Von der Zellwand bis zum Staudamm: Diese Barrieren untersuchen ETH-Forschende
Elektronik, Landschaft, Biologie: Barrieren betreffen alle Bereiche unseres Lebens. Deshalb befassen sich an der ETH Zürich unterschiedlichste Forschungsdisziplinen damit.
Warum D?mme brechen
2019 barst in einer brasilianischen Eisenerzmine der Damm eines Absetzbeckens – mit verheerenden Folgen für Mensch und Umwelt. Lange war unklar, wie es zur Schlammlawine von Brumadinho kommen konnte. Denn das Becken war seit Jahren nicht mehr mit neuen Tailings, wie die feink?rnigen Rückst?nde aus der Erzaufbereitung genannt werden, beladen worden. ETH-Forschende konnten einen physikalischen Mechanismus und andere Einflussfaktoren identifizieren, die den Dammbruch erkl?ren. Ihre Modelle zeigen, wie vorerst kleine, unauff?llige Gleitfl?chen in den Tailings sich im Laufe der Zeit horizontal ausweiteten. Dadurch setzten sich die Tailingsschichten in Bewegung und liessen den Damm durch ihr Gewicht bersten. Durch klassische Monitoringsysteme liessen sich solche Dammbrüche bisher nicht vorhersehen. Der neue Ansatz hilft bei der Risikobewertung von Absetzbecken.
?Globe? Eine Welt ohne Barrieren
Dieser Text ist in der Ausgabe 24/03 des ETH-????Magazins Globe erschienen.
Ein wichtiger Schutz
Die Haut schützt den K?rper vor Wasserverlust und verhindert, dass Allergene und Krankheitserreger in den K?rper eindringen. Funktionsst?rungen oder Verletzungen der Haut k?nnen zu schweren medizinischen Problemen führen. Das interdisziplin?re Grossprojekt Skintegrity treibt seit 2016 die Erforschung der Haut und ihrer Erkrankungen voran. Es bringt Expertinnen und Experten zusammen, die neue Methoden entwickeln, um Wunden, Entzündungen und Haut?erkrankungen besser zu diagnostizieren und zu behandeln. Auch Wissenschaftler:innen, ?rzt:innen und Ingenieur:innen bilden sich bei Skintegrity aus und k?nnen die gewonnenen Erkenntnisse praktisch anwenden. Ursprünglich als kollaboratives Vorzeigeprojekt der Hochschulmedizin Zürich im Jahr 2016 ausgew?hlt, ist Skintegrity seit 2020 eine Forschungsinitiative auf nationaler Ebene.
Hoffnung bei Hirnerkrankungen
St?rungen des Gehirns wie Depressionen, Angstzust?nde oder Epilepsie haben ihren Ursprung oft in bestimmten Hirnregionen. Mit nicht-invasiven Behandlungen wie Medikamenten lassen sich diese Regionen meist nicht gezielt ansprechen. ETH-Professor Mehmet Fatih Yanik hat mit seinem Team eine neue Technologie entwickelt, mit der Medikamente mit gebündeltem Ultraschall kontrolliert in bestimmten Hirnbereichen verabreicht werden k?nnen. Die Medikamente werden auf biologischen Tr?gern ins Hirn gebracht und durch das Blut transportiert. Nach der Freisetzung aus den Tr?gern durchqueren die Medikamente die Blut-Hirn-Schranke. Diese organische Barriere, die das Hirn vor Giftstoffen oder Krankheitserregern schützt, wird dabei nicht beeintr?chtigt. Die neuartige Methode kann zu einem Durchbruch bei der Behandlung von Hirnerkrankungen führen.
Zellen als Computer
Zellen sollen dereinst mit künstlichen genetischen Programmen ausgestattet werden, die ?hnlich funktionieren wie elektronische Schaltsysteme. Solche neu programmierten Zellen k?nnten in unserem K?rper wichtige medizinische Aufgaben wahrnehmen. Zum Beispiel, indem ver?nderte Immunzellen Tumorzellen bek?mpfen. Da Tumorzellen unterschiedliche genetische Auspr?gungen haben, müsste das Programm dann so lauten: ?Bek?mpfe eine Zelle, wenn sie vom Typ X oder Y oder Z ist.? In der Mathematik und der Elektronik wird diese Funktion als Oder-Gatter bezeichnet. Zur Anwendung kommen soll die zellul?re Informationsverarbeitung vor allem in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Forschende am Departement für Biosysteme konnten erste Schritte mit einer menschlichen Zelle dieser Art bereits 2021 machen.
Giftfreie Textilmembran
Atmungsaktive, wasserdichte Regenjacken sind mit Membranen ausgestattet. Diese verfügen über winzige Poren, die Dampftr?pfchen, wie sie beim Schwitzen entstehen, durchlassen, die viel gr?sseren Wassertropfen hingegen nicht. Oftmals enthalten solche Membranen umweltsch?dliche und gesundheitsgef?hrdende Fluorverbindungen. Dies wollte Mario Stucki ?ndern: W?hrend seines Studiums an der ETH Zürich entwickelte er eine umweltfreundliche Membran, die ohne Fluorverbindungen auskommt. Auf die Idee kam er im Rahmen seiner Masterarbeit in der Gruppe von Wendelin Stark, Professor für Funktionales Materialengineering der ETH Zürich. Stucki verfolgte die Vision in seiner Doktorarbeit und sp?ter als Gesch?ftsidee weiter. Zusammen mit Anna Beltzung gründete er das ETH-Spin-off Dimpora. Ihre neueste Entwicklung: eine Membran, die auf Rizinus- statt auf Erd?l basiert.
Weniger Zersiedelung
Neue Wohnquartiere, versiegelte Fl?chen, Mehrverkehr: Durch Zersiedelung und Zerschneidung der Landschaft entstehen in der Schweiz immer mehr unüberwindbare Barrieren für Pflanzen und Tiere. Für eine nachhaltige Raum- und Landschaftsentwicklung, vor allem auch mit Blick auf künftige Generationen, braucht es die Balance zwischen den drei grundlegenden Aspekten Wirtschaft, Umwelt und Soziales. Das Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung der ETH Zürich und seine drei Forschungsgruppen haben es sich zur Aufgabe gemacht, die zunehmende Komplexit?t des Zusammenspiels dieser Aspekte zu verstehen. Die Forschenden wollen Wege für eine nachhaltige Entwicklung aufzeigen, um so die voranschreitende Zersiedelung des Landes oder überm?ssigen Verkehr in Agglomerationen und Transit?r?umen eind?mmen zu k?nnen.