Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computersimulation ersetzt Labor-Experimente: Essener Chemiker "errechnet" neue Putzmittel

13.02.2002


Wer beim Frühjahrsputz Erfahrung hat, weiß: Schmutzige Fußböden blitzblank zu schrubben, ist Knochenarbeit. Aber Erleichterung steht ins Haus: Dr. Hubert Kuhn, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fach Physikalische Chemie an der Universität Essen, will dem Bad - quasi mit einem "Wisch und weg" - zu porentiefer Reinheit verhelfen. Im Bundesforschungsministerium warb er dafür Fördermittel in Höhe von fast 264 000 Euro ein.

Im Rahmen des in Bonn aufgelegten Programms "Grenzflächenhaftung in technischen Systemen" will Kuhn mit seiner Arbeitsgruppe in Labor- und Computerräumen im Hochschulgebäude an der Schützenbahn in den nächsten drei Jahren "neue Tenside zur Enthaftung von Kontaminationen auf nano- und mikrostrukturierten Oberflächen" entwickeln. Man kann auch - viel einfacher - sagen: Hubert Kuhn will trennen, was nicht zusammen gehört.

Partner dafür hat er in seinem unmittelbaren Nachbarn, der Goldschmidt AG (Degussa), dem Fliesenhersteller Villeroy und Boch und einem Groß-Computer gefunden. Der wird zur Zeit in der bisherigen Maschinehalle an der Schützenbahn aus den Einzelteilen von 128 handelsüblichen Rechnern zusammen geschraubt. Miteinander vernetzt und mit einer Software ausgestattet, die sie immer dann in Betrieb bringt, wenn sie gerade gebraucht werden, erreichen die Maschinen gemeinsam eine Rechenleistung von 128 Gigaflops pro Sekunde. Damit sind sie "listenfähig", denn im Verbund gehören sie zu den 500 schnellsten Rechnern der Welt. "Nur ein Bruchteil so teuer wie ein herkömmlicher Großrechner", freut sich Kuhn über den platzgreifenden Baukasten, der in der Maschinenhalle seinen idealen Standort gefunden hat.

Das Land Nordrhein-Westfalen bezahlt den Rechner und auch die dunkelroten Vitrinen, in denen die Prozessoren - jeweils acht übereinander - akkurat gestapelt sind. Die 110 000 Euro sollen allerdings nicht nur die Entwicklung neuer Tenside, sondern auch die Weiterentwicklung des von Professor Heinz Rehage in der Physikalischen Chemie entworfenen Anti-Virus-Handschuhs befördern. Der Handschuh soll Chirurgen, die sich beim Nähen einer Wunde verletzen, vor vergiftetem Patientenblut schützen. Das Prinzip: Ein in eine Kautschukmatrix eingebettetes Viruzid tötet in den Handschuh eindringende Viren, etwa Hepatitisviren, sofort ab. Das Problem: Die Lebensdauer des Viruzids muss deutlich erhöht werden, damit der Handschuh auch nach längerer Lagerung noch verwendet werden kann. Mit Hilfe des Großrechners sollen dazu geeignete Polymere entwickelt werden.

Was heißt aber Polymere entwickeln? Oder Tenside entwickeln? Kuhn setzt dabei nicht auf das Experiment, sondern auf die Simulation. Wie der Autokonstrukteur sein neues Modell zunächst nur virtuell baut und in vielfältigen Varianten erprobt, "baut" Kuhn Polymere und Tenside am Computer. Am Rechner simuliert er das Verhalten der Moleküle und beobachtet sie, um dann Vorschläge für die Entwicklung neuer Produkte zu entwickeln.

Villeroy und Boch, aber auch andere haben sich beim Nachdenken über solche Produkte an das Lotus-Blatt erinnert, das sich mit der fraktalen Struktur seiner Oberfläche selbst reinigt - weil die Luft in den Poren wie ein Imprägniermittel wirkt. Fliesen, aber auch Badewannen und Spülbecken, die sich selbst reinigen, sind bereits auf dem Markt. So zuverlässig wie vordem die Heinzelmännchen funktioniert der Lotus-Blatt-Effekt aber nicht. Längerfristig bildet sich ein grauer Belag, der viel Chemie und Körperkraft verlangt, bevor er verschwindet. Denn Fliesen-Oberflächen müssen, sollen sie Tritt-Sicherheit bieten, porös - nano- oder mikrostrukturiert - sein. Aber fast zu drei Vierteln bestehen herkömmliche Reinigungsmittel aus anionischen Tensiden, die nicht geeignet sind, die Oberflächenspannung des Putzwassers so weit zu verringern, dass der Schmutz in den Poren benetzt und herausgelöst werden kann. Die "Spreitung" des Wassertropfens zu erhöhen ist Kuhns Ziel. Statt in Experimenten teure Chemikalien zu verbrauchen, deren Entsorgung gleichfalls teuer ist, lässt er den Rechner Tenside entwickeln.

Diese werden im Forschungslabor bei Goldschmidt synthetisiert. Villeroy und Boch liefert die Fliesen, Kuhns Arbeitsgruppe verschmutzt sie "normgerecht", besprüht sie mit Proben der verschiedenen Substrate und misst mit optischem Gerät die Spreitung. Möglichst groß muss sie sein, dann kommt Kuhn seinem Ziel nahe: Ein bisschen Chemie aufs Tuch, einmal wischen, und porentief rein strahlt das Bad.

Das Bundesforschungsministerium hatte solche Bequemlichkeit bei der Zustimmung zu Kuhns Förderantrag kaum im Sinn. Überzeugend ist der ökologische Effekt. Denn heutzutage verbraucht man mehr Putzmittel, als es der Haushaltskasse bekommen und den Wasseraufbereitern recht sein kann.

Monika Roegge | idw

Weitere Berichte zu: Polymer Putzmittel Rechner Tenside

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aufräumen? Nicht ohne Helfer
19.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit
19.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie