Forschungskooperationen

Gemeinschaftsprojekte mit der Max-Planck-Gesellschaft

Aktuelle Projekte

»Snifits4Health« Point-of-Care-Gerät mit Biolumenizenz

Fraunhofer IZI, IOF und das MPI für Medizinische Forschung wollen ein portables Point-of-Care-Gerät für die schnelle und parallele Quantifizierung klinisch relevanter Analyten entwickeln. Für den mikrofluidischen Chip setzen die Wissenschaftler auf biolumineszierende semisynthetische Sensorproteine (Snifits). Dazu müssen u.a. die Sensitivität und der Dynamikbereich der Sensorproteine erforscht und die notwendigen Reagenzien stabilisiert werden.

Beteiligte Institute:

»RASCAL« Racetrack Memory Scaling of ultra-dense and energy-efficient data storage 
Optimierung der Datenspeichertechnologie

Fraunhofer IPMS und das MPI für Mikrostrukturphysik wollen die auf elektromagnetischem Prinzip beruhenden Racetrack-Speicher (RTM) weiterentwickeln. Bisherige Forschungsarbeiten im Mikro- werden auf den technologisch relevanten Nanometer-Bereich erweitert. Ziel ist ein Racetrack-Speicher mit integrierten nanostrukturierten magnetischen Tunnelbarrieren für Schreib- und Leseelemente. Er könnte die Datenspeichertechnologie mit hoher Zuverlässigkeit, Skalierungsdichte und Energieeffizienz revolutionieren.

Beteiligte Institute:

»NeurOpto« Optogenetische Stimulatoren für die innovative Therapie neurosensorischer Erkrankungen

Fraunhofer FEP und das MPI für Experimentelle Medizin wollen das Hörverständnis bei Cochlea-Implantaten verbessern. Statt auf die bisherige elektrische Stimulierung des Hörnervs setzen die Partner auf optische Stimulierung und wollen dazu eine »OLED-on-Silicon«-Sonde entwickeln. Die Nervenzellen im Innenohr werden dabei mit Methoden der Optogenetik für Licht sensibilisiert – mit Vorteilen für die Gewebedurchdringung.

Beteiligte Institute:

»CarboGels« Carbon-Xerogel-Materialien für elektrische Energiespeicher

Die Partner Fraunhofer UMSICHT und MPI für Kohlenforschung zielen auf Kostenreduzierung von Redox-Flow-Batterien. Die Wissenschaftler setzen dabei auf Kohlenstoffmaterialien mit anwendungsoptimierten hierarchischen Porensystemen in Vliesen und Bipolarplatten. Zudem wollen sie für Analysen während des laufenden Betriebs eine »Operando-Zelle« für spektroskopische Untersuchungen entwickeln.

Beteiligte Institute:

Laufzeit: 2020-2023

 

»eBioCO2n« Stromgetriebene CO2-Konversion durch synthetische Enzymkaskaden

Die stromgetriebene enzymatische CO2-Konversion und Folgechemie durch Enzymkaskaden stellt eine Schlüsseltechnologie für nachhaltige chemische Synthesen dar. In eBioCO2n geht es darum, dafür Module zu entwickeln, die die direkte bioelektrokatalytische Synthese von Feinchemikalien aus CO2 ermöglichen. Dazu werden geeignete molekulare Architekturen der Elektronenübertragung und Sammlung auf Elektroden (Kathoden) designt sowie die Assemblierung und Optimierung stromgetriebener CO2-fixierender Enzyme realisiert. Ziel ist dabei die Erweiterung und Kombination einzelner Reaktionen zu kontinuierlichen und gekoppelten Reaktionskaskaden. Es soll eine neue Klasse CO2-fixierender Redoxenzyme, sogenannte Enoyl-CoA Carboxylasen/Reduktasen (ECRs), zum Einsatz kommen, die kürzlich entdeckt wurden und zu den effizientesten CO2-umwandelnden Biokatalysatoren gehören, die bisher beschrieben wurden. Am Ende des Projekts soll ein Demonstrator im 10-100mL-Maßstab entwickelt sein. Die angestrebte Technologie erweitert die chemische Synthese auf Basis biokatalytischer CO2-Fixierung durch modulare Enzymkaskaden, die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen, eine Entkopplung chemischer Syntheseprozesse von fossilen Rohstoffen und die Begünstigung einer nachhaltigen Bioökonomie.

Beteiligte Institute:

Laufzeit: 2019–2023

»TWISTER« Turbulent Weather in Structured TERrain

Extreme Wetterereignisse können immer noch nicht hinreichend gut verstanden und modelliert werden. Sie nehmen in den letzten Jahren zu und können massive Schäden verursachen. Im Projekt TWISTER soll vom Fraunhofer IPM ein neues meteorologisches Multiparameter-LiDAR-System entwickelt werden, das Turbulenzen, Lufttemperatur, Feuchtigkeit, aber auch die Unterscheidung zwischen sauberer und verschmutzter Luft bis zur untersten Wolkenschicht im Raum von mehreren hundert Kubikmetern bis zu einer Auflösung von einem Kubikmeter messen kann. Der heliumgefüllte Forschungsballon CloudKite vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) wird für die Gewinnung weiterer Messdaten aus dem Wolkeninneren eingesetzt. Mit diesen Daten sollen in enger Kooperation mit dem MPIDS die dynamischen meteorologischen Prozesse um und in Wolken besser verstanden werden. Die Feldexperimente in urbanen und alpinen Umgebungen werden durch theoretische Überlegungen, Modellbildungen und Simulationen begleitet. Die entwickelten numerischen Modelle sollen als Basis für neuartige räumlich hochaufgelöste Kurzzeit-Wettervorhersagen dienen.

Beteiligte Institute:

Laufzeit: 2019–2022

»CLUSTERBATT«
 Bildung von Metallclustern in Kohlenstoffmaterialien – Sichere Anoden für
 zyklenstabile Batteriezellen mit hoher Energiedichte

Im Projekt CLUSTERBATT geht es um die Erforschung eines innovativen Anodenkonzepts für Lithium- bzw. Natrium-Batterien zur Steigerung der Energiedichte bei gleichzeitigem Erhalt der Zyklenstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Durch die Verwendung verfügbarer Rohstoffe auf Anoden- sowie Kathodenseite soll darüber hinaus die Nachhaltigkeit des Gesamtsystems gesteigert werden. An Prototypzellen wird die Leistungsfähigkeit und die Sicherheit der neuen Materialien praxisnah evaluiert.

Beteiligte Institute:

Laufzeit: 2019–2022

Glyco3Display  – Zucker-DNA-Kombimoleküle als neue antimikrobielle Agenzien

 

Im Projekt »Glyco3Display« kreiert ein Team des Fraunhofer IZI gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung eine neue Stoffgruppe, die als innovatives mikrobielles Agens fungieren könnte. Dazu werden verschiedene Zuckermoleküle an ein DNA-Gerüst gekoppelt. Dann wird untersucht, ob sich die Zucker-DNA-Kombimoleküle an Rezeptoren auf der Oberfläche von pathogenen Mikroorganismen anlagern. Durch die Anlagerung könnten die Rezeptoren so blockiert werden, dass die Krankheitserreger nicht mehr in der Lage sind, an menschliche Zellen anzudocken und sie zu infizieren.


Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI 
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Laufzeit: 2018 - 2022

Akustische Hologramme – Ein neuer Ansatz für 3D-Ultraschall

 

Ultraschall spannt den Bogen zwischen einfachsten sensorischen Systemen wie bei der Abstandsmessung im Auto bis hin zur komplexen dreidimensionalen Bildgebung in der Medizin. Die technologische Umsetzung ist bisher allerdings grundverschieden: Einfache Wandler und einkanalige Elektronik auf der einen und Arrays mit hunderten von Elementen sowie Systeme mit bis zu tausend elektrischen Kanälen auf der anderen Seite. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT hat 2016 darstellen können, dass mithilfe einer mikrostrukturierten Phasenplatte auch mit Einzelelementwandlern und nur einem elektrischen Kanal definierte, dreidimensionale Ultraschallfelder holographisch erzeugt werden können.

Die Berechnung dieser akustischen Hologramme ist komplex, ihre Herstellung hingegen extrem einfach, und sie ermöglichen die Erzeugung von Schallfeldern mit bisher unerreicht hohen Freiheitsgraden. Durch diesen Paradigmenwechsel können zukünftig auch für einkanalige Ultraschallsysteme komplett neue Anwendungsbereiche wie dreidimensionale Bildgebung, komplexe medizinische Therapien und additive Fertigung erschlossen werden. Das Kooperationsprojekt AKUSTOGRAMME des Fraunhofer IBMT und des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme soll die dazu notwendigen theoretischen und experimentellen Grundlagen erarbeiten und die Potenziale der Technologie aufzeigen.


Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
Laufzeit: 2018 - 2022

»High-QG« - Optomechaniken hoher Güte für quantenrauschlimitierte Gravitationswellendetektion

 

Das Projekt ist fokussiert auf die Überwindung einer der kritischsten und fundamentalsten aktuellen Limitierungen von Gravitationswellendetektoren, dem thermischen Rauschen. Das thermische Rauschen ist ein quantenmechanischer Effekt, welcher durch die absolute Temperatur verursacht wird und durch mechanische Verluste in den Opto-Mechaniken in die Detektoren und Instrumente einkoppelt. Im Projekt »HighQG« werden resonante Wellenleiterspiegel als monolithische Testmassen für erdgebundene Gravitationswellendetektoren und niederfrequente, opto-mechanische Beschleunigungsmesser für die seismische Isolation von Gravitationswellendetektoren entwickelt, hergestellt und getestet. Hierfür haben sich das Fraunhofer IOF und das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik zusammengetan.

Die weit über den Stand der Technik angestrebten Zielspezifikationen im Bereich der Gravitationswellendetektoren werden kurzfristig in der Weltraumforschung, der Astronomie und in der Laserbranche eingesetzt. Langfristig dienen diese der Erschließung neuer Forschungsfelder wie der Quantenoptik.


Beteiligte Institute:

Laufzeit: 2018 - 2020

Pakt für Forschung und Innovation

Mit dem Pakt für Forschung und Innovation verfolgen Bund und Länder sowie die Wissenschaftsorganisationen das Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Forschung durch eine bessere Ausschöpfung der vorhandenen Potenziale zu steigern.