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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-05-01 - 2020-04-30

In diesem Projekt soll ein neuartiges Röntgenmikroskop mit einer Röntgen-„Farbkamera“ erworben und aufgebaut werden, das erstmals die Kombination von Vollbild-Imaging der chemischen Zusammensetzung und 3D Kristallstrukturanalyse von Materialien mit Mikrometerauflösung ermöglicht. Von besonderem Interesse ist diese Methode für strukturell und chemisch inhomogene Materialien. Das Einsatzgebiet reicht von biologischen Systemen (biomineralisierte Gewebe, Selbstorganisationsprozesse), der zerstörungsfreien Untersuchung von Kunstgegenständen über Dünnfilmtechnologie bis zur industriellen Materialforschung (Nanoverbundwerkstoffe, nanokristalline Metall-Legierungen etc.).
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-03-01 - 2021-02-28

Aktuelle und zukünftige Herausforderungen im Mobilitätssektor (Spritreduktion, CO2-Balanz, selbstfahrende Autos, Elektromobilität, Stadtautos und Spezialfahrzeuge) verlangen nach neu-en Fahrzeugkonzepten. Nach neue Materialien und Materialkombinationen wird intensiv ge-sucht. Glas- und Karbonfaserverbundwerkstoffe stellen hervorragende, leistungsfähige und vielversprechende Alternativen zu bestehenden Metall- und Kunststoffwerkstoffen dar. Aller-dings bedingt ihr Einsatz gewisse Limitierungen und Nachteile hinsichtlich Berechenbarkeit, Verarbeitbarkeit und ökologischer Bewertung, sowie erhöhte Material-, Produktions- und Ent-sorgungskosten entlang des gesamten Lebenszyklus. Holz besitzt hervorragende Festigkeits-, Steifikeits- und Standfestigkeitswerte, exzellentes Dämpfungsverhalten bei geringer Dichte (ca. 0.6 g/cm³, im Vergleich zu 1,5 und 7.8 g/cm³ zu CFK bzw. Stahl) und geringen Rohstoffkosten. Richtig eingesetzt, sind Holzwerkstoffe kompetitiv zu faserverstärkten Kunststoffen und Metal-len. Der Rohstoff Holz ist in großen Mengen weltweit (insbesondere in Europa auch mit ent-sprechender Qualität) nachhaltig verfügbar und ist der einzige natürliche Massenrohstoff für Bau- und Werkstoffanwendungen. Die technische Leistungsfähigkeit des Materials für techni-sche Anwendungen ist durch den Jahrzehnte langen Einsatz in der Luftfahrttechnik und durch Fahrzeuganwendungen (z.B. Morgan Sportwagen) belegt. Zusammengefasst, verfügt Holz über Eigenschaften, die einen breiten Einsatz im Mobilitätssektor rechtfertigen. Durch die Ein-beziehung des Werkstoffs Holz kann die Palette möglicher Werkstoffe für das Material Engine-ering erweitert werden, wodurch ein wertvoller Beitrag für Kosten- und Gewichtsreduktion so-wie CO2-Balanz geleistet werden kann. Der Einsatz von Holz in den angesprochenen Bereichen erfordert allerdings eine präzise und zuverlässige Materialbeschreibung für einen geeigneten Materialeinsatz und eine entspre-chende mathematische Beschreibung des Materialverhaltens im Belastungs- und Crashfall auch unter Berücksichtigung der natürlichen Rohstoffvariabilität. Bis dato konnten Materialda-ten und Materialkarten von Holz für Simulation bei dynamischer Belastung und im Crashfall nicht zur Verfügung gestellt werden. Ebenso fehlte eine Einschätzung des technischen und wirtschaftlichen Potentials von Holz für diese Anwendungen. Im Zuge einer kürzlich durchge-führten Machbarkeitsstudie (650.000 EUR Gesamtbudget) konnte nachgewiesen werden, dass das Materialverhalten unter statischen und dynamischen Belastungen sowie in Crashsituatio-nen hervorragend simuliert werden kann. Motiviert durch diese ersten Ergebnisse soll nun aufbauend auf die bisherigen Ergebnisse im Rahmen von WoodCAR (Wood – Computer Aided Research) eine solide Basis für die Materi-alsimulation von Holz und Holzwerkstoffen mit gängigen Softwarelösungen geschaffen wer-den, die einen Einsatz von Holz in der Fahrzeugindustrie und ähnlichen Anwendungen ermög-licht. Für die industrielle Implementierung von Holz für ausgewählte Anwendungszwecke müs-sen neue Produktionskonzepte entwickelt werden sowie geeignete Verbindungstechnologien gefunden werden. Zusätzlich sollen Qualitätsanforderungen und ökonomische Aspekte be-leuchtet werden, um den gehobenen Anforderungen der Automobilindustrie zu genügen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2015-01-01 - 2017-12-31

Den komplexen Wechselwirkungen zwischen Proteinen und deren Netzwerken kommt in den modernen molekularen Lebenswissenschaften große Bedeutung zu. In den pharmazeutischen Wissenschaften verlegt sich der Fokus von 'small-molecule drugs' zu sogenannten 'biologicals', darunter auch komplexe Proteinsysteme. Die rechnergestützte Beschreibung solcher Wechselwirkungen fördert ein besseres Verständnis auf molekularer Ebene und die Vorhersage von Affinitäten zwischen Proteinen bereitet den Weg für ein rationelles Design neuer Therapeutika. Die korrekte Beschreibung von Protein-Protein-Wechselwirkungen und relevanten Unterschieden in der freien Energie hängt maßgeblich vom ausreichenden Sampling aller relevanten Konformationszustände, sowohl im gebundenen als auch im ungebundenen Zustand der Bindungspartner, ab. Während es heute für die Wechselwirkungen zwischen Proteinen und kleinen Molekülen relativ effiziente rechnergestützte Werkzeuge gibt, ergeben sich bei Protein-Protein Wechselwirkungen neue Schwierigkeiten durch die große Diversität von Aminosäuresequenzen und die inhärente Flexibilität von Proteinstrukturen. Eine weitere Herausforderung bilden Proteine mit intrinsisch ungeordneten Regionen. Den vorliegenden Antrag unterbreitet ein internationales, interdisziplinäres Forscherteam mit dem Ziel der Entwicklung effizienter Freie-Energie- und Enhanced-Sampling-Methoden zur Berechnung von freien Bindungsenergien von komplexen Proteinsystemen. Als Modellsystem soll die 14-3-3 Proteinfamilie und deren Wechselwirkungen mit Tyrosinhydroxylase dienen. Im ungebundenen Zustand sind die relevanten Teile der Tyrosinhydroxylase intrinsisch ungeordnet und die Affinität für viele unterschiedliche Sequenzen muss bestimmt werden. NMR Experimente werden durch Hamiltonian und Temperature Replica Exchange Molecular Dynamics-Simulationen unterstützt um das konformationelle Ensemble des Partnerproteins zu beschreiben. Zugleich wird die Third-Power Fitting / One-Step Perturbation-Methode ausgebaut um ein universelles Modell zur Berechnung freier Energie-Differenzen zwischen Aminosäuren zu entwickeln, das die effiziente Vorhersage von Bindungsenergien erlaubt. Der Bindungsvorgang selbst wird durch Hamiltonian Replica Exchange Simulationen in Verbindung mit distancefield distance restraints beschrieben werden. Im Ganzen werden die entwickelten Methoden für eine große Spannbreite an Protein-Protein-Wechselwirkungen anwendbar sein und die enhanced sampling-Werkzeuge werden die Berechnung von komplexen Potential of Mean Force Profilen zur Beschreibung der Interaktionen zwischen sehr flexiblen Molekülen möglich mach  

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