Bodenentgifter, Hautdrucker und Nanopartikel für die Analyse

Wenn am 21. April die „Hannover Messe 2008“ ihre Pforten öffnet, ist auch die Friedrich-Schiller-Universität Jena vertreten. Bis zum 25. April sind drei Arbeitsgruppen mit ihren aktuellen Forschungsergebnissen auf dem Gemeinschaftsstand „Forschung für die Zukunft“ der Länder Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen in Halle 2, A34-A35 zu sehen und zu erleben.

Mit dem Einsatz von Organismen zur Beseitigung von Schadstoffen, der sogenannten Bioremediation, beschäftigt sich zusammen mit dem Institut für Mikrobiologie und weiteren Instituten in Jena das Institut für Geowissenschaften, das erstmals auf einer Messe vertreten ist. Es präsentiert in Hannover „Neue Werkzeuge für die Bioremediation“. Die Jenaer Geowissenschaftler und Biologen setzen dabei auf das Konzept, auf großen, nur schwach kontaminierten Arealen bestimmte Pflanzen einzusetzen, die Schwermetalle aufnehmen können. Die bodenentgiftenden Pflanzen können dann relativ unproblematisch geerntet und entsorgt werden, was den Prozess der „Bodenreinigung“ wesentlich kostengünstiger gestaltet. Damit der Prozess des Schwermetallentzugs aus dem Boden möglichst optimal verläuft, müssen die „pflanzlichen Giftsauger“ entsprechend gestaltet sein. Dabei schaffen Resistenzmechanismen von Mikroben und Pflanzen eine wesentliche Voraussetzung für die Schwermetallaufnahme in die Pflanzen. Eine Verbesserung des Bodens u. a. hinsichtlich der Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanzen erfolgt durch den Einsatz biotechnischer Verfahren.

Die Verbesserung solcher pflanzlichen Werkzeuge ist auch Gegenstand des neuen Bachelor- und Master-Studienganges „Biogeowissenschaften“ und des Diplom-Studienganges „Geowissenschaften“ der Universität Jena, über die auf der Messe auch informiert wird.

Digitaldruck von leitfähigen Linien auf flexiblen Substraten

Die Antennen, die Jenaer Chemiker auf der Hannovermesse zeigen, könnten eine Revolution auslösen: Hochfeine Silberpartikel auf Folien gedruckt sind in der Lage, u. a. den herkömmlichen Strichcode auf Waren abzulösen. „Der Einkaufskorb wird per Radiowellen abgetastet und damit steht in Sekundenschnelle der Preis fest“, sagt Prof. Dr. Ulrich S. Schubert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Solche Silberlinien können auch als unsichtbare Heizdrähte und Kontakte für Sensoren verwendet werden. Gemeinsam mit seinem Team entwickelt der Inhaber des Lehrstuhls für Organische und Makromolekulare Chemie neue Tinten, Druckprozesse, Sinterverfahren sowie in Kooperation einen Drucker der nächsten Generation. Im Gegensatz zu traditionellen Tintenstrahl- oder Laserdruckern kommen aus der Düse des innovativen Druckers Silberpartikel oder Kunststoffe. Damit diese Stoffe an glatten Oberflächen optimal haften, werden winzige Tröpfchen aus speziellen Lösungsmittelgemischen verwendet. Die Tröpfchen sind so klein, dass 30 Millionen von ihnen die Größe eines Wassertropfens ergeben. Die neuen Materialien und Verfahren können aber noch viel mehr. Schon jetzt vermögen die Wissenschaftler, mit ihrem Drucker Materialien für Solarzellen oder Lichtquellen direkt zu drucken. Die Forscher der Jenaer Universität denken aber weiter. Sie wollen mit ihrem Drucker die dritte Dimension erobern. Ziel ist es, hartes bzw. weiches Gewebe zu drucken. Für die Medizin ergeben sich dabei phantastische Aussichten: „Wir hoffen, in Zukunft Hautgewebe oder Blutgefäße drucken zu können“, sagt Ulrich S. Schubert. Für Patienten mit großflächigen Verbrennungen wäre das ein gewaltiger Fortschritt.

Metallische Nanopartikel für die Bioanalytik

Wegen ihrer interessanten Eigenschaften werden metallische Nanopartikel immer interessanter in der modernen Analytik. Um etwa kleinste Pilze oder Viren rasch zu entdecken und zu identifizieren, verbessern die Nanopartikel die Analysemethoden. Dabei werden besonders die optischen Eigenschaften dieser winzigen metallischen Partikel ausgenutzt. Die Eigenschaften werden vor allem durch die Zusammensetzung, Größe und Form der Nanopartikel beeinflusst, die die Jenaer Wissenschaftler fast nach Belieben beeinflussen können. Andere Eigenschaften der metallischen Nanopartikel können außerdem für den spezifischen Nachweis von Biomolekülen genutzt werden. Für einen chipbasierten Nachweis von Biomolekülen wird zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit der Nanopartikel genutzt, um einen möglichst einfachen und robusten Nachweis zu realisieren.

Die gleichen metallischen Nanopartikel können in einem anderen Nachweissystem auch für einen optischen Nachweis von Biomolekülen genutzt werden. Dabei wird die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie verwendet, um noch kleinste Mengen gebundener Biomoleküle auf der Chipoberfläche nachzuweisen. Durch spezifische Metallabscheidungsreaktionen kann die Empfindlichkeit solcher nanopartikelbasierter Nachweissysteme noch weiter gesteigert werden, wie die auf der Messe präsentierten Arbeiten beweisen. Sie sind in gemeinsamer Forschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Institutes für Photonische Technologien in Jena entstanden.