Zukunftsmusik: Die Nanoukulele

Kurzbeschreibung

Der Film zeigt am Beispiel einer Nanoukulele Techniken, die wir einsetzen, um komplexe Strukturen im Nano- und Mikrometerbereich zu erzeugen. Diese verwenden wir als Grundlage für unsere Forschung, bei der es sowohl um Eigenschaften von eisengefüllten Kohlenstoffnanoröhren als auch um die Anwendung in der Sensorik geht.

Wissenschaftlicher Hintergrund

In unserer Arbeitsgruppe führen wir Experimente mit schwingenden mikro- und nanomechanischen Systemen durch, welche die besonderen Materialeigenschaften von eisengefüllten Kohlenstoffnanoröhren nutzen. Zu den Experimenten gehören neuartige Sonden, Magnetometrieexperimente, bei denen die Nanoröhren selbst als Nanocantilever fungieren [1] oder neuartige Sonden für die Magnetkraftmikroskopie, bei denen die durch die Kohlenstoffhülle geschützte magnetische Füllung der Nanoröhren als Bauelement dient [2].
Die Techniken, die wir zur Herstellung und Untersuchung unserer Systeme verwenden, darunter mechanische Schwingungsanregung, Elektronenstrahlmikroskopie, Ionenstrahlschneiden, Elektronenstrahl-induzierte Kohlenstoffabscheidung und die Manipulation einzelner Kohlenstoffnanoröhren wollen wir am anschaulichen Spielzeugbeispiel einer Nanoukulele zeigen.
[1]S.Philippi et al. J. Appl. Phys. 110, 084319 (2011) [2]T.Mühl et al. Appl. Phys. Lett. 101, 112401 (2012)

Bezug zum Thema

Die Nanotechnologie beeinflusst immer weitere Bereiche unseres Alltags,
sei es in Lebensmittelverpackungen oder in der Elektronik. Deshalb haben wir uns überlegt, wie auch unsere Freizeit von diesen Entwicklungen verändert werden könnte. Im Zusammenhang mit Schwingungsexperimenten, die wir in unserer Arbeitsgruppe durchführen, sind wir auf den Gedanken gekommen, dass man in Zukunft als Hobbyprojekt Instrumente in Mikro- oder Nanogröße herstellen und damit Musik machen könnte.
Daraus ist die Idee einer Nanoukulele entstanden, an der gleichzeitig wichtige Techniken, mit denen wir in der Nanoforschung arbeiten, gezeigt werden können.

Von der Natur lernen

Kurzbeschreibung
Der Film zeigt unsere bionische Arbeit, welche sich mit der Benetzung der Hautoberfläche von Springschwänzen beschäftigt. Wir haben die grundlegenden Merkmale, wie Benetzungsresistenz und mechanische Stabilität auf künstliche flexible Membranen als anwendbares Prinzip für Beschichtungen übertragen.

Wissenschaftlicher Hintergrund
Wir sind ein interdisziplinäres Doktorandenteam bestehend aus einer Biologin (Julia Nickerl), einem Physiker (Ralf Helbig) und einem Ingenieur (René Hensel). Die Grundlage für die Herstellung robuster, wasser- und ölabweisende Polymermembranen für Oberflächenbeschichtungen sind zwar in gemeinsamer Arbeit entstanden, aber grob könnte man die Arbeit wie folgt aufteilen: Julia als Biologin hat sich der Untersuchung der Diversität der Hautstrukturen verschiedener Arten gewidmet, Ralf als Physiker hat sich mit dem Verständnis der Wirkungsweise der Nanostrukturen hinsichtlich Benetzung und mechanischer Robustheit beschäftigt und René als Ingenieur hat jenes Prinzip in eine Applikation umgesetzt, so dass es uns gemeinsam gelungen ist Oberflächeneigenschaften nach dem Vorbild des Springschwanzes auf verschiedensten Substraten zu generieren. Der Film bietet einen Einblick in die Wertschöpfungskette und Zusammenfassung unseres biomimetischen Ansatze s

Bezug zum Thema
Obwohl wasserabweisende und selbstreinigende Oberflächen heutzutage bereits kommerziell erhältlich sind, ist deren Anwendungsbereich und Lebensdauer begrenzt. Trotz exzellenter wasserabweisender Eigenschaften versagen solche Oberflächen meist im Kontakt mit öligen Substanzen oder werden bei Berührung aufgrund ihrer mechanischen Instabilität lokal zerstört.
Springschwänze (Collembola) sind im und auf dem Boden lebende Arthropoden. Ihre Haut zeigt wasser- und ölabweisende Eigenschaften und ist vergleichsweise robust gegenüber abrasiven Verschleiß. Beide Eigenschaften gewährleisten den Springschwänzen die Atmung über ihre Hautoberfläche in einem temporär regenüberfluteten Habitat und spiegeln somit eine einzigartige evolutionäre Anpassung an den Lebensraum Boden wieder.
Anhand der Hautstrukturen von Springschwänzen haben wir ein neues Konzept für die Herstellung robuster, wasser- und ölabweisender Oberflächenstrukturen entwickelt – ein biomimetischer Ansatz mit Potential für die Zukunft!

Nanobananensynthese

Kurzbeschreibung
Der Pilz TR4 bedroht die globale Bananenproduktion und die Welt bangt um ihre gefährdete Nahrungsgrundlage. Während die Bevölkerung kopflos in Angst und Schrecken versinkt gibt es einen der uns alle retten kann. Unerschrocken und mit höchster Präzision wagt sich der erfahrene und promovierte Affe ins Nanopartikellabor und forscht unermüdlich für unsere Zukunft. Wird er es schaffen?

Wissenschaftlicher Hintergrund
Der Zuschauer erhält auf humorvoller Art und Weise einen Einblick in den Arbeitsprozess der Nanopartikelsynthese aus der Gasphase.
Ohne Anspruch auf wissenschaftliche Korrektheit führt der sympathische Affe den Zuschauer durch seinen Laboralltag, von der Literaturrecherche, über die Materialvorbereitung bis hin zur Einstellung der Prozessparameter.

Bezug zum Thema
Die aktuelle Forschung leistet schon heute einen wichtigen Beitrag zur Lösung zukünftiger Probleme und Fragestellungen in unserer Gesellschaft. Wie kann Zukunft gestaltet werden, wenn nicht schon heute dafür gearbeitet wird?
Darüber hinaus betrachtet dieser Kurzfilm die Wirkung des Wissenschaftlers auf sein Umfeld.
Aus der Perspektive eines Unbeteiligten wirken wir Wissenschaftler manchmal wie Affen. Chaotisch unserer Instinktion hinterherrennend mit einem großen geheimen Plan im Kopf der sich niemand anderem als dem Affen selbst erschließt. Wir forschen an Dingen von denen selbst unser Chef weniger Ahnung hat als wir um Probleme zu lösen von den wir nicht wissen, ob sie je existieren werden.

Smart Nanoreactor

Kurzbeschreibung
Stellen Sie sich alles vor, was Sie mit einem Plastikball anstellen können – Krankheiten heilen? Wir zeigen den Bau und Einsatz eines neuartigen Konstrukts auf Polymerbasis zur Lieferung von Wirkstoffen im Körper, welches die Basis für die Entwicklung neuer Therapieformen bilden und unser Leben maßgeblich beeinflussen wird.

Wissenschaftlicher Hintergrund
In unserem Spot „Smart Nanoreactor“ stellen wir unsere Idee vor, mittels sogenannter intelligenter Polymere hohle „Polymersome“ herzustellen, in deren Wänden Kanäle für kontrollierten In- und Export von Stoffen eingelassen sind. Die verwendeten Polymere sind durch ihre Struktur – zwei hydrophile und ein hydrophober Block in der Mitte ihrer Kette – selbstassemblierend und sehr stabil. Mit der neuartigen Nanotechnologie „DNA Origami“ bauen wir sowohl ein System mit äußerst flexiblen Transporteigenschaften, als auch ein vollständig synthetisches Konstrukt im Nanometerbereich. Durch die Kombination von im Inneren des Containers eingeschlossenen Enzymen und an der Außenseite gebundener zielgebender Moleküle wie Antikörpern, möchten wir einen „intelligenten“ Nanoreaktor mit komplexer Funktionalität konstruieren, der Enzyme oder medikamentöse Wirkstoffe zu spezifischen Geweben transportieren kann. Nun möchten wir unsere Vision der Zukunft zeigen, mit der wir beim Biomod Wettbewerb 2013 ausgezeichnet wurden. Weitere Infos unter http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013/Dresden

Bezug zum Thema

Unser tägliches Leben wird durchgehend von Prozessen im Nanometer-Maßstab beeinflusst. Um in jene Vorgänge zielgenau eingreifen zu können, benötigen wir Maschinen, welche selbst nur wenige Nanometer groß sind. Wir von Dresden Nanormous denken, dass unser Verständnis von neuartigen Werkstoffen in der Nanotechnologie im Jahre 2020 noch weiter voran geschritten sein wird, sodass es möglich sein wird immer komplexere Konstrukte für immer schwierigere Aufgaben herzustellen. Bereits 1966 wurde im visionären Science-Fiction-Film „Die phantastische Reise“ ein mikroskopisch kleines Gefährt thematisiert, welches in unserem Körper medizinische Operationen durchführt. Unsere Idee eines Smarten Nanoreaktors wird nur eine von vielen neuartigen Therapieformen sein um noch zielgenauer in eine komplexe Umgebung wie den menschlichen Körper eingreifen zu können. Der von uns konzipierte und bereits im Reagenzglas gete stete Smarte Nanoreaktor wird nur eines von vielen solcher winzig kleinen Maschinen sein, mit deren Hilfe wir nur allzu bald in der Lage sein werden, unser tägliches Leben im Nanobereich zu beeinflussen.

Landwirtschaft 2020

Kurzbeschreibung
Landwirt Mechtenbach liebt seine Highland-Rinder. Doch wachsende schlechte Umwelteinflüsse bedrohen die ökologische Tierhaltung. Zum Schutz der Tiere hat Landwirt Mechtenbach die Nanonase auf seiner Weide installiert.

Wissenschaftlicher Hintergrund
Aus der Atemluft von Nutztieren kann der Nanonasen-Sensor Informationen über den
Gesundheitszustand ermitteln. Die Nanonase ist ein hochsensitiver Halbleiterlaser,
der in der Laserkavität eine miniaturisierte Gaszelle und laseraktive Elemente von
nur 5nm enthält. Das komplette Sensor-System mit elektronischer Datenaufnahme ist
nur 3x3x2mm3 klein. Durch den Wettbewerb der laseroptischen Schwingungsmoden
wird die Empfindlichkeit extrem gesteigert. Der Trick, das relative Intensitätsrauschen
für das Auslesen der optisch gewonnenen Informationen zu nutzen, macht den
Sensor potentiell preisgünstig. Die Forscher sind davon überzeugt, zukünftig nicht
nur sehr selektiv verschiedene Moleküle quantitativ präzise zu identifizieren, sondern auch in der Lage zu sein einzelne Moleküle in der Ausatemluft der Tiere zu zählen. Anwendungen liegen in den Gebieten medizinische Diagnose und Therapie, Detektion von Schadstoffen in der Umwelt, Aufspüren von Allergenen und gefährlichen Substanzen in der Luft, Überwachung des Frischegrades von Futter, strenge Kontrolle der Futterherstellung und Scanner in der Sicherheitstechnik.

Bezug zum Thema
In den nächsten Jahren werden immer mehr unkontrollierbare Schadstoffe und neue spezielle Tierkrankheiten die Gesundheit von Rindern bedrohen, aber gleichzeitig wollen die Menschen immer bessere und gesündere Lebensmittel haben, die auch artgerecht produziert sind.

Mit Hilfe dieser Nano-Technik wird es auch in Zukunft möglich sein, dass nicht-massenbetriebe wirtschaftlich überleben können und die Artenvielfalt der Nutztierrassen erhalten, da Krankheiten früh erkannt und damit mit weniger Medikamenten behandelt werden können.

Für den Verbraucher bedeutet das, dass er sicher sein kann, dass er qualitätiv hochwertige Nahrung bekommt und diese auch ehrlich und artgerecht produziert worden ist.

Nanotechnologie – Der Weg aus dem Vergessen

Kurzbeschreibung
Oma Hanne zieht in eine Wohnung mit Intelligenter Nanotechnik, die ihren Gesundheitszustand registrieren kann und im Notfall Hilfe holt. Doch sie zweifelt an der neusten Erfindung und stellt die Technik erstmal auf die Probe.
Wissenschaftlicher Hintergrund: wird nachgereicht am 12.05 per E-mail.
Erklärung/Bezugnahme zur Fragestellung des Wettbewerbs: Im Jahr 2014 alt zu werden, bedeutet immer noch, von anderen abhängig zu sein.
Die Angst, im Notfall allein zu sein und krank zu werden, verursacht körperliche Aufregung und treibt ältere Menschen in einen ohnmächtigen Zustand.
Es gibt viele neue Lebensmodelle für die verschiedenen Generationen, aber die Entwicklung, dass ältere Menschen allein leben, ist eine Realität, die sich auch in den nächsten Jahren nicht immer ändern lässt. Berufs- und Lebensmodelle ermöglichen das Arbeiten und Leben auf der ganzen Welt. Oft leben die Familien weit auseinander.
Dank moderner Kommunikationstechnik lässt es sich in engem Kontakt bleiben.
Dank intelligenter Nanotechnik könnten sich auch die Sorgen um das Wohl der Angehörigen reduzieren.
Ist es möglich, als älterer Mensch mithilfe von intelligente Nanotechnik ein sichereres selbstbestimmteres Leben zu führen?

Wissenschaftlicher Hintergrund

Bezug zum Thema
Im Jahr 2014 alt zu werden, bedeutet immer noch, von anderen abhängig zu sein.
Die Angst, im Notfall allein zu sein und krank zu werden, verursacht körperliche Aufregung und treibt ältere Menschen in einen ohnmächtigen Zustand.
Es gibt viele neue Lebensmodelle für die verschiedenen Generationen, aber die Entwicklung, dass ältere Menschen allein leben, ist eine Realität, die sich auch in den nächsten Jahren nicht immer ändern lässt. Berufs- und Lebensmodelle ermöglichen das Arbeiten und Leben auf der ganzen Welt. Oft leben die Familien weit auseinander.
Dank moderner Kommunikationstechnik lässt es sich in engem Kontakt bleiben.
Dank intelligenter Nanotechnik könnten sich auch die Sorgen um das Wohl der Angehörigen reduzieren.
Ist es möglich, als älterer Mensch mithilfe von intelligente Nanotechnik ein sichereres selbstbestimmteres Leben zu führen.

 

Nano: small, toxic, but helpful?

Kurzbeschreibung
Silber Nanopartikel werden zur Desinfektion benutzt. Sie gelangen in den menschlichen Körper, wo sie toxisch sind, wenn sie zu klein sind. Auch bei Nanopartikeln entscheidet die genaue Größe über „gut“ oder „schlecht“. Mit moderner Nanotechnologie werden Partikel der genau richtigen Größe hergestellt.

Wissenschaftlicher Hintergrund
Antimikrobische Effekte machen Silber Nanopartikel (AgNP) zu einem der am häufigsten genutzten Nanomaterialien in Verbraucherprodukten. Daher ist es wichtig, die Toxizität dieser Partikel im Detail zu verstehen, insbesondere wie die Partikel von Zellen aufgenommen werden, welchen Effekt sie in Zellen haben und wie diese Prozesse von der genauen Größe der Nanopartikel abhängen.
In Studien haben wir runde AgNPs wohl definierter Größe (von 10 nm bis 100 nm) menschlichen LoVo-Zellen zugefügt. Mittels konfokaler ‘laser scanning microscopy’ wurde die Aufnahme der Partikel in die Zellen oder auf der Oberfläche der Zellen visualisiert. Biotechnologische (Zelltoxitizät) und biochemische Verfahren (Proteomik: Einfluß auf individuelle Proteine) wurden größen- und dosisabhängig angewandt.
Aus den Messungen folgt eine sehr deutliche Größenabhängigkeit: kleine Partikel (20 nm) dringen durch die Zellmembran, während 100 nm Partikel außerhalb der Membran agglomerieren. Die eindringenden Partikel führen zu einem Funktionsverlust der Mitochondrien und damit zum Zelltod.

Bezug zum Thema
Das Thema ist Nanotechnologie im Jahre 2020. Nanotechnologie hat im Bewusstsein von Bevölkerung und Wissenschaftlern sowohl negative als auch positive Bedeutung. Wissenschaftler und Produzenten sollten sich über die möglichen negativen Auswirkungen und Risiken informieren und daraufhin gezielt ’positive’ Nanopartikel herstellen und einsetzen. Als Beispiel haben wir wegen ihrer Verbreitung im alltäglichen Leben Silber Nanopartikel herausgegriffen. Neueste Forschung (auch von uns) zeigt, daß sehr kleine dieser Partikel sehr toxisch sind, während größere für den Menschen weitgehend neutral sind, aber dennoch die gewünschten bakterientötenden Eigenschaften haben. Es kommt also nicht nur darauf an, den Produkten Nanopartikel beizufügen, sondern man muß sie in der richtigen Größe herstellen, damit sie für Menschen verträglich sind. Wir postulieren, daß wir im Jahre 2020 bewußt in der Lage sein werden, die richtigen Nanopartikel herstellen, um die Produkt- und Lebensqualität zu verbessern.

Kommissar Nano

Kurzbeschreibung
„Drah di net rum, der Kommissar geht um“ sang Falco 1985 in der Blütezeit der Neuen Deutschen Welle. Es wäre eine schöne Auftaktmelodie geworden für unseren Film, wenn da nicht die GEMA wäre.

Einer kompletter Kriminalfilm in 120 Sekunden? Geht das? Und dann auch noch mit einem integrierten Sachthema aus der Physik, das es zu erklären gilt?

Es geht, wir haben das geschafft – tell a story:

Um einen dreisten Mordfall zu klären, greifen unser Amateur-Kommissar und seine Assistentin tief in die Trickkiste der modernen Forensik, erklären dabei in einer Animation die Funktionsweise des speziellen Nano-Goldstaubs gleich mit. Auf dem Heft des Messers wird der Beweis gesichert, wir werden Zeugen einer neuen Art der Spurensicherung.

Wir hätten gern auch ein paar Make Offs gezeigt und verraten, mit welchen kleinen Tricks und netter Dekoration wir die Szenen glaubwürdig gemacht haben, auch der weiße Kittel war uns dabei wichtig. Und natürlich hätten wir auch gern verraten, mit welchem Spaß alle bei der Sache waren, nur die „Leiche“ auf dem kalten Küchenboden hatte es nicht so gut, der Dreh dauerte und dauerte …

Wissenschaftlicher Hintergrund
Studierende des o.gen. Studienganges beschäftigen sich in Ihrer Zeit an der THM mit all den neuen Medienformaten, in denen in Zukunft Bedienungsanweisungen, Service und Produktbeschreibungen stattfinden werden. Das sind nicht mehr nur Anleitungen auf Papier, es entstehen an der THM Video-Tutorials, Usability-Filme, Produkt-Animationen und kleine wissenschaftliche Filme. Vom Genre „Galieo“ bis zur „Sendung mit der Maus“ spannt sich der Bogen, von der Maschinenbedienung am iPad bis zum technischen Messefilm.
In diesem Rahmen war der Bezug zum physikalischen Thema Nano leicht hergestellt, auch wenn die Umsetzung in einer Kriminal-Geschichte ein wenig Neuland war.

Bezug zum Thema
Anwendungsorientierter Kurzfilm

Nanowasserbomben

Kurzbeschreibung
Wir schreiben das Jahr 2020. Ein junger Nano-Wissenschaftler feiert die Nominierung seines Forscherteams für den renommierten Klemens-Ilse-Preis. Zu diesem feierlichen Anlass hält er seine Freude und seine Gedanken über die Forschungsergebnisse in einem Videotagebuch fest.

Wissenschaftlicher Hintergrund
Grundlage des Kurzfilms ist die 1/2014 im Environmental Science: Nano erschienene Publikation \”A chemical free, nanotechnology-based method for airborne bacterial inactivation using engineered water nanostructures\” [Pyrgiotakis, Georgios, et al.].
Hierin wird zunächst die Herstellung von Nano-Wassertropfen (ca. 25nm groß) mittels einer Elektrospray-Apparatur beschrieben. Die erzeugten Nano-Wasser-Partikel weisen eine hohe elektrische Ladung auf (ca. 10 Elektronen/Partikel). Treffen diese auf Bakterien, so zerstören sie deren Membran und führen somit zur Inaktivierung. In den toxikologischen Studien konnten keinerlei gesundheitsschädliche Wirkungen durch Kontakt bzw. das Einatmen der Tropfen festgestellt werden.
Die Autoren schlussfolgern, dass die erzeugten Nano-Wassertropfen nicht nur einmalige physikalisch-chemischen Eigenschaften besitzen, sondern auch das Potential für die Desinfektion der Luft von Bakterien haben, ohne für den Menschen eine Gefahr darzustellen.

Bezug zum Thema
Der Wissenschaftler in unserem Spot, erzählt uns aus seiner Gegenwart heraus (2020), welche Möglichkeiten und Perspektiven uns die Nanowissenschaft eröffnet. Er geht zunächst auf die Vergangenheit dieser Forschungsrichtung ein und zeigt anschließend konkret mögliche Anwendungsbeispiele der von uns ausgewählten Nano-Technologie. Die gezeigten Beispiele sollen dem Zuschauer vor Augen führen, dass Forschungen an Nanotechnologien dem reinen Grundlagenforschungsstatus bereits entwachsen sind und schon in naher Zukunft sehr konkrete Auswirkungen auf den Alltag eines jeden Menschen haben könnten. Dabei wird bewusst der Fokus auf mögliche positive Folgen gelegt, da im gewählten Technologiebeispiel die bisherigen Forschungen darauf schließen, dass das Gefahrenpotential als sehr gering einzustufen ist.

Cotton ⁻⁹

Kurzbeschreibung
Dr. Filipe Natálio, Juniorprofessor an der Martin-Luther-Universität, zeigt uns seine Forschung und seine Visionen: Nanocotton! Er züchtet mit Nanopartikeln angereicherte Baumwolle. Wir zeigen, was man mit dieser Art intelligenter Baumwolle alles machen könnte: Umweltverschmutzung signalisieren lassen, Körperfunktionen messen etc. Unser Film ist ein Mix aus Doku und Fiktion; gewissermaßen ein genreüberschreitender Imagefilm.

Wissenschaftlicher Hintergrund
Unser Team besteht aus den Studenten der Medien- und Kommunikationswissenschaften Anna-Lena Brübach, Lars Rummel, Oliver Schulz und Anne Holland, sowie dem Nanowissenschaftler Dr. Filipe Natálio. Wir haben den Filmspot im Rahmen unseres Praxismoduls „6.3 Science to Media“ erarbeitet. Es war eine wunderbare Herausforderung, die Erkenntnisse und Erfahrungen filmisch umzusetzen, um Wissenschaft spannend und verständlich einem breiten Publikum näher zu bringen.

Bezug zum Thema
Wir fanden die nanowissenschaftliche Forschung im Bereich der Biochemie sehr interessant. Im speziellen Fall werden Nanopartikel mit Hilfe von Liganden über das Gießwasser durch die Pflanze direkt in die Baumwollfrucht eingebracht. Durch unterschiedlich geartete Nanopartikel ist es dann möglich, der Baumwolle verschiede Eigenschaften zu geben. Wir haben diese Idee weiter gedacht und haben uns überlegt, welche Funktionen Kleidung, die aus Nanobaumwolle gefertigt ist, in der Zukunft haben könnte. Diese Ideen werden von uns in fiktionalen Szenen illustriert. Zur Erklärung der wissenschaftlichen Basis informiert Dr. Natálio in einem dokumentarischen Interview. Fiktiver und dokumentarischer Teil ineinander verwoben ergeben unseren Nanospot.