Leibniz-Applikationslabore
Applikationslabore in der Leibniz-Gemeinschaft
Die Entwicklung nachhaltiger Landnutzungskonzepte, die sowohl die Ernährungssicherheit und das Wohlergehen der Menschen als auch gesunde Böden, eine gute Wasser- und Luftqualität sowie eine reiche und stabile biologische Vielfalt berücksichtigen, erfordert ein fundiertes Verständnis der vielfältigen Wechselwirkungen zwischen natürlichen und anthropogenen Prozessen. Die Ergebnisse von Labor- und kleinräumigen Feldstudien und Modellen müssen überprüft und auf der Landschaftsebene verfeinert werden. Moderne Datenanalysetechniken, zum Beispiel auf der Grundlage von Ansätzen der künstlichen Intelligenz, sind eine Möglichkeit, aussagekräftige Informationen aus großen und heterogenen Daten zu extrahieren, einschließlich klassischer wissenschaftlicher Feldarbeit und Sensorsysteme, standardmäßiger traktorgestützter Sensoren, Geophysik, satelliten- und drohnengestützter Fernerkundung. Um die Ziele der nachhaltigen Entwicklung in Bezug auf die nachhaltige Pflanzenproduktion, die Abschwächung des Klimawandels und die Anpassung an den Klimawandel sowie die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und der biologischen Vielfalt in Agrarlandschaften zu erreichen, ist experimentelle Forschung auf der Landschaftsebene erforderlich. Im Jahr 2011 gründeten ZALF-Forscher daher das AgroScapeLab Quillow (ASLQ), ein Landschaftslabor im Einzugsgebiet des Quillow (Nordostdeutschland; ca. 160 km2). Das AgroScapeLab Quillow (ASLQ) wurde eingerichtet, um verschiedene Disziplinen und Forschungsaktivitäten zusammenzubringen, um die komplexe Landschaftsdynamik als notwendige Voraussetzung für die Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen des globalen Wandels zu erforschen.
Die Kathodolumineszenzspektroskopie analysiert das von Halbleitern emittierte Licht in einem Rasterelektronenmikroskop. Sie ermöglicht ein detaillierteres Verständnis von Defekten der Kristallstruktur und von absichtlich, für spezielle Funktionalitäten, eingefügten Nanostrukturen. Entscheidend für ein umfassendes Verständnis davon, wo in den Strukturen Ladungsträger und damit Effizienz verloren gehen, ist jedoch auch deren zeitliches Verhalten, was einen gepulsten Elektronenstrahl erfordert. Ziel des Applikationslabors für zeitaufgelöste Kathodolumineszenzspektroskopie (ZALKAL) am Paul-Drude-Institut ist es, die bestmögliche örtliche, spektrale und zeitliche Auflösung zu bieten. Die ultraschnellen Detektoren (ps) sind insbesondere für ultraviolette Wellenlängen bis etwa 180 nm optimiert, decken jedoch auch den sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich ab, um eine breite Palette an Materialien zu untersuchen. Dies beinhaltet klassische Halbleiter-Dünnschichten und Heterostrukturen, 2D-Materialien sowie 3D-Nanostrukturen. Als EFRE-gefördertes Projekt arbeitet das Applikationslabor eng mit anderen Forschungsinstituten zusammen und bietet auch Unternehmen Kooperationen an.
Das Applikationszentrum ist eine Technologieplattform und dient als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Das Ziel ist, Forschungs- und Entwicklungsergebnisse effizient, strukturiert und nachhaltig in die regionale und überregionale Wirtschaft zu transferieren und vor allem am IOM entwickelte strahlenbasierte Hochtechnologien nutzbar zu machen. Dazu ist das Applikationszentrum mit diversen Hightech-Anlagen ausgestattet, insbesondere einer Beschichtungsanlage für die Rolle-zu-Rolle Herstellung von polymerbasierten Mehrfachschicht-Systemen, einem Niederenergie-Elektronenbeschleuniger zur Membranmodifizierung sowie Anlagen zur Plasma- und Ionenstrahlbearbeitung bzw. zum ionenstrahlgestützten Ätzen optischer Komponenten.
Das Applikationslabor Elektronentomographie ist in der Abteilung Mikrostruktur des PDI angesiedelt. Mit den Methoden der Elektronentomographie ist es möglich, die Struktur und chemische Zusammensetzung von komplexen Materialien hochaufgelöst abzubilden und dreidimensional (3D) zu rekonstruieren, wobei eine räumliche Auflösung im atomaren Bereich erreicht werden kann. Das Applikationslabor bietet Partnern aus Wissenschaft und Industrie auf der Basis modernster, apparativer Ausstattung sowie der Expertise der Abteilung vollständige 3D-Tomographieuntersuchungen und 3D-Analysen in Verbindung mit korrelativen Mikroskopie-Techniken an. Als ein von der Europäischen Gemeinschaft und vom Land Berlin gefördertes EFRE-Projekt verfolgt das Applikationslabor zudem das Ziel, Kooperationen mit kleinen und mittelständischen Unternehmen im Bereich der Materialentwicklung für die Halbleitertechnologie und Photonik in der Region Berlin-Brandenburg zu initiieren und Forschungsprojekte durchzuführen.
BLiX (Berlin Laboratory for Innovative X-ray Technologies) wurde im Verbund vom Max-Born-Institut für nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) mit der TU Berlin sowie Verbänden und Unternehmen konzipiert. Angesiedelt ist das BLiX als Innovative Lab der TU Berlin am Stiftungslehrstuhl für Analytische Röntgenphysik. Zusammen mit seinen Partnern bietet BLiX eine breite Palette moderner und neuartiger Methoden und Geräte der Röntgenspektroskopie und der Bildgebung mit Röntgenstrahlung an. Das Labor unterhält nicht nur enge Kontakte zu universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, sondern auch zu den Unternehmen der Branche. Als Applikationslabor, das an einer technischen Universität angesiedelt ist, stellt das BLiX außerdem einen idealen Ort für die Ausbildung in einem Bereich dar, in dem wissenschaftliche Forschung und marktorientierte Entwicklung aufeinandertreffen.
Das EntwicklungsZentrum für Prototypen transferiert Forschungsergebnisse in industrielle Anwendungen, indem es praxisnahe Funktionsmuster und Demonstratoren entwickelt.
- Integration von Forschungsmodulen und -bauteilen in tragbare, autonome Geräte
- Miniaturisierung von Laboraufbauten in Mustergeräte
- Prototypen mit integrierter Stromversorgung, Sensoren, Steuergeräten und Laborelektronik
Folglich geht das FBH den wichtigen Schritt über das Forschungsmodul hinaus zum einsatzfähigen Gerät. Diese handhabbaren Systeme ermöglichen es Wissenschafts- und Unternehmenspartnern, die F&E-Ergebnisse des FBH unkompliziert in ihren Anwendungen zu testen.Das Hertz-Elektronenstrahllabor bietet eine in Deutschland einzigartige Infrastruktur für materialwissenschaftliche Grundlagenforschung und industrienahe Projekte zur Materialmodifikation unter Anwendung hochenergetischer Elektronen. Mit den beiden zur Verfügung stehenden 10 MeV-Elektronenbeschleunigern können sowohl zeitaufgelöste Untersuchungen zur Kinetik und Dynamik elektronen-induzierter Prozesse durchgeführt als auch die (Oberflächen-)Eigenschaften unterschiedlichster Materialien gezielt modifiziert werden. Darüber hinaus stehen weitere Niederenergiebeschleuniger (< 250 keV) und verschiedene spezielle analytische Techniken wie Pulsradiolyse, Laserphotolyse und Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) für Forschungsaufgaben zur Verfügung, die sowohl in den Forschungsbereichen des IOM als auch im Verbund mit externen Kooperationspartnern aus dem universitären und außeruniversitären Bereich sowie der Industrie durchgeführt werden.
Das Landschaftslabor patchCROP ist eine von drei großen Forschungsinfrastrukturen, die das ZALF gemeinsam mit wissenschaftlichen Partnereinrichtungen innerhalb und außerhalb der Leibniz-Gemeinschaft betreibt. Dabei wird in patchCROP ein multidisziplinärer, experimenteller Ansatz für ein multifunktionales und nachhaltiges Anbausystem verfolgt, welcher im Kontext der Reallaborforschung entwickelt wurde. patchCROP dient als Plattform für die Untersuchungen von abiotischen und biotischen Effekten und Interaktionen neu angelegter, kleinstrukturierter Feldeinheiten und insbesondere auf die Flächenheterogenität abgestimmter Fruchtfolgen und Bewirtschaftung. Hier agiert patchCROP auch als Anwendungsfall innerhalb der ZALF-Reallabore. Die gemeinsame Forschung und Entwicklung in landwirtschaftlichen Reallaboren im Landschaftskontext stellt einen neuen und modernen Forschungsmodus dar, um zentrale Handlungsfelder der Landwirtschaft zwischen Wissenschaft, Praxis und anderen Akteuren voranzutreiben. Diese Effekte und Prozesse auf Landschaftsebene werden im Landschaftslabor in einem interdisziplinären Team, mithilfe innovativer Technologien und Methoden zur Datenverarbeitung- und Auswertung, sowie im engen Verbund mit der landwirtschaftlichen Praxis seit 2020 untersucht.
Das Leibniz-Applikationslabor Amorphe Metalle dient als Schnittstelle zwischen Forschung und Wirtschaft und hat sich die praxisnahe Umsetzung von Produktideen und Herstellungstechnologien für die hochinnovative Werkstoffklasse der amorphen Metalle sowie der hochfesten Stähle zum Ziel gesetzt. Kernaufgabe des Applikationslabors ist der Wissenstransfer: Forschungsergebnisse werden gezielt aufbereitet, um ein umfassendes Leistungs- und Transferangebot zu schaffen. Eine zentrale Rolle spielen dabei eine Kollektion von Produktmustern und Exponaten, die auf einer modernen Präsentationsfläche das vorhandene Know-how sowie die applikationsreifen Technologien greifbar machen. In enger Zusammenarbeit mit Unternehmen werden Produktmuster entwickelt, optimiert und bis zur Marktreife begleitet. Ergänzend dazu bietet das Labor praxisorientierte Weiterbildungsangebote, in denen Anwendungsmöglichkeiten der neuen Werkstoffklassen vermittelt werden. Diese Seminare fördern den gezielten Austausch mit potenziellen Anwendern und unterstützen Unternehmen bei der Integration der neuen Materialien in ihre Prozesse und Produkte. Durch diese Aktivitäten leistet das Leibniz-Applikationslabor einen wesentlichen Beitrag zum Technologietransfer und zur Stärkung der Innovationskraft der Wirtschaft, wodurch ein spürbarer gesellschaftlicher Mehrwert entsteht.
Übergeordnetes Ziel des ATB ist eine zirkuläre, vielfältige, innovative und nachhaltige Bioökonomie. Industrie- und Wirtschaftspartner mit derselben Vision sind eingeladen, die vom ATB betriebenen kosten- und know-how-intensiven Pilotanlagen im Rahmen von Kooperationen zur (Weiter‑)Entwicklung von Verfahren, Anlagen, Produktmustern zu nutzen.
Zur Verfügung stehen vielseitige Pilotanlagen entlang der Bioökonomie-Wertschöpfungskette, zum Beispiel zur
- Aufbereitung lignozellulosehaltiger Biomassen zu Faserstoffen, Intermediaten und Halbzeugen mit Zielstellung parametrierbarer Umsetzung bis zum Endprodukt (inklusive ausgewählter Methoden der Charakterisierung)
- fermentativen Herstellung von Milchsäure und anderen Intermediaten basierend auf einer breiten Rohstoffpalette in einem kontinuierlichen Verfahren (Teile des Verfahrens sind durch Schutzrechte mit ATB-Beteiligung gesichert)
- Modellierung, Visualisierung und Quantifizierung von Strömungs- und Transportvorgängen der atmosphärischen Grenzschicht für landwirtschaftliche Strukturen im Windkanal (Maßstab 1:100 bis 1:500; Laserlichtschnitt, Laserdoppler-Anemometer, Flammen-Ionisations-Detektor)
- energieeffizienten und produktschonenden Trocknung landwirtschaftlicher Produkte (Dünnschicht-/Schacht-/Wärmepumpentrockner) und umfangreiche Versuchs- und Analysetechnik (Laser-Lichtschnittverfahren, Tracergasanalytik, NMR-Spektrometrie u.v.m.)
- Isolierung, Kultivierung und Charakterisierung von Mikroorganismen (MO) in Modellsystemen als auch natürlich vorkommenden boden-, lebens- und futtermittelassoziierten Mikrobiomen (Laborzulassung nach BioStoffV, IfSG und TierSeuchEV für MO der Risikogruppe 2, nach GenTG/GenTSV für gentechnische Arbeiten der Sicherheitsstufe 1)
- Erprobung und Demonstration digitaler Anwendungen im Pflanzenbau auf 20 ha hochauflösend kartierten Versuchsflächen (Fieldlab für digitale Landwirtschaft)
- praxisnahen Entwicklung und Erprobung von Technik und Verfahren, z.B. im Rahmen des im Aufbau befindlichen Leibniz-Innovationshofs für nachhaltige Bioökonomie
In der Oxidelektronik werden die elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Oxidmaterialien genutzt, um Bauelemente zu entwickeln, die mit herkömmlichen Halbleitern wie Silizium nicht realisierbar sind. Das Applikationslabor „Materialien für die Oxidelektronik“ am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) hat das Ziel, oxidische Funktionsschichten mit hoher struktureller Perfektion und präzise einstellbaren Eigenschaften zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Industrie wird so die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauelemente ermöglicht. Hierfür stehen eine Anlage zur metall-organischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) zur Herstellung der Oxidschichten sowie umfangreiche Möglichkeiten zur Charakterisierung zur Verfügung.
Die Mediasphere For Nature ist das multimediale Applikationslabor am Museum für Naturkunde Berlin (MfN). Basis der Mediasphere sind die digitalen Medien des MfN, die im Rahmen der Sammlungsdigitalisierung oder durch Forschungsaktivitäten des Museums entstehen. Diese Medien können Bild- oder Audiodateien oder auch digitale 3D-Modelle sein. Kernaufgabe der Mediasphere ist es, eine Brücke zwischen Forschung und Wirtschaft, Bildungsbranche oder Kreativindustrie zu bauen, die sich an den Bedürfnissen der Nutzer orientiert. In ihrer Rolle als Innovationsmotor dient die Mediasphere als Anlaufstelle am Museum für Naturkunde für die Entwicklung von wissensbasierten Projekten und Produktinnovationen. Ziel ist dabei, mit Hilfe der umgesetzten Projekte und entwickelten Produkte weitere Gesellschaftsbereiche anzusprechen. Beispielprodukte, die die Mediasphere mit Hilfe von internen und externen Kooperationspartnern entwickelte, sind:
- intelligente Tastmodelle für blinde und sehbehinderte Menschen (Beispiel: Tastkäfer)
- interaktive Kioske, die an Bord des Forschungsschiffs MS Wissenschaft ausgestellt waren und Themen des jeweiligen Wissenschaftsjahrs in spielerischer Form aufgriffen
- VR-Installationen, die zur Auseinandersetzung mit dem Themen Artenvielfalt und Tiermigration einladen (Beispiel: VR-Installation "Inside Tumucumaque")
Das Nikon Center of Excellence (NCoE) am Leibniz-Institut für Virologie (LIV) ist eine Kooperation zwischen dem LIV und Nikon Europe. Ziel des Applikationslabors ist es, auch externen Partnerinstitutionen und Interessierten modernste Lichtmikroskopietechnologien und innovative Softwarelösungen für die Bildanalyse bereitzustellen, wie sie bereits erfolgreich von Forschenden des Leibniz Center Infection (LCI) genutzt werden. Das NCoE trägt zudem zur Entwicklung und Anwendung spezialisierter Präparations- und Transfermethoden für korrelative und integrative Bildgebung bei. LIV-Forscherinnen und -Forscher nutzen vielfältige Licht- und Elektronenmikroskopie-Techniken, um Virusinfektionen in verschiedenen Modellsystemen zu untersuchen. Dabei kommen Fluoreszenz-, Hochdurchsatz- und Super-Resolution-Mikroskopie sowie Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz. Diese Methoden ermöglichen die Visualisierung von ganzen Organismen bis hin zu molekularen Interaktionen zwischen Viren und Wirtszellen und das in Laboren der biologischen Sicherheitsstufen (BSL) 2 und 3.
Mit dem institutseigenen und im Nordosten Deutschlands einzigartigen Transfer-Technikum "Catalysis2Scale" zur Erprobung und Überleitung von chemischen Forschungsergebnissen aus dem Labor in die Praxis (Pilotmaßstab) verfügt das Leibniz-Institut für Katalyse über ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal. Das Technikum wurde im Jahr 2022 eröffnet und ermöglicht hauseigene Pilotierungen für den Transfer von innovativen Laborergebnissen aus der Katalyseforschung in die Praxis. Dies eröffnet Wege für die Zusammenarbeit mit KMU´s und nicht-chemiespezifischen Anwenderindustrien, die selbst keine entsprechenden Möglichkeiten besitzen. Es bietet darüber hinaus die Grundlage für engere Vernetzungen zwischen den Forschenden der Universität Rostock und anderen Forschungseinrichtungen Rostocks und MVs durch eine gemeinsame Nutzung.
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