Kernspintomographische Bildgebung ist die wichtigste Methode in der neurowissenschaftlichen Klinik und Forschung. Im Projekt BayernBrain3T ist das Ziel, mittels 3-Tesla-Hochfeld-Magnetresonanz-Tomographie bildgeben­de Methoden für Diagnose und Therapie von Schäden am Zentral-Nervensystem (ZNS) zu entwickeln.

In der Durchführung werden Therapien gegen Gehirnerkrankungen entwickelt: So sollen durch Veränderung der Genexpression patho­-genetisch relevante Proteine in ZNS-Tumoren reduziert und zelltherapeutische Verfahrenfür die Reparaturen am ZNS evaluiert werden (etwa Stammzell-Mobilisation bei akutem Schlaganfall). Dazu werden Methoden entwickelt, um neurochirurgische Eingriffe am ZNS besser zu ermöglichen. Insbesondere wurde an der Verbesserung der Wach-Operationstechniken gearbeitet, d.h. maligne Hirntumore in bedeutenden Hirnarealen wie dem Sprachzentrum können erfolgreich operativ entfernt werden.

Außerdem wurde der Zusammenhang von Hirnleistung und Schmerzwahrnehmung untersucht, so auch von Fibromyalgie (chroni­scher Schmerzerkrankung) und ZNS-Schmerz­verar­beitung.

Im präklinischen Tierexperiment wurden mit einem klinischen 3-Tesla-Scanner und spezi­fi­schen Spulensystemen für die Schädel- und Rückenmarksbildgebung bei Nagern Standards entwickelt. Die onkologische Arbeitsgruppe zeigte, dass verschiedene Tumor­stamm­zellen bei Glioblastomen, also bös­artigen hirneigenen Tumoren, existieren und dass ZNS-Tumore in Nackt-Mäusen effizient behandelt werden können.

Völlig neue Wege werden in der Zusammenarbeit mit der experimentellen Biophysik beschritten, wo Neurowissenschaftler versuchen, neuronale Stammzellen auf ihrer Wanderung durch das Gehirn und ihre Differenzierung kernspintomographisch zu verfolgen. Hier kann nun in Richtung experimenteller Therapieverfahren weiterentwickelt werden.

Damit hochintegrierte Bauelemente sicher funktionieren, muss das Siliziumsubstrat, auf dessen Oberfläche ein Bauteil entstehen soll, von großer Reinheit und Perfektion sein. Für die Größe heutiger Bauelementstrukturen reicht es aus, wenn die Defekte im Substrat unterhalb der Auflösungsgrenze bestehender Messmethoden liegen. Allerdings kann bei weiterer Verkleinerung der aktiven Elementstrukturen die notwendige Perfektion mit der heutigen Analysetechnik nicht gewährleistet werden. Neben der Weiterentwicklung bestehender Verfahren müssen deshalb neue Methoden entwickelt werden.

Ein Ansatz ist, das Verzerrungsfeld von elektrisch inaktiven Sauerstoffnanopräzipitaten, also Ausfällungen, und ihre Sekundärdefekte mit hochenergetischer Röntgenbeugung zu untersuchen. Im Gegensatz zu bestehenden Methoden, die auf chemischem Ätzen oder Infrarotlichtstreuung basieren, liefern Röntgenstrahlen auch bei prozessnahen Bedingungen wie etwa Temperaturen über 1000°C gut erkennbare Mess-Signale. Jetzt müssen die Grenzen der Nachweisempfindlichkeit insbesondere bei sehr kleinen Clustern geklärt werden.

Photonische Systeme bieten immer häufiger deutliche Vorteile gegenüber elektronischen Systemen, vor allem in der Leistungsfähigkeit, in Funktionalität und im Design. Gerade die Möglichkeit, auf engstem Raum und nahezu unbeeinflusst von elektromagnetischen Feldern zuverlässig arbeiten zu können, erweitert ihre Einsatzgebiete stetig. Im Mittelpunkt des Forschungsverbunds stand daher die Entwicklung und Fertigung neuer photonischer Mikrosysteme für den Einsatz in einer Reihe zukunftsträchtiger Anwendungsbereiche wie der Automobil-, Energie- und Informationstechnik.

Für die Auslegung mikrooptischer Strukturen und Elemente wurden Simulationswerkzeuge um komplexe Fragestellungen der Wellenoptik erweitert. Diese ermöglichen die Entwicklung besserer photonischer Mikrosysteme, deren Leistungsfähigkeit z. B. in den Signalübertragungskennwerten oder der

Strahlformungsgenauigkeit deutlich den aktuellen Stand der Technik übertrifft.

Ergänzend wurden flexible und hochpräzise Fertigungsverfahren grundlegend untersucht, um solche technisch anspruchsvollen Systemlösungen sowohl in der Produktentstehungsphase als auch in einer späteren Serienfertigung zuverlässiger umsetzen zu können. Die im Verbundschwerpunkt „Sensorik“ entwickelten und prototypenhaft realisierten Konzepte für Sensorelemente wurden erfolgreich in Demonstratoren integriert und in ersten Feldversuchen qualifiziert. Die Bandbreite reichte hierbei von Überwachungssensoren in Kraftwerksgeneratoren und Windkraftanlagen über Beleuchtungseinrichtungen und Messgeräte bis zur biologischen Fluiddiagnostik.

In der Produktbeurteilung und für die Kauf­ent­scheidung spielt für Konsumenten neben den Funktionen die Oberflächenqualität eine zunehmend bedeutende Rolle. Dadurch gewinnt vor allem die Qualitätskontrolle glänzender und spiegelnder Oberflächen an Einfluss – der visuelle Eindruck der Oberflächen stellt einen entscheidenden Beitrag zum erzielten Produktwert dar.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuen optischen Messverfahrens für die Qua­litätskontrolle spiegelnder Oberflächen in der Industrie, das eine absolute Vermessung von Defekten erlaubt und eine hohe Sensiti­vität bietet. Es soll lokale Formmerkmale be­züglich ihrer 3-D-Geometrie mit einer Genauigkeit im Bereich von wenigen µm und die komplette 3-D-Geometrie des untersuchten Ausschnitts mit entsprechen­den Genauig­keitsanforderungen rekonstruie­ren können. Das in der Praxis eingesetzte Messprinzip baut auf der phasenmessenden Deflekto­metrie auf. Dabei wird nicht die Ober­fläche selbst untersucht, sondern deren optisch verzerrende bzw. intensitätsschwächende Wirkung, die sich im Spiegelbild eines Musters zeigt.

Als Innovation wird in diesem Forschungsprojekt auf der Basis eines bestehenden Deflektometriesystems ein neues Messverfahren entwickelt, indem die deflektometrische Methode mit einem Stereo-Ansatz, also zwei Kameras mit überlappendem Blickfeld, Methoden aus der Flächenrückführung wie CAD-Modellen der Oberfläche und weiteren Informationsquellen, wie konfokalen Sensoren, kombiniert wird.

Das meistversprechende der entwickelten und evaluierten Messsysteme soll in eine Fertigungslinie zur Überprüfung von lackierten Automobilkarosserien integriert werden, um die Funktionsfähigkeit des Systems unter produktionsnahen Bedingungen zu validieren und seine Eignung festzustellen.

Die Therapie von Leber- und Gallenerkrankungen mit Naturstoffen aus Gallenflüssigkeit hat in den letzten 30 Jahren einen festen Platz in der Medizin eingenommen. So werden die­se Medikamente für die Behandlung von Gallensteinen und Leberzirrhose erfolgreich eingesetzt.

Die synthetische Herstellung ist anspruchsvoll und rohstoffintensiv. Der Einsatz von maßgeschneiderten hoch selektiven Mikroorganismen soll die Herstellung der Schlüsselschritte vereinfachen. Zielsetzung des Vor­habens ist daher die Entwicklung dieser neu­artigen Mikroorganismen und eines mikrobiellen Biokatalyseverfahrens.

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor liegt zunächst in der Erforschung und Herstellung geeigneter rekombinanter, also gentechnisch ver­­änderter Mikroorganismen, die als leistungsfähige „Zellfabriken“ die klassische Synthese ersetzen können. Dazu kommt die mole­kulare Biotechnologie zum Einsatz. Um dieses neue biokatalytische Potenzial für die industrielle Praxis nutzbar zu machen, müssen die Reaktionen der Mikroorganismen charakterisiert und ein effizientes biokatalytisches Produktionsverfahren entwickelt werden. Dem schließt sich eine Vergrößerung in den Pilotmaßstab an. Die vielschichtigen Anforderungen stellen einen hohen Anspruch an die Zusammenarbeit der beteiligten Experten aus molekularer Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik und Chemie.

Die Entwicklung der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) ist inzwischen weit vorangeschritten. Die Einstiegsmärkte sind etwa Umweltsensorik, Segelboote oder Caravane. Lukrative Massenmärkte wie Laptops, Camcorder oder Mobiltelefone können jedoch nur dann erschlossen werden, wenn die Sys­teme drastisch verkleinert werden. Hierbei spielt die Flüssigkeitspumpe eine entschei­den­de Rolle. Heute verfügbare Pum­pen sind für Mas­senmärkte zu groß, zu schwer und selbst bei großen Stückzahlen zu teuer.

Ziel des Projekts war die Entwicklung einer Silizium-Mikropumpe mit einer Chipgröße von 7 x 7 x 1 mm³, die für den Einsatz in miniaturisierten DMFC-Systemen zur Methanol-Dosierung geeignet ist und über einen „Free Flow Stop“ verfügt. Hintergrund: Der Überdruck am Einlass der Mikropumpe bedingt einen Fluss. Die unerwünschte Folge: Free Flow durch die Pumpe.

Neben der Silizium-Mikropumpe wurde als neues Bauelement ein passives Silizium-Spezialventil, das „Doppelt-normal-geschlossene-Mikroventil“ (DNC) entwickelt. Seine Chipgröße: 10 x 10 x 1 mm³. Es verhindert zuverlässig den Free Flow, etwa durch einen potenziellen Überdruck im Methanolreservoir, durch die ausgeschaltete Mikropumpe. Für das DNC-Ventil und die Mikropumpe wurde weiter eine dauerhaft methanolbeständige Aufbau- und Verbindungstechnik entwickelt.

Die gesamte Dosierkomponente wurde erfolgreich in portablen Brennstoffzellensyste­men getestet. Das neue Dosiermodul ist ein wichtiger Schritt bei der weiteren Entwicklung ultrakompakter Brennstoffzellen, da große, schwere und teure Dosierpumpen durch die Mikrodosierkomponenten ersetzt werden können.

In diesem Projekt soll ein Verfahren entwickelt werden, mit dem gebrauchte Spülflüssigkei­ten aus Lackierprozessen in der Autolackierung so aufbereitet werden können, dass sie wieder eingesetzt werden können. Von besonderem Interesse sind Wasserlacke aus der Serienlackierung. Die hohen Qualitätsstandards der Automobilhersteller führen zu sehr hohen Ansprüchen an die Qualität des Recyclates.

Der Trend im Automarkt geht zu einer immer umfangreicheren Farbpalette. Der Verbrauch an Spülflüssigkeiten steigt infolgedessen, da die Lackieranlagen bei jedem Farbwechsel gespült werden müssen. Während früher mit leichtflüchtigen Lösemitteln gespült wurde, deren Redestillation einfach war, weil Löse­mit­tellacke verwendet wurden, erfordern Was­­serlacke spezielle wasserhaltige Mischun­­gen, die heute nicht mit befriedigender Qualität wirtschaftlich wiederaufbereitet werden kön­nen. Die Spülflüssigkeiten werden nach dem Gebrauch entsorgt und durch Neuware ersetzt. Die europäischen Automobilwerke verbrauchen jährlich etwa 100.000 Tonnen Spülflüssigkeiten, für deren Herstellung etwa 40.000 Tonnen Erdöl verbraucht werden.

Das geplante Recycling erbringt neben der Reduzierung von Rohstoffverbrauch und Emissionen die Möglichkeit weiterer Qualitätsoptimierung sowie Kostenersparnisse aufgrund steigender Ölpreise. Das geplante Wiederaufbereitungsverfahren besteht aus zwei in Serie geschalteten Stufen, aus thermischer und Membrantrennung.

Konstruktion, Auslegung und Teilebeschaffung für die geplante Versuchsanlage sind nahezu abgeschlossen. Die Versuchsanlage selbst ist im Aufbau. Mit der vorab errichteten Laboranlage konnte die Übertragbarkeit der Ergebnisse früherer Vorarbeiten auf die neuen Einrichtungen abgesichert werden.