Gesundheit: Vier Wissenschaftlerteams präsentieren ihre Arbeit

Am 7. Dezember verleiht Bundespräsident Johannes Rau auf einer Gala-Veranstaltung des ZDF den diesjährigen Deutschen Zukunftspreis. Erst kurz zuvor entscheidet die Jury darüber, wer als Sieger aus dem Wettbewerb hervorgeht. Die vier nominierten Forscherteams stellten am gestrigen Donnerstag im Schloss Bellevue in Berlin ihre Projekte vor, technische Verfahren, deren Markteinführung schon abzusehen ist. Genau dies war Anlass für Raus Amtsvorgänger Roman Herzog, den Zukunftspreis ins Leben zu rufen: Der mit 500 000 Mark dotierte Preis soll ein zusätzlicher Anreiz dafür sein, Technik für den Alltag zu entwickeln, mit deren Hilfe neue Arbeitsplätze geschaffen werden können.

Die Besitzer von Laptops und anderen portablen Elektrogeräten, die fernab der Steckdose mit Batterien betrieben werden können, dürfte eine neue Möglichkeit der Stromversorgung besonders interessieren: die Streifen-Brennstoffzelle. Angelika Heinzel, Abteilungsleiterin beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, und Roland Nolte, bis 1989 an dem Institut, nun bei Opel, haben sich der Konstruktion der kleinen Energiewandler verschrieben.

Ersatz für Batterien

Die Automobilindustrie forscht mittlerweile intensiv an dem Einsatz von emissionsfreien Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen. In einer solchen Zelle verwandeln sich Wasserstoff und Luftsauerstoff in Wasser, Strom und Wärme. Üblicherweise stapeln die Ingenieure mehrere solche Zellen übereinander, um hohe elektrische Spannungen zu erzeugen. "Unser Ziel war es jedoch, die Brennstoffzelle sehr klein und leicht zu machen", sagt Angelika Heinzel. Und dazu sei ein anderer Aufbau erforderlich gewesen

Die Forscher ordneten die Zellen als Streifen nebeneinander an, um möglichst flache Einheiten zu erhalten. Der Wasserstoff befindet sich dabei in einem Metallhydridspeicher, der kontinuierlich aufgeladen werden kann. Die Wasserstoffatome schlüpfen in die Zwischenräume, die das Atomgitter des Metalls bildet. So bleibt der Wasserstoff nahezu drucklos gespeichert, bis er zum Einsatz kommt. "Mit unserem Labormodell können wir bereits mit den besten Batterien konkurrieren, die es heute auf dem Markt gibt", betont Angelika Heinzel.

Für die schelle Datenübertragung in Kommunikationsnetzen könnte die für die Auszeichnung vorgeschlagene "ultraschnelle Lichtweiche" an Bedeutung gewinnen. Dieses Verfahren haben Hans-Georg Weber und Stefan Diez vom Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik in Berlin sowie Reinhold Ludwig, Geschäftsführer der LKF Advanced Optics GmbH in Berlin, erforscht.

Ins rechte Licht gerückt

Die Datenübertragung erfolgt heute schon vielfach über Glasfasern, in denen sich Informationspakete als Lichtwellen sehr schnell bewegen. Nur an den Netz-, Übergabe- und Zwischenverstärkungsstufen ist man immer noch auf die Elektronik angewiesen, muss also zwischen Optik und Elektronik übersetzen. Ersetzt man die Elektronik dort, wo sie den Informationsfluss hemmt, durch optische Schalter, dann wird der Datenfluss immens beschleunigt - was in den Experimenten der Wissenschaftler nun gelang. Das Verfahren ist dem beim herkömmlichen Transistor ähnlich. Dieser verstärkt ja keinen Strom, sondern schaltet einen starken Elektronenfluss mit Hilfe eines schwachen im Takt des Signals. Übersetzt auf die Optik bedeutet das: Ein starker Lichtstrahl muss durch einen schwachen so beeinflusst werden, dass er deutlich unterscheidbare Zustände annimmt. Und das lässt sich durch Interferenzen, also die Wirkung einer schwachen Lichtwelle eines Lasers auf eine starke, erreichen.

Dies ist aber nur der erste Schritt. Sobald es gelingt, dem Licht jene "Intelligenz" zu verleihen, die die Elektronik in vielerlei miniaturisierten Schaltkreisen schon besitzt, sind neue und schnellere Datenverarbeitungstechniken möglich. Mit der in Berlin verfügbaren Technik lassen sich Datenraten von 640 Gigabit pro Sekunde verarbeiten: "Das ist in jeder Sekunde etwa 300 Mal so viel wie der Inhalt einer 24-bändigen Brockhaus-Lexikon-Reihe", sagte Weber.

Perfektes Sehen

Um eine bessere Optik geht es auch beim dritten Projekt, das für den Preis nominiert ist. Josef Bille, Physiker an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, sieht bereits einer Zeit entgegen, "in der niemand mehr mit Brille oder Kontaktlinsen herumlaufen muss". Das sei zwar noch weit hin. Aber Bille hat ein System entwickelt, mit dem es möglich ist, eine fehlerhafte Lichtbrechung im Auge genau zu messen und zu korrigieren. Dazu bedarf es eines hochpräzisen Sensors. Dieser misst die Brechkraft des Auges nicht nur mit einem Lichtstrahl, wie dies bisher beim Augenoptiker geschieht, sondern mit 256 Lichtstrahlen. So werden auch Randbereiche des Auges berücksichtigt.

Anhand des Reliefs kann der Optiker nicht nur eine geeignete Kontaktlinse formen. Bille sieht in dem Relief den nötigen Hintergrund für einen extrem kurzen chirurgischen Eingriff mit Lasern, mit deren Licht die Hornhaut aufgeschnitten und die Oberfläche neu modelliert wird. Das sei mit dem neuen Verfahren sehr viel genauer machbar als mit bisher erprobten Methoden.

Therapie gegen Diabetes

Medizinische Fortschritte verspricht auch das Vorhaben von Peter Gruss und Herbert Jäckle vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttigen. Sie wollen ihre neuen Erkenntnise einsetzen, um die Insulin produzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse zu regenerieren. Damit könnte vielen Diabetikern, die heute noch auf tägliche Insulin-Injektionen angewiesen sind, möglicherweise dauerhaft geholfen werden.

Grundlage für eine solche Therapie waren zunächst genetische Untersuchungen an Fruchtfliegen. Später gelang es, auch beim Menschen eine Reihe von Genen auszumachen, die für die Bildung der Organe essenziell sind. Diese Schaltergene können nun dazu verhelfen, defekte Körperfunktionen wiederherzustellen. Zur Therapie der Diabetes etwa könnte der Arzt "Genfähren" mit Hilfe eines kleines Röhrchens in der Bauchspeicheldrüse entlassen. Im Unterschied zur klassischen Gentherapie wird das Gen allerdings nur vorübergehend benötigt, um die Herstellung der Insulinproduktion wieder anzutreiben.