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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-07-01 - 2021-06-30

It has been proven difficult to obtain experimental structures of protein-protein complexes. Computational methods like protein-protein docking attempt to overcome the mismatch between the number of available complex structures and single protein structures by the prediction of binding interfaces. However, the binding free-energy estimates given by the scoring algorithms used in such approaches show only poor correlation with experimentally determined binding strengths. Molecular dynamics simulations are a premier computational technique which allows for the atomistic modeling of the interactions, structures and motions of (bio-)molecular systems. Very recently, we calculated the binding free energy of two small proteins, namely Ubiquitin and the very flexible Ubiquitin-binding domain of the human DNA Polymerase ι (UBM2), using an MD simulation-based approach. Our results were in very good agreement with experimentally determined values (the mean unsigned error to experimentally determined values was 2.5 kJ/mol or lower) and the statistical errors of the calculations were also mostly in the order of thermal noise. In the proposed project, we aim to develop more efficient approaches that can be readily used on a wide variety of protein-protein complexes. In particular, the project addresses three aims. The first aim is the generation of reference data on the calculation of biomolecular binding affinity using the previously described approach for validation and subsequent optimization. The second aim is the optimization of the simulation method to efficiently score a high number of possible protein docking poses for similarity to the canonical complex structure. Preliminary analyses suggest that we can reduce the overall simulation time by two to three orders of magnitude, which with current computational resources makes a more high-throughput approach feasible, while simultaneously retaining sufficient accuracy to provide binding affinity estimates that can be compared to experimental values. In a more independent part of the project we will focus on a specific aspect of the binding affinity calculation, namely the contribution of conformational preferences of biomolecules. To avoid adverse effects upon administering e.g. mouse-derived antibodies for therapeutic purposes, the framework regions of a mouse antibody are being mutated to become (more) human-like. Such mutations do not affect the antibody-antigen interface directly, but are often seen to negatively influence the binding affinity due to altered conformational preferences of the antibody. As a third aim, we will develop a method to predict the binding free-energy change upon antibody framework mutation based on the conformational preferences of the antibody molecules.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-07-01 - 2020-12-31

Im Projekt geht es um die Reduktion der Staubentwicklung an allen stationären sowie handgeführten Holzbearbeitungsmaschinen (Sägen, Schleifgeräte etc.) im Moment der Entstehung. Dies wird durch geeignete Beschichtungen der spanabtragenden Maschinenteile mit unterschiedlich triboaktiven Materialien erreicht. Durch geeignete Auswahl des triboaktiven Materials lassen sich Holzspäne zu etwa gleichen Anteilen sowohl negativ als auch positiv aufladen. Da sich elektrostatisch unterschiedlich geladene winzige Staubpartikel anziehen und sich zu größeren, schwereren und ungeladenen Teilchen zusammenballen, kommt es in der Folge nicht mehr zur Ausbildung von Holzstaubwolken. Damit lassen sich nicht nur das Risiko von Staubexplosionen und Erkrankungen in der holzbearbeitenden Branche vermeiden, sondern auch Schmutz, Filterbelastung, Absaugleistung und Materialkosten für Filtersysteme verringern.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-10-01 - 2021-05-31

Gebäude können und müssen einen wesentlichen Beitrag zur mittelfristigen Umstellung des Energiesystems auf erneuerbare Energien leisten. Im Kontext der Smart City sind Gebäude nicht nur Energieverbraucher, sondern auch Energieversorger und Energiespeicher. Hierfür bieten sich Konzepte an, welche sich mit der thermischen Speicherfähigkeit im Gebäude (Bauteilaktivierung) verknüpfen lassen. Bei Bürogebäuden wird Bauteilaktivierung schon seit geraumer Zeit verwendet. Im Wohnbau – und speziell im verdichteten Wohnbau - wird diese Technologie jedoch noch selten eingesetzt, lässt sich jedoch genau dort sehr gut mit aktiver und passiver Solarnutzung verknüpfen und kann im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen zu günstigen Investitionskosten hergestellt werden. Vor allem im urbanen Bereich bietet ein solches System ein hohes Potential. Durch die breite Nutzung in verdichteten Wohnformen könnten Wohnquartiere entstehen, die nahezu keine zusätzliche thermische Energie benötigen und auch keine großen Energiespitzen verursachen. Übergeordnetes Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, eine breitere Nutzung von Bauteilaktivierung in Kombination mit erneuerbarer Energie und prädiktiver Steuerung im verdichteten Wohnbau zu erreichen. Unmittelbares Ziel ist die Darstellung des optimalen Zusammenspiels von aktiver und passiver Sonnenenergie- und Erdwärmenutzung mit Wärmepumpen- und Bauteilaktivierung durch Modellierung und Validierung an einem gebauten Objekt mit dem Ziel die Ergebnisse für das Scale-up im großvolumigen Wohnbau zu optimieren. Als Projektergebnis liegen die dokumentierten Versuchsergebnisse des Betriebes des Demo-Gebäudes (Zweifamilienhaus) mit modellprädiktiver Regelung der Beheizung thermisch Aktivierter Bauteile vor. Ziel ist es, bei optimierter Energieeffizienz die Komfortparameter einzuhalten und darüber hinaus die Auswirkungen singulärer Ereignisse (Wetterumschwung) zu erfassen. Es liegt ein dynamisches Modell des Demo-Gebäudes vor und im Erfolgsfall, d.h. bei ausreichender Performance des entwickelten Regelungssystems, ist der Ausgangspunkt für eine Maßstabsvergrößerung (Scale-Up) geschaffen. Die Auswertung der Mess-Ergebnisse (Zeitreihen) erfolgt auf wissenschaftlicher Basis durch die Universität für Bodenkultur. Es werden gezielte Parametervariationen am Demo-Gebäude durchgeführt und die Auswirkungen quantifiziert. Die Ergebnisse werden auch kommuniziert/disseminiert, u.A. in wissenschaftlichen Formaten aber auch direkt in Zusammenarbeit mit Bauträgern und Bautechnikern – siehe Punkt Projekt-Wirkung oben.

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