sich die einzelnen Kügelchen gezielt erwärmen.

Themen in MaschinenbauRUBIN

Energietechnik: Ganzheitliche Energiebilanzen von Windkraftanlagen, Aeorodynamische Stabilität in Windkraftverdichtern; Automatisierungstechnik: Neue Testmethode für elektronische Steuereinheiten, Mikrooptische Frequenzselektive Schalter, Dienstleistungsgesellschaft von morgen, Konstruktionstechnik: Unterirdisches Transportsystem auf dem Modellprüfstand, E-Services als Wettbewerbsvorteil, Oxidkeramische Brennstoffzelle neu konstruiert, Großgetriebeprüfstand im Einsatz für die Schadensprognose; Thermo- und Fluiddynamik: Erdgaszustandsgleichung als internationaler Standard, Automobile umweltgerecht klimatisiert, Werkstoffe: "Metal Matrix Composites" widerstehen dem Verschleiß, Moderne Konzepte für den Korrosionsschutz.
MaschinenbauRUBIN ist in der Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität (Tel. 0234/32-26190) zum Preis von 6 Euro erhältlich und steht im Internet unter: http://www.ruhr-uni-bochum.de/rubin/maschinenbau

Weitere Informationen

Prof. Dr. Gustav Schweiger, Lehrstuhl Laseranwendungstechnik und Messsysteme, Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, IB 2/125, Tel. 0234/32-23392, Fax: 0234/32-14259, E-Mail: schweiger@lat2.ruhr-uni-bochum.de
 


URL dieser Pressemitteilung: http://idw-online.de/pages/de/news89896

Quelle: idw-online, vom 12.11.2004 - link

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Verleihung des Deutschen Zukunftspreis' 2004

vom 15.11.04

"Labor auf dem Chip - Elektrische Biochiptechnologie" gewinnt den Deutschen Zukunftspreis 2004.

Bundespräsident Horst Köhler zeichnet hervorragende deutsche Wissenschaftler und Entwickler aus

Berlin, 11. November 2004 – Bundespräsident Horst Köhler hat am Abend den mit 250.000 Euro dotierten Deutschen Zukunftspreis 2004 verliehen.
In Anwesenheit zahlreicher Gäste aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Gesellschaft erhielt das Siegerteam den Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation. Die Jury hatte erst wenige Stunden zuvor den diesjährigen Preisträger aus den vier für die Endauswahl nominierten Teams bestimmt.
Diese Nominierung, betonte der Bundespräsident am Abend, sei bereits eine hohe Anerkennung der Leistung der Forscher und Entwickler, deren Projekte sich in einem harten Auswahlverfahren durchsetzen mussten.
Bundespräsident Köhler unterstrich, dass dieser Preis für die Öffentlichkeit ein Signal der Ermutigung setzen solle: „Unser Land ist reich an wissenschaftlichen Ideen. Das hat dieser Abend gezeigt. Aus guten, spitzenmäßigen Ideen müssen neue Projekte und Produkte werden können. Innovation ist unser wichtigster Rohstoff und entsprechend müssen wir damit umgehen: in der Politik ebenso wie in Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.“

Die Umsetzung in marktrelevante Produkte, die Arbeitsplätze schaffen, ist eines der wesentlichen Auswahlkriterien für eine Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis.
Bundespräsident Horst Köhler hob auch die motivierende Wirkung des Deutschen Zukunftspreises hervor: „Junge Leute sollen in den Preisträgern und Nominierten Vorbilder und Inspiration finden.“ Er bat die Nominierten, intensiv die öffentliche Begegnung mit den Jugendlichen zu suchen.

Die Spannung zum Ende der Veranstaltung, die von ZDF-Moderator Dr. Norbert Lehmann und Gabriele Fischer, Chefredakteurin brand eins, begleitet wurde, war hoch. Kurz nach 21.00 Uhr war es dann so weit, Bundespräsident Horst Köhler öffnete den Umschlag und benannte die Sieger:

Preisträger des Deutschen Zukunftspreises 2004 – Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation – sind:

Dr. rer. nat. habil. Rainer Hintsche (Sprecher des Teams)
Dr. rer. nat. Walter Gumbrecht
Dr.-Ing. Roland Thewes

Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT), Itzehoe
Siemens AG, Erlangen
Infineon Technologies, München

Sie wurden für ihr Projekt „Labor auf dem Chip – Elektrische Biochiptechnologie“ ausgezeichnet.

Ein Biochip verbindet aktive Biokomponenten mit Siliziumtechnologie. Mit ihm kann man aus Proben Biomoleküle wie Nukleinsäuren oder Proteine detektieren. Nach dem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ binden auf dem Chip verankerte Biomoleküle – sogenannte Fängermoleküle – zielsicher bestimmte andere Moleküle aus einer Lösung. Damit entsteht ein hochempfindliches Sensorsystem für DNA oder Proteine.

Dr. Hintsche und seinen Partnern ist es gelungen, diese biologischen Erkennungsprozesse direkt über elektrische Signale auf dem Chip auszulesen. Mit dieser Innovation wurde die Basis für miniaturisierte, transportable und zugleich robuste Analysesysteme geschaffen. Preiswerte Labordiagnostik und schnelle Vor-Ort-Analysen zum Beispiel zum Auffinden von Giften sind mit dem „Labor auf dem Chip“ ebenso möglich wie die individuelle Kontrolle von Patientenmesswerten.

Die Technologie der Biochips ist bekannt. Das Auslesen der Ergebnisse erfolgte bisher mit einem Lichtstrahl oder anderen optisch-physikalischen Merkmalen und ist technisch aufwendig und kostenintensiv. Dr. Rainer Hintsche vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe, hat in den vergangenen Jahren die wissenschaftlichen und anwendungstechnischen Grundlagen für das Messen der Vorgänge ohne komplizierte Zwischenschritte gelegt. Das Fängermolekül löst, sobald es sein Gegenstück gefunden hat, ein elektrisches Signal aus, das direkt von einer Messelektronik ausgewertet wird.
Dieses Prinzip wurde gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, mit Dr. Walter Gumbrecht (Siemens AG) und Dr. Roland Thewes (Infineon AG), weiterentwickelt. Das Ziel war, ökonomisch sinnvolle, in Massentechnologie herstellbare Sensorsysteme zu gestalten, die als miniaturisierte Labors eingesetzt werden können.

Die wesentliche Voraussetzung für die Realisierung solcher Sensorsysteme ist die Verbindung von Siliziumchiptechnik und Mikrosystemtechnik. Zum „Labor auf dem Chip“ werden diese Chips allerdings erst durch das Aufbringen von Flüssigkeiten und Reagenzien auf die Sensorflächen. Die Innovation besteht somit aus der Kombination von Siliziumtechnologie, miniaturisierter Fluidik und Biotechnologie, die auch durch die Einführung des Werkstoffes Gold in die Halbleitertechnik vorangebracht wurde.
Das Prinzip der elektrischen Biochips kann zum Beispiel in der Lebensmittelanalytik, in der Pharmazie und in der Agro- und Umweltanalytik genutzt werden. Ein besonderes Potenzial wird in scheckkartengroßen Kontroll- und Diagnoseanwendungen gesehen, die personalisierte Analysen von individuellen Patientenparametern für jedermann erlauben.

Nominiert zum Deutschen Zukunftspreis 2004 waren außerdem:

Dipl.-Ing. Horst Joachim Lindner
Prof. Dr.-Ing. habil. Hans Wilhelm Bergmann
Dipl.-Phys. Robert Queitsch

AUDI AG, Ingolstadt
Universität Bayreuth
ATZ Entwicklungszentrum, Amberg,

die durch Werkstoffmodifikationen, der Bearbeitung von Grauguss-Zylinderlaufbahnen mit UV-Laser, ermöglichten, dass neue, verschleiß- und ölverbrauchsarme Verbrennungsmotoren entwickelt und heute bereits in Serie produziert werden. Umwelt- und Ressourcenschonung ist das greifbare Ergebnis dieser Innovation.


Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Ulrich Simon
Dipl.-Phys. Ralf Wolleschensky
Dr. rer. nat. Bernhard Zimmermann

Carl Zeiss Jena GmbH, Jena

fanden ein Verfahren, um stark überlappende Fluoreszenzfarbstoffe eindeutig zu trennen und diese unter einen Laser Scanning Mikroskop so darzustellen, dass sich markierte Zellkomponenten simultan untersuchen lassen. Damit eröffnen sich neuartige Anwendungsansätze in der biomedizinischen Forschung.
 

Prof. Dr. rer. nat. Dipl.-Ing. Arne Skerra
Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Martin Pöhlchen
Dr. rer. nat. Dipl.-Ing. Steffen Schlehuber

Technische Universität München, Freising-Weihenstephan
PIERIS Proteolab AG, Freising

schufen durch biochemisches Design auf der Grundlage einer bisher wenig beachteten Familie von Lipocalinen neuartige ligandenbindende Proteine. Diese Wirkstoffe bieten eine Alternative zu Antikörpern und begründen vielversprechende medizinische Einsatzmöglichkeiten.

Ziel des Deutschen Zukunftspreises ist es, den Erfindergeist der Forscher und Entwickler zu stärken und gleichzeitig das öffentliche Bewusstsein für die Bedeutung ihrer vorbildlichen Arbeit zu schärfen. Bundespräsident Horst Köhler gratulierte den vier Teams, den Preisträgern und Nominierten und betonte, dass ihre Arbeiten hervorragende Beispiele für sein Anliegen seien, Deutschland als „Land der Ideen“ zu verdeutlichen. Er wünsche und hoffe, dass von ihrem Beispiel Ermutigung und Ansporn für viele ausgehe.
Das ZDF sendet am 12. November 2004 nach dem „heute-journal“ eine Sondersendung zur Verleihung des Deutschen Zukunftspreises 2004 und PHOENIX zeigt die vollständige Preisverleihung ebenfalls am 12. November 2004 um 16.15 Uhr.

Pressekontakt:
Büro Deutscher Zukunftspreis
Seitzstraße 8/IV
80538 München
Tel. 089 / 21 09 61 27
Fax 089 / 21 09 61 20
E-mail
info@deutscher-zukunftspreis.de

Quelle: Deutscher-Zukunftspreis.de, vom 11.11.2004 -

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Raubkopien per "Fingerabdruck" entlarven

vom 17.11.04

Winzige Spuren um den Innenring von CDs sind bei gleicher Pressmaschine identisch und helfen so, Raubkopien auf die Schliche zu kommen.

Dublin (Irland ) - Musik und Software in millionenfacher Auflage zu kopieren, ist für Raubkopierer ein lukratives Geschäft. Denn bislang sah eine CD aus wie die andere, ihr Ursprung war nicht nachzuweisen. Jetzt aber machen ihnen irische Techniker einen Strich durch die Rechnung: Ihr Gerät namens "DiscMatch" erkennt die "Fingerabdrücke", die eine CD-Presse an den fertigen CDs hinterlässt. Winzige Spuren um den Innenring der Silberscheiben sind bei gleicher Pressmaschine identisch -- ähnlich wie eine Waffe an allen von ihr abgefeuerten Patronen identische Markierungen hinterlässt. Die Polizei dürfte von dem neuen Werkzeug begeistert sein. Bereits der Prototyp des Systems soll professionelle Raubkopierer hinter Gitter gebracht haben.

"Unser Ziel ist es, eine Bibliothek der rechtmäßigen und der fälschenden CD-Quellen zu erstellen", erklärt Patrick Smith, Chefentwickler der Dubliner Firma FraudHalt, die die DiscMatch-Methode entwickelt hat. Das optische System besteht aus einem Mikroskop und einer CCD-Kamera, die den Rand um das Mittelloch einer CD mit bis zu fünffacher Vergrößerung abbilden. Ein Rundumbild des 1,5 Millimeter breiten Rings dauert fast fünf Minuten und besteht aus 91 Einzelbildern, die zusammengesetzt werden. Ein Analyse-Rechner vergleicht das Ergebnis dann mit den bereits gespeicherten Bildern in der Bibliothek. Smith ist zuversichtlich, eine fast komplette Bibliothek aller weltweit eingesetzten CD-Pressen erstellen zu können, da es nur eine begrenzte Zahl der teuren Geräte gibt. Zumindest würde die Bibliothek alle rechtmäßigen Geräte umfassen. Smiths Team präsentierte ihr Werk kürzlich auf einer Londoner Konferenz namens "Optics and Photonics for Security and Defense".

Eine maschinell gepresste CD besteht aus zwei Kunststoffscheiben, von denen die erste das Datenmuster eingeprägt bekommt, bevor sie mit der zweiten verschweißt und auf Hochglanz poliert wird. Dabei hinterlässt die Maschine einen charakteristischen Abdruck, der laut Smith unmöglich zu fälschen ist. Durch das Polieren bleibt dieser Abdruck allerdings nur auf dem schmalen Streifen rund ums Mittelloch erhalten. Das genügt DiscMatch aber schon für eine eindeutige Identifizierung. (wsa041112ds1)

Autor: Dörte Saße
Quelle: SPIE, optics.org

Quelle: wissenschaft-aktuell.de vom 12.11.2004 -

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Wissenschaftliche Suchmaschine Google Scholar

vom 19.11.04

Google erweitert sein Angebot um die wissenschaftliche Suchmaschine Google Scholar, die derzeit kostenfrei in der Beta-Version getestet werden kann.

Mit diesem Angebot erweitert Google sein Portfolio mit dem Ziel, in der Wissenschaft Fuß zu fassen. Die Suchmaschine soll zukünftig Fachartikel finden und richtet sich vor allem an Wissenschaft und Forschung. Damit ist der Weg zur schnellen wissenschaftlichen Recherche geebnet.

Das Prinzip von Google Scholar gleicht dem herkömmlichen Google. Die besten Übereinstimmungen einer Anfrage werden zuerst aufgelistet. Bisher ist das Tool jedoch nur in der beta-Version und englischer Sprache verfügbar. Sie erreichen es über http://scholar.google.com/

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Optische "Nase" für die Diagnose von Krankheiten

vom 23.11.04

Mit Hilfe der Laserstrahlung soll es künftig möglich sein, den Atem eines Patienten zu analysieren, um daraus die Diagnose von Krankheiten zu erleichtern. Das ist das ehrgeizige Ziel eines neuen Projektes der Europäischen Union unter Beteiligung des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH).

Mit Hilfe der Laserstrahlung soll es künftig möglich sein, den Atem eines Patienten zu analysieren, um daraus die Diagnose von Krankheiten zu erleichtern. Das ist das ehrgeizige Ziel eines neuen Projektes der Europäischen Union unter Beteiligung des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH).

Das Prinzip dieses Projektes basiert auf der Erkenntnis, dass im menschlichen Atem, Spurengase vorhanden sind, die zum Teil auf Krankheiten schließen lassen. Mit einem Laserstrahl und passenden Sensoren sollen diese Spurengase in der Atemluft gemessen werden. Die Auswertung dieser Messung kann benutzt werden, um die Diagnose von Krankheiten zu erleichtern.
Die Diagnose von Krankheiten anhand der Atemluft wäre eine Revolution in der Medizin. Eine solche Diagnose könnte ohne jeglichen Eingriff in den Körper erfolgen und wäre besonders für Säuglinge und Kleinkinder wie auch für ältere oder sehr kranke Menschen geeignet. Insbesondere wird durch das System auch eine kostengünstige Massenvorsorge denkbar.
Ein Problem liegt darin, dass solche Spurengase in nur äußerst geringen Konzentrationen in der Atemluft vorkommen. Um sie überhaupt messen zu können, müssen zuerst passende Laserquellen und Sensoren entwickelt und getestet werden. Gleichzeitig muss festgestellt werden, welche Krankheiten sich durch eine Atemanalyse diagnostizieren lassen. Die Forschungsarbeiten zielen vor allem auf die Diagnose von Krankheiten der Atemwege wie Lungenkrebs bis hin zur potenzellen Erkennung von Dick- bzw. Enddarmkrebs.
Die Arbeiten am LZH konzentrieren sich darauf, geeignete Faserlaser als Pumpquelle für Laserstrahlquellen mit Wellenlängen zwischen 5-10 µm zu entwickeln und testen. Weitere Partner aus den Niederlanden, Großbritannien und Italien beschäftigen sich unter anderem mit der nötigen Sensortechnik und mit der Krankheitsdiagnostik. Das Forschungsprojekt läuft bis zum Juni 2007.

Kontakt:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-151
Fax: +49 511 2788-100
E-Mail: bt@lzh.de
http://www.lzh.de/

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

Quelle: idw-online, 23.11.2004 -
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Neuer Sensor vergleicht Bilder allein über die Farbe

vom 24.11.04

Siemens-Forscher haben einen schnellen und robusten Bilderkennungssensor entwickelt, der seine Informationen allein aus der farblichen Zusammensetzung eines Bildes gewinnt. Damit gelingt es, auch komplexe Bilder in Sekundenbruchteilen zu unterscheiden. Der Sensor erkennt etwa, ob sich in einer Verpackung der richtige Inhalt befindet.

Bei der Bildanalyse mussten bislang große Datenmengen von ein bis zwei Megabyte verglichen werden. Nur teure Prozessoren können damit ausreichend schnell umgehen. Wie das Forschungsmagazin Pictures of the Future berichtet, reduziert der neue Farbflächensensor die Datenmenge durch clevere, in Hardware abgelegte Algorithmen auf weniger als vier Kilobyte, was eine extrem schnelle Auswertung der Bilder ermöglicht.

Der Sensor besteht aus einem Kamerachip mit 640 mal 480 Pixel - ähnlich dem CMOS-Chip in einer Handy-Kamera. Das System der Siemens-Entwickler aus Amberg erstellt nach einer Aufnahme eine Datenliste, in der nur das Farbspektrum und die Helligkeitsstufen des Bildes wiedergegeben sind. Diese Informationen kann man sich als dreidimensionale Wolke aus Punkten vorstellen. Jedes Bild ergibt so eine charakteristische Punktwolke, die vom System blitzschnell mit einer Referenzaufnahme verglichen wird.

Eine Anwendung ist die Kontrolle von Warenetiketten auf Förderbändern. Dafür muss der Sensor angelernt werden. Er bekommt die Etiketten, die er unterscheiden soll, mehrmals vorgeführt und merkt sich deren Farbzusammensetzung, wobei die räumliche Anordnung des Etiketts keine Rolle spielt. Der Benutzer muss nur grob die Bildschärfe einstellen; die Belichtung mit einem Blitz, Weißabgleich und Helligkeitskorrektur erfolgen automatisch. Im Prüfmodus unterscheidet der Sensor innerhalb von 30 Millisekunden zwischen "richtig" und "falsch" und zeigt das Ergebnis mit Lichtsignalen an. Denkbar wäre, dass der Sensor ein Laufband mit Getränkeflaschen von oben allein anhand der Farbe der Kronenkorken überprüft und so sicherstellt, dass nur eine Sorte in Kisten abgepackt wird.

Das System soll 2005 marktreif sein. Die Erkennungszeit ließe sich auf vermutlich zehn Millisekunden verringern. Dazu wollen die Siemens-Forscher Kamerachip und Bildverarbeitung, die bisher getrennte Bauteile sind, auf einem Chip vereinen.
Foto: http://www.siemens.com/ct-bilder/soct200407
 

Weitere Informationen:


Quelle: idw-online, 23.11.2004 - link

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Forschungspreise für Medizintechnik verliehen

vom 26.11.04

Unter den Preisträgern befinden sich auch Vertreter der Optischen Technologien. Mehr finden Sie hier

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