Validierungsprojekte

Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung und Validierung von Produktionsverfahren, die die Herstellung von Karosserien in Sandwichbauweise (eine Konstruktionsmethode, bei der ein Kernmaterial zwischen zwei äußeren Schichten verwendet wird, um Festigkeit und Leichtigkeit zu kombinieren) mit hoher Produktivität ermöglichen. Dadurch sollen die Herstellungskosten soweit gesenkt werden, dass eine Serienproduktion möglich wird. Dabei wird sowohl auf Produktionsverfahren aufgebaut, die bereits Stand der Technik sind, als auch auf Ideen, die am DLR Institut für Fahrzeugkonzepte entwickelt wurden.

Thermoplastische Kunststoffe - Kunststoffe, die weich werden, wenn sie erwärmt werden, und sich dann formen lassen, wenn sie abkühlen - werden dank ihrer Anpassungsfähigkeit und einfachen Recyclingmöglichkeiten weltweit in verschiedenen Branchen eingesetzt, von der Konsumgüterindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Eine neue Produktidee für eine Schallfelddurchflusszelle für Extrusionsprozesse, dem relevantesten Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffhalbzeugen, ermöglicht es, die Kunststoffe während der Verarbeitung mit hochfrequenten Schallwellen zu behandeln. Dadurch werden die Fasern besser durchdrungen und die Füllstoffe gleichmäßiger verteilt.Diese Technologie kann leicht in bestehende Produktionsumfelder integriert werden, was die Kosten senkt und es einfacher macht, neue Kunststoffe auf den Markt zu bringen. Außerdem ermöglicht sie neue Wege, um Kunststoffe zu recyceln und eröffnet Möglichkeiten für innovative Prozessechnologien wie das Schweißen von Kunststoffen.

Im Rahmen des Projekts soll ein intelligentes Vorschaltgerät entwickelt werden, welches konventionelle Satellitennavigationsempfänger vor dem Einfluss von Stör- und Täuschsignalen schützen kann.

Die Produktion von Zement, einem wesentlichen Bestandteil von Beton, wird laut Prognosen bis 2050 voraussichtlich um 50 % steigen, wodurch erhebliche CO2-Emissionen entstehen. Die Produktion von eine Tonne Zement geht mit der Freisetzung von etwa 600 kg CO2 einher und ist für mehr als 8 % der weltweiten menschengemachten CO2-Emissionen verantwortlich.Die Reduzierung des Betonverbrauchs durch die Verstärkung mit kohlenstofffaserverstärkten räumlichen Gitterstrukturen (CCFSLS) wird als vielversprechende Lösung angesehen. Das am KIT entwickelte mikrowellengestützte 3D-Drucksystem "SERPENS" ermöglicht bereits den erfolgreichen Druck von CCFSLS im Zentimeterbereich und wird durch das MWPrint4ReCon-Projekt auf einen industriellen Maßstab hochskaliert. Diese Technologie wird durch eine Zusammenarbeit verschiedener Institute am KIT sowie durch externe Partner validiert und könnte in Zukunft den CO2-Fußabdruck durch einen geringeren Betonverbrauch reduzieren. 

Munitionsaltlasten im Meer, insbesondere in deutschen Hoheitsgewässern der Nord- und Ostsee, stellen eine erhebliche Langzeitbelastung dar, da die versenkten Teile korrodieren und Explosivstoffe freisetzen. Neben den ökologischen Auswirkungen bedrohen sie auch verschiedene maritime Industrien wie den Offshore-Energiesektor. Die Suche nach diesen Objekten unter Wasser ist aufwendig, wobei viele potenzielle Objekte sich als falschpositiv erweisen. Die Nutzung von autonomen Unterwasserfahrzeugen wie SAM (Smart AUV-based Magnetics) mit Magnetometern hat das Potenzial eine kostengünstige und effektive Lösung zur Beschleunigung der Detektion und Verifikation solcher Munitionsobjekte zu bieten, als auch die Kosten zukünftiger Offshore-Bauvorhaben (z.B. Windparks) signifikant zu reduzieren.

Chirale Diole (organische Moleküle) sind wertvolle Bestandteile für die Herstellung von modernen Hochleistungskatalysatoren, jedoch ist ihre Herstellung mit klassischen Methoden aufwendig und teuer, so dass der Marktbedarf nicht gedeckt wird. Um diesen Engpass zu lösen wurde eine enzymatische Syntheseplattform entwickelt, die hochwertige chirale Diolen kosteneffizient und ressourcenschonend produziert. Diese Technologie ermöglicht niedrigere Herstellungskosten und höhere Reinheiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren und wird nun von "E-Tech PRO-Diols" in einen marktrelevanten kg-Maßstab überführt. Durch diese Technologie wird ein Türöffner zum Markteintritt geschaffen, wo sie zukünftig als Blaupause auch auf weitere Anwendungsfelder und Produktklassen übertragen werden kann

Die Alzheimer-Erkrankung ist die häufigste Form der Demenzerkrankung und stellt mit ihrer hohen Neuerkrankungsrate, erheblichen Belastungen für Patienten und hohen Kosten für die Gesellschaft eine beachtliche Herausforderung dar. Neue Immuntherapien könnten in der Frühphase der Erkrankung wirksam sein, jedoch fehlen bisher präzise Testverfahren für die Früherkennung für breite Bevölkerungsgruppen. Das Projekt EpiPhaGO zielt darauf ab, prädiktive Biomarker zur Früherkennung der Alzheimer-Erkrankung in Risikopatienten ohne klinische Symptome zu identifizieren, indem der Abbau bestimmter Proteine im Blut untersucht und mit Veränderungen in der DNA-Methylierung verglichen wird. Das Testverfahren soll kostengünstig und für den Hochdurchsatz geeignet sein, um somit der breiten Bevölkerung zur Früherkennung zur Verfügung zu stehen.

Die Lebensdauer und Effizienz von Halbleiterbauelementen, wie solche in Solarzellen oder Kameras, werden oft durch elektronische Defekte beeinträchtigt, was nicht nur wirtschaftliche Verluste, sondern auch Sicherheitsrisiken birgt. Um Defekte zu verstehen und zu vermeiden, wurde eine neue Technologie namens 3D-Leistungsanalyse entwickelt, die es ermöglicht, den durch Röntgenstrahlung induzierten Strom abzubilden und die 3D-Leistung von Bauelementen zu rekonstruieren. Diese Innovation bietet die Möglichkeit, die Leistung in sonst schwer zugänglichen Bereichen zu messen und hat das Potenzial, verschiedene Halbleiterbauelemente zu verbessern. Durch Experimente mit Synchrotron-Röntgenquellen wurde die Machbarkeit bereits demonstriert und der Technologietransfer zu laborgestützten Röntgenquellen ist im Gange. Das Projekt Perform3D zielt darauf ab, die Technologie in eine industrielle Umgebung zu überführen und ihre Anpassung an kommerzielle Röntgenmikroskope sowie die Entwicklung benutzerfreundlicher Software zu validieren.

Fibrotische Erkrankungen (Krankheiten, bei denen überschüssiges Bindegewebe in Organen oder Geweben entsteht, was zu Vernarbungen und Funktionsverlust führt) sind weit verbreitet und machen einen beträchtlichen Anteil der Todesfälle in industrialisierten Ländern aus. Unter anderem die idiopathische Lungenfibrose (IPF) erfordert neue Pharmakotherapien. Es wurde eine vielversprechende neue Klasse von antifibrotischen Substanzen entdeckt, die gegen IPF wirken können. Um sie erfolgreich auf den Markt zu bringen, ist es wichtig, ihre Targets und ihren Wirkmechanismus zu verstehen sowie ihre Wirksamkeit in Tiermodellen zu demonstrieren. Dies erfolgt durch Medizinalchemie und experimentelle Tests an IPF-Tiermodellen. Zusätzlich werden chemische Modifikationen durchgeführt, um die Ziele der Substanzen in menschlichen IPF-Fibroblasten zu identifizieren und zu bestätigen. Anschließend werden die Auswirkungen der Substanzen auf biologische Prozesse und die Kommunikation zwischen Zellen durch Experimente an Gewebeschnitten der fibrotischen Lunge und Analyse mittels Einzelzell-RNAseq-Technologie untersucht.

Die Umstellung des Energiesektors auf erneuerbare Energien erfordert den Ausbau von Offshore Windparks und die Stilllegung von Öl- und Gasplattformen, was eine verbesserte Meeresbodenbeobachtung notwendig macht. Die derzeitigen Unterwassertechnologien sind teuer, schwerfällig und für spezialisierte Anwendungen konzipiert, was den Zugang für viele Nutzer einschränkt. Mit dem einsatzfähigen Prototyp des Modular Ocean Lander Architecture (MOLA) wird eine kostengünstige Lösung geschaffen, die vielfältige Anwendungen ermöglicht und den Zugang zu Meeresbodenbeobachtungen für eine breitere Nutzerbasis wie KMUs, NGOs, Behörden und Wissenschaftlern erleichtert. Das MOLA-System besteht aus kompakten, vielseitigen Sensorplattformen, die deutlich einfacher in der Handhabung sind als herkömmliche Geräte und komplexe Messkonzepte erlauben.

Neuartige therapeutische Ansätze wie Genersatztherapien erfordern den gezielten Transport von Makromolekülen wie Proteinen, RNA oder DNA in erkrankte Zellen. Bisher wurden vor allem virale Vektoren verwendet, die jedoch oft Nebenwirkungen verursachten. Um dieses Problem zu lösen, wurden Synthetic Transport Vehicles (STVs) entwickelt, künstliche Vesikel aus synthetischen Designerproteinen, die eine effiziente und nebenwirkungsarme Übertragung von Molekülen ermöglichen. Durch die Modulierbarkeit der STVs können sie programmierbare RNAs verpacken und in Zielzellen freisetzen, was breite Anwendungsmöglichkeiten in der biomedizinischen Forschung und klinischen Anwendung bietet.

Die COVID-Pandemie hat die Bedeutung eines schnellen Zugangs zu Gesundheitsinformationen unterstrichen, insbesondere zu DNA- oder RNA-Sequenzen, um genetische Merkmale und Krankheitserreger und deren Resistenzspektren zu identifizieren. Die Entwicklung der Diagnoseplattform LEOPARD könnte den Zugang zu Gesundheitsdaten revolutionieren. Im Rahmen des Helmholtz-Validierungsprojekts wird eine Lateral-Flow-Assay-Version von LEOPARD entwickelt, um RNA-Biomarker kostengünstig und ohne aufwändige Instrumente oder Fachpersonal zu erfassen. Diese Tests zielen auf die Erkennung von Atemwegsviren, einschließlich SARS-CoV-2 und Influenzavirus ab. 

Das RIM2D Validierungsprojekt zielt darauf ab, ein 2D Überflutungsmodell des GFZ in die Praxis zu übertragen, dass eine schnelle Simulation von Überflutungen in urbanen Gebieten ermöglicht. Das Modell ist weniger datenintensiv und die einzelnen Modelle sind einfach zu erstellen, was einen verbreiteten Einsatz in der Hochwasserrisikoanalyse, dem Hochwassermanagement und der Hochwasservorhersage ermöglicht. Angesichts zunehmender Starkregenereignisse und Überflutungen wird der Einsatz solcher Analysen für alle deutschen Kommunen immer wichtiger, um eine nachhaltige Stadtentwicklung zu gewährleisten. Das RIM2D-Modell muss jedoch für den praktischen Einsatz noch erweitert und an die Anforderungen der Ingenieurbüros angepasst werden, was im Rahmen dieses Validierungsprojekts geschieht.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung des bakteriellen Naturstoffs Darobactin als neuartiges Antibiotikum gegen gramnegative Krankheitserreger (Erreger mit einer eher dünnen Außenhülle, die mit bestimmten Antibiotika bekämpft werden können). Darobactine, die eine neuartige Verbindungsklasse darstellen, die den BamA-Komplex, einen wesentlichen Bestandteil der Außenhülle gramnegativer Erreger, hemmen, werden chemisch und biotechnologisch bis zum präklinischen Kandidatenstadium hergestellt und optimiert.

Das Projekt zielt darauf ab, zwei zentrale Probleme zu lösen: 1) den Mangel an Impfstoffadjuvantien (nicht-aktive Substanzen, die einem Impfstoff hinzugefügt werden, um die Immunantwort des Körpers zu verstärken), die derzeit auf dem Markt sind, und 2) das Fehlen eines prophylaktischen Impfstoffs gegen Krankheiten, die durch das Hepatitis-C-Virus verursacht werden. Um diese beiden Probleme anzugehen, ist eine klinische Phase I-Studie mit einem HCV-Impfstoffkandidaten geplant, der ein HCV-Hüllprotein E1E2-Heterodimer und vier T-Zell-Peptide mit CD4- und CD8-Epitopen als Antigene enthält, die mit einem eigens entwickelten Adjuvans c-di-AMP formuliert werden.

Das Projekt zielt darauf ab, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Garnelenzucht durch ein am AWI neu entwickeltes Sortiersystem zu verbessern. In Zusammenarbeit mit dem Partner ECOshrimp aus Israel wird das AWI Shrimp Sorting System validiert und an die Bedürfnisse verschiedener kommerzieller Tanks angepasst. Durch vorkommerzielle Tests sollen die Vorteile des Systems für Garnelenproduzenten quantifiziert und Tiergesundheitsparameter ermittelt werden, um den Mehrwert des Produkts zu unterstreichen. Die Ergebnisse sollen den wirtschaftlichen Nutzen von modularen Sortierprodukten verdeutlichen und zur nachhaltigeren und effizienteren Nahrungsmittelproduktion beitragen.

Das Projekt Memorthotic zielt darauf ab, eine am Hereon entwickelte Textiltechnologie zu validieren, die in Kompressionskleidung eingesetzt werden kann, um verlorene Passform und mechanische Eigenschaften wiederherzustellen. Dies soll die Probleme des aktuellen Stands der Technik überwinden, bei dem die Kompressionskleidung aufgrund unkontrollierbarer Verschlechterung ihrer Eigenschaften nicht effektiv ist. Durch technische und Anwendervalidierung soll ein Prototyp entwickelt und eine tragfähige Geschäftsstrategie erstellt werden, um den Marktwert des Projekts zu steigern und für Investoren attraktiver zu machen.

Das Vorhaben MYTOS dient der Validierung des Verfahrens der Bildgebung mit kosmischen Myonen (subatomare Teilchen) für die Überwachung großer Objekte, wie Anlagen der Prozessindustrie, sowie Bauwerken und Lagerbehältern für nukleare Abfälle. Dazu wird beispielhaft ein 2 x 0,5 m² großer 4-Kammerdetektor aufgebaut. Vorab wird getestet, ob eine Variante mit Szintillationsfasern oder eine Variante mit Gasionisation besser und robuster ist. Neuartig ist das Kanaladressierungsschema, welches den Detektor insgesamt preiswerter im Aufbau macht, als die wenigen vergleichbaren Systeme am Markt. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Prüfbehörden wird das Bildgebungsverfahren exemplarisch demonstriert.

Das Projekt zielt darauf ab, ein neuartiges Gas-Sensorkonzept auf Basis von schwarzem Phosphor zu validieren, insbesondere für die Detektion von CO2. Die einzigartigen Eigenschaften des schwarzen Phosphors, wie sein geringer Energieverbrauch und seine hohe Empfindlichkeit, sollen eine technologische Marktlücke in verschiedenen Industrien schließen. Konkret beabsichtigt das Projekt, einen Sensor zu entwickeln, der eine besonders hohe Genauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit aufweist und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist. Dieser Sensor soll in der Lage sein, den CO2-Gehalt in der Raumluft präzise zu messen und damit zur Überwachung der Raumluftqualität beizutragen. Durch die Integration in eine PCB-basierte Hardware und die Bestimmung charakteristischer Spezifikationen soll der Sensor für den Markt einsatzbereit gemacht werden.

Das Projekt ValidITy zielt darauf ab, die bislang sehr zeit- und kostenintensive Auswertung von bathymetrischen Daten mithilfe von künstlicher Intelligenz und Terrain Classification Dictionaries zu vereinfachen. Bathymetrische Daten sind Messdaten, die die topographische Struktur des Meeresbodens erfassen und wichtige Informationen über Tiefen, Bodenbeschaffenheit und Objekte wie Felsen und Riffe liefern. Diese Daten werden von verschiedenen Akteuren genutzt, darunter Umweltwissenschaftler, Ozeanographen, Meeresingenieure, Fischereiwissenschaftler und Regierungsbehörden, um marine Ressourcen zu erforschen, die Sicherheit der Schifffahrt zu gewährleisten und ökologische Lebensräume zu schützen. Das Projekt zielt darauf ab, eine benutzerfreundliche Software-Anwendung zu entwickeln, die den Import von Sonar-Daten ermöglicht und zuverlässig verschiedene Objekttypen in den Daten identifiziert.

Das Projekt zielt darauf ab, die Produktion von therapeutischen Proteinen in Säugetierzellen zu optimieren und zu steigern. In der Biotechnologie sind diese von großem Nutzen, da sie für die Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung verschiedener Krankheiten, wie Krebs, Autoimmunerkrankungen und Infektionen verwendet werden können. Durch die Überexpression eines Proteins konnte die Produktion von Erythropoietin (ein Hormon, das in den Nieren produziert wird und die Produktion roter Blutkörperchen im Knochenmark stimuliert) um bis zu 290% gesteigert werden. Ziel ist es, diese verbesserte Produktion über viele Zellpassagen und in industriellen Inkubatorvolumina aufrechtzuerhalten und zu bestätigen, dass diese Zellen auch die Produktion einer breiten Palette von Proteinen, insbesondere therapeutischer Antikörper, erhöhen können.

Das Projekt zielt darauf ab, neue Schmerzmittel zu entwickeln, um neuropathische Schmerzen (Schmerzen, die durch eine Schädigung oder Fehlfunktion des Nervensystems verursacht werden) zu behandeln, die bisher nicht wirksam gelindert werden können. STOML3-Antagonisten werden als vielversprechende Kandidaten betrachtet, da sie die Sensibilisierung von Schmerzrezeptoren blockieren und neuropathische Schmerzen wirksam bekämpfen können. Durch die Entwicklung dieser neuen Medikamente, die oral eingenommen werden können, sollen die mangelhafte Versorgung durch das verfügbare Medikament Lyrica, dass nur bei 25% der Patientinnen und Patienten Wirkung zeigt, in Zukunft verbessert werden.

Die Entwicklung neuer Medikamente ist teuer und unsicher, da viele klinische Studien scheitern. Ein Grund dafür ist, dass existierende präklinische Modelle selten vorhersagen können, wie Medikamente beim Menschen wirken. Organ-Chip (OoC) Technologien haben das Potenzial, das zu ändern: Im Projekt wird ein neu entwickelter Chip namens µLumen-Chip validiert, der menschliches Gewebe imitiert und für verschiedene Anwendungen geeignet ist.  Der Chip ist einzigartig, da er Eigenschaften vereint, die handelsübliche OoC-Systemen nicht bieten können: er erfasst die 3D-Architektur menschlichen Gewebes, erleichtert großangelegte Screening-Anwendungen mit Standard-Laborausrüstung und ist auf fortschrittliche Designs mit höherer Gewebekomplexität erweiterbar. Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit, der beschleunigten Modellierung von derzeit noch unzugänglichen Krankheiten menschlicher Gewebe. Damit birgt das Vorhaben einen erheblichen Mehrwert für Kunden aus der pharmazeutischen Industrie, der Wissenschaft und die Gesellschaft.

Natürliche Farbstoffe, insbesondere Phycocyanin und Phycoerythrin, die sich in Mikroalgen finden, sind in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie zunehmend nachgefragt aufgrund ihrer Unbedenklichkeit und nachhaltigen Herstellung. Obwohl Phycocyanin bereits als Lebensmittelfarbstoff etabliert ist, haben viele potenzielle Anwendungen aufgrund von Mängeln in seinen Eigenschaften, wie Fotostabilität, Säurestabilität oder thermischer Stabilität, noch nicht das volle Potenzial entfaltet. PHYCOLOR zielt darauf ab, diese Mängel zu beheben, indem es verbesserte Varianten dieser Farbstoffe biotechnologisch entwickelt und und in Cyanobakterien produziert. Ziel des Projekts ist es, einen maßgeblichen Schritt in Richtung einer breiteren Anwendung dieser unbedenklichen und nachhaltigen Farbstoffe zu gehen.

Die freeze-and-deposit Methode für die Probenvorbereitung bei der hochauflösenden kryo-EM-Bildgebung von biologischen Proben wird für die Kommerzialisierung validiert. Der innovative Ansatz verspricht eine verbesserte Auflösung von Strukturen auf atomarer Ebene und schnellere Durchlaufzeiten. Ziel ist es, von einem formulierten Technologiekonzept zu einer vollständig entwickelten Technologie überzugehen und diese teilweise mit Partnern zu validieren. Die Partnerschaft mit wissenschaftlichen Einrichtungen wie dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und Industriepartnern wie Thermo Fisher Scientific ermöglicht es, die Effizienz und Wirksamkeit dieser Methode in verschiedenen Umgebungen zu testen und sicherzustellen, dass sie für Forschungslabors und industrielle Anwendungen gleichermaßen nützlich ist.

Die Entwicklung von Krebsmedikamenten ist ein teurer und fehleranfälliger Prozess. Während jedes Jahr 9,5 Millionen Menschen an Krebs sterben, kostet die Entwicklung eines einzigen Medikaments bis zu 2,7 Milliarden USD. Die Kosten für ein Medikament pro Dosis können zwischen Zehntausenden von Dollar und einer halben Million Dollar liegen. Das Projekt basiert auf einer eigens entwickelnten KI-Plattform, die die Kosten und die Zeit bis zur Markteinführung von Krebstherapien zu senken verspricht. Die Plattform nutzt modernste Deep-Learning-Methoden und eine umfangreiche molekulare Datenbank. Mit diesem Projekt sollen sowohl die technischen als auch die wirtschaftlichen Aspekte der Plattform validiert werden.