Digital Think Tank (DTT)

Science Tank

Herzlich Willkommen in unser Rubrik „Science Tank“. In diesem Bereich der Webpräsenz beschäftigen wir uns interdisziplinär mit relevanten Entdeckung aus der Welt der Wissenschaften (Physik, Mathematik, Informatik, Medizin u.v.m). Dabei publizieren wir wichtige Errungenschaften aus der Welt mit einem besonderen Focus auf die wissenschaftliche Umgebung in Göttingen. Viel Spaß und bleiben Sie neugierig.     

Krebs in einem Blutstropfen erkennen

Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Frau Cho Yoon-kyoung vom Institute of Basic Research (IBS) in Korea hat einen Biosensor entwickelt, der durch die Analyse eines Bluttropfens Krebs erkennen kann. Der Chip besteht aus nanoporösen Goldelektroden. Die Forscher nannten den Entwicklungsprozess SEEDING, was ein englisches Akronym für die Technik ist - "surfactant electrochemical etching and deposition process for the growth of nanostructures and nanopores".


Tests des neuen Biosensors haben bestätigt, dass er durch die Analyse von Blut- und Urinproben einen schnellen Nachweis von Prostatakrebs bei Patienten ermöglicht. Ermöglicht wird dies durch den Nachweis eines bestimmten Proteintyps, der mit krebsverursachenden Exosomen assoziiert ist. Die Methode ist viel schneller und bequemer als bisher bekannte Methoden der Probenanalyse, die eine Trennung und Verdünnung der Biomarker erfordern, was in der Regel in großen medizinischen Einrichtungen oder Labors durchgeführt wird.

 Bild Quelle: The Korea Herald

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Quanten-Memristor läutet Ära der neuromorphen Quantenarchitektur ein

Forscher aus Österreich und Italien haben einen "Quanten-Memristor" entwickelt, der in der Lage ist, kohärente Quanteninformationen in Form einer Überlagerung von Einzelphotonen zu übermitteln. Ein solches Gerät könnte die Grundlage für eine Quantenversion der neuromorphen Architektur bilden, deren Funktionsweise die des menschlichen Gehirns nachahmen soll.


Der Memristor ist der vierte Grundtyp eines elektronischen Bauteils. Den Widerstand, den Kondensator und die Spule kennen wir schon lange. Im Jahr 1971 stellte Professor Leon Chua aus Kalifornien die Hypothese auf, dass es ein viertes Element geben könnte, das er Memristor nannter. Ein solches Gerät wurde fast 40 Jahre später, im Jahr 2008, entwickelt. Memristoren erwiesen sich schnell als nützlicher als gedacht, und vor zwei Jahren wurden sie zum Bau eines Geräts verwendet, das ähnlich wie ein Neuron funktioniert. Die Forschung an diesem elektronischen Element ist noch nicht abgeschlossen, und die neueste Entwicklung ist die Kombination mit der Quantentechnologie.


 Bild Quelle: Pixabay / Quelle

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Ultraschall gegen Krebs

Ein an der Universität Michigan entwickeltes und erprobtes nicht-invasives Verfahren auf Ultraschallbasis zerstört bei Ratten einen Großteil der Tumorzellen von Leberkrebs und unterstützt durch die Verringerung der Läsionen im Körper das Immunsystem bei der Bekämpfung der weiteren Ausbreitung der Krankheit.


Nach Angaben der Forscher führte die Zerstörung von 50 bis 75 Prozent des Tumorvolumens dazu, dass das Immunsystem der Ratten in der Lage war, den Rest von selbst zu entfernen, ohne dass bei mehr als 80 Prozent der Versuchstiere Anzeichen eines Rückfalls oder einer Metastasierung auftraten. Nach Angaben der Wissenschaftler, die die Experimente durchgeführt haben, regt ihre neue Methode das Immunsystem dazu an, den Kampf gegen den Krebs fortzusetzen.

 Bild Quelle: Innovationtoronto.com

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Pionierhafte Operation zur Schaffung einer arteriovenösen Fistel

Ein Ärzteteam des Universitätsklinikums der Medizinischen Universität Warschau (UCK WUM) führte ein innovatives Verfahren zur Schaffung einer arteriovenösen Fistel mit Hilfe einer endovaskulären Methode durch. Wie in der Ankündigung der Universität betont wird, ist dies die erste derartige Lösung, die in Mittel- und Osteuropa angewandt wird. Am 12. April wurde die Fistel verwendet, um eine Hämodialyse bei dem Patienten durchzuführen. Der Patient fühlt sich wohl.

Der Eingriff wurde vor 2 Monaten (15. Februar) durchgeführt. Das Team setzte sich aus Radiologen, Chirurgen, Anästhesisten und Nephrologen zusammen. Unterstützt wurden die WUM-Spezialisten von einem weltweit anerkannten Spezialisten für Gefäß- und endovaskuläre Chirurgie, Dr. Tobias Steinke von der Schön Klinik in Düsseldorf.

 Bild Quelle: Universitätsklinikum der Medizinischen Universität Warschau

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Wie schwer kann ein Graviton sein?

Wissenschaftler versuchen, die Eigenschaften des  Gravitons zu bestimmen - eines hypothetischen Teilchens, das eine Gravitationswechselwirkung ausübt. In einer im Journal of High Energy Astrophysics veröffentlichten Arbeit haben Prof. Marek Biesiada und Kollegen aus einer Analyse von 12 Galaxienhaufen eine neue Einschränkung für die Masse des Gravitons abgeleitet. Sie ist um sieben Größenordnungen stärker als die Einschränkungen, die sich aus den Beobachtungen der  Gravitationswellen ergeben.

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) hat unsere Vorstellungen von der Schwerkraft verändert. Nach der ART krümmt die Materie die Raumzeit, und alle Objekte bewegen sich in dieser gekrümmten Raumzeit entlang bestimmter Bahnen, die Geodäten genannt werden, sofern sie nicht durch andere, nichtgravitative Wechselwirkungen beeinflusst werden. Für nicht sehr große Krümmungen der Raumzeit und kleine Geschwindigkeiten, verglichen mit der Lichtgeschwindigkeit, reproduziert Einsteins Theorie das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation, das wir immer noch erfolgreich nutzen, um die Bewegung von Planeten oder Sternen in Galaxien zu beschreiben.

Wir wissen, dass die anderen drei fundamentalen Wechselwirkungen - die elektromagnetische Wechselwirkung mit großer Reichweite sowie die schwache und die starke Wechselwirkung, die die Materie auf subatomarer Ebene steuern - quantenmechanischer Natur sind. In der Quantenbeschreibung beinhaltet eine Wechselwirkung den Austausch des Teilchens (Bosons), das sie trägt. Für den Elektromagnetismus ist dies das Photon - ein Lichtteilchen, ein Quant der elektromagnetischen Welle. Für die starke und die schwache Wechselwirkung sind es die Gluonen bzw. Bosonen Z und W. Seit über hundert Jahren versuchen die Physiker, die universelle Gravitation auf dieselbe Weise zu betrachten und suchen nach einer Quantentheorie der Gravitation. In Analogie zu anderen Wechselwirkungen wäre ein hypothetisches Gravitationsträgerteilchen das so genannte Graviton. Aufgrund der unendlichen Reichweite der gravitativen Wechselwirkung, die mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, müsste das Graviton - wie das Photon - masselos sein. Dies sind jedoch nur theoretische Vorhersagen, die experimentell überprüft werden müssen.

 Bild Quelle: Pixabay / Quelle

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Präziseste Messung der Masse des W-Bosons weicht vom Standardmodell ab

Nach 10 Jahren Analyse und mehrfacher Validierung haben Forscher des CDF-Kollaborationsprojekts unter der Leitung des Fermi National Accelarator Laboratory (Fermilab) bekannt gegeben, dass sie die genauesten Messungen der Masse des W-Bosons, des Trägers einer der vier fundamentalen physikalischen Wechselwirkungen, durchgeführt haben. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Standardmodell verbessert oder erweitert werden sollte.

Wir kennen die vier grundlegenden physikalischen Wechselwirkungen: Gravitation, schwache, elektromagnetische und starke Wechselwirkung. Das W-Boson ist der Träger der schwachen Wechselwirkung. Anhand von Daten des Collider Detector at Fermilab (CDF) haben die Wissenschaftler des Fermilab die Masse des W-Bosons mit einer Genauigkeit von 0,01 % bestimmt. Die Messung ist doppelt so genau wie zuvor. Nach der Herstellung verwendeten die Wissenschaftler den neuen Wert, um das Standardmodell zu testen.

 Bild Quelle: Pixabay / Quelle

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Werden auch Menschen von der Dunkelfeld-CT profitieren?

Deutsche Forscher haben ein Gerät entwickelt, das Hoffnung für den Einsatz der so genannten Dunkelfeld-Computertomographie (CT) in der klinischen Anwendung am Menschen macht. Wenn das Dunkelfeld in der Diagnostik erfolgreich eingesetzt werden könnte, würden CT-Scans viel detailliertere Informationen liefern als heute.

Die CT verwendet Röntgenstrahlen, um Bilder zu erhalten. Das Gerät sammelt Informationen über die Absorption der Strahlung in den verschiedenen Geweben. Die auf diese Weise gesammelten Daten werden dann von einer Computersoftware analysiert, die daraus lesbare Bilder erstellt. Die Dunkelfeld-CT kann weitere nützliche Informationen liefern, da sie die Messung von Eigenschaften der Röntgenstrahlung ermöglicht, die bei der derzeitigen Tomographie nicht berücksichtigt werden.

 Bild Quelle: Pixabay

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Ein Stoff, der Herzschläge hören kann

Ein Team von Forschern des US-amerikanischen MIT und der Nanyang-Universität in Singapur hat ein Gewebe entwickelt, das Herzschläge erkennen kann. Das Gewebe wirkt wie eine Membran in einem Mikrofon und wandelt den Klang des Herzschlags in Schwingungen und dann in elektrische Signale um. Um diese Schwingungen aufzufangen, haben die Forscher eine flexible Faser entwickelt, die sich, wenn sie in den Stoff eingewebt wird, mit ihm biegt.

 Bild Quelle: Pixabay

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Künstliche Intelligenz hilft bei der Auswertung von Hautallergietests

Polnische Wissenschaftler haben die SkinLogic-Lösung entwickelt, die effizientere Hautallergietests und zuverlässigere Ergebnisse ermöglicht. Die Methode verwendet Video- und Wärmebildkameras und ein System, das die Bilder pixelgenau analysiert.

Die Autoren der beschriebenen Lösung sind Spezialisten der Fakultät für Elektronik und Informationstechnologie der Technischen Universität Warschau, das Team von Professor Jacek Stępień (Firma Milton Essex) und das Militärmedizinische Institut.

Die klinischen Tests ergaben sehr gute Ergebnisse. Das System identifiziert bis zu 98 % der Fälle korrekt, auch seltene Allergien. Darüber hinaus ist es mit SkinLogic möglich, Läsionen mit einem Durchmesser von höchstens 0,3 mm zu erkennen.

 Bild Quelle: Pixabay

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"Haarige" Zellulose könnte Nebenwirkungen der Chemotherapie verringern

Ein neues Nanomaterial kann "verirrte" chemotherapeutische Moleküle abfangen, bevor sie gesundes Gewebe schädigen können. Daher besteht die Hoffnung, die Nebenwirkungen der Chemotherapie sowohl während als auch nach der Behandlung zu verringern. Der Hauptbestandteil des Nanomaterials sind "haarige" Nanokristalle aus Zellulose. Die Entwickler behaupten, dass 1 Gramm solcher Kristalle mehr als 6 Gramm des häufig verwendeten Chemotherapeutikums Doxorubicin (DOX) einfangen kann. Damit ist es 320-mal wirksamer als bisherige DNA-basierte Alternativen.

Die Einnahme von Krebsmedikamenten bringt eine ganze Reihe von Nebenwirkungen mit sich, wie z. B. Haarausfall, die Entwicklung von Blutarmut und Gelbsucht. Die Wissenschaftler versuchen, diese Auswirkungen zu minimieren, indem sie nach Möglichkeiten suchen, die Konzentration der im Blut zirkulierenden Chemotherapeutika zu verringern. Zu den vorgeschlagenen Lösungen gehören die Verwendung von Kathetern mit speziellen Harzen oder die Einführung von mit DNA beschichteten magnetischen Nanopartikeln in den Körper.

 Bild Quelle: Pixabay / Quelle

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Künstliche Intelligenz wird die Augen untersuchen und das Risiko eines Herzinfarkts berechnen

An der Universität Leeds wurde ein System mit künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt, das Augenscans analysiert, die bei Routinebesuchen beim Augenarzt oder Optiker gemacht werden, und diejenigen identifiziert, die ein hohes Risiko eines Herzinfarkts aufweisen. Das System analysiert Veränderungen in den Miniaturblutgefäßen der Netzhaut, von denen wir wissen, dass sie auf ein umfassenderes kardiovaskuläres Problem hinweisen.

Die Spezialisten aus Leeds setzten Deep-Learning-Techniken ein, um die KI so zu trainieren, dass sie die Scans automatisch liest und die Personen herausfindet, die innerhalb des nächsten Jahres wahrscheinlich einen Herzinfarkt erleiden werden.

Das System, das in Nature Machine Intelligence beschrieben wird, zeichnet sich durch eine Genauigkeit von 70-80 Prozent aus und könnte nach Angaben der Entwickler zur Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt werden.

 Bild Quelle: Pixabay / Quelle

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