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Rückblick Projekte

Design von 3D-Gewebestrukturen der Niere

In den vergangenen Jahren hat sich sowohl im klinischen Umfeld als auch in der Forschung ein grosses Interesse an organtypischen, dreidimensionalen (3D) Gewebekulturmodellen entwickelt. Es existiert insbesondere ein grosser Bedarf an organähnlichen Strukturen der Niere, welche für die Entwicklung neuer Wirkstoffe eingesetzt werden könnten (1, 2). Die Niere, in ihrer physiologischen Funktion bei der Exkretion, ist teilweise hohen Wirkstoffdosen ausgesetzt. Daher ist sie auch sehr anfällig für Nebenwirkungen von Medikamenten, was dazu führt, dass eine Vielzahl von Pharmaka in der Spätentwicklung aufgrund der Nierentoxizität scheitern (3, 4). Die Schädigungen der Niere durch Fremdsubstanzen (Xenobiotica) erfolgen vor allem im Proximalen Tubulus (PT). Daher ist die Erzeugung dieser Struktur in einem 3D-Zellkulturmodell das vorrangige Ziel unserer Entwicklung. Um diese komplexen, organtypischen Strukturen nachzuahmen, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit aus Biologie (Zellbiologie, Bioreaktortechnik, Tissue Engineering), Materialwissenschaften (Biomaterialwissenschaften) und Ingenieurswissenschaften (Mikrofluidik, 3D-Printing) erforderlich. Die Hochschule für Life Sciences (HLS) der FHNW ist mit den technischen und wissenschaftlichen Kompetenzen, der Infrastruktur der Institute für Chemie und Bioanalytik (ICB) und Medizinal- und Analysetechnik (IMA) in einer ausgezeichneten Lage, all diese Bereiche kompetent abzudecken und diese Entwicklung voranzutreiben.

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Kultivierung nierenähnlicher Gewebestrukturen in 3D bestehend aus funktionellen Renal Proximal Tubular Cells (RPTC), die zum effizienteren Screening (Pharmakologie und Toxikologie) von Substanzen eingesetzt werden können. Hierfür werden ideale Materialkombinationen, funktionale Oberflächen, sowie dreidimensionale mechanische Supportstrukturen und deren fluidische Beströmung entwickelt, welche die Bildung eines funktionellen Epithels in vitro unterstützen. Die Spezifikationen des entworfenen Modells sollen gewährleisten, dass die erforderlichen 3D-Strukturen hergestellt werden und dass das Anwenden eines kontrollierten Flusses ermöglicht wird, um physiologische Situationen zu simulieren. 

Die Optimierung der Zellfunktionalität durch Interaktion mit ausgewählten Oberflächen (Membranen, Trägermaterialien, Oberflächenchemie & -topografie, mechanische Parameter) hat vielversprechende Ergebnisse geliefert und zeigt, dass bestimmte, künstliche sowie biologische Oberflächen das Wachstum der Nierenzellen (von zwei Zelllinien) gezielt fördert. Anhand der gezielten Charakterisierung der kultivierten RPTC mit geeigneten Markern haben wir erste Hinweise bezüglich der Differenzierung der Zellen und der Funktionalität des Zellverbundes als Barriere. Darüber hinaus ist ein erster Prototyp eines geeigneten mikrofluidischen, einkanaligen Durchflusssystems für die Nährmedien, konzipiert, designt und hergestellt worden, welches in Verbindung mit den optimierten Zellkulturbedingungen in der nächsten Phase des Projektes erprobt und eingesetzt werden wird. Das Durchflusssystem ist zum Ausbau zu einem vielkanaligen System konzipiert und die technische Umsetzung und Erprobung erfolgt nun in der zweiten Projekthälfte. Zusätzlich sind Untersuchungen an Materialien, welche sich grundsätzlich zur Realisierung dreidimensionaler Strukturen (z.B. Additive Manufacturing) eignen und gleichfalls eine geeignete Umgebung für das Zellwachstum aufweisen, Gegenstand der verbleibenden Projektlaufzeit.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Laura Suter-Dick

Lead-Hochschule
Hochschule für Life Sciences

Projekt Design von 3D-Gewebestrukturen der Niere

A) und B) Immunohistochemische Färbung von Zellkernen (Blau), Zytoskelet (Rot) und Zell-Zell-Interaktionen (Grün) an Zellen, die während einer Woche auf einer beschichteten Membrane kultiviert wurden. MDCK Zellen (A) bilden eine "Kopfsteinpflaster"-ähnliche Lage und humane PTEC-Zellen (B) bilden eine Lage und beginnen, Zell-Zell-Interaktionen zu entwickeln. C) und D) Scanning Elektron Mikroskop (SEM) Abbildungen von den Zelllagen von MDCK (C) und humane PTEC (D) Zellen.

Projekt: Design von 3D-Gewebestrukturen der Niere

Abbildung von dem ersten Prototyp für die Kultivierung von Nierenzellen in einem Durchflusssystem mit zwei Kompartimente (Basal: Blut und Apikal: Urin). Das Device erlaubt einen kontrollierten Fluss von Nährmedium durch Anschliessung von Zu- und Abfuhrschläuche an einer Pumpe.

 

Elektrodynamische Fragmentierung von Betonabbruch

Bauabfälle machen weltweit den grössten Anteil vom gesamten Abfallaufkommen aus und bergen gleichzeitig das grösste brachliegende Recyclingpotenzial. Betonabbruch wiederum wird in naher Zukunft mehr als 50% der Bauabfälle ausmachen und ist gut wiederzuverwerten. Bisher wird dieses Potenzial zu wenig genutzt und dort wo rezykliert wird, findet ein Downcycling statt, da das Sekundärmaterial meist minderwertig ist.

Doch wieso soll Beton überhaupt rezykliert werden? Neben einer Reduktion des benötigten Deponieraums können primäre Ressourcen wie Sand, Kies und Metalle (aus Armierungen) geschont werden. Um einer Kreislaufwirtschaft einen Schritt näher zu kommen, führt angesichts der immensen Mengen nichts an einem Recycling von Beton vorbei. Auch die gesetzlichen Vorlagen werden sich in naher Zukunft ändern und eine verbesserte Sortierung, Aufbereitung und Wiederverwendung vorschreiben. Bereits heute zeigt sich eine deutliche Tendenz, wonach Länder mit geringen Kies- und Gesteinslagerstätten auf einen nahezu geschlossenen Kreislauf setzen.

Mithilfe von elektrodynamischer Fragmentierung (EDF) kann Beton mit minimalem Qualitätsverlust in seine Bestandteile zerlegt werden. EDF spaltet heterogene Stoffe wie zum Beispiel Beton durch elektrische Hochspannungsimpulse entlang ihrer Phasengrenzen auf. Das Ergebnis sind saubere Gesteinsfraktionen verschiedener Grössenklassen, Sand und Bruchstücke bzw. Mehl des Zementsteins.

In diesem Projekt wird untersucht, wie die aus dem Betonabbruch mit EDF gewonnenen Fraktionen möglichst hochwertig und vollständig wiederverwertet werden können. Die bautechnischen Eigenschaften von Recyclingbeton aus Material der elektrodynamischen Fragmentierung werden mit herkömmlichem Recyclingbeton und primärem Beton verschiedener Güteklassen verglichen. Eigene Versuche und Angaben in der Literatur zeigen, dass eine gleichwertige Verwertung der Gesteinsfraktionen und ein sinnvoller Einsatz des Zementsteins in der Neuproduktion von Zement möglich sind. Darüber hinaus wird in diesem Projekt mit einer Wirtschaftlichkeitsanalyse abgeschätzt, ob und ab wann eine grosstechnische EDF-Recyclinganlage für Betonabbruch betrieben werden kann.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Martin Streicher-Porte

Lead-Hochschule
Hochschule für Technik

Projekt EDF

Bild: Gesteinsfraktion 4 - 8 mm nach der elektrodynamischen Fragmentierung des Betons

Projekt EDF

Bild: Prüfkörper nach der Biegezugsfestigkeitsprüfung

 

FIND MINE - UAV-basierte Detektion von Landminen

Die humanitäre Räumung von Landminen stellt immer noch eine sehr grosse Herausforderung dar. Zur Problematik tragen bei, dass

- nach UN-Anforderungen noch mindestens 99.6% aller Minen bis zu einer Tiefe von 13 cm geräumt werden müssen,
- es unterschiedliche Metall-, Mindestmetall- und Nichtmetallminen gibt,
- Minen in unterschiedlichen Umgebungen (Stadt, Dschungel, Wüste) regelmässig oder unregelmässig ausgebracht wurden und durch Erosion und Erbbewegungen umverteilt werden können.

Aufgrund dieser hohen Räumungsanforderungen werden heutzutage primär handgehaltene Metal-, Ground Penetrating Radar-Detektoren (GPR), Hunde oder Ratten für die Detektion eingesetzt. Diese Methoden sind aber aufgrund verschiedenster Einschränkungen (v.a. Belastung des Operateurs) sehr zeitaufwändig, ineffizient und gefährlich.

Ausgehend von grossen Fortschritten in der Drohnentechnik (unmanned aerial vehicle - UAV), der laufenden Miniaturisierung von Sensoren sowie der bedingten Praxistauglichkeit bestehender luftgestützter Minendetektionssysteme wurde von der Fachhochschule Nordwestschweiz (Hochschulen für 'Technik' - HT und 'Architektur, Bau und Geomatik' - HABG) und der Endress und Hauser GmbH&Co. KG Maulburg/D (E+H) im Rahmen einer Machbarkeitsstudie die Realisierung eines UAV-basierten Minendetektionssystems zur automatischen Detektion von Landminen untersucht.

Gesamtfazit der Machbarkeitsstudien: Es ist möglich, in einem überschaubaren Zeitrahmen und mit kalkulierbarem Risiko ein UAV-basiertes Airborne-GPR für die Detektion von Landminen zu entwickeln und für die humanitäre Räumung von Landminen einzusetzen. Es ist ein System zu entwickeln, das einfach und sinnfällig zu bedienen ist und eine nur rudimentäre Schulung der Operateure erfordert.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Reinhard Gottwald

Lead-Hochschule
Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik

Projektleitung
Prof. Dr. Markus Loepfe

Lead-Hochschule
Hochschule für Technik

Projekt FindMine
Projekt FindMine
 

Innovation in Kunst und Design

Methoden aus Ethik, Soziologie, Ökonomie, Philosophie und Technologie für Kunst und Design nutzbar machen: Persönlichkeiten, die in ihrer Arbeit über den Tellerrand schauen und sich der Vorgehensweisen anderer Disziplinen bedienen, stehen im Zentrum des von der Stiftung FHNW geförderten Forschungsprojektes „Multidisziplinäre Synthese als effektive Herangehensweise für Innovation, anhand von Beispielen aus Kunst und Gestaltung“. Interdisziplinarität wird dabei in vier Kategorien zusammengefasst untersucht:

The Possible – Catalysing Urban Change: Hier setzen Produkte und Prozesse Veränderungen in Gang, die eine stadtplanerische Perspektive um Personen aus dem konkreten Handlungsumfeld erweitern. Urbaner Raum und seine Definitionsspielräume werden im Sinne von Kollaborationen, Kooperation und Partizipation verhandelbar. Stadtentwicklung wird als gemeinsame Sache gedacht: Durch Neuinterpretationen und Umnutzungen unter Einbeziehung unterschiedlicher Akteure entstehen neue Räume für Kultur. Auf diese Weise wird das Stadtbild nachhaltig geprägt und verändert.

The Desirable: Architectures of Meaning verbindet Arbeiten, die über räumliche Kontexte Veränderungen innerhalb gesellschaftlicher Strukturen anstossen. Imaginäre Grenzen werden aufgelöst, es entstehen Räume, die für unterschiedliche Formen des Zusammenkommens stehen: Koexistenten als Möglichkeitsräume, in denen Display und Bühne, Arbeitsraum und Ausstellung, Kunst und Publikum, Monument und Mensch in eins fallen.

The Sensible: Building an Anti-fragile Society. Im Fokus stehen Projekte, die sich mit dem Verhältnis von Dingen und den ihrem Entstehungs- und Nutzungsprozess zugrundeliegenden unsichtbaren Prozessen beschäftigen. Dadurch hinterfragen diese Projekte gleichzeitig den Einfluss dieser Dinge auf das Leben, ebenso die damit in Verbindung stehende Resistenz und Toleranz einer Gesellschaft. Gleichzeitig zeigen sie auf, welche Möglichkeiten und Chancen sich ergeben, wenn unerwartete oder störende Impulse auftreten und veränderte Bedingungen bestehende gesellschaftliche Systeme beeinflussen.

The Profitable: Economic Value, Reloaded umfasst Projekte, die sich ins Spannungsfeld zwischen Kunst, Design und Ökonomie begeben und die Widersprüche zwischen subjektiven und symbolischen Wert und monetären Wert mit Blick auf die Zukunft erörtern. Sie eröffnen den künstlerischen und gestalterischen Zugang zu Ökonomie und machen dieses Wissen innerhalb eines experimentellen Rahmens nutzbar, um Alternativen zum bestehenden System einzuüben. Dadurch provozieren sie im ästhetischen Kontext von Design und Kunst Wandel und Widerstand.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Kirsten Langkilde

Lead-Hochschule
Hochschule für Gestaltung und Kunst

 

 

Mehrwert Landschaft – Landschaftsbasierte Strategien zur nachhaltigen räumlichen Entwicklung

Die Grenzen zwischen Stadt und Land vermischen sich immer mehr. Die daraus enstehende, teils suboptimale Struktur, welche meist unzähligen funktionellen Einzelentscheiden entspringt, behindert ein zukunftsorientiertes und soziokulturell florierendes Wachstum.

Daher werden im Untersuchungsraum Inseln als Kristallisationspunkte der baulichen Entwicklung definiert, die eng an gegebene und zukünftig mögliche Erreichbarkeiten des öffentlichen Verkehrs gekoppelt sind. Die spezifischen räumlichen und programmatischen Potenziale der Inseln (Architekturmassstab) sowie des Gesamtraums (Landschaftsmassstab) werden bestimmt und mittels Karten, Collagen und beispielhaften Architekturentwürfen anschaulich visualisiert. Möglichkeiten, Spielräume und Abhängigkeiten werden an konkreten Interventionsorten aufgezeigt. Dies kann beispielsweise bedeuten, einige spezifische Landmarken zu setzen, visuelle Beziehungen zu berücksichtigen oder neu zu schaffen, qualitätsvoll und Kontext bezogen baulich zu verdichten, Siedlungsränder dabei als Kontaktzonen besser mit der Landschaft zu verzahnen, Infrastrukturkorridore als wechselvolle szenische Bänder zu entwickeln, die Massstäblichkeit von Architektur zu Landschaft in ein stimmiges Verhältnis zu setzen, usw.

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Kurzinfo

Projektleitung
Andreas Nütten

Lead-Hochschule
Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik

 

Gedruckte resorbierbare Metall-Implantate

Komplizierte Knochenbrüche werden klinisch mittels Platten und Schrauben aus Titan, Medizinalstahl oder CoCr behandelt. Nachdem die Fraktur geheilt ist, werden die mechanisch stabilen Metallimplantate in der Regel in einer Zweit-Operation wieder entfernt, um kein bleibendes Fremdmaterial im Körper zurückzulassen, welches störende Wirkungen wie Entzündungen und Infektionen, Wundheilungsstörungen, Implantatdislokationen und insbesondere bei Kindern Wachstumsstörungen zur Folge haben kann. Sowohl die Reoperation als auch die Präsenz von permanenten Implantaten bergen gesundheitliche Risiken.

Selbstabbaubare Materialen, wie bspw. Keramiken oder Polymere sind für lasttragende Anwendungen ungeeignet, da sie die nötigen mechanischen Anforderungen nicht erfüllen.

Unser Ziel ist, die Qualität herkömmlicher Knochenersatzimplantate zu verbessern. Dafür kombinieren wir die Vorteile degradierbarer metallischer Materialien mit patientenspezifischen Designlösungen.

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Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Michael de Wild

Lead-Hochschule
Hochschule für Life Sciences

 

Projekt «HEVE» – Herausfordernde Verhaltensweisen von Erwachsenen mit schweren und/oder mehrfachen Beeinträchtigungen

In der praktischen Arbeit mit Menschen mit schweren und/oder mehrfachen Behinderungen ist seit einiger Zeit das Thema „Herausfordernde Verhaltensweisen“ aktuell. Immer mehr Praxisorganisationen nehmen Fachberatungen dazu in Anspruch oder entwickeln spezifische Angebote für Menschen mit herausfordernden Verhaltensweisen. Dies zeigt auf, dass sowohl professionelle Begleitende als auch Leitende sozialer Institutionen bei der Begleitung resp. Krisenbewältigung von Menschen mit herausforderndem Verhalten immer wieder gefordert sind. In der Praxis ist die Problematik erkannt, doch erforscht wurde sie bisher noch nicht.

Es gibt praktisch keine aktuellen Studien zu herausforderndem Verhalten von Menschen mit Behinderungen. Um dieses Forschungsdefizit anzugehen, wurde entschieden, das Thema aufzugreifen und eine empirische Studie durchzuführen.

Da sich die Problematik bei Menschen mit schweren und/oder mehrfachen Behinderungen unter anderem aufgrund der häufig komplexen Kommunikationsbeeinträchtigungen verschärft, wird im Forschungsprojekt HEVE dieser Personenkreis ins Zentrum des Interesses gestellt. Die Forschungsfragen fokussieren einerseits auf die Verlaufsgeschichte und die aktuelle Beschaffenheit von herausforderndem Verhalten, andererseits auch auf die Möglichkeiten und Grenzen des Umgangs der Institutionen damit. Ziel des hier vorgestellten Forschungsprojekts ist es, Erkenntnisse zur Entstehung von herausforderndem Verhalten in Institutionen generell zu gewinnen, aber auch Hinweise zum Umgang von Institutionen mit dieser Problematik und den Auswirkungen davon zu erhalten.

Die Finanzierung des Projektes erfolgt durch die Stiftung fhnw.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Eva Büschi
Stefania Calabrese, lic. phil

Lead-Hochschule
Hochschule für Soziale Arbeit

 

Usability Excellence FHNW

Der Begriff “Usability“ bezeichnet die Benutzungsfreundlichkeit oder Gebrauchstauglichkeit von Gegenständen und nimmt im Forschungs- wie auch im Dienstleistungssektor der Hochschule für Angewandte Psychologie (APS) einen wichtigen Stellenwert ein.

Um sich die Marktführerschaft in diesem Segment zu sichern, ist die APS bestrebt ein Usability-Labor aufzubauen und mit neuesten technischen Geräten auszustatten.

Das Ausschreibungsprojekt umfasst die Anschaffung von mobilen Geräten und Instrumenten, um im Einsatzfeld der mobilen Applikation, respektive der Applikation vor Ort, mit abdecken zu können und damit internen und externen Partnern ein umfassendes Servicezentrum für Usability zu bieten.

Kurzinfo

Projektleitung
Prof. Dr. Hartmut Schulze

Lead-Hochschule
Hochschule für Angewandte Psychologie

Vergabefeld
Methoden
Produkte

 

Entwicklung eines Videosurveys zur Erfassung des professionellen Wissens und Kompetenzen von Studienabgängerinnen und Studienabgängern der Pädagogischen Hochschule FHNW im Bereich Gesellschaftswissenschaften

Die Entwicklung eines Videosurveys zur Erfassung fachdidaktischen und allgemeindidaktischen Wissens angehender Geschichtslehrpersonen
wird entwickelt und eingeführt.

Ein Videosurvey ist eine Online-Befragung mit integrierten Unterrichtsvideoclips und Beobachtungsaufgaben.

Zur Zielerreichung sind einerseits technische Innovationen im Bereich „internetbasierter Videosurvey“ notwendig und andererseits Unterrichtsentwicklung zum Thema „Förderung von historischen Schüler/‐innenkompetenzen“.

Dies ist von generellem Nutzen für die schweizerische Lehrer/‐innenbildung und insbesondere für die Pädagogische Hochschule der FHNW. Der zu entwickelnde Videosurvey stellt einen wichtigen Meilenstein in der Erforschung des Zusammenhangs von Lehrerwissen
und Unterrichtsqualität sowie zum Lernen von Lehrpersonen dar.

Kurzinfo

Projektleitung
Dr. Monika Waldis

Lead-Hochschule
Pädagogische Hochschule

Vergabefeld
Methoden

 

Gamification als didaktisches Mittel im angeleiteten Selbststudium

Die Lernqualität soll durch die Entwicklung und den Einsatz von Gamification als Motivationselement im eLearning (Intranet) gesteigert werden.

Ziel ist die studentische Eigeninitiative im Selbststudium zu steigern und damit den Mangel der studentischen Vor- und Nachbereitung der Kontaktstunden zu vermindern.

Um dies zu erreichen, sollen in bestehende eLearning-Lösungen Anreize und Mechanismen eingebaut werden, die aus Spielen bekannt sind.

Im Marketing ist die Nutzung solcher Mechanismen als Gamification bekannt.

Kurzinfo

Projektleitung
Claudia Meier-Biedermann

Lead-Hochschule
Hochschule für Wirtschaft

Vergabefeld
Methoden
Produkte

 

Mobile wasserlose Toilette

Die Hochschule für Life Science (HLS) entwickelte von 2008-2011 eine neuartige, mobile, wasserlose Spitaltoilette, welche zum Patent angemeldet wurde.

Nach dem Bau eines Prototyps und einer Versuchsreihe im Praxiseinsatz, wird an der Umsetzung eines Spin-offs zur Vermarktung und Weiterentwicklung der Innovation gearbeitet. Gemeinschaftlich mit dem Institut Industrial Design der HGK/FHNW und Wirtschaftssponsoren wird ein Muster erstellt und die Massenproduktion vorbereitet.

Mittelfristig soll die Spitaltoilette durch zusätzliche Produktvarianten ergänzt werden, welche in einer  einfacheren Ausführung nach demselben Prinzip für die vielen Einsatzorte wie Busse, Boote, Berghütten, Festanlässe, Baustellen und dergleichen funktionieren.

Das Ziel der Förderung der Stiftung FHNW ist die Mitinitiierung des Spin-offs. Insbesondere wird hierdurch die Fertigstellung des  Businessplans, der Aufbau der Geschäftsstrukturen und die Vorbereitung des Markteintritts durch gezieltes Marketing ermöglicht.

Kurzinfo

Projektleitung
Claude Lüscher

Lead-Hochschule
Hochschule für Life Sciences

Vergabefeld
Produkte

 
 
 
 

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