Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In die Welt der Moleküle eintauchen

08.02.2018

Brandneue Technologie im Unterricht: Studierende begeben sich in eine «Mixed Reality» und lernen mit der HoloLens-Brille ein grundlegendes Prinzip von Proteinen.

Was von aussen wie eine futuristische Meditationsübung aussieht, ist in Wirklichkeit Teil der Lehrveranstaltung «Computer-Assisted Drug Design» von Gisbert Schneider, Professor für das gleichnamige Gebiet. Wobei die Wirklichkeit in diesem Fall zwei Komponenten hat – denn die Brille, welche die Studierenden tragen, vermittelt eine sogenannte Mixed Reality.


Durch den Einsatz von HoloLens-Brillen ist ein Protein als virtuelles Objekt im Raum erlebbar. (Bild: ETH Zürich)

Wer durch die HoloLens sieht – so heisst die Brille von Microsoft – sieht nicht nur ganz normal die Möbel und Personen, die im Raum stehen, sondern gleichzeitig auch noch ein Hologramm im Raum. In diesem Fall ist dieses virtuelle Objekt ein Protein, das die Studierenden umrunden, erkunden und sogar durchschreiten können.

Einsatz der HoloLens in Praktikum

Zum Einsatz kommen die Brillen in einem zweiwöchigen Blockpraktikum, in dem die Studierenden den ganzen Zyklus der Entwicklung eines Medikamentenwirkstoffs in geraffter Form mitmachen. In der ersten Woche steht Theorie auf dem Programm: «Die Studierenden lernen unter anderem, wie man mittels Screening in einem Katalog mit Millionen von Molekülen jene aussortiert, die aufgrund ihrer Form und Funktion mit einem bestimmten Protein interagieren können», erklärt Schneider. Am Ende der ersten Woche werden die Studierenden in Kleingruppen eingeteilt. Jede Gruppe ist nun eine virtuelle Firma, die einen Inhibitor für ein Protein entwickeln muss.

Die Studierenden machen zunächst selbst ein Screening und müssen sich aus den Molekülen, die sie finden, für eines oder zwei entscheiden. In der zweiten Woche gehen sie ins Labor. Sie synthetisieren das Molekül und testen es auf seine Aktivität. Am Ende der Woche müssen sie es als Firma verkaufen.

Struktur des Proteins verstehen

«Um ein geeignetes Molekül zu finden, müssen die Studierenden eine Vorstellung von der Oberfläche des Proteins haben, insbesondere von dessen Einbuchtungen, in welche das Molekül passen könnte», erklärt der Co-Kursleiter Jan Hiss. Diese Vorstellung zu entwickeln ist keine so einfache Sache. Die Oberfläche eines Proteins wird durch die Position der Atome definiert, aus denen es besteht. Die einzelnen Atome haben einen Van der Waals-Radius, der für jedes Atom spezifisch ist. Aus diesen Radien ergibt sich ein Kugelmodell des Proteins. «Wenn man nun beispielsweise ein Wassermolekül über dieses Kugelmodell des Proteins bewegt, entsteht eine neue Oberfläche. Deren Form hängt davon ab, wo das Wassermolekül hinkommt», erklärt Hiss das Prinzip der sogenannten «solvent accessible»-Oberfläche. Um dieses Prinzip anschaulich vermitteln zu können, setzt er die HoloLens ein, nachdem er den Studierenden die Theorie dazu vermittelt hat.

«Mit der HoloLens können die Studierenden quasi als Wassermolekül ins Protein eintauchen», beschreibt Hiss das Erlebnis. Sie können das Protein nicht nur anschauen, sondern die «solvent accessible»-Oberfläche auch selber erzeugen, indem sie das Wassermolekül als virtuelle Sonde über die Oberfläche des Proteins bewegen. So sehen die Studierenden, weshalb sie gewisse Stellen des Proteins nicht erreichen können.

Weitere Einsatzmöglichkeiten

Am Anfang dieses innovativen Lehrprojekts stand eine Ausschreibung zur Einreichung von Vorschlägen zum Einsatz von HoloLenses im Unterricht der Abteilung Lehrentwicklung und -technologie (LET) der ETH Zürich. Das LET konnte dank einer Spende von ETH-Alumnus Adrian Weiss zwölf dieser Brillen anschaffen, die zurzeit nicht nur in der Unterhaltungsindustrie, sondern überall in der Wirtschaft reissenden Absatz finden.

Da die Technologie noch brandneu ist und mit Anwendungen noch experimentiert wird, hat die Firma Afca angeboten, eine erste Applikation für den Lehrbetrieb zu entwickeln. Das von Hiss eingereichte Konzept überzeugte das LET, und so entwickelte Afca aufgrund von seinen Ideen die App, die auf den Namen Molegram getauft wurde.

Mit Molegram hat der Lehrbetrieb der ETH den ersten Schritt in die Welt der Mixed Reality gemacht. Weitere werden folgen. So haben in einem zweiten Projekt Geomatikstudierende selbst Apps für die HoloLens programmiert. Und das LET hat bereits wieder zu Projekteingaben aufgerufen.

Roland Baumann | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
Weitere Informationen:
https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2018/02/hololens.html

Weitere Berichte zu: ETH HoloLens-Brille Hologramm LET Mixed Reality Molekül Moleküle Radien Wassermolekül protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Latest News

Graphene assembled film shows higher thermal conductivity than graphite film

22.06.2018 | Materials Sciences

Fast rising bedrock below West Antarctica reveals an extremely fluid Earth mantle

22.06.2018 | Earth Sciences

Zebrafish's near 360 degree UV-vision knocks stripes off Google Street View

22.06.2018 | Life Sciences

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics