German National Library of Science and Technology
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GelKo - Entwicklung eines neuartigen Gels als zusätzlicher Puffer gegen Korrosion in Stahlbetonbauten
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Abschlussbericht : Förderprogramm "Modernitätsfonds" (mFUND), Projekt im Rahmen der Förderlinie 1
No full textVerbundprojekt CDR: Negative Emissionen mittels photoelektrochemischer Methoden (NETPEC); Teilprojekt 6: Nachhaltigkeitsbewertung und -optimierung
No full textDas Teilprojekt "Nachhaltigkeitsbewertung und -optimierung" untersucht die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen der hier erforschten Technologie. Die Abschätzung der Umweltwirkungen erfolgt methodisch durch LCA. Hierfür werden verschiedene Prozessmodelle und deren Auswirkungen bewertet sowie mögliche Szenarien betrachtet
Final Report on Heisenberg Grant by German Science Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG)
No full textActive matter represents an unconventional form of soft condensed matter, which is driven out of equilibrium by matter and energy fluxes. Active matter fascinates by the spontaneous emergence of spatiotemporal patterns. A prime example are systems of molecular motors interacting with cytoskeletal filaments inside biological cells. These motor-filament systems exhibit collective dynamics and self-organized pattern formation. Their hierarchical organization prompts novel theoretical approaches as well as multi-scale simulation frameworks to ultimately understand physical mechanisms of self-organization in active matter.
An important motor-filament system are myofibrils, the almost crystalline force-generators of striated muscle. During myofibrillogenesis, myosin molecular motors and cytoskeletal filaments self-assemble into highly regular, yet dynamic structures. This self-assembly is now increasingly understood in terms of biomolecular players, but poorly understood in terms of physical mechanisms. A second important motor-filament system are motile cilia: these slender cell appendages contain stereotyped arrangements of dynein molecular motors. Collections of motile cilia can synchronize their bending waves into tissue-scale metachronal waves in cilia carpets on epithelial surfaces. These self-organized waves represent a striking example for the spontaneous emergence of temporal order that depends on broken symmetries. These prominent examples of active matter allow to tackle a general question concerning the physics of life: How do microscopic interactions at small scales give rise to self-organized dynamics and spatio-temporal patterns at large scales?
Here, we propose a general modeling framework (Lagrangian Mechanics of Active Systems) for systems of coupled active and passive matter. Using this framework, we will study specific model systems (1: myofibrillogenesis, 2: cilia synchronization, 3: stochastic dynamics of microswimmers), to understand self-organized dynamics of active matter interacting with elastic substrates, viscous fluids, and chemical fields. We aim to disclose physical mechanisms of self-organized pattern formation in these systems, and investigate the robustness of these mechanisms to non-equilibrium fluctuations and quenched disorder.
Each of the proposed biological model systems was selected to allow for quantitative comparison of theory and experiment. Access to experimental data to test our theoretical predictions is secured already within a trusted network of theory-experiment collaborations.
With our research agenda, we aim to contribute to an ongoing endeavor of extending the boundaries of physics towards the domain of living matter
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
No full textDas Verbundprojekt PATH (Personal Mastery Health & Wellness Data) hatte zum Ziel, eine nutzerzentrierte, rechts- und datenschutzkonforme Infrastruktur für die Verwaltung und Weitergabe digitaler Gesundheitsdaten zu entwickeln und wissenschaftlich zu evaluieren
Schlussbericht zum Verbundvorhaben
No full textDas Projekt "Verfahren der quantitativen Magnetresonanz an hyperpolarisiertem 129Xe" bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin (PTB) war Teil des Verbundvorhabens "Ultrasensitive Magnetresonanz für die Biomarkerquantifizierung (MR-BioQuant)", wo es um die Validierung der Voraussetzungen für den Einsatz einer innovativen Technologie zur Biomarkerbestimmung basierend auf der Verwendung hyperpolarisierten Xenons in der kernmagnetischen Resonanz (NMR) ging. Auf Grundlage der vom Verbundpartner Universität Regensburg bereitgestellten, zur Xenon-Bindung befähigten Proteine wurden in der PTB die instrumentellen, messtechnischen und datenanalytischen Herausforderungen bearbeitet.
In der ersten Phase wurden zwei Experimentierplattformen entwickelt und aufgebaut: je ein hauseigener Xenon-Polarisator wurde mit einem Hochfeld-Spektrometer bzw. einem Kompaktspektrometer gekoppelt, im letzteren Fall, um die Technologie wirtschaftlich günstiger umzusetzen. Der inline-Betrieb von Polarisator und Spektrometer wurde auf Effizienz wie auch gute Handhabbarkeit optimiert und ermöglichte die routinemäßige Sättigung der Probeflüssigkeiten mit Xenon von über 20% und in der Spitze um 50% Polarisation. Experimentell wurde auf die Methode des Sättigungstransfers (hyperpolarized xenon chemical exchange saturation transfer, HyperCEST) zum hochempfindlichen Nachweis von Bindungsstellen hyperpolarisierten Xenons gesetzt. Dabei wurde das NMR-Signal des freien Xenons in der Probenlösung beobachtet in Abhängigkeit von der Frequenz eingestrahlter Radiowellen, die bei Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz an Moleküle gebundenen Xenons zu einer Minderung der Signalintensität aufgrund des chemischen Austauschs führten. Durch Modellierung des Signalverlusts sollten die Parameter der Xenon-Bindung wie Affinität, Austauschrate und insbesondere die Konzentration des Wirtsmoleküls - wie in Vorarbeiten der PTB am Wirtsmolekül Cryptophan-A (CrA) gezeigt - zahlenmäßig bestimmt werden, und zwar ohne die sonst übliche Verwendung von Messvergleichen mit Referenzmaterial.
Zur Validierung des BioQuant-Verfahrens wurden zwei Typen biomolekularer Sensoren mit Bindung von Xenonatomen genutzt: einerseits die bereits etablierte Konjugation des Sensormoleküls mit dem Xenon-Wirt CrA; andererseits, als innovativerer Ansatz, die Nutzung nativer oder durch Mutagenese künstlich eingeführter Kavitäten als Xenon-Bindungsstellen. So wurde in enger Abstimmung im Verbundprojekt schwerpunktmäßig die Rezeptorbindungsdomäne des SARS-CoV-2 (RBD) im Konjugat mit CrA und der Antikörper B12 zur Erkennung des HIV envelope protein (HIVenv) als Wildtyp wie auch spezifisch designte Mutanten davon eingehend untersucht. Es wurde sowohl das RBD-CrA Konjugat als auch der B12 Wildtyp in mikromolaren Konzentrationen quantifiziert und somit das BioQuant-Verfahren grundsätzlich validiert, allerdings mit Zahlenwerten um die Hälfte der vom Verbundpartner erhobenen Sollwerte. In Teilen war die hohe Abweichung auf den starken Einfluss von transversaler Relaxation des gebundenen Xenons und dem Vorhandensein mehrerer Bindungszustände zurückzuführen. Weiterhin wurde erstmalig an B12 sowohl der Nachweis eines nativen Antikörpers (Wildtyp) als auch von Mutanten mit künstlich geschaffenen Bindungs-Kavitäten mit Xenon-NMR erreicht. Dabei zeigte sich bei zwei Mutationen sogar eine Empfindlichkeit des HyperCEST Spektrums für die Antigenbindung (HIVenv). Die Quantifizierung der von den Sensoren nachweisbaren Biomarker (ACE2 für RBD-CrA, HIVenv für B12) konnte allerdings nicht erfolgreich durchgeführt werden, da eine Unterscheidung zwischen Sensor allein und im Komplex mit dem Marker anhand der Xenonspektren nicht möglich war. Weiterhin konnte für den gegen RBD gerichteten Antikörper S309 und die Marker ACE2, HIVenv sowie -Amyloid (Alzheimer Erkrankung) in nativer Form keine Bindung von hyperpolarisiertem Xenon gefunden werden.
Zusammenfassend konnte im Vorhaben das BioQuant-Verfahren im Kern validiert werden. Als Quantifizierungsverfahren sind aber Verbesserungen bei der Genauigkeit und der Anwendung auf Sensor-gebundene Biomarker erforderlich. Die entwickelte Instrumentierung, die angewandten Mess- und Analyseverfahren können über die Biosensorik hinaus in einem breiten Anwendungsspektrum hyperpolarisierten Xenons in der Magnetresonanz, beispielsweise der medizinischen Bildgebung (MRT) oder der spektroskopischen Charakterisierung poröser Materialien, gewinnbringend eingesetzt werden
Sachbericht zum Verwendungsnachweis : Summer Schools zu geschlechtersensibler klinischer Forschung
No full textDie unzureichende Datenlage zu Frauen in klinischen und vorklinischen Studien, der sogenannte "Gender Data Gap", macht es dringend notwendig geschlechtsspezifische Fragestellungen im biomedizinischen Kontext interdisziplinär in den Fokus zu bringen.
Die Teilnehmer der vorgeschlagenen Summer School zu Auswirkungen von Geschlechtsunterschieden auf Glia-Neuron-Interaktionen in Krankheiten des zentralen Nervensystems (GENIE) sollen neueste wissenschaftliche Fragestellungen zu geschlechtsspezifischen Unterschieden bei der Krankheitsentwicklung, -prävention und -therapien behandeln.
Ein Fokus soll dabei auf den aktuellen Methoden und Erkenntnissen in der Bildung von neuronalen Schaltkreisen und Glia-Neuron-Interaktionen liegen, die eine kritische Rolle in der Entstehung geschlechtsspezifischer Unterschiede spielen. Die Summer School soll außerdem Unterschiede in der Medikamentenwirksamkeit und -sicherheit zwischen den Geschlechtern beleuchten und die Notwendigkeit vermitteln, diese Aspekte in klinischen Studien zu berücksichtigen, um eine geschlechtersensible Diagnostik und Therapie zu ermöglichen. Es soll für Ansätze sensibilisiert werden, eine ausgewogene Studienpopulation zu nutzen und Kompetenzen für eine geschlechtergerechte Patientenversorgung zu entwickeln.
Insgesamt soll die Summer School einen umfassenden Überblick über die Bedeutung geschlechtsspezifischer Unterschiede in der medizinischen Forschung und Praxis bieten und Wege aufzeigen, wie diese Erkenntnisse in einer verbesserten wissenschaftlichen Herangehensweise und in der Patientenversorgung umgesetzt werden können
Sachbericht zum Verwendungsnachweis - Leitprojekt H2Giga
No full textDas Teilvorhaben von Main-Automation im Rahmen von SEGIWA zielte darauf ab, die bislang manuelle Montage von Elektrolyse-Modulen zu automatisieren und so den Grundstein für eine mechanisierte Serienfertigung zu legen. Wesentlicher Punkt der Aufgabe im Teilvorhaben bestand aus der Entwicklung einer automatisierten Handhabung der Einzelbauteile und Montagekomponenten des Elektrolyse- Moduls