Science Art

Aufnahme von Johanna Müller, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Blue Honeymoon

    Die Abbildung zeigt eine mit der Zweiphotonenpolymerisation (2PP) geschriebene Struktur. Diese 3D-Drucktechnik ermöglicht in alle drei Raumrichtungen eine hohe Auflösung, im Idealfall weniger als einen Mikrometer.
    Die abgebildete Struktur ist eine Teststruktur für den Nachweis der laserbasierten Strukturierung einer keramischen Suspension. Keramische Partikel lassen sich eigentlich nicht mittels 2PP strukturieren. Werden sie jedoch mit einem „Mantel“ aus 2PP-vernetzbaren Polymeren versehen, können die keramischen Partikel der „Mantel“-Moleküle in Form gebracht werden. Nach dem 2PP-Prozess werden die „Mantel“-Polymere mit Hilfe eines Sinterverfahrens thermisch entfernt und die keramischen 3D-Strukturen härten aus. Das Bienenwabenmuster ist eine anschauliche Struktur zur Visualisierung der Genauigkeit des 2PP-Druckprozesses.

    Das Bild ist mit Hilfe eines Konfokalen Laser-Rastermikroskopes (CLSM) entstanden. Die keramischen Strukturen lassen sich visualisieren, da der für den 2PP-Prozess notwendige Photoinitiator fluoresziert.

Aufnahme von Holger Rothe, Fachbereich Biowerkstoffe

  • PEM-Spuk

    Das Bild zeigt die zufällige Form von Rückständen eines Polyelektrolyt-Multilayers (PEM) auf einem Siliziumwafer. Die Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde nachträglich anhand der Textur des viskosen Rückstandes coloriert.
    Polyelektrolyt-Multilayer können als Beschichtungen für Implantate von großem Nutzen sein. So werden sie u.a. als Träger für antibiotische Wirkstoffe eingesetzt, um die Gefahr von Implantatinfektionen direkt nach der Operation zu minimieren. Der große Vorteil dieser Methode liegt darin, dass die entsprechenden Antibiotika nur lokal am Implantationsort freigesetzt werden, was die Ausbildung resistenter Keime drastisch verringert.

    Übrigens glauben in Deutschland ca. 8% der Erwachsenen an Geister (2002, Institut für Demoskopie Allensbach). In Großbritannien glauben, kaum überraschend, fast 10% aller Erwachsenen, bereits schon einmal einem Geist begegnet zu sein, 15% halten das für möglich und weitere 19% sind sich nicht ganz sicher.
    Es scheint jedoch gesichert zu sein, dass plötzliche Temperaturunterschiede, überraschende Lichtwechsel oder Windstöße sowie Infraschall Spukerlebnisse auslösen können. Geister sind jedoch vor allem wortwörtlich Hirngespinste des Schläfenlappens.

Aufnahme von Dr. Ronald Schade, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Der letzte Kontakt

    Simple Vorgänge in der Natur können bei näherer Betrachtung in einem ganz neuen Licht erscheinen. Trocknen Flüssigkeiten ein, so ist der Gehalt der Flüssigkeit in der Atmosphäre kleiner, als der Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck. Die Geschwindigkeit der Trocknung wird durch die Temperatur, die Intensität der Luftströmung, die Luftfeuchtigkeit und die effektive Oberfläche der trocknenden Substanz im Vergleich zu dessen Volumen bestimmt. Unter dem Mikroskop können dabei in Abhängigkeit der Flüssigkeit bzw. der darin befindlichen Komponenten faszinierende Strukturen sichtbar werden, wie sie z.B. für Whiskeytropfen in Abhängigkeit des Reifungsgrades beschrieben wurden.

    Hier ist ein roter Farbstoffsee mit Blutzellen abgebildet, der unter der Wärmeeinwirkung der Beleuchtungslampe am Lichtmikroskop beginnt einzutrocknen und bereits ein zurückgebliebenes Trocknungsartefakt hinterlassen hat.

Aufnahme von Holger Rothe, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Face-to-face

    Die Abbildung zeigt den Kopf eines Grashüpfers (Gomphocerinae) als Unterfamilie der Feldheuschrecken (Acrididae). Die Aufnahme entstand mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) bei einer 9-fachen Vergrößerung. Auch wenn die REM-Analyse deutlich höhere Vergrößerungen zulässt, können mit kleinen Vergrößerungen beeindruckende Großaufnahmen von Strukturen erzeugt werden, die üblicherweise eher verborgen bleiben.

    Interessant ist es, daß der Gesang der Grashüpfer (das im Sommer bekannte Zirpen) eine Differenzierung zeigt: Die meisten Arten zeigen einen „gewöhnlichen Gesang“, mit dem die Weibchen angelockt werden, einen „Rivalengesang“, mit dem die Männchen ihr Territorium gegeneinander abgrenzen und einen „Werbegesang“ bei der Balz.

Aufnahme von Dr. Ronald Schade, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Falsche Perlen

    Das Bild zeigt eine CLSM-Aufnahme von Plaquebakterien auf einem Zahnersatzmaterial. Die Materialprobe wurde 15 h mit einer Mischkultur aus fünf verschiedenen Bakterienspezies inkubiert. Durch eine Fluoreszenzanfärbung sind hier lebende Bakterien grün, tote Bakterien rot. Die in sattem Gelb strahlenden Bakterien sind ein Artefakt, da hier sowohl der Farbstoff für die lebenden, wie auch der für die toten Bakterien angeregt und detektiert wurde, was auf eine nicht optimale Selektivmarkierung hindeutet.
    ABER ES LÄSST DIE PROBE IM PERLENGLANZ STRAHLEN !

    Die Bakterien kann man auch bereits anhand ihrer Form zuordnen: Streptokokken sind rund und lagern sich oft in langen Ketten zusammen. Stäbchenförmige Keime sind den Actinomyzeten zuzuschreiben. Die langen Nadeln sind Fusobakterien, die als Haftvermittler zwischen verschiedenen Bakterien in einer Zahnplaque fungieren. Unregelmäßige, zerpflückt aussehende kleine Bakterienaggregate setzen sich aus Veillonellen zusammen. Letztere sind Bakterien, die erst später die Zahnmaterialoberfläche besiedeln und die Stoffwechselprodukte der anderen Bakterien, zumeist organische Säuren, weiterverwerten.

Aufnahme von Holger Rothe, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Lonely ice world

    Wie ein kleines Hochhaus auf einer einsamen Eisscholle steht hier ein dreidimensionaler Scaffold auf einer verfestigten Hydrogelschicht. Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme zeigt einen mit der Zweiphotonenpolymerisation hergestellten 3D-Träger. Der Scaffold ist 2x2x2 mm3 groß und besteht aus sich wiederholenden Gittereinheiten. Diese Struktur verleiht dem Zellträger stabile Eigenschaften bei gleichzeitiger Durchströmbarkeit. Da das Material zudem auch noch in seiner Steifigkeit eingestellt werden kann, ist ein solcher Zellträger für die dreidimensionale Kultivierung von Zellen ähnlich wie in einem natürlichen Gewebe geeignet. Die Träger können z.B. in der Tumorforschung eingesetzt werden.

    Apropos Eis: Die Abbildung erinnert in fataler Weise an den dramatischen Verlust der Eiskappen an den Polen. In der Antarktis schmilzt das Eis neuen Daten zufolge sechsmal schneller, als in den 80-er-Jahren. Jährlich gehen derzeit etwa 252 Milliarden Tonnen Eis in der Antarktis verloren. Schmilzt das ganze Eis in der Antarktis, steigt der Meeresspiegel um 58 Meter. Bei dem Verlust des gesamten Eises auf der Erde sind es sogar 66 Meter. Für diesen Fall sollten Sie bereits jetzt einen Urlaub an der Küste z.B. in Dortmund buchen.

Aufnahme von Dr. Ronald Schade, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Lost in space

    Das Bild zeigt Knorpelzellen (Chondrozyten, rot) in einer Matrix aus Kollagenfasern (grün). Die Aufnahme entstand mit einem Zweiphotonen-Mikroskop (2PLSM). Die Färbung der zwei Komponenten (Zellen und Kollagen) ist auf geringe spektrale Unterschiede der Autofluoreszenz der Komponenten zurückzuführen. Diese wurde mittels selektiver Filter nach Anregung mit einem Ti:Sa-Laser detektiert und anschließend durch einen Auswertealgorithmus (spectral unmixing) den Chondrozyten und Kollagenfasern mittels Falschfarbendarstellung zugewiesen.

    Trägermaterialien aus Kollagenfasern in Form von Schwämmen werden verwendet, um Zellen dreidimensional kultivieren zu können. Die aus Geweben gewonnenen Zellen finden hier räumliche und biochemische Bedingungen vor, die denen der nativen Gewebe entsprechen. Daher wachsen die Zellen ähnlich wie im Gewebe, was z.B. für die Therapie von Knorpelschäden von großem Vorteil für den Heilungserfolg beim Patienten ist.

Aufnahme von Holger Rothe, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Multistaphylococcus diploecaudatus

    Diese Aufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigt eine haufenförmige Ansammlung von Staphylococcus aureus, einem der häufigsten Erreger von Krankenhausinfektionen, auf einer Biomaterialoberfläche. Die einzelnen Bakterien haben einen Durchmesser von ca. 0,5 µm.
    Viele Bakterien besitzen die Fähigkeit sich an Oberflächen anzuhaften. Geschieht dies im menschlichen Körper, etwa an einer Implantatoberfläche, sind oftmals schwerwiegende Infektionen durch Biofilme die Folge. Antiadhäsive Implantatoberflächen sind daher eines der großen Ziele der Biomaterialforschung.

    Die zufällige Form dieses Bakterienhaufens erinnert an einen (schwanzlosen) Diplodocus, einem der größten Sauropoden im Oberjura vor ca. 150 Mill. Jahren. Augenzwinkernd wurde daher der Name dieses Science-Art-Objektes gewählt: Multistaphylococcus (viele Staphylokokken) diploecaudatus (sprich: diplo-e-caudatus; in der Form eines schwanzlosen Diplodocus).

Aufnahme von Holger Rothe, Fachbereich Biowerkstoffe

  • Roth’sches Daktyl-Gebirge

    Die Abbildung zeigt den Fingerabdruck (Daktylogramm) eines iba-Mitarbeiters. Die Aufnahme entstand mit der Weißlichtinterferometrie. Mit diesem optischen, nichtdestruktiven Verfahren lassen sich sehr dünne Oberflächenstrukturen wie z.B. Protein- und Lipidlayer abbilden. Fettrückstände auf den Papillarleisten der Fingerkuppe führen zu diesen charakteristischen Formen, die eine Höhe bis 20 µm aufweisen. Manche Oberflächen reagieren sofort mit den chemischen Komponenten des Fingerabdruckes, so daß er förmlich unvergänglich eingeätzt wird. Also aufgepasst, was man anfasst !!!

    Bis heute sind noch keine zwei identischen Fingerabdrücke bei zwei Menschen entdeckt worden. Allerdings sind Fingerabdrücke recht leicht nachzumachen, was z.B. die Sicherheit App-basierter Identifizierungsverfahren mit Fingerabdruckscannern schmälert.
    Koalas haben übrigens dem Menschen ähnliche Fingerabdrücke. Vielleicht eine letzte Chance bei Überführung durch die Justiz: „Der Koala war's, nicht ich !“

Aufnahme von Stefan Wiedemeier, Fachbereich Bioprozesstechnik

  • Warhol Mountains

    Die Struktur einer Oberfläche hat einen erheblichen Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften. Das wird in beeindruckender Weise an den selbstreinigenden Eigenschaften des Lotusblattes deutlich. Die Abbildung zeigt die Mikro- (links) und die Nanostruktur (rechts) eines Lotusblattes der Indischen Lotusblume (Nelumbo nucifera). Die noppenförmige Oberfläche des Lotusblattes (Makrostruktur) in Verbindung mit der darauf befindlichen Mikrotopografie und einer Wachsschicht rufen eine hohe Hydrophobizität der Oberfläche hervor, und Wasser perlt leicht von der Oberfläche ab. Die Wassertropfen sammeln beim Abrollen Verschmutzungen auf und sorgen so für eine saubere Oberfläche. Der Vorteil für die Pflanze ist eine sehr effiziente Photosynthese. Der als „Lotuseffekt“ bekannte Zusammenhang zwischen der Struktur einer Oberfläche und deren Hydrophobizität kann auf technische Oberflächen übertragen werden, z.B. zur Verringerung der Adhäsion von Flüssigkeiten (auch Blut z.B.) für Anwendungen im Bereich der tropfenbasierten Mikrofluidik. Die Aufnahmen stammen aus Analysen mit der Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM). In Anlehnung an das von Andy Warhol 1962 entworfene Pop-Art-Porträit von Marilyn Monroe in Siebdrucktechnik, das beide unsterblich gemacht hat, wurden die Höheninformationen mittels unterschiedlicher Farbskalen am Rechner variabel codiert.