Quelle: Universität des Saarlandes 14. September 2022.

Vom 21. bis 23. September 2022 trifft sich die Fachwelt auf dem Gebiet dieser Zukunftstechnologie an der Universität des Saarlandes auf der 56. Metallographie-Tagung der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM). ESA-Astronaut Matthias Maurer stellt am 22. September, ab 14 Uhr, im Audimax seine Experimente auf der ISS vor.

Oberflächen, die Keime abtöten, Stahl, der für jeden Einsatz wie angegossen maßgeschneidert werden kann, oder Solarzellen, die dünn sind wie ein feiner Hauch – Materialien und Werkstoffe mit neuen Fähigkeiten auszustatten, zählt zu den Zukunftstechnologien schlechthin. Voraussetzung hierfür ist, die innerste Struktur der Materialien bis ins Kleinste sichtbar zu machen, und die Zusammenhänge zwischen ihrem Gefüge im Mikrokosmos und den Eigenschaften in der Welt unserer Größenordnung zu erkennen und zu erklären: Dies macht es möglich, durch verschiedene Verfahren wie Ätztechniken, die Oberflächen so zu verändern, dass Materialien völlig neue Eigenschaften erhalten: Hiermit befasst sich die Metallographie.

Mehr als 200 Expertinnen und Experten dieser Disziplin aus Deutschland, Österreich, der Schweiz sowie aus den USA treffen vom 21. bis 23. September auf dem Saarbrücker Campus zur 56. Metallographie-Tagung der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde zusammen. Bereits zum zweiten Mal findet diese auf Einladung von Professor Frank Mücklich an der Universität des Saarlandes statt.

Zum Austausch kommen sowohl Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, als auch Praktikerinnen und Praktiker aus den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen großer Unternehmen auf den Saarbrücker Campus. „Ein Fokus des Kongresses liegt auf dem Forschungstransfer. Der gegenseitige Austausch ist für Wissenschaft wie Wirtschaft wichtig, um die Technologien gezielt weiterzuentwickeln. Die Metallographie ist die Basis etwa für die Qualitätskontrolle der Hochleistungswerkstoffe der Industrie“, erklärt Frank Mücklich. Der Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes leitet das Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS).

Mücklich hat unter anderem die Laserinterferenz-Technologie (Direct Laser Interference Patterning – DLIP) entwickelt und zur Marktreife gebracht: Diese macht es möglich, in Oberflächen mikroskopisch feine, dreidimensionale Muster von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern einzugravieren. Mit diesem Verfahren mikrostrukturierte Proben schickte sein Team ins All – mit dem Ziel, Oberflächen zu entwickeln, die Keime abweisen. ESA-Astronaut Matthias Maurer, Absolvent der Universität des Saarlandes und Mücklichs Diplomand, bearbeitete bei seiner Mission „Cosmic Kiss“ die Experimente mit den Oberflächenproben auf der Internationalen Raumstation ISS. Von diesen und weiteren Experimenten seiner Weltraum-Mission wird Matthias Maurer in einem öffentlichen Vortrag am Donnerstag, 22.September, ab 14 Uhr, im Audimax (Geb. B4 1) berichten. Dieser Vortrag ist öffentlich.

Im Rahmen der Tagung beleuchten Expertinnen und Experten in Vorträgen neue Verfahren und Erkenntnisse zur Präparation und mikroskopischen Abbildung von Gefügen, zur Analyse der Gefüge sowie zur metallographischen Schadensanalyse. Im Fokus stehen insbesondere die Weiterentwicklung und Anwendung aller Tomographieverfahren von der Mikro- über die Nano- bis zur atomaren Skala, sowie Verfahren künstlicher Intelligenz und maschineller Lernmethoden – beides Gebiete, auf denen die Saarbrücker Forscherinnen und Forscher zu den führenden zählen.

Am Mittwoch, dem 21. September, wird der saarländische Wirtschaftsminister, Jürgen Barke, die Tagung um 13 Uhr zusammen mit Professor Frank Mücklich eröffnen. Am Nachmittag wird unter anderem der Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der AG der Dillinger Hüttenwerke, Wolfgang Schütz, Einblicke in modernes Grobblechdesign geben. Der Informatiker Philipp Slusallek, Professor für Computergrafik an der Universität des Saarlandes und wissenschaftlicher Direktor am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, beleuchtet Methoden der künstlichen Intelligenz in der Metallographie. Seit Jahren arbeiten der Informatiker und sein Team mit Mücklichs Arbeitsgruppe im Rahmen einer strategischen Partnerschaft zur Stahlforschung im Saarland zusammen: Aus der Zusammenarbeit ist unter anderem eine neue Methode zur Qualitätsprüfung von Stahl entstanden: Das neue Verfahren macht durch künstliche Intelligenz den komplexen inneren Aufbau des Stahlgefüges sichtbar. Hierdurch lässt sich das Gefüge auch bei sehr komplexen Mikrostrukturen mit einer besonders hohen Genauigkeit von bis zu 95 Prozent klassifizieren und damit das Eigenschaftsspektrum des Stahls für den jeweiligen Einsatz schneller und entscheidend verlässlicher prüfen.

Der Donnerstag, 22. September, bei dem Frank Mücklich die Kongressteilnehmerinnen und -teilnehmer gemeinsam mit dem saarländischen Wissenschaftsminister, Jakob von Weizsäcker, und Universitätspräsident Manfred Schmitt begrüßt (ab 14 Uhr), ist vor allem international ausgerichtet: Auf dem Programm steht unter anderem die Gründung einer strategischen Partnerschaft der deutschen Metallographie-Fachgesellschaft (in der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde DGM) mit der amerikanischen Metallographie-Fachgesellschaft IMS (International Metallographic Society in der American Society for Materials). Zur Gründung der Partnerschaft zwischen IMS und DGM wird auch der IMS-Präsident, Mike Keeble, auf dem Saarbrücker Campus sprechen.

Die 56. Metallographie-Tagung findet als hybride Veranstaltung im Audimax auf dem Saarbrücker Campus (Geb. B4 1) sowie online statt.
Programm: https://dgm.de/met/2022/de/

Hintergrund
Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Universität des Saarlandes zählt international zu den führenden Forschungsstandorten auf diesem Gebiet. Nur wenige Universitäten in Deutschland weisen einen solchen Schwerpunkt auf. Auf dem Campus befinden sich das Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS), das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) sowie das Leibniz Institut für neue Materialien (INM), die alle eng mit der universitären Forschung vernetzt sind.
Studenten können zwischen internationalen Studiengängen wie „Atlantis“, „EEIGM“ und „AMASE“ wählen oder das nationale Bachelor- und Masterprogramm studieren. Auch ein Studiengang Materialchemie ist im Angebot. Mit dem europäischen Graduiertenkolleg DocMASE gibt es ein Angebot zur Doppel-Promotion. Alle internationalen Studiengänge werden von der Europäischen Schule für Materialforschung (EUSMAT) an der Saar-Universität koordiniert. EUSMAT bietet zum Beispiel mit dem Masterprogramm „AMASE“ ein zweisprachiges Studium wahlweise in den Sprachen Englisch, Spanisch, Deutsch und Französisch an, das im Verbund mit Lulea in Schweden, Barcelona, Nancy, Leoben oder Padua jeweils einen Doppelabschluss ermöglicht.
https://www.uni-saarland.de/fachrichtung/mwwt/
https://www.eusmat.net/

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66/67

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Quelle: Universität des Saarlandes.

18. Januar 2022 – Das Programm am 26. Januar 2022 wird in der Aula der Universität des Saarlandes aufgezeichnet und von 14:00 bis 16:15 Uhr live gestreamt. Den Livestream kann man auch noch nach der Veranstaltung hier auf dem Youtube-Kanal der Universität anschauen. Info: www.uni-saarland.de/iss-live .

ESA-Astronaut Matthias Maurer ist nicht nur seiner saarländischen Heimat eng verbunden, er pflegt auch besondere Beziehungen zur Universität des Saarlandes. Daher wurde diese ausgewählt für eine 20-minütige Live-Schalte zur Internationalen Raumstation ISS, bei der Matthias Maurer am 26. Januar ab 15:30 Uhr von seiner aktuellen Forschungstätigkeit berichten wird. Die Fragen dazu werden Ministerpräsident Tobias Hans, Universitätspräsident Manfred Schmitt und Professor Frank Mücklich in der Aula der Universität stellen. Von dort werden auch die Vorträge zur Weltraumforschung per Videoaufzeichnung live übertragen, coronabedingt wird die Veranstaltung ausschließlich online angeboten.

Bereits um 14 Uhr starten die jeweils zehnminütigen Vorträge, die von Jürgen Rinner moderiert und durch Fragen begleitet werden. Sie geben auf allgemeinverständliche Weise einen Einblick in die Weltraumforschung an der Universität des Saarlandes und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). Zudem führen Vertreter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Europäischen Weltraumbehörde ESA in die „Cosmic Kiss“-Mission von Matthias Maurer ein und stellen die Erd- und Umweltbeobachtung vor.

Informationen zu den Vorträgen zur Weltraumforschung:
Bei Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes, hat Matthias Maurer sein Diplom abgelegt. Die beiden blieben in Kontakt und tauschten sich immer wieder über materialwissenschaftliche Fragestellungen aus. Ein glücklicher Zufall führte dazu, dass Professor Mücklich im Rahmen eines ESA-Projektes im August 2021 Materialproben auf die ISS schicken konnte, die nun in verschiedenen Experimenten von Matthias Maurer persönlich betreut werden. Dabei geht es um neuartige Oberflächen gegen Bakterien, die auch auf der Weltraumstation ISS zum Problem werden können, wenn Astronauten wie Matthias Maurer über Monate isoliert von der Erde dort leben. Über häufig kontaktierte Oberflächen können sich die Bakterien vermehren und innerhalb der Raumstation ausbreiten. Um dies zu unterbinden, haben Frank Mücklich und sein Team verschiedene Materialoberflächen mit Lasern auf Mikroebene strukturiert. Damit wird den Bakterien die Anhaftung an den Oberflächen erschwert.

Das Team um Ralf Busch, Professor für Metallische Werkstoffe, hat bereits 2020 die Zusage der Europäischen Raumfahrtagentur ESA erhalten, dass auch sie an Bord der ISS experimentieren dürfen. Die Spezialisten für „metallisches Glas“ wollen eine neu entwickelte Legierung unter Schwerelosigkeit untersuchen. Metallische Gläser zeichnen sich durch ihre spezielle Zusammensetzung auf atomarer Ebene aus. Die heiße Metallschmelze wird blitzartig abgekühlt, so dass keine klassische Legierung entsteht, deren Atome sich während des lang andauernden Abkühlens in einem regelmäßigen Kristallgitter anordnen.

Holger Hermanns, Informatik-Professor der Universität des Saarlandes, beschäftigt sich mit Nano-Satelliten, die ungefähr so groß wie ein Schuhkarton sind und hochtechnisiert bald zu Zehntausenden in der Erdumlaufbahn herumfliegen. Diese können zum Beispiel hochauflösende Fotos unseres Planeten schießen oder Telekommunikationsnetzwerke verstärken. Das kostet jedoch Energie und diese Ressource ist bei den kompakten Hightech-Geräten knapp. Holger Hermanns zeigt, wie der Energieverbrauch von Nano-Satelliten so geplant werden kann, dass sie stets optimal arbeiten, ohne ihre Batterien jemals zu überlasten. Der Informatik-Professor bietet zudem jedes Jahr eine spezielle Weltraumvorlesung zum Thema „Space Informatics“ an.

Daneben gibt es jetzt eine weitere regelmäßige Weltraumvorlesung an der Universität des Saarlandes und zwar zur Weltraummedizin, die nicht nur Medizin-Studierenden offensteht. Sie wird von Bergita Ganse angeboten, die seit einem Jahr Professorin für Innovative Implantatentwicklung der Universität des Saarlandes ist und sich schon viel länger für alles, was mit dem Weltraum zusammenhängt, begeistert. Gemeinsam mit ihrem Bruder, einem Astrophysiker, hat sie „Das kleine Handbuch für angehende Raumfahrer“ geschrieben, das sich an ein junges Publikum richtet. Am 26. Januar wird sie von ihrer Muskelforschung auf der ISS berichten, die sie zusammen mit nationalen und internationalen Partnern betreibt. Beim Aufenthalt in der Schwerelosigkeit kommt es bereits nach kurzer Zeit zu einem deutlichen Verlust an Muskelmasse und Muskelkraft, einem Abbau der Knochen sowie zu Veränderungen der Bandscheiben. Für zukünftige Langzeitmissionen, zum Beispiel zum Mars, sucht die Forscherin nach Gegenmaßnahmen und verbesserten Trainingsmethoden.

Volker Schmid ist ESA-Delegierter und „Cosmic Kiss“-Missionsleiter im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLF) in Bonn. Er wird in seinem Vortrag zum Thema „Cosmic Kiss – Matthias Maurer auf der ISS“ erläutern, wie sich der ESA-Astronaut auf die Weltraummission vorbereitet hat. Zudem wird er auf einige der hundert wissenschaftlichen Experimente eingehen, die von Matthias Maurer auf der ISS betreut werden, darunter sind 36 mit deutscher Beteiligung. Ihr Spektrum reicht von der Grundlagenforschung bis hin zur Anwendung in Bereichen wie Lebenswissenschaften, Materialwissenschaft, Physik, Biologie, Medizin, Technologieentwicklung und Künstliche Intelligenz sowie Erdbeobachtung.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA wird von Pascal Gilles, Abteilungsleiter in der Direktion für Erdbeobachtung, präsentiert. Er wird auf die Erd- und Umweltbeobachtung aus dem All eingehen, die von der ESA bereits seit 1977 betrieben wird. Zuerst stand die Wetterbeobachtung durch die Satelliten der Meteosat-Reihe im Mittelpunkt, inzwischen liefern auch die Satelliten ERS-1, ERS-2 und Envisat eine Fülle wertvoller Daten über die Erde, das Klima und die sich wandelnde Umwelt. Sie helfen Wissenschaftlern dabei, die Auswirkungen der globalen Erwärmung besser vorhersagen zu können. Der Europäischen Weltraumbehörde ESA gehören 22 Mitgliedstaaten in Europa sowie weitere assoziierte Mitglieder an.

Um Künstliche Intelligenz in der Erdbeobachtung wird es in dem abschließenden Vortrag von Philipp Slusallek gehen. Der Informatik-Professor und wissenschaftliche Direktor am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) zeigt, wie der Einsatz von KI dem gesamten Spektrum der Raumfahrt neue Möglichkeiten eröffnen. So kann das Wissen aus den enormen Datenströmen, die Erdbeobachtungssatelliten ebenso wie Sonden in unserem Sonnensystem liefern, besser extrahiert werden. Zudem kann damit die Autonomie und Zuverlässigkeit von Satelliten gesteigert werden. Um neue KI-Technologien und -Anwendungen für den Einsatz in der zivilen Raumfahrt zu entwickeln, haben die Europäische Weltraumorganisation ESA und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) im vergangenen Jahr ein gemeinsames Forschungslabor, das ESA_Lab@DFKI, gegründet.

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66 67

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Quelle: Universität des Saarlandes.

„Cosmic Kiss“ heißt die Weltraummission von Matthias Maurer – eine „Bekundung der Liebe zum Weltall“. Der deutsche ESA-Astronaut wird etwa sechs Monate lang auf der ISS leben und während dieser Zeit auch Forschungsproben der Saarbrücker Materialwissenschaft betreuen: Maurer, selbst Absolvent der Saar-Universität und erster Diplomand von Professor Frank Mücklich, wird Experimente des Saarbrücker Materialforschers auf der ISS durchführen. Mücklich und sein Team entwickeln neuartige, mit Laserinterferenz strukturierte Oberflächen, die verhindern, dass sich auf ihnen Krankheitskeime ansiedeln und vermehren. Auch diese Forschung wird bei der „Launchparty“ in Oberthal vorgestellt:

Aus Anlass des Starts der Weltraummission Cosmic Kiss wird am 31. Oktober, ab 5.30 Uhr, in der Bliestalhalle in Maurers Heimatgemeinde Oberthal ein Programm mit Expertinnen und Experten aus Raumfahrt und Wissenschaft geboten, etwa Vorträge über künftige Missionen zum Mond, das St. Wendeler Sternenland und die Exzellenz-Forschung im Saarland. Bei der Party können Besucher live auf Leinwänden mitverfolgen, wenn der Astronaut aus Oberthal die Erde verlässt. Professor Frank Mücklich wird als einer von drei persönlichen Ehrengästen von Matthias Maurer beim Start der Weltraumrakete vor Ort in Cape Canaveral mit dabei sein: ein Zeichen der besonderen Verbundenheit von Matthias Maurer mit Frank Mücklich, seinem Institut und der Universität.

Hier finden Sie das komplette Programm.

Einige Highlights aus dem Programm:
Um 6.30 Uhr gibt es eine Videogrußbotschaft von ESA-Astronaut Matthias Maurer. Dann beginnt der NASA-Livestream der Startphase bis zum Take-off auf einer Großbildleinwand. Per Video-Live-Schalte geht es außerdem zu ESA-Astronaut Prof. Reinhold Ewald nach Cape Canaveral zu den letzten Vorbereitungen vor dem Start der SpaceX-Rakete. Wenn alles nach Plan verläuft, wird die Rakete um 7.21 Uhr ins Weltall abheben.

Um 10 Uhr hält Dr. Jürgen Schlutz, ESA-Experte Strategie- und Programmteam der Direktion Köln, einen Vortrag zum Thema „Zukunft Europas astronautischer Missionen zur ISS und zum Mond (Thomas Pesquet – Matthias Maurer; Nutzen der ISS-Forschung)“. Um 10.30 Uhr spricht Ammar Alkassar, Bevollmächtigter für Innovation und Strategie des Saarlandes, über „Wissenschaftliche Innovationspotenziale des Saarlandes in der Raumfahrt“. Um 13 Uhr gibt es eine „Galaktische Zaubershow“ mit Maxim Maurice, deutscher Vizemeister der Zauberkunst.

Ab 13.30 Uhr geht es um Exzellenz-Forschung im Saarland. Aus dem Missionsteam Cosmic Kiss führt Freya Scheffler-Kayser von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in die Themenfelder ein. Prof. Michael Backes (Sprecher Saarland-Botschafter und Direktor des CISPA Helmholtz-Zentrums für Informationssicherheit) hält einen Vortrag über „Cybersicherheit und Datenschutz als Standortvorteil“. Prof. Bergita Ganse, Professorin für Innovative Implantatentwicklung (Frakturheilung) der Universität des Saarlandes am Universitätsklinikum Homburg spricht über „Muskelforschung auf der ISS“. Daniel Müller, Teamleiter von Professor Frank Mücklich an der Universität des Saarlandes, stellt die ESA-Kooperationsprojekte „Touching Surfaces“ und „Biofilms“ – Forschungsprojekte zu mikrotopografisch strukturierten antimikrobiellen Oberflächen mit Matthias Maurer an Bord der ISS vor. Prof. Antonio Krüger, Leiter des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken beleuchtet das „Gemeinsame Transferlab von ESA und DFKI“.

Um 16.30 Uhr stellen Wolfgang Weyrich (Vorstandsvorsitzender der Sternwarte Peterberg) und Dr. Sebastian Voltmer (Leiter des Weltraumateliers Mosberg-Richweiler“ das Projekt „Sankt Wendeler Sternenland“ vor. Zudem wird per Teleskop die Kapsel, in der sich Matthias Maurer befinden wird, beobachtet. Um 17 Uhr präsentiert ESA-Pressesprecher Bernhard von Weyhe „Highlights der Erd- und Umweltbeobachtung aus dem All“. Ab 18 Uhr gibt es Live-Musik mit der Band „Elm F. & the Rooks“.

In der benachbarten Bliestalschule gibt es von 10 bis 18 Uhr ein großes Kinderprogramm unter anderem mit der Wissenswerkstatt Saarbrücken (10 bis 15 Uhr) und einer Zaubershow mit Maxim Maurice (14 bis 14.30 Uhr).

Hier finden Sie das komplette Programm der Launchparty:
https://cosmickiss.landkreis-st-wendel.de/
Der Eintritt ist frei, es gilt die 3G-Regel.

Am 26. Januar 2022 wird es eine Live-Schalte zur ISS geben, die von der Aula der Universität aus übertragen wird.
Mehr zur Forschung der Materialwissenschaft im All können Sie hier nachlesen.

Mehr zur Mission und zu Matthias Maurer:
https://cosmickiss.landkreis-st-wendel.de/cosmic-kiss
ESA: Cosmic kiss
Deutsche ESA Cosmic Kiss Broschüre:
https://esamultimedia.esa.int/docs/HRE/cosmic_kiss_DE.pdf

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• SpaceX Crew-3 / USCV-3 (C210.1/Endurance) auf Falcon 9 (B1067.2)

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Quelle: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.

9. September 2021 – Am Sonntag, 29. August 2021, ist der Raumtransporter Dragon zur Internationalen Raumstation (ISS) gestartet. Die ISS-Versorgungsmission namens SpaceX CRS-23 – es handelt sich um den 23. kommerziellen Start des Dragon – hat neben 35 weiteren Experimenten aus Deutschland auch ein gemeinsames Experiment der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR e.V.), der Universität des Saarlandes und des University College London (Centre for Nature Inspired Engineering) an Bord. Am Donnerstag, 16. September 2021, wird ESA-Astronaut Thomas Pesquet auf der ISS das Experiment „Touching Surfaces“ installieren und den ersten Test durchführen.

Das Experiment mit Beteiligung der H-BRS nennt sich „Touching Surfaces“. Prof. Dr. Ralf Möller, Projektleiter am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften der Hochschule, erklärt: „Mikroorganismen sind in der Raumfahrt so präsent wie auf der Erde. Sie erreichen das All über Equipment, Experimente und über die Astronauten selbst. Sie verbreiten sich so über die ganze Raumstation und entwickeln eine ganz eigene Mikroflora.“ Diese könne sich unter den Bedingungen des Weltraumfluges verändern, so Möller weiter. Entstehende Biofilme können aber nicht nur Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten haben, sie können sogar zu Materialschäden führen.

Antimikrobielle Oberflächen für stark frequentierte Räume

Folglich wäre die Verwendung neuartiger antimikrobieller Oberflächen eine alternative Strategie gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Reinigungsverfahren oder von Desinfektionsmitteln, um das mikrobielle Wachstum und die Bildung von Biofilm zu hemmen. So wichtig die erhofften Ergebnisse für die Raumfahrt auch sind, so sicher könne das am besten geeigneten Design für „biozide“ Oberflächen sich auch für Anwendungen auf der Erde zum Einsatz kommen, ist sich Möller sicher. Der Professor für Weltraummikrobiologie der H-BRS und des DLR nennt öffentliche Verkehrsmittel, klinische Bereiche oder die Gestaltung von Wohnräumen – oder als Zukunftsvision bemannte Raumfahrtmissionen. Überall, wo viele Menschen auf engen Raum interagieren und eine spezielle Hygiene notwendig ist.

Oberflächen aus Kupfer, Messing und Stahl sind auf der ISS im Test. Oberflächenmuster in der Größenordnung einzelner Mikroorganismen vergrößern die Kontaktfläche zwischen Oberfläche und Mikroben. Die unterschiedliche Oberflächenstrukturierung im Experiment untersucht die bakterielle Anhaftung und die antimikrobielle Wirksamkeit der verschiedenen Materialien.

Neuartige Nanostrukturen mittels Laser

Insgesamt werden fünf sogenannte Touch Arrays zur ISS geschickt. Die ESA Astronauten Thomas Pesquet und Matthias Maurer werden die Touch Arrays in regelmäßigen Abständen während ihrer Missionen berühren. Insgesamt werden die Touch Arrays mindestens 15-mal angefasst. Die Touch Arrays werden in der Raumstation an häufig und seltener genutzten Stellen angebracht, dies erlaubt eine Beobachtung bezüglich der Verteilung von Mikroorganismen innerhalb der ISS.

Bevor Touching Surfaces weltraumtauglich war, untersuchte das Team um Professor Möller die antimikrobielle Wirkung verschiedener metallischer Oberflächen bereits in Laborexperimenten. Die Forschergruppe entwickelte eine maßgeschneiderte Funktionalisierung der metallischen Oberflächen mit einzigartigen Nanostrukturen mittels einer ultrakurz gepulsten direkten Laserbehandlung.

„Da wir die Versuche mit den Touch Arrays, wie sie nun auch auf der ISS zu finden sind, auch im Labor durchgeführt haben, können wir erstens herausfinden, welche Arten von Mikroorganismen sich unter Weltraumbedingungen und durch Berührungen der Astronauten auf den Oberflächen festsetzen. Die Wirksamkeit der laserstrukturierten Oberflächen im Weltraum im Vergleich zur Erde ist ein zweiter Punkt, dem wir entgegenfiebern“, sagt Ralf Möller und fiebert jetzt schon den Ergebnissen entgegen. Die Auswertungen von Touching Surfaces findet unter anderem im Microbiome Center der H-BRS statt.

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

Neuartige Oberflächen gegen Bakterien: Forschungsproben fliegen zur ISS (26. August 2021)

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Quelle: Universität des Saarlandes.

26. August 2021 – Bakterien könnten im All zum Problem werden. Wie auf der Erde besiedeln Mikroorganismen auch die hier vom Menschen geschaffenen Lebensräume. Sie können mit Versorgungslieferungen an Bord kommen, aber vor allem stammen sie von den Menschen selbst, die von Natur aus mehr Bakterien auf und im Körper beherbergen als eigene Zellen. Auf der ISS waren bislang fast 250 Astronautinnen und Astronauten. Da kommt auch im Mikrokosmos einiges zusammen. Auf Griffen, Hebeln, Knöpfen, überall können sich Bakterien ansiedeln und Biofilme bilden, eine Schleimschicht, in deren Schutz sie beste Bedingungen haben. Die allermeisten der Bakterien sind harmlos. Es könnten aber auch gefährliche darunter sein, die die Situation im All ausnutzen: Das Immunsystem auch der fittesten Raumfahrerinnen und Raumfahrer wird in der Schwerelosigkeit schwächer. Die Mutationsrate der Bakterien hingegen ist durch die energiereiche Strahlung im Weltall höher.

„Wir entwickeln verschiedene neuartige Oberflächen, die verhindern, dass sich solche Biofilme bilden“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. „Ziel ist, dass sich bei Weltraummissionen innerhalb der Raumstation keine Keime ausbreiten, die etwa durch die erhöhte Strahlenbelastung im isolierten Umfeld auch stärker mutieren könnten. Dies ist wichtig vor allem auch mit Blick auf die Zukunft, wenn Astronautinnen und Astronauten noch viel länger als bisher im Weltraum bleiben sollen, wie bei einem bemannten Flug zum Mars“, erklärt der Materialwissenschaftler.

Mikroorganismen können gefährlich werden für die Menschen an Bord, aber auch für die technischen Systeme: „Die Biofilme können zum Beispiel lebenswichtige Kondensatleitungen verstopfen, aber auch Materialschäden herbeiführen und so die Funktionsfähigkeit der sensiblen Technik gefährden. Bakterien bringen auf Oberflächen auch chemische Prozesse in Gang, die dazu führen, dass das Material korrodiert“, erläutert Mücklich. Auch auf der Erde könnten diese neuartigen Oberflächen helfen, den Bakterien das Leben schwerer zu machen: wie in Krankenhäusern oder Schulen, auf viel genutzten Türklinken und überall, wo viele Menschen die gleichen Dinge anfassen und benutzen. „Materialien, die für die Raumfahrt entwickelt wurden, führen oft zu Innovationen auch für den täglichen Gebrauch. Über den Vergleich der Wirkung der Mikrogravitation auf der ISS und unserer Gravitation auf der Erde lernen wir systematisch mehr über das mögliche Reaktionsspektrum der Bakterien“, sagt er.

In mehreren Forschungsprojekten forschen Mücklich und sein Team an neuen, antimikrobiellen Oberflächen. Bereits 2019 hatten sie gemeinsam mit der US-Weltraumbehörde NASA und dem MIT in Boston mehrere Probenserien laserstrukturierter Materialoberflächen zur ISS geschickt. Am 28. August treten jetzt zahlreiche Proben ihren Weg ins All an, bei denen Mücklich mit der europäischen Weltraumagentur ESA und dem Team von Professor Ralf Möller vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR zusammenarbeitet.

Für diese Mission haben die Forscherinnen und Forscher mit einer neuartigen Lasertechnik auf der Mikroebene der Oberflächen von Kupfer-, Messing- und Stahl-Proben mikroskopisch feine, periodische Strukturen „eingraviert“. „Wir verändern mit Laserinterferenz-Technologie gezielt die Mikrotopographie der Oberflächen – de facto ´ohne Chemie´. So wollen wir herausfinden, ob und wie Keime sich darauf in der Schwerelosigkeit ansiedeln und wie eine nanometergenaue Laserstrukturierung in Kombination mit antimikrobiellen Eigenschaften verhindern kann, dass sich Bakterienstämme ausbreiten“, erklärt Mücklich.

Mit seinem Team entwickelt er seit 15 Jahren die Laserinterferenz-Technologie (Direct Laser Interference Patterning -DLIP), die er zur Marktreife gebracht hat. Sie macht es möglich, mikroskopisch feine, dreidimensionale Muster zu erzeugen. „Diese Muster haben eine Dimension von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern“, sagt er. Bei den mikrostrukturierten Oberflächen der Proben, die sein Team jetzt ins All schickt, handelt es sich einmal um eine Art „Nagelbrett“ von Submikrometergröße, das es Bakterien schwer machen soll, anzudocken. Weitere haben eine Mulden-Struktur von vielen aneinandergereihten „Sesseln“ im Mikrometer-Maßstab, die es erleichtern soll, Bakterien, die hier sehr gut Platznehmen können, durch maximalen Oberflächenkontakt mit Kupfer-Ionen abzutöten. Und die Dritte Art der Oberflächen haben die Forscherinnen und Forscher so bearbeitet, dass sie absolut glatt sind und als Referenz dienen.

Insgesamt sind es 230 Proben, die jetzt an Bord des SpaceX-Versorgungsfluges zur ISS starten; jeweils rund 30 der drei verschiedenen Mikro-Strukturtypen – Nagelbrett, Sessel und glatt – auf jeweils drei metallischen Materialien: auf reinem Kupfer, auf dem Bakterien durch die Kupfer-Ionen nach kurzer Zeit absterben, auf einer Kupfer-Zink-Legierung, allen bekannt als Messing, und auf reinem Edelstahl, das keinen chemischen Einfluss haben sollte. ESA-Astronaut Mathias Maurer wird nach seiner Ankunft auf der ISS Ende Oktober das Forschungsprojekt betreuen. Maurer hat an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft studiert und bei Frank Mücklich seine Diplomarbeit geschrieben. Auf der ISS wird er Experimente mit den 230 Probenträgern ausführen, und diese mit unterschiedlichen Bakterienstämmen besiedeln.

Nach Abschluss der Experimente werden die Proben materialwissenschaftlich von den Forscherinnen und Forschern an der Universität des Saarlandes und astrobiologisch am DLR untersucht. Es geht darum, herauszufinden, welche Oberflächen-Laserstrukturierung durch DLIP in welcher Größenordnung unter den Weltraumbedingungen auf der ISS wie Schwerelosigkeit, Mikrogravitation und Strahlung am wirksamsten ist.
Matthias Maurer wird im Rahmen seiner „Cosmic Kiss“-Mission auch bei weiteren Experimenten mit dem Forscherteam um Frank Mücklich zusammenarbeiten.

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