01.03.2019

China: Mäuse können nach Nanopartikel-Injektion Infrarot sehen

Die Forschungsleistung dahinter ist komplex - der tatsächliche Vorgang ist dann relativ simpel. Forscher einer chinesischen Universität haben eine Nanopartikel-Lösung entwickelt, die nur in die Netzhaut einer Maus injiziert werden muss, damit diese Infrarot sehen kann. Der Zweck der Sache geht aber weiter.
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Labormäuse sehen Infrarot
(c) fotolia.com - Holger

Der Mensch kann Licht bekanntermaßen nur in einem bestimmten Wellenlängenbereich sehen (ca. zwischen 430 und 770 Nanometern). Die genaue Wellenlänge entscheidet dabei darüber, welche Farbe wahrgenommen wird. Die kürzeste Wellenlänge hat dabei die Farbe Rot (ganz oben im Regenbogen), die längste Violett (ganz unten). Entsprechend wird die Strahlung im gerade nicht mehr sichtbaren Bereich als Infrarot (kürzere Wellenlängen) bzw. Ultraviolett (längere) bezeichnet. Soviel zur Physik.

Für die Wahrnehmung des Lichts beim Menschen (und bei Tieren) sind verschiedene Rezeptortypen in der Netzhaut verantwortlich, die jeweils für bestimmte Bereiche des Lichtspektrums empfindlich sind. Bei Menschen mit Farbenfehlsichtigkeit (Farbenblindheit) fehlen die Rezeptoren für bestimmte Wellenlängen. Soviel zur Biologie.

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Farbenfehlsichtigkeit: Therapie mit Umweg über Infrarot sehende Mäuse

Wissenschaftler einer chinesischen Universität sind nun einer möglichen Therapie für die Farbenfehlsichtigkeit auf der Spur, wie sie in einem im Wissenschaftsmagazin „Cell“ veröffentlichten Paper beschreiben. Sie begaben sich in der Forschung aber auf einen Umweg. Denn statt direkt an der Farbenblindheit anzusetzen, beschäftigten sie sich mit dem nicht sichtbaren infraroten Licht.

Nanoantennen umhüllen Zellen

Dazu entwickelten sie sogenannte „Nanoantennen“. In Form einer Lösung wurden die Nanopartikel in die Netzhäute von Versuchsmäusen injiziert. Diese waren nachher dazu in der Lage, infrarotes Licht zu sehen. Konkret umhüllen die injizierten Infrarot-Strahlung absorbierenden Moleküle Rezeptorzellen, die üblicherweise grünes Licht wahrnehmen, wodurch diese adaptiert werden. Die Mäuse hätten nach der Injektion augenblicklich Infrarot sehen können, berichten die Wissenschaftler.

Ob sich für Menschen auch ein Usecase daraus ergibt, Infrarot sehen zu können, sei an dieser Stelle dahingestellt. Neben einer Behandlung der Farbenfehlsichtigkeit könnten sich allerdings weitere Möglichkeiten in der Behandlung von Augenerkrankungen ergeben, sagen die Wissenschaftler.

⇒ Zum Paper

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Das Forschungskonsortium von Focus:lfm. | (c) Jacomo Schlumberger

Ein Elektroauto muss nicht unmittelbar nach dem Anstecken mit voller Leistung laden. Auch Wärmepumpen und Batteriespeicher können ihren Stromverbrauch zeitlich anpassen. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien wird diese Flexibilität zunehmend wichtiger. Photovoltaikanlagen erzeugen beispielsweise vor allem tagsüber Strom, während viele Elektroautos erst am Abend geladen werden. Werden viele solcher Geräte intelligent gesteuert und zu sogenannten Flexibilitätspools gebündelt, könnten sie Stromnetze entlasten und erneuerbare Energie besser nutzbar machen.

Wie groß das Potenzial ist, verdeutlichen Zahlen, auf die das Forschungskonsortium verweist: Einer EU-Analyse zufolge könnte die nachfrageseitige Flexibilität bis 2030 rund 120 Gigawatt erreichen. Momentan sind in der EU rund 44 Gigawatt Pumpspeicherleistung installiert. Zwar können flexible Stromverbraucher große Pumpspeicher nicht vollständig ersetzen, die Zahlen zeigen jedoch, welches Potenzial in Haushalten, Unternehmen und Energiegemeinschaften bislang ungenutzt bleibt.

Genau hier setzt das Forschungsprojekt Focus:lfm (From Open Coexistence to Unified Systems for Local Flexibility Management) an. Unter der Koordination von e7 energy innovation & engineering entwickeln 18 österreichische Partnerorganisationen eine offene digitale Infrastruktur. Beteiligt sind unter anderem die Technologieunternehmen Keba und AVL, der Netzbetreiber Energienetze Steiermark sowie Salzburg Research und Reisenbauer Solutions.

Offene Software soll Geräte miteinander verbinden

Die intelligente Steuerung von Stromverbrauchern ist grundsätzlich nicht neu. Eine zentrale Herausforderung liegt jedoch darin, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller häufig eigene Kommunikationssysteme nutzen. Viele bestehende Lösungen sind zudem geschlossen, wodurch die gemeinsame Steuerung aufwendig und kostspielig sein kann.

Focus:lfm entwickelt deshalb ein sogenanntes Open-Source-Framework. Die Software soll unterschiedliche Geräte, Energiemanagementsysteme, Stromhändler und Netzbetreiber über gemeinsame Schnittstellen miteinander verbinden. Bestehende Systeme sollen dabei nicht ersetzt, sondern vernetzt werden.

Auch der Zeitpunkt des Forschungsprojekts ist laut Projektkoordinator Guntram Preßmair günstig. Das neue Elektrizitätswirtschaftsgesetz (ElWG) schafft die Grundlage für einen Markt, auf dem Netzbetreiber flexible Stromverbraucher gezielt zur Entlastung ihrer Netze einsetzen können. Anders als auf bisherigen Strommärkten spielt dabei eine entscheidende Rolle, wo sich die Anlagen befinden. So könnten beispielsweise Elektroautos oder Batteriespeicher in einem bestimmten Netzgebiet helfen, lokale Engpässe zu beheben.

Startups sollen eigene Geschäftsmodelle entwickeln können

Besonders für kleinere Technologieunternehmen soll die offene Software neue Möglichkeiten schaffen. Denn die gesamte technische Verbindung vom einzelnen Gerät bis zur Vermarktung der Flexibilität selbst aufzubauen, ist laut Preßmair für kleine Unternehmen kaum machbar. „Deswegen wollen wir denen ein Open-Source-Werkzeug in die Hand geben“, erklärt er.

Mit Focus:lfm sollen Startups eine kostenlos verfügbare technische Grundlage erhalten, auf der sie eigene Dienstleistungen und Geschäftsmodelle entwickeln können. Ein Unternehmen, das beispielsweise Prognosen zum Energieverbrauch erstellt, könnte seine Lösung mit der Infrastruktur verknüpfen, ohne selbst sämtliche technischen Schnittstellen entwickeln zu müssen.

Ein begleitendes Accelerator-Programm soll Unternehmen bei der Integration unterstützen. Sobald erste Prototypen verfügbar sind, sollen interessierte Betriebe die Software erproben und Rückmeldungen zur Weiterentwicklung geben. Dadurch will das Projekt bereits während seiner Laufzeit eine möglichst breite Nutzerbasis aufbauen.

Praxistests bis 2030 geplant

Die entwickelte Infrastruktur soll zunächst in Simulationen und Laborumgebungen getestet werden. Anschließend sind Feldtests mit Elektroauto-Ladeinfrastruktur, Elektroboilern und Energiemanagementsystemen geplant. Auch Energiegemeinschaften und das Reallabor Waldviertel sollen eingebunden werden.

Das Projekt ist im Juni 2026 gestartet und läuft über 48 Monate. Gefördert wird es aus Mitteln des Klima- und Energiefonds sowie des Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur.

Langfristig soll ein Konsortium aus Industriepartnern die Weiterentwicklung der Software tragen. Für Preßmair wäre das optimale Ergebnis, wenn bis zum Projektende 2030 rund zehn Unternehmen die Infrastruktur aktiv nutzen und damit eigene Geschäftsmodelle betreiben.

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