Aus der Branche

Spätestens seit der Corona-Pandemie kennt man Antigen-Schnelltests. Ein Rachenabstrich oder eine Speichelprobe reichen aus, um schnell eine mögliche Infektion festzustellen. Doch wie lassen sich Schnelltests für noch anspruchsvollere diagnostische Fragen in der Medizin nutzen? Im Zentrum der Forschung an Instituten der Zuse-Gemeinschaft stehen der Einsatz mehrerer Analyte und damit die gleichzeitige Beprobung auf verschiedene gesundheitliche Fragestellungen ebenso wie Möglichkeiten zum Nachweis sehr geringer Konzentrationen von Substanzen.

Am Göttinger Institut für Nanophotonik (IFNANO) setzt man dafür auf die Weiterentwicklung von Analyseverfahren, die mit Teststreifen funktionieren, wie man sie nicht nur von Corona-, sondern z.B. auch von Schwangerschafts-tests kennt. Das Grundprinzip dieser Teststreifen: Die Analyte werden in wäss-rigen Medien gelöst dann mit Markern gemischt und auf ein Trägermedium gegeben, auf dem sie bis zur Test- und Kontrolllinie wandern. Die Analyte, wie zum Beispiel das Corona-Virusmaterial, binden sich einerseits an den Marker, der aus einer Farbmarkierung wie z.B. Goldnanopartikeln und dem Antikörper besteht, und anderseits an den Antikörper an der Testlinie. Die Antikörper sind so aufgebaut, dass sie selektiv d. h. möglichst nur einen Analyten, wie das Corona-Virusprotein, binden. Durch das Anreichern der Marker auf den Linien verfärben sich diese und man kann den Test mit bloßem Auge auslesen.

Diagnostik u.a. von Autoimmun-, Stoffwechsel- und Infektionskrankheiten
Ähnlich wie beim IFNANO, so steht auch am Forschungszentrum für Medizintechnik und Biotechnologie in Bad Langensalza (fzmb) bei der Arbeit an Schnelltests im Fokus, mehrere Analyten aus einer einzigen Probe zu bestimmen. Dazu gehören die Diagnostik von Autoimmun-, Stoffwechsel- und Infektionskrankheiten, Allergie- und Nahrungsmittelunverträglichkeitstests sowie Krebsanalytik und Biomarkersuche. „Unsere Entwicklungsprodukte bieten hervorragende Perspektiven für neue Wege in der individualisierten Diagnostik und personalisierten Medizin“, erklärt fzmb-Geschäftsführer Dr. Peter Miethe. Die Auswertesysteme des fzmb ermöglichen nach seinen Angaben die automatisierte, kundenspezifische Analyse auf verschiedenen Trägerformaten wie Mikrotiterplatten, Objektträgern, Membranen und kundenspezifischen Biosen-soren. Als konkrete künftige Einsatzgebiete für die Schnelltests strebt das fzmb u.a. das Erkennen autoimmuner Schädigungen von Gehirnfunktionen beim Menschen an. Hierzu läuft aktuell ein Projekt mit drei Forschungspartnern bei dem Thüringer Institut. Dabei sollen erstmals mehrere Autoantikörper gleichzeitig bestimmt werden, um eine differenzierte Diagnose, individualisierte Therapieeinstellung und Verlaufskontrolle bei Patienten mit autoimmunen neuronalen Erkrankungen zu gewährleisten.

Lab on a Chip-Technologie entwickelt
Kernkompetenz sind Schnelltests mit Hilfe der Bioanalytik auch bei Hahn-Schickard. Neben klassischen Verfahren mit Teststreifen setzen die Forschenden in Freiburg auf die „Lab on a Chip“-Technologie. Die von ihnen entwickelte sogenannte LabDisk, das ist eine Kunststoff-Kartusche, die als Träger für das Testmaterial dient und in ein mobiles Auslesegerät eingeführt wird, hat sich nicht nur in medizinischen Anwendungen, sondern auch in der Umweltanalytik, z.B. in der Qualitätssicherung von Wasser- und Lebensmittelproben bewährt.

Fertigung wieder in Deutschland ansiedeln
Der Pharmabereich ist einer jener Sektoren, in denen Störungen von Produktions- und Logistikketten, bedingt durch Lieferprobleme aus Fernost, während und nach der Corona-Krise schmerzhaft spürbar wurde. „Die Arbeit von Instituten der Zuse-Gemeinschaft ist ein Baustein, um in einigen wichtigen Teilbereichen der Medizintechnik wieder mehr Souveränität zu erlangen“, erklärt der Geschäftsführer der Zuse-Gemeinschaft, Dr. Klaus Jansen.

Die verhaltene Innovationstätigkeit im deutschen Mittelstand vor und während der Corona-Krise macht zunehmend Sorge. Laut dem jüngsten von der KfW veröffentlichten Innovationsbericht Mittelstand ist nur rund jeder fünfte deutsche Mittelständler mit Innovationen aktiv.
 
Die Innovatorenquote im Mittelstand als Gradmesser für Neuerungen, die Unternehmen umsetzen, lag laut dem am 24.06.2021 von der KfW veröffentlichten Innovationsbericht Mittelstand für die Jahre 2017/19 bei 22 Prozent und stieg damit gegenüber der Vorjahreserhebung leicht an. Eine Anpassung der Datengrundlage - erstmals wurde aufgrund internationaler methodischer Veränderungen auch nach organisatorischen und Marketing-Innovationen gefragt - hätte einen deutlichen Anstieg der Innovatorenquote erwarten lassen. Nach den nun vorliegenden Ergebnissen war aber weiterhin nur eine relativ schmale Basis an Mittelständlern zu Beginn der Pandemie mit Innovationen aktiv. Danach sorgte die Corona-Krise für zusätzliche Belastungen im Mittelstand, nicht zuletzt auch bei kleineren und mittleren Unternehmen (KMU). Gerade KMU aber können durch Kooperationen mit den gemeinnützigen Einrichtungen der Industrieforschung stark profitieren.

Gemeinnützige Forschung für den Mittelstand bundesweit fördern
Eine Aktivierung kleiner und mittlerer Unternehmen für mehr Innovationen kann nach Auffassung der Zuse-Gemeinschaft daher am besten über zielgenaue Projektförderung gelingen. Viele Maßnahmen wie das transferorientierte Förderprogramm INNO-KOM des Bundeswirtschaftsministeriums, das sich an gemeinnützige Forschungsinstitute richtet, sind bisher allerdings an die Strukturförderung gebunden. „Gemeinnützige Forschung für den Mittelstand braucht bundesweite Förderung unabhängig von Strukturförderung. Denn kreative Ideen entfalten sich in Kooperation von Forschung und Unternehmen über Regionsgrenzen hinweg. Dafür braucht es eine passgenaue Förderung von Innovationen im Mittelstand, bundesweit“, mahnt der Geschäftsführer der Zuse-Gemeinschaft, Dr. Klaus Jansen.

Zu konstatieren sei, dass die starke Steigerung der Forschungsausgaben in Deutschland bisher viel zu wenig im Mittelstand ankomme. „Während staatliche Forschungsausgaben wie zugunsten des „Pakts für Forschung und Innovation“ sowie die Aufwendungen von Großunternehmen für FuE weiter steigen, fehlt es bei der Entwicklung der Innovatorenquote im Mittelstand bislang an Dynamik“, erklärt Jansen. Für ihn ist eine wichtige Lehre aus der Corona-Krise: „Eine weitere Ausweitung staatlicher Forschungsausgaben darf nicht Selbstzweck sein, sondern muss sich klar an Innovationen im Mittelstand sowie am gelingenden Transfer von Forschungsergebnissen in die Wirtschaft ausrichten.“

Die Zuse-Gemeinschaft bleibt in wirtschaftlich schwierigen Zeiten Anker und Kompass für die Industrieforschung in Deutschland. Der Verbund gemeinnütziger Forschungseinrichtungen hat jetzt das Institut für Strukturleichtbau und Energieeffizienz (ISE) aus Chemnitz als 76. Mitglied aufgenommen.

ISE befasst sich u.a. mit Forschung und Entwicklung zu klimafreundlichem Bauen und umweltgerechtem Heizen. Weitere Arbeitsschwerpunkte sind der  Anlagenbau sowie der Schiffbau. Das Forschungsinstitut kooperiert mit Unternehmen und anderen Forschungspartnern, um innovative Werkstoffe, Technologien und Produkte hervorzubringen sowie Prüfmethoden für Anwendungen weiter zu entwickeln. Das Institut ist sowohl im Industrie-Hub Chemnitz und dessen Umgebung wie auch international gut vernetzt. Mit der Aufnahme des ISE zählt die Zuse-Gemeinschaft nunmehr allein in Sachsen 19 Mitglieder, davon acht in Chemnitz.

„Mit unserer Aufnahme in die Zuse-Gemeinschaft treten wir einem starken Verbund bei, der sich für die dringend notwendigen Verbesserungen in den Rahmenbedingungen für den praxisorientierten Forschungstransfer einsetzt“, sagte ISE-Geschäftsführer Dr. Peter Kaufmann bei der Feierstunde am Institutssitz zur Übergabe der Mitgliedsurkunde.

Prof. Dr. Steffen Tobisch, wissenschaftlicher Vizepräsident der Zuse-Gemeinschaft und Leiter des Instituts für Holztechnologie Dresden (IHD) erklärte bei der Übergabe der Mitgliedsurkunde: „Mit ISE wird die Expertise der Zuse-Gemeinschaft in Bereichen wie Regenerative Energien und Bauwirtschaft sowie im Schiffbau weiter gestärkt. Zugleich knüpfen wir unser starkes Netzwerk am Standort Chemnitz und in Sachsen noch fester.“

In Deutschland wird wieder mehr gebaut. Die heute entstehenden und zu sanierenden Häuser sollen nicht nur bezahlbar, sondern auch klimafreundlich und fit für die digitale Zukunft sein. Das Smart Home sollte diese Ansprüche vereinen. In der anwendungsnahen Forschung der Zuse-Gemeinschaft lassen sich die verschiedenen Ansprüche schon gemeinsam umsetzen – mit Erfolg und reif für den Einsatz in der Praxis.

Die Hitzewelle der vergangenen Wochen hat uns gezeigt: Ein intelligentes Kälte- und Wärmemanagement wird zu Hause, im Büro oder in Gewerbege-bäuden immer wichtiger. Was sich an Energieeinsparung und Komfortzuwäch-sen gewinnen lässt, wenn man Künstliche Intelligenz mit klassischer Beschat-tungstechnik kombiniert, zeigt ein vom Bundesforschungsministerium geför-dertes Projekt an den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF). Dabei werden Algorithmen, die sich am typischen Nutzerverhalten orientieren, mit dem tatsächlichen Wohn- und Arbeitsleben ebenso abgegli-chen wie mit Wetterdaten. Als außen liegenden Sonnenschutz kommen Textilscreens zum Einsatz, ein fein strukturiertes Gewebe, das Aufheizen verhindert und den Blick nach draußen erlaubt. „Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen: Um deutliche Energieeinsparungen zu erzielen, brauchen wir Sonnenschutz und Regelungstechnik nicht neu erfinden. Vielmehr liegt die Kunst darin, das Verhalten des Einzelnen und dessen Wünsche an Licht und Temperatur mit dem Optimum in Sachen Energieverbrauch zu kombinieren“, erläutert DITF-Bereichsleiter Christoph Riethmüller.

Es ist 150 Jahre jung, wächst weiter und hat ein faszinierendes Innenleben: Das Periodensystem der Elemente wird von den Vereinten Nationen wegen seines Stellenwerts für Wissenschaft und Wirtschaft 2019 mit einem Weltjahr geehrt. Viele Forschungsinstitute der Zuse-Gemeinschaft haben eine besondere Beziehung zum Periodensystem, denn sie sind spezialisiert auf innovative Anwendungen in Chemie, Physik und Materialwissenschaften.

Unabhängig voneinander ordneten Dmitri Mendelejew (1834–1907) und wenige Monate später Lothar Meyer (1830–1895) die chemischen Elemente nach ihren Eigenschaften so, dass Prognosen über noch nicht entdeckte Elemente leichter fielen. Derzeit listet das Periodensystem 118 verschiedene Elemente, beginnend mit Wasserstoff und auf heutigen Darstellungen meist endend mit dem erst 2005 entdeckten Element 118, dem Oganesson.

Menschen-Atome zu mehr als 99 Prozent Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff
Während die Grundlagenforschung im Periodensystem auf der Suche nach immer schwereren, neuen Elementen mit extrem kurzen Halbwertszeiten ist, gewinnt die anwendungsorientierte Forschung ihren Reiz auch aus der Arbeit mit der riesigen Vielfalt der Eigenschaften, welche die Verbindung verschiedener Elemente schafft. Mehr als 99 Prozent der Atome, aus denen der Mensch besteht, sind entweder Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff. Jedes der Elemente im verbleibenden Prozent ist aber genauso wichtig, so z.B. Kalzium für den Knochenbau, Eisen für das Blutbild, oder Magnesium für Muskelfunktion und Eiweißsynthese.