ERC-Synergy-Grant mit HZB-Beteiligung eingeworben
Der Informatiker Andreas Maier, die Materialforscherin Silke Christiansen und der Mediziner Georg Schett haben gemeinsam einen ERC Synergy Grant eingeworben. © FAU
Neuartiges Röntgenmikroskop soll Mikrostrukturen in situ und in vivo abbilden
Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern will ein neues bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von Osteoporose und anderen Knochenerkrankungen für den Einsatz am lebenden Individuum entwickeln, um raschere Therapieerfolge zu ermöglichen. Prof. Dr. Silke Christiansen, Wissenschaftlerin am HZB und Physik-Professorin an der Freien Universität Berlin bringt ihre Expertise in der korrelativen Mikroskopie und Nanotechnologie ein. Das Projekt 4-D+ nanoSCOPE wurde nun vom Europäischen Forschungsrat (ERC) zur Förderung durch einen ERC-Synergy Grant ausgewählt und wird für 72 Monate mit bis zu 12,3 Mio. Euro gefördert werden.
Weltweit nimmt die Zahl älterer und hochbetagter Menschen zu, und damit auch die Anzahl von Patienten, die an Osteoporose leiden. Diese Krankheit beeinträchtigt die Lebensqualität erheblich und führt zu hohen gesellschaftlichen Kosten. Dennoch sind Entstehung und Ablauf von Osteoporose noch immer nicht ausreichend verstanden. Denn Methoden für eine tiefgehende Analyse der Knochenfeinstruktur im Zeitverlauf am lebenden Individuum stehen bisher nicht zur Verfügung, insbesondere solche, die auch große Matrixstudien mit statistischer Signifikanz erlauben. Dies will nun ein interdisziplinäres Forschungsprojekt ändern.
Die Professoren Georg Schett (Universitätsklinikum Erlangen), Andreas Maier (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg) und Silke Christiansen (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, HZB sowie Freie Universität Berlin) wollen dafür erstmals Röntgenmikroskopie an Lebewesen ermöglichen. Sie planen die Entwicklung eines einzigartigen, schnell scannenden und niedrig dosierten Röntgenmikroskops, einem „4D+ nanoSCOPE“ für das sie in enger Zusammenarbeit mit der Firma Carl Zeiss Microscopy ein Gerät vom Typ XRM Versa 520 Hardware- und Software-seitig modifizieren werden. Hier werden insbesondere die Integration einer neuartigen Hochleistungsröntgenquelle und eines ultra-schnellen Auslesedetektors erfolgen wobei auch die Datenauswertung mit neusten Verfahren des maschinellen Lernens (Precision Learning) neu aufgestellt werden muss.
Das 4D-Nanoskop wird erstmalig erlauben die Mikro- und Nanostruktur von Knochen am lebenden Individuum in zeitlicher Entwicklung zu monitoren und damit den Prozess des Knochenumbaus zu verstehen. Damit wird es möglich, Auswirkungen von Alter, Hormonstatus, Entzündungsprozessen, Medikamenten oder anderen Therapieansätzen auf den Knochen zu beurteilen.
„Wir gratulieren Silke Christiansen und ihren Kollegen zu dieser sehr prestigeträchtigen und wirklich synergetischen Förderung. Das neue Mikroskop wird zunächst in der medizinischen Forschung eingesetzt, aber wir freuen uns darauf, seine einzigartigen Möglichkeiten auch in der Energieforschung zu nutzen", sagt Prof. Bernd Rech, wissenschaftlicher Direktor des HZB. Die Methode ermöglicht auch in situ-Studien von dynamischen Prozessen in natürlichen und synthetischen Materialien, beispielsweise die Beobachtung und das Verfolgen von Korrosionsprozessen und Mikrofrakturierung.
Das HZB besitzt große Expertise auf dem Gebiet der Röntgenuntersuchungen und der Elektronenmikroskopie und hat einen modernen Gerätepark (CoreLabs) aufgebaut, der vor allem zur Forschung an Dünnschichtsolarzellen, solaren Brennstoffen und anderen Energiematerialien genutzt wird. Die HZB CoreLabs sowie modernste Zeiss Labs@Location-Röntgenmikroskope ergänzen das Synchrotron BESSY II.
Projektname: 4-D+ nanoScope – Advancing osteoporosis medicine by observing bone microstructure and remodelling using a four-dimensional nanoscope.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- BESSY II: Magnetische „Mikroblüten“ verstärken Magnetfelder im ZentrumEine blütenförmige Struktur aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die nur wenige Mikrometer misst, kann Magnetfelder lokal verstärken. Der Effekt lässt sich durch die Geometrie und Anzahl der „Blütenblätter“ steuern. Das magnetische Metamaterial wurde von der Gruppe um Dr. Anna Palau am Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) mit Partnern aus dem CHIST-ERA MetaMagIC-Projekts entwickelt und nun an BESSY II in Zusammenarbeit mit Dr. Sergio Valencia untersucht. Die Mikroblüten ermöglichen vielfältige Anwendungen: Sie können die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren erhöhen, die Energie für die Erzeugung lokaler Magnetfelder reduzieren, und am PEEM-Messplatz an BESSY II die Messung von Proben unter deutlich höheren Magnetfeldern ermöglichen.