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Projekte
LAsertechnologien für eine zukunftsorientierte und NAchhaltige sächsische Wirtschaft – LaNa-Sax
Das Hauptziel des Projektes ist die Ausschöpfung der individuellen Bildungspotentiale von Nachwuchswissenschaftler:innen vor dem Hintergrund des Klimawandels auf dem hochkomplexen Gebiet der digitalen Lasertechnologien und deren Anwendung und im speziellen auf den Gebieten der laserbasierten Biophotonik und deren Ausrichtung auf die ressourcenschonende Anwendung von high-throughput Verfahren in der medizinischen Diagnostik und pharmazeutischen Industrie, der Erzeugung superharter amorpher und komplexer kristalliner dünner Schichten mittels Burst-Modus-Femtosekunden-Laserpulsabscheidung, der Oberflächenmodifizierung von Verbundwerkstoffen mittels Burst-Modus-Ultrakurzpulslaserstrahlung, der Entwicklung hocheffizienter Mikrowärmeübertrager und -fluidsysteme mittels Mikro-SLM und dem direkten 3D-Druck von keramischen Batteriekomponenten als Beitrag zur Deckung des steigenden Bedarfs an exzellent ausgebildeten akademischen Fachkräften auf dem Gebiet der digitalen und energieeffizienten, ressourcenschonenden Lasertechnologien im Freistaat Sachsen. Dabei sollen die jungen Hochschulabsolvent:innen durch die Mitbetreuung von Forschungspraktikant:innen und Bachelor-/Masterarbeiten an der Hochschule Mittweida in Personal- und Projektmanagement geschult werden und ihre didaktischen Fähigkeiten ausbauen. Gerade letztere sind zur Weitergabe von Wissen, also dem Wissenstransfer, aber auch zur Präsentation von Forschungsergebnissen vor Kolleg:innen, Projektpartner:innen und auf Konferenzen unerlässlich. Durch die Realisierung des Projektes werden die akademischen Nachwuchskräfte im Rahmen der gemeinsamen Forschungsarbeiten zum Wissens- und Technologietransfer und zur Netzwerkbildung zwischen der Hochschule Mittweida und sächsischen Unternehmen befähigt. Dazu gehören sowohl der Ausbau der bestehenden als auch die Aufnahme von neuen Kooperationsbeziehungen zu sächsischen Industriebetrieben in der Biophotonik und im Bereich der laserbasierten additiven Fertigung für die (Weiter-)Entwicklung energieeffizienter, ressourcenschonender Laserverfahren und die Vorbereitung der Nachwuchsforschenden für den Einsatz in relevanten Firmen nach Ablauf der hier vorgestellten Projekte. Durch die Zusammenarbeit mit den sächsischen Partnerfirmen sollen die Nachwuchsforschenden auch organisatorische Fähigkeiten und eine Betriebssichtweise auf die Forschung und deren Ergebnisse sowie durch Kostenabschätzungen auch betriebswirtschaftliche Kenntnisse erwerben.
Weitere Ziele des Projektes bestehen darin, praxisorientierte Forschung auf den Gebieten der biophotonischen Anwendung moderner, laserbasierter und ressourcenschonender Mikroskopie- und Messverfahren und die ressourcenschonende Bereitstellung fluoreszenzmarkierter Biomoleküle, insbesondere von Ribonukleinsäuren, in einer biotechnologischen Produktionsstrecke für die Entwicklung hybrider Strukturaufklärungsmethoden wie z.B. dem Förster-Resonanz-Energietransfer (FRET) für dynamische Abstandsinformationen von Biomolekülen auf molekularer Ebene als Bereich der Biophotonik in der medizinischen Diagnostik und pharmazeutischen Industrie, Verminderung des Verschleißes von Werkzeugen durch den Einsatz superharter Schichten sowie der Verbesserung der Effizienz von Festkörper-Energiespeichern durch den Einsatz von geeigneten kristallinen Schichten (z.B. von Li7La3Zr2O12-Schichten) in Lithium-Ionen-Batterien, Verminderung des Verschleißes und Optimierung der tribologischen Eigenschaften von Oberflächen von Verbundwerkstoffen bei stark abrasiv wirkender Beanspruchung mit dem Ziel der Erhöhung von Standzeiten von Werkzeugen aus den entsprechenden Materialien und der damit verbundenen Ressourcen- und Energieeinsparung, Entwicklung besonders ressourcenschonender additiver Fertigungsverfahren im Bereich der mikromechanisch-fluidischen Komponenten für den Einsatz in effizienten Wärmemaschinen und der Entwicklung einer neuartigen einstufigen keramischen Lasersintertechnologie für innovative Mikrobauteile mittels 3D-Druck von keramischen Komponenten ohne nachgelagerten Ofensinterprozess am Laserinstitut Hochschule Mittweida durchzuführen und die Voraussetzungen für den industriellen Einsatz der entwickelten neuartigen Technologien und Vorrichtungen in regionalen Unternehmen zu schaffen, welche als Alleinstellungsmerkmale perspektivisch die Marktchancen sächsischer Firmen erhöhen und zu neuen Arbeitsplätzen führen. Konkret sollen Teilergebnisse nach Projektende die Grundlage für industriefinanzierte Projekte darstellen, die direkte Überführung von Ergebnissen und die Erbringung von Forschungsleistungen für Industriebetriebe im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe wird jedoch ausgeschlossen.
Teilziele
Durch die Realisierung des Projektes werden folgende wissenschaftlich-technologischen Teilziele verfolgt:
- Etablierung effizienter Markierungsverfahren von Ribonukleinsäuren, um Daten für die FRET-gestützte RNA-Strukturmodellierung erzeugen zu können
- Entwicklung eines Python-basierten Programms/Frameworks zur FRET-gestützten Strukturmodellierung insbesondere von RNA und möglichen Bindungspartnern
- Erforschung des Einsatzes der Burst-Modus-Ultrakurzpuls-Lasertechnologie hinsichtlich der Erzeugung von dünnen Schichten mittels Laserpulsabscheidung
- Erforschung der Oberflächenmodifizierung von Verbundwerkzeugen durch Umschmelzen
- Entwicklung und Bau von hocheffizienten Mikrowärmeübertrager als hocheffizientes und leichtes Kühl- und Heizaggregat für die Lithiumionenbatterien in der E-Mobilität
- Entwicklung und Bau von keramischen Komponenten für Hochstrombatterie- und Wasserstoffzellen
Projektbeteiligte
Projektleitung
Prof. Dr. rer. nat. Richard Börner
Betreuer
Prof. Dr. rer. nat. Richard Börner
Biophotonik / Physikalische Technik
Prof. Dr.-Ing. André Streek
Lasergestützte additive Fertigung / Digitalisierung von Laserprozessen
Prof. Dr. rer. nat. Steffen Weißmantel
Physik / Physikalische Technologien
Mitarbeiter:innen
Felix Erichson, M.Sc.
Lasergestützte Strukturaufklärung in FRET-gestützten RNA de novo Modellen
Florian Heinrich, M.Sc.
Bau von hocheffizienten Mikrowärmeübertragern mittels Mikro-SLM
Philipp Rebentrost, M.Sc.
Oberflächenmodifizierung von Verbundwerkstoffen mittels Burst-Modus-Ultrakurzpulslaserstrahlung
Laura Römer, M.Sc.
Direkter 3D-Druck von keramischen Batteriekomponenten
Vanessa Schumann, M.Sc.
Effiziente und ressourcenschonende Fluoreszenzmarkierung für die biophotonische Charakterisierung von RNA-Molekülen
Eric Syrbe, M.Sc.
Erzeugung superharter amorpher und komplexer kristalliner dünner Schichten mittels Burst-Modus-Femtosekunden-Laserpulsabscheidung
Das Projekt wird dankenswerter Weise aus Mitteln des Freistaates Sachsen und der Europäischen Union im Rahmen einer ESF-Plus-Nachwuchsforschergruppe im Zeitraum vom 01.01.2023 - 31.12.2024 gefördert.