doc - TiK - Technik im Klartext

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
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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