doc - TiK - Technik im Klartext
Werbung
Ausgezeichnet vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft im Rahmen des Aktionsprogramms „PUSH – Dialog Wissenschaft und Öffentlichkeitsarbeit“ NEWSLETTER für Schülerzeitungsredaktionen Ausgabe April 2005 Die Sprache der Zahlen Ein Fenster in die Vergangenheit Die Pflanze schlägt zurück! Tödliche Genmutationen Abrakadabra: Das Handy wird zum Zauberstab Hut ab! Ein Blick durch den gläsernen Zylinder Dem Tropfen auf der Schliche Strahlend helle Zähne durch Bleaching Alles neu macht – die Stammzelle? TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Hallo liebe Schülerzeitungsredakteurinnen und Schülerzeitungsredakteure, erst mal ein großes Lob an euch! Viele von euch haben während unserer Schülerworkshops ebenso fleißig selbst geschrieben wie gestaltet und uns mit beeindruckenden Ergebnissen verblüfft. Nun sind wir wieder an der Reihe, euch von neuen Erkenntnissen zu berichten. Wir verraten euch beispielsweise, wie ihr es schafft, dass eurer Lächeln genauso strahlend weiß wie das der netten Damen aus der Werbung wird und wie Auto fahren „oben ohne“ genau funktioniert. E-Mail, GPRS, WAP, Kamera... ihr denkt, das war alles, was die Mobilfunkindustrie zu bieten hat? Na dann schaut mal auf Seite 7 und ihr werdet staunen, was ihr mit eurem Handy in Zukunft noch so alles anstellen werdet. Ihr könnt alle Artikel gerne für eure Schülerzeitungen verwenden. Ob ihr sie unverändert übernehmt oder lieber umgestaltet, bleibt euch überlassen. Vielleicht habt ihr auch Lust, zu einem der Themen weiter zu recherchieren? Ihr könnt selbstverständlich den Ansprechpartner, der unter dem jeweiligen Artikel genannt ist, anrufen oder ihm eine E-Mail schreiben. Sicher wird er euch noch mehr zum Thema erzählen. Ihr könnt auch selbst in die Institute gehen und euch die Forschungsprojekte aus der Nähe ansehen. Wir stellen den Kontakt gerne für euch her. Schreibt einfach eine E-Mail an [email protected] Wir sind gespannt, welche Themen euch besonders interessiert haben. Es ist sehr wichtig für uns, zu wissen, ob ihr die Artikel aus dem Newsletter verwenden könnt, deshalb schickt uns doch bitte ein Belegexemplar der Schülerzeitungsausgabe, in der ihr einen Artikel verwendet habt. Wir freuen uns darauf und sind gespannt, was ihr aus den Artikeln macht! P.S.: Schaut doch auch mal auf unserer Internetseite (www.tik.rwth-aachen.de) nach: Unsere Studenten haben erstmals Texte speziell für das Internet geschrieben. Vielleicht inspirieren euch die Onlinetexte ja dazu, in Zukunft selber Texte eurer Schülerzeitung für das Internet zu schreiben? Viel Spaß und Erfolg beim Lesen und Recherchieren! Viele Grüße von eurem TiK-Team Seite 2 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Die Sprache der Zahlen Wie Zahlen im Kopf gespeichert sind und wie wir mit ihnen umgehen 2+II+zwei = ? - Zugegeben, diese Gleichung ist etwas ungewöhnlich. Aber habt ihr sie nicht dennoch relativ schnell lösen können? Für gesunde Menschen sollte dies auch kein Problem darstellen, denn unser Gehirn ist in der Lage, die verschiedenen Informationen aufzunehmen und ihre mathematische Bedeutung zu verstehen. Bei Schlaganfallpatienten hat man allerdings festgestellt, dass sie oft nicht mehr in der Lage sind, einfachste Rechenaufgaben zu lösen. Professor Willmes- von Hinckeldey, Leiter des Lehr- und Forschungsgebiets Neuropsychologie an der Uniklinik in Aachen, hat mit Kollegen einige Projekte zu diesem Thema in Angriff genommen. Ziel ist es, die Aufnahmevorgänge von Zahlen und die Verarbeitung von Recheninformationen im menschlichen Gehirn zu untersuchen. Dabei konnte die Annahme unterstützt werden, dass Zahlen und Sprache eng miteinander verknüpft sind. Im anfangs genannten Beispiel haben wir es gleich mit drei verschiedenen „Sprachen“ zu tun. Sie sind in verschiedenen Bereichen des Gehirns gespeichert und bezeichnen jeweils eine eigene Art der Zahlenrepräsentation: die Anzahl „2“ als arabische Zahl, dann römische Zahl und als Zahlwort. Patienten, die aufgrund einer Lähmung der linken Hirnhälfte an akuten Sprachstörungen leiden, können das, was mathematisch in ihrem Kopf passiert, nicht korrekt ausdrücken oder aufschreiben. Doch die Erkenntnis, dass ihre Probleme nicht zwingend in der Mathematik, sondern im gestörten Sprachvermögen liegen, macht es den Betroffenen leichter, diese zu bewältigen. SUSANNE DRUENER Kontakt: Lehr- und Forschungsgebiet Neuropsychologie an der Neurologischen Klinik Prof. Dr. rer. nat. Klaus Willmes-von Hinckeldey Pauwelsstraße 30 52074 Aachen Tel.: 0241-80 89 970 oder 80 88 477 Fax: 0241-80 82 598 Email: [email protected] Ein Fenster in die Vergangenheit RWTH-Forscher sieht direkt in die Köpfe mittelalterlicher Menschen Wir denken, wir kennen das Mittelalter. Karl der Große, Ritter und Kreuzzüge – mehr war da doch nicht! Aber stimmt das so? Nein! Damals schon bemühen sich Ärzte und Naturwissenschaftler, ihr Wissen über den menschlichen Körper zu erweitern. Dieses Wissen entdeckt Prof. Bein vom Germanistischen Institut der RWTH Aachen heute wieder neu. In seinem Fachgebiet - der älteren deutschen Literatur - beschäftigt er sich nicht nur, wie ihr es aus dem Deutschunterricht kennt, mit Gedichten oder Erzählungen wie dem Nibelungenlied, sondern ganz besonders auch mit Sachtexten. Diese berichten wie die Menschen sich damals ihre Welt, ihren Körper und ihre Krankheiten erklärten. Die Vier Die Ärzte dachten nämlich im Mittelalter, dass im Körper vier Säfte seien, deren Gleichgewicht über Krankheit und Gesundheit entschied. Diese vier Säfte waren Blut, Schleim, helle und dunkle Galle. Sie waren für die Art der Krankheit und deren richtige Behandlung entscheidend, gaben den Menschen aber auch ihren Charakter. Jedem der vier Säfte war eine Jahreszeit, ein Alter und drei Sternzeichen zugeordnet. Um diese Entsprechungen entstand so ein ganzes Weltbild, welches sich auch in der Dichtung der Zeit widerspiegelte. Das ritterliche Ideal der „Mâze“, was soviel wie Ausgeglichenheit heißt, zog sich wie ein roter Faden durch die Literatur. Moment mal, das kenn’ ich doch... Dieses Gedankengut, wo Heilerfolg eng mit einem Gleichgewicht zusammenhängt, lässt uns heute eher an die traditionelle chinesische Medizin denken. Tatsächlich fallen bei einem Vergleich beider Richtungen erstaunliche Parallelen auf. In der chinesischen Medizin ist jeder Person eine bestimmte Gewichtung der vier Elemente – in China sind es Holz, Wasser, Luft und Erde – zugeordnet. Menschen mit viel Holz müssen demnach anders behandelt werden als solche mit viel Wasser. Seite 3 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Auch in der mittelalterlichen Medizin waren jedem der vier Säften eines der vier Elemente zugeteilt. Hier war ebenso das Gleichgewicht wichtig um die richtige Diagnose zu stellen und anschließend eine passende Behandlung zu finden. Nur entwickelten sich die beiden Richtungen vollkommen unabhängig voneinander. In China vergaß man die traditionelle Medizin allerdings nicht. Und heute ist sie bei uns auf dem Vormarsch – und mit ihr entdeckt man das Modell des Mittelalters neu. Irrtümer Wenn man dagegen einmal sieht, wie sich Ärzte die inneren Organe vorstellten, merkt man schnell, dass sie oft vollkommen falsche Ansichten hatten. Die Leber stellte man sich wesentlich größer vor, als sie tatsächlich ist. Dies lag daran, dass die Medizin schon in der Antike dachte, Schweine hätten die gleichen inneren Organe wie Menschen. Doch die Leber eines Schweines ist größer als die eines Menschen. Und auch die übrigen Organe unterscheiden sich. Kurios waren auch die Vorstellungen über die Entstehung der Geschlechter. So galten Jungen als warm und trocken, wohingegen Mädchen kalt und feucht sein sollten. Gemäß dieser Theorie stellte man sich die Gebärmutter zweigeteilt vor. In der rechten Hälfte, die näher an der Leber lag, welche als das „heißeste“ Organ im Körper galt, entwickelten sich demnach Jungen, in der linken Mädchen. Seit dieser Zeit gilt die linke Körperseite als die schlechtere. Solche merkwürdigen Vorstellungen und Naturmodelle haben noch Auswirkungen bis in unsere heutige Zeit, obwohl wir natürlich Vieles - medizinisch und biologisch - besser wissen. Aber wir sprechen immer noch von 'linkischen' Menschen und werten sie ab und bis vor Kurzem hatten es Linkshänder noch recht schwer in unserer Gesellschaft. Man sieht: uralte Vorstellungen von Rechts und Links und ihrer Wertigkeit haben es bis in unsere moderne und 'aufgeklärte' Zeit geschafft. Warum? Einige Irrtümer der Mittelalterlichen Medizin waren noch nicht einmal selbstverschuldet. In der Literatur und auch bei Sachtexten galt als wahr, was andere schon einmal veröffentlicht hatten. Die medizinischen Ideen der Antike lebten also in denen des Mittelalters weiter und wurden nicht hinterfragt. ANN-KATHRIN MEINERZHAGEN Kontakt: Lehrstuhl für Ältere Deutsche Literatur Univ.-Prof. Dr.phil. Thomas Bein Germanistisches Institut der RWTH Aachen Eilfschornsteinstraße 15, 52056 Aachen 2. Etage, Raum 119 Tel.: 0241 / 80-96083 E-Mail: [email protected] Die Pflanze schlägt zurück! Das "Immunsystem" der Pflanze Es ist wieder soweit! Deine Eltern fahren in den Urlaub und du hast die ehrenvolle Aufgabe, dich liebevoll um eure Zimmerpflanzen zu kümmern. Erschreckender Weise stellst du kurz vor Rückkehr deiner Eltern fest, dass die Pflanzen vertrocknete Stellen auf den Blättern haben. Aber wie ist das möglich? Schließlich hast du sie doch regelmäßig gegossen. Keine Panik! Du hast nichts falsch gemacht. Vielmehr hat sich auf eurer Fensterbank ein erbitterter Kampf vollzogen. Bei den scheinbar vertrockneten Pflanzenteilen handelt es sich um die zurückgebliebenen Spuren eines faszinierenden Mechanismus - der Erregerabwehr. Pflanzen sind keineswegs passives Unkraut. Sie sind ausgefuchste Lebewesen, die im Laufe der Zeit clevere Überlebensstrategien entwickelt haben. Die angepasste Pflanze Die empfindliche Oberfläche der Pflanze ist sehr anfällig für eine Fülle von Umwelteinflüssen und Krankheitserregern, die der Biologe als Pathogene bezeichnet. Doch sie besitzt effektive Abwehrmechanismen um Pathogene zu bekämpfen. Die natürlichen Verteidigungsmaßnahmen beruhen auf komplexen Stoffwechselreaktionen, die häufig erst beim Erregerbefall einsetzen. Es werden bestimmte Stoffwechselprodukte wie Proteine bereitgestellt, die den Angreifer schädigen oder seine weitere Ausbreitung in der Pflanze verhindern. Der Erfolg der Pathogenabwehr hängt somit von dem rechtzeitigen Einsetzen und dem ausreichenden Umfang der ablaufenden Abwehrreaktionen ab, bevor der Gegner die Überhand gewinnt. Seite 4 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Der Gegenangriff Gewisse Pflanzenarten sind in der Lage, die erfolgreiche Erregerabwehr durch eine Anpassung zu verstärken. Beim pflanzlichen "Immunsystem" spricht man dann von der ‚systemisch erworbenen Resistenz’. Voraussetzung dafür ist ein Erstangriff des Pathogens. „Es kann zu einem Selbstmord der Pflanzenzellen kommen“, erklärt Prof. Alan Slusarenko mit einem verschmitzten Lächeln, Leiter des Lehrstuhls für Pflanzenphysiologie der RWTH Aachen. Die Pflanze entzieht dem Erreger so die Nahrungsgrundlage. Durch den Tod der Pflanzenzellen werden Botenstoffe in der Pflanze freigesetzt, die sie in erhöhte Alarmbereitschaft versetzt. Ein Bestandteil der Botenstoffe ist die Acetylsalicylsäure, die auch in dem Medikament Aspirin enthalten ist. Im Kampf gegen die Pathogene kommt es zu einer Proteinanhäufung in den Zellen und Zellwänden der angegriffenen Pflanze. Sogenannte PR-Proteine, also mit der Pathogenabwehr zusammenhängende Stoffe, spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie schädigen den Eindringling und verhindern seine Ausbreitung. Diese Abwehrproteine attackieren die Zellwand des Erregers und töten ihn direkt ab. Es folgt eine langfristige Verbesserung der Abwehr gegen weitere Erreger. Das Schlachtfeld erkennen wir später als abgetrocknete Flecken auf der Pflanze. Die Entwicklung neuer Strategien „Wie? Hat die Pflanze nicht mehr Möglichkeiten, sich gegen diese Angreifer zu wehren? So hätte aber keiner der großen Sagenhelden einen Kampf gewonnen!“ Recht hast du. Doch die Pflanze als kampferfahrener Stratege besitzt noch weitere Abwehrmechanismen wie zum Beispiel der Einsatz von Antibiotika, was biologische Wirkstoffe gegen Krankheitserreger sind. Diese hängen vermutlich ebenfalls mit dem Selbstmord der Pflanzenzellen zusammen. Sie bleiben dem bloßen Auge nur verborgen. Wie wir gesehen haben, hat die Pflanze aus dem gegnerischen Erstangriff gelernt und ist sowohl gegen das bekannte Pathogen als auch gegen fremde Angreifer gut vorbereitet. Wagt ein Pathogen einen weiteren Angriff, reagiert sie mit einer viel schnelleren Proteinanhäufung, woraus eine bessere Erregerbekämpfung folgt. Außerdem besitzen manche Pflanzenarten die Fähigkeit, einen stärkeren Schutzwall an der Angriffsstelle zu errichten. Diese Alles bereit zum Gegenangriff! Ein Wandverstärkung nennt der Biologe Papillen. „Der Prozess der „Verteidigungsturm“ der Pflanze Wandverdickung entspricht etwa einer zusätzlichen steht dem baum-ähnlichen Erreger Imprägnierung von Regenjacken oder Zelten, die so einen gegenüber. besseren Schutz erlangen“, meint Slusarenko. Für die Verstärkung der Pflanzenzellwände ist die Zusammenarbeit (Quelle: Prof. Alan Slusarenko) verschiedener Enzyme notwendig. Enzyme sind Eiweißstoffe, welche die chemischen Reaktionen der Zelle steuern. Des Weiteren ist ein komplizierter Umbau des Zellskeletts notwendig. So ist eine gezielte Errichtung einer verdichteten Verteidigungsfront möglich. Von der Natur lernen Hättest du einer Pflanze soviel Raffinesse zugetraut? Stellt sich nur die Frage, was uns die pflanzliche Rüstung bringt. Eine ganze Menge! Die Pathogenforscher des Instituts für Pflanzenphysiologie der RWTH Aachen interessieren sich für die speziellen pflanzlichen Abwehrmechanismen, um neue, pflanzeneigene Pflanzenschutzmittel zu entwickeln. „Wir versuchen, die Selbstverteidigung der Pflanze zu fördern“, erläutert Slusarenko. Das Interesse der Wissenschaftler liegt besonders bei der Optimierung der Abwehrmechanismen von wichtigen Erntepflanzen wie Weizen, Gerste und Reis. Durch die ständig wachsende Bevölkerung besteht die Notwendigkeit der Sicherung und der Erhöhung des Ernteertrags. „Dabei halten wir es für sehr wichtig“, wirft Slusarenko mit erhobenem Zeigefinger ein, „weniger Spritzmittel einzusetzen und somit eine geringere Umweltbelastung zu erlangen.“ Die Pflanze mit anderen Augen sehen Die Urlaubsrückkehr deiner Eltern kannst du also gelassen entgegensehen. Vorausgesetzt du hast eure Zimmerpflanzen tatsächlich regelmäßig gegossen, und es handelt sich um braune Flecken auf grünen Pflanzenteilen, statt um braune Pflanzen mit grünen Flecken. Die kritischen, elterlichen Vorwürfe, die Pflanzen wären nicht gut versorgt worden, sind leicht zurückgewiesen. Vielleicht siehst du die Pflanzen Seite 5 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 jetzt auch nicht mehr nur als langweiliges Grünzeug an. Sie sind ausgefuchste Kampfstrategen, von denen wir noch viel für die Zukunft lernen können. EVA HASSENMEIER Kontakt: Institut für Biologie III der RWTH Aachen Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie Prof. Alan Slusarenko Worringer Weg 1, 52074 Aachen Telefon: 0241-802 6650 Telefax: 0241-802 2395 E-Mail: [email protected] Internet: www.rwth-aachen.de/bio3 Tödliche Genmutationen Von der normalen Zelle zur Tumorzelle Wer kennt nicht die Berichte über krebserregende Pommes und Kartoffelchips oder die Warnhinweise auf Zigarettenschachteln? Doch welche Auswirkungen haben Genussmittel wirklich auf unseren Körper? Diese Frage versucht Prof. Dr. Bernhard Lüscher vom Klinikum der RWTH Aachen mit seinem Team zu lösen. Seit 15 Jahren läuft das Projekt zur Erforschung von Tumorzellen und ihren Ursachen. Die Forscher fanden heraus, dass die meisten Krebserkrankungen auf Genmutationen beruhen, die durch äußere Einflüsse aus der Umwelt hervorgerufen werden. So konnte ermittelt werden, dass ein Onkoprotein (Krebsprotein) namens c-Myc eine bedeutende Rolle bei der Bildung von Tumorzellen spielt. C-Myc ist für das Zellwachstum und den programmierten Zelltod einer Zelle verantwortlich, wenn diese krank ist. Mutiert jedoch das Gen, dass für das c-Myc verantwortlich ist, ist das Protein fehlerhaft. Die Zelle wuchert unkontrolliert über ihre natürlichen Grenzen hinaus und wird zu einer Tumorzelle, die nicht abstirbt. Die Forscher können mit Sicherheit sagen, dass die Auslöser für tödliche Genmutationen Schimmelpilz, Rußpartikel und Zigarettenrauch sind. Ist es da nicht wert seiner Gesundheit zuliebe auf das Rauchen zu verzichten? ANNA LENA HÜNEFELD Kontakt: Klinikum –Abt. Biochemie + Molekularbiologie der RWTH Aachen Prof. Dr. Bernd Lüscher Telefon: 0241/8088850 Fax: 0241/ 8082427 Email: [email protected] Abrakadabra: Das Handy wird zum Zauberstab Die Steuerung von öffentlichen Displays per Handy gehört vielleicht bald zu unserem Alltag Was kann er nicht, der kleine Allround-Star in unserer Jackentasche: Er schießt Fotos, dreht Videos und zwischendurch lässt sich mit ihm auch ein wichtiges Gespräch führen. Die Entwicklung geht weiter. Ein Team der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich sowie der Lancaster University in Großbritannien arbeitet an einem System der einfachen und intuitiven Interaktion mit öffentlichen Displays per Handy. Große Displays finden wir bereits heute zahlreich an Bahnhöfen oder anderen öffentlichen Einrichtungen. Sie dienen meistens als Informationsanzeiger, individuelle Informationen können jedoch durch die fehlende Interaktionsmöglichkeit nicht abgerufen werden. Dies soll sich ändern. Die Anwendung des neu entwickelten Systems zur Kommunikation zwischen Handy und Display ist einfach und benutzerfreundlich. Mit Hilfe der Fotofunktion des Telefons werden spezielle Strichcodes aufgenommen. Diese befinden sich neben dem Display oder werden vom solchen selbst angezeigt. Werden die Codes erkannt, stellt eine Software automatisch eine Funkverbindung per Bluetooth Seite 6 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 zwischen den Objekten her. Das Handy steuert den Cursor des Displays und der individuelle Abruf von Informationen kann beginnen. Auch in der Schule ist der Einzug des Systems denkbar. Der Schüler steuert per Mobiltelefon ein öffentliches Display. Dieses verrät ihm schnell, ob die ungeliebte Mathematik-Stunde ausfällt oder nicht. Sogar die Navigation von Spielen ist möglich: Pac-Man, gesteuert per Mobiltelefon, könnte die Freistunde bald um einiges verkürzen. Das Handy wird zum Zauberstab! MARTIN DAMMANN Kontakt: Tico Ballagas M. Sc. Lehrstuhl für Informatik X der RWTH Aachen Ahornstraße 55, 52074 Aachen Telefon: 0241-8021057 E-Mail: [email protected] Internet: http://media.informatik.rwth-aachen.de Hut ab! Ein Blick durch den gläsernen Zylinder Von der Schadstoffregulierung bei Verbrennungsprozessen Du fährst bereits jeden morgen mit dem Auto zur Schule? „Noch nicht, aber bald“, hoffst du und nimmst derweil den Bus? Doch ganz egal wie: am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen wird erforscht, wie du – ob nun in naher oder ferner Zukunft – umweltschonender fahren und gleichzeitig Geld sparen kannst. Mit einem umgebauten Serienmotor der Marke VW, leistungsstärksten Lasermessverfahren und einer Hochgeschwindigkeitskamera erforscht man dort die Optimierung von Verbrennungsprozessen. Diese werden durch einen, zum Teil gläsernen, Zylinder im Innersten dieses Motors unmittelbar beobachtet und ausgewertet. So ergeben sich unter anderem Kenntnisse über die Rußbildung und – konzentration in Dieselmotoren. Eine hohe Rußkonzentration ist unter anderem das, was einen kräftig husten lässt, wenn der Schulbus ohne einen abfährt und man nur noch die Abgase einatmet. Weil nicht nur wir, sondern auch die Umwelt unter dem Ausstoß der Abgase leiden, ist es Ziel der Forschungen, die Schadstoffe darin zu regulieren. FREDERIKE FOELLMER Kontakt: Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA) Dipl. Ing. Fabian Fricke Schinkelstrasse 8 52062 Aachen Telefon: 0241- 8095370 Telefax: 0241- 8092630 Email: [email protected] Internet: www.vka.rwth-aachen.de Dem Tropfen auf der Schliche Einzigartiges Verfahren ermöglicht Innenansicht von Tropfen Jeder, der sich schon mal einen „KiBa“ bestellt hat, kennt das spannende Farb-Schauspiel von Kirschund Bananensaft. Eifriges Rühren verhindert kaum die Trennung der beiden Säfte. Ob als Getränk oder in anderer Form, in unserem Alltag kommen wir ständig mit Flüssigkeiten in Kontakt. Wir besprühen uns mit Parfum oder cremen uns mit Lotionen ein. Wir waschen unser Geschirr mit Spülmittel und schreiben mit Tinte. Diese Dinge sind für uns selbstverständlich. Woraus die Flüssigkeiten bestehen, wie sie zusammengesetzt sind und warum sie uns so und nicht anders erscheinen, interessiert uns wenig. Wörter, die uns diese Phänomene näher bringen können, klingen abstrakt und gehören in den Chemie- oder Physikunterricht, nicht aber in das alltägliche Leben. Seite 7 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Stoffverbindungen, Stoffaustausch oder Strömungsgeschwindigkeiten sind jedoch genau die Themen, mit denen sich viele Forscher schon seit Jahren beschäftigen. Keine Flüssigkeit ist wie die andere Welche Prozesse spielen sich innerhalb von Flüssigkeiten ab? Warum trennt sich Öl von Wasser oder der Kirsch- vom Bananensaft? Ein detailliertes Wissen über sogenannte Extraktionsprozesse ist wichtig für die Herstellung, vor allem aber für die Trennung chemischer Verbindungen. Zum Beispiel für die Reinigung von Wasser. Ein Prozess, mit dem sich in erster Linie die thermische Verfahrenstechnik befasst. Dort werden solche Prozesse in speziellen Apparaturen getestet. Für die optimale Auslegung dieser Extraktionsanlagen sind genaue Kenntnisse über das Verhalten von Flüssigkeiten nötig. Forschungen an Einzeltropfen bringen Licht ins Dunkel Kein Wunder, dass bei diesen komplizierten naturwissenschaftlichen Begriffen so mancher mit leerem Blick in die Röhre guckt. In die Röhre guckt auch Andrea Amar am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der Hochschule Aachen. Mit einem Unterschied – ihr macht es Spaß. Gemeinsam mit Dr. Siegfried Stapf erforscht sie das Innenleben von Tropfen. Denn diese sind der Schlüssel zu all den eben aufgeworfenen Fragen. Strömungen innerhalb eines Tropfens, seine chemische Zusammensetzung sowie seine Reaktion auf andere Flüssigkeiten geben Aufschluss. Wie aber kommt man an diese Informationen? Man denke beispielsweise an einen Regentropfen am Fenster oder an einen Tropfen Milch, der langsam die Müslischale herunterläuft. Scheint es nicht geradezu unmöglich, etwas über deren Innenleben herauszufinden? Vor allem ohne den natürlichen Zustand der Tropfen zu verändern. Mit zwei besonders zentralen Fragen setzen sich die Forscher der RWTH Aachen auseinander: Was passiert in einem Tropfen und wie kann man diese Vorgänge so schnell wie möglich messen? Erkenntnisse liefert die Kernspin-ResonanzSpektroskopie In einem speziellen Apparat lässt man innerhalb eines Rohrs einen Tropfen aufsteigen. Mit Hilfe eines Gegenstroms wird er auf konstanter Höhe gehalten. Durch die Kegelförmigkeit des Rohrs wird sichergestellt, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gegenstroms an die Aufstiegsgeschwindigkeit des Tropfens anpasst bis sich beide an einem bestimmten Punkt exakt entsprechen. Der Tropfen bleibt in unverändertem Zustand stehen und kann mit Hilfe der Kernspin-Resonanz-Spektroskopie oder auch Nuclear Magnetic Resonance – NMR vermessen werden. Hierzu wird das Rohr in den NMR-Spektrometer eingebaut. Durch elektromagnetische Anregung lassen sich innere Prozesse, struktureller Aufbau und chemische Zusammensetzung des Tropfens deutlich messen. Das Unmögliche wurde möglich gemacht. „Einmal gelang es uns, einen Tropfen für ganze 72 Stunden in unveränderter Position zu bewahren“, berichtet Dr. Stapf begeistert. Je länger die Messzeit, desto höher die Messgenauigkeit. Die Ergebnisse solcher Einzeltropfen-Messungen ermöglichen anschließend Rückschlüsse auf zu erwartende Eigenschaften der Gesamt-Flüssigkeit und Extraktionsanlagen können optimal an diese angepasst werden. NMR eröffnet neue Perspektiven Das Besondere an der NMR-Technik ist die einzigartige Möglichkeit, Bilder zu erstellen, die so auf keine andere Weise zu erzielen sind. Sie macht „unsichtbare“ Dinge sichtbar. Außerdem kann man die Messmethode als „nicht-invasiv“ bezeichnen. Sie greift nicht in die Natur des zu vermessenden Seite 8 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Objektes ein, sondern vermisst es in seinem ursprünglichen Zustand. Aus diesem Grund ist die Methode unter anderem im Bereich der Materialwissenschaften oder in der Medizin unersetzlich. Auch bei Produkt- oder Qualitätskontrollen kommt die NMR-Technik zum Einsatz. Es scheint also naheliegend, dass NMR demnach ebenfalls Antworten auf die zwei zentralen Fragen der Forscher am Institut für Technische und Molekulare Chemie bietet. Ausblick in die Zukunft „Ingenieure und Naturwissenschaftler aller Art sind an diesem spannenden Projekt beteiligt“, sagt Dr. Siegfried Stapf. „Unsere Forschungen dienen momentan hauptsächlich der Optimierung dieser Methode, aber das Interesse in der Industrie wächst.“ LINDA SPERLING Kontakt: Dr. Siegfried Stapf Institut für Technische und Makromolekulare Chemie, RWTH Aachen Worringer Weg 1, 52056 Aachen Telefon: 0241/80-26971 Telefax: 0241/80-22185 E-Mail: [email protected] Internet: www.mc.rwth-aachen.de / www.itmc.rwth-aachen.de Strahlend helle Zähne durch Bleaching Die Chemie macht’s möglich Im Fernsehen, in Magazinen, beim Einkaufen in der Stadt - überall wird man von strahlend weißen Zähnen angelächelt. Beim morgendlichen Blick in den Spiegel sieht das oft ganz anders auf. Der Wunsch nach schneeweißen Zähnen kommt auf, da die Funktion der Zähne heutzutage nicht mehr auf die Zerkleinerung von Nahrungsmitteln beschränkt ist. Zähne haben eine Signalfunktion. Weiße Zähne ‘strahlen’ nicht nur Gesundheit, sondern auch Kraft und Durchsetzungsvermögen aus. Sie gelten als Symbol makelloser Schönheit. „Aufgrund dieses Funktionswandels ist der Bedarf nach weißen Zähnen in den letzten Jahren enorm gestiegen“, bemerkt Prof. Dr. med. dent. Friedrich Lampert von der Klinik für Zahnerhaltung in Aachen. Vor drei Jahren war der Wunsch nach weißen Zähnen in seiner Praxis eine Ausnahme. Heute möchte ein Fünftel seiner Patienten eine Zahnaufhellung vornehmen lassen. Die Tendenz ist steigend. Die meisten dieser Patienten sind zwischen 25 und 40 Jahren alt. Warum verfärben Zähne sich? Nahrungsmittel wie Rotwein und Kaffee, aber auch Teer aus Zigaretten und Medikamente verursachen Veränderungen der Zahnfarbe. Wer schon mal Blaubeeren gegessen hat, hat eine Vorstellung davon, welchen Einflüssen unsere Zähne ausgesetzt sind. Durch feine Poren und Krackelierungen – kleine Risse im Zahnschmelz – dringen Farbsubstanzen in den Zahnschmelz ein und lagern sich dort ab. Die Einwirkung von UV-Licht begünstigt die Entstehung gelblicher Farbstoffe. Viele Menschen haben weiße oder dunkle Flecken auf den Zähnen. Diese Flecken sind meist erblich bedingt und können nicht entfernt werden. Für jeden, der beim Blick in den Spiegel gelbliche Verfärbungen sieht, gibt es Hoffnung. Verfärbungen, die durch die Einlagerung von Farbstoffen im Zahnschmelz entstanden sind, können beseitigt werden. „Bleaching“ nennen Zahnärzte das Entfärben von Zähnen. Das ‘home bleaching’ Der Patient wird zunächst untersucht. „Die Gesundheit der Zähne steht an erster Stelle, denn es ist paradox, von Karies befallene Zähne durch Aufhellen schöner machen zu wollen“, so Lampert. Bevor Zähne gebleicht werden, ist gegebenenfalls eine medizinische Behandlung nötig. Sinnvoll ist es auch, zunächst eine professionelle Zahnreinigung, die so genannte Individualprophylaxe, durchführen zu lassen. Danach sind die Zähne bereits wesentlich heller. Handelsübliche Zahncremes und regelmäßiges Zähneputzen können keine so intensive Reinigung leisten. Zahncremes wie „Perl Weiß“ enthalten Abrasivstoffe. Mit Hilfe der Schmirgelpartikel sollen Verunreinigungen abgerieben werden. Bei Verfärbungen sind diese leider wirkungslos. Zu häufiges Putzen mit Abrasivstoffen kann dem Zahnschmelz schaden. Gesunde Zähne können auf Wunsch des Patienten aufgehellt werden. Seite 9 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Verfärbungen „wegoxidieren“ Das „home bleaching“ ist die am häufigsten angewandte Methode zur Zahnaufhellung. Der behandelnde Arzt stellt Hilfsmittel für die Selbstanwendung zu Hause her. Er fertigt eine genau angepasste Schiene, einen Medikamententräger für den sichtbaren Zahnbereich an. Die Schiene kann der Patient mit viskösem also zähflüssigem Bleichgel befüllen und dann auf die Zähne setzen. Durch den Kontakt des Bleichgels mit den Farbstoffen im Zahnschmelz werden chemische Reaktionen in Gang gesetzt: Wasserstoffperoxyd (H2O2) heißt das Zaubermittel. Peroxyde sind chemische Verbindungen, die zwei miteinander verbundene Sauerstoffatome (O-O) enthalten. Zum Bleichen sind Peroxyde gut geeignet, da sie leicht Sauerstoff abspalten. Oxidationsmittel wie das Wasserstoffperoxyd wandeln Farbstoffe in nahezu farblose Substanzen um. Dies geschieht, indem sie ihre Sauerstoffatome abgeben, die sich dann mit den im Zahn abgelagerten Farbstoffen verbinden. Die Aufnahme von Sauerstoffatomen – chemisch: die Oxidation – bewirkt die Entfärbung. Die Farbstoffe werden aufgespalten und so „wegoxidiert“. Das Bleichgel muss 14 Tage lang täglich mindestens drei Stunden aufgetragen werden um ein gutes Resultat zu erzielen. Das Tragen bei Nacht empfiehlt sich. Nach 14 Tagen muss der Patient den behandelnden Zahnarzt aufsuchen. Wenn der Zahnarzt nach dieser Zeit keine Aufhellung feststellt, haben die Verfärbungen Ursachen, die durch Oxidationsmittel nicht beseitigt werden können. Ein nur schwacher Aufhellungseffekt kann durch eine weitere 14-tägige Behandlung verstärkt werden. Länger als 28 Tage sollte die Behandlung nicht dauern. Die Kosten für ein ‘home bleaching’ des Ober- und Unterkiefers liegen zwischen 160 und 240 Euro. Vorher Nachher Das Ergebnis des Bleaching Quelle: http://213.198.30.54/zahninfo/zahnkosmetik1.shtml Welches Ergebnis ist realistisch? Zähne haben immer eine bestimmte Eigenfarbe. Die Aufhellung ist stark von dieser Eigenfarbe abhängig. Anhand einer Farbskala kann der Arzt den Erfolg des ‘bleaching’ ablesen und bewerten. Derartige Skalen werden auch für die farbliche Abstimmung von Zahnfüllungen und -Kronen verwendet. Für jeden abgebildeten Farbton gibt es 4 bis 6 Helligkeitsstufen. Lampert hält eine Aufhellung um 2-3 Stufen für realistisch. Der Farbton kann nicht verändert werden, so dass schneeweiße Zähne für die meisten Menschen ein Traum bleiben. Bedenken sollte man auch, dass Bleichen die Farbe von Füllungen nicht verändern kann. Für Patienten mit vielen Füllungen empfiehlt sich daher die Überziehung der Zähne mit hauchdünnen Keramikschalen im gewünschten Farbton. Einzelne Füllungen können aber auch erneuert und so der neuen Helligkeitsstufe angepasst werden. Auswahl der in Apotheken und Drogerien erhältlichen Mittel Quelle: http://www.mdzonline.de/patienten/aktuelles/bleac hing.htm Alternative Behandlungsmöglichkeiten Alternativ können die Zähne „chair-side“, also in der Praxis auf dem Behandlungsstuhl, gebleicht werden. Durch die ‘chairside’ Behandlung kann in wesentlich kürzerer Zeit ein gleich gutes Ergebnis wie beim ‘home bleaching’ erzielt werden. Der Zahnarzt behandelt die mit Bleichgel bestrichenen Zähne zusätzlich mit Wärme. Dazu dient zum Beispiel ein Laser. Wärme beschleunigt die Oxidation und die Zähne werden schneller entfärbt. ‘Chair-side’ kann die Aufhellung eines einzelnen Zahnes aber über 400 Euro kosten. Aus der Werbung bekannt sind Gele und Klebestrips, die in Drogerien und Apotheken erhältlich sind. Diese funktionieren chemisch genau so wie das ‘home bleaching’ und die ‘chairside’ Behandlung. Die Handhabung ist aber komplizierter als es in der Werbung suggeriert wird. Klebestrips können ebenso verrutschen wie die Schienen, die dem Gebiss nicht exakt angepasst sind. Bei gelungener Anwendung ist das Ergebnis kaum von dem der ärztlichen Behandlung zu unterscheiden. Die Kosten dafür betragen 10 bis 40 Euro. Seite 10 - 11 TiK – Technik im Klartext Newsletter 1/05 Ausgabe April 2005 Die Zahnaufhellung hält ungefähr ¼ bis ½ Jahr. Die Zähne sind schließlich weiterhin den Farbstoffen ausgesetzt, die Zähne wieder verfärben. Die Behandlung kann aber mehrmals wiederholt werden. Risiken und Nebenwirkungen Die Risiken der Zahnaufhellung sind gering, da die Zahnsubstanzen durch die Einwirkung von Wasserstoffperoxyd nicht zerstört werden. Das ‘bleaching’ hat keine langfristigen Nebenwirkungen. Kurzfristig können während der Behandlung allerdings Beschwerden auftreten: Die Konfrontation mit dem Wasserstoffperoxyd kann bewirken, dass das Zahnfleisch sich zurückzieht. Die Zahnhälse sind dann ungeschützt und können vorübergehend temperaturempfindlich sein. Die Beschwerden lassen sich durch die Behandlung mit Fluoriden lindern. Bei allergischen Reaktionen können allerdings Schwellungen und Entzündungen des Zahnfleischs auftreten. Bei zu schmerzhaften Nebenwirkungen wird die Behandlung abgebrochen. Prof. Dr. Lampert verdeutlicht abschließend zu den Risiken des ‘bleaching’: „Aufgeklebte Schmucksteine verursachen einen größeren gesundheitlichen Schaden als das Bleichen. Die Gesundheit der Zähne steht aber immer an erster Stelle, erst danach ist die Schönheit an der Reihe“. Es ist also ohne gesundheitliche Risiken möglich, morgens von helleren, strahlenden Zähnen angelächelt zu werden. Das blendend-schneeweiße Lächeln bleibt aber ein Phänomen der Plakate und des Werbefernsehens. SARAH MARIA FRANTZEN Kontakt: Klinik für Zahnerhaltung, Paradontologie und Präventive Zahnheilkunde der RWTH Aachen Universitätsprofessor Prof. Dr. med. dent. Friedrich Lampert Pauwlsstraße 30 52074 Aachen Telefon: 0241 8088110 Fax: 0241 8082468 Email: [email protected] Alles neu macht – die Stammzelle? Stammzellforschung als Zukunft der regenerativen Medizin Spätestens seit dem geklonten Schaf Dolly hat jeder von uns den Begriff „Stammzellen“ gehört. In der Stammzellforschung hoffen Forscher, durch immer neue Erkenntnisse irgendwann einmal Mittel und Wege zu finden, schwer oder sogar unheilbare Krankheiten wie Krebs, Parkinson oder Alzheimer zu lindern oder sogar zu besiegen. Am Institut für Biomedizinische Technologien der RWTH Aachen dreht sich beim Forschungsteam unter der Leitung von Professor Martin Zenke alles um die kleinen Zellen, bei denen man zwischen embryonalen Stammzellen und Gewebestammzellen unterscheiden kann. Stammzellen befinden sich in unseren Organen und haben die Fähigkeit, sich in eine spezialisierte Körperzelle zu „verwandeln“: so wird eine Gewebestammzelle in der Leber zu einer Leberzelle usw. Besonders die blutbildenden Stammzellen, die sich in unserem Knochenmark befinden, interessieren die Aachener Forscher. Denn diese können sich dazu entscheiden, ob sie rote oder weiße Blutzellen werden. Diese Fähigkeit wirft die Frage auf, ob sich eine blutbildende Stammzelle nicht auch dazu entscheiden könnte, eine andere spezialisierte Körperzelle zu werden. So könnte man für ein anderes krankes Organ neue und gesunde Zellen herstellen. In Zukunft wird demnach das Hauptziel der Stammzellforschung die „Umprogrammierung“ von Stammzellen in die benötigten spezialisierten Körperzellen sein. Auf diese Weise würde dann Zell- und Gewebeersatz geschaffen werden. Denn dies könnte die Lebensqualität von Patienten erheblich verbessern und sogar Leben retten. LAURA MÜLLER Kontakt: Professor Dr. rer. nat. Martin Zenke Universitätsklinikum Aachen, Helmholtz Institut für Biomedizinische Technik, RWTH Aachen Pauwelstr. 20, 52074 Aachen Telefon: 0241 80 80 760 Telefax: 0241 80 82 008 e-mail: [email protected] Internet: www.molcell.de Seite 11 - 11
