Das Institut beim Ahoi-MINT-Festival 2025

Unter dem Titel „3D-Druck im Nanobereich und der Chemie” haben Karuna Aurel Kanes und Simon Sprengel, Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Dmitry Momotenko einen Familienvortrag gehalten und haben dabei das Folgende angesprochen: 

Was 3D-Druck ist weiß bestimmt schon jede*r. Aber wusstest du: Chemie und 3D-Druck gehen Hand-in-Hand? Chemiker*innen können mit einem 3D-Drucker winzige Strukturen aus Metall drucken, die so klein sind, dass du sie nicht mit bloßem Auge sehen kannst! In dem Kurzvortrag im Schlauen Haus wurde erklärt, wie ein solcher 3D-Druck in einer Große bis zu 5000 mal kleiner als dein Haar funktioniert und was das mit Chemie zu tun hat. 

Biodruck bzw. Bioprinting ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der Materialanordnungen meist schichtweise hergestellt werden. Die Entwicklung der additiven Fertigung wurde erst vor relativ kurzer Zeit durch die Weiterentwicklung computergestützter Designwerkzeuge möglich, wodurch sich hinsichtlich Flexibilität bei Formen und Materialien neu Türen öffneten und ein hohes Maß an individueller Anpassung und eine schnelle, nahezu abfallfreie On-Demand-Produktion ermöglicht wurde. Was Bioprinting von anderen Formen der additiven Fertigung unterscheidet, ist die Möglichkeit, Biomoleküle und Zellen in Strukturen zu integrieren dabei wird auf vier Bioprinting-Techniken zurückgegriffen: Extraktions-, Ink-jet, lasergestütztes und stereolithografisches Drucken. Um Zellen zu drucken, ist die Zusammenarbeit von Fachleuten aus den Bereichen der Biologie, der Medizin, der Chemie, der Physik sowie den Ingenieurswissenschaften erforderlich.

An der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg wurde eine neue Drucktechnik namens pneumatisches Förderdrucken entwickelt und es wurde bewiesen, dass Zellen gedruckt werden können und sich in unserem neu gedruckten Material vermehren. Um Zellen zu drucken und um ihnen eine stabile, definierte Form geben zu können, wird chemisches „Verpackungsmaterial“ benötigt. Dieses nennt man Hydrogel. Hydrogele haben eine Lochstruktur, mit langen klebrigen Armen, die die Zellen zusammenhalten. Wasser und Nährstoffe gelangen leicht zu den Zellen und sorgen so dafür, dass sie am Leben bleiben und sich vermehren können. Die Herstellung von Lösungen mit Zellen und Molekülen, die Hydrogele bilden, ist einer der Aufgabe von Chemiker*innen (Bioformulation). Auch spektroskopische und mikroskopische Methoden werden genutzt, um die für das menschliche Auge unsichtbare Struktur des gedruckten Materials sichtbar zu machen und ihre Veränderungen durch Zellwachstum zu verfolgen.

In diesem Experiment wird ein Fisch aus Alginat-Hydrogel gedrukt. Dabei ist der Fokus auf dem Formen des neu gedruckten Materials. 
Es dient dazu, verschiedene Eigenschaften und Strukturen kennenzulernen sowie ein molekulares Modell zu bauen und ein eigenes Hydrogel herzustellen. 

Butter bei die Fische: Anwendung der Biomaterialien im 3D Biodrucken-Verfahren vorbereitet und gehalten durch PD Dr. Izabella Brand, Mitarbeiterin der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Gunther Wittstock. 

Ansprechersonen für dieses Angebot sind PD Dr. Izabella Brand ([email protected]) und Prof. Dr. Gunther Wittstock ([email protected]).

Herkömmliche Blumenerden und andere Gartensubstrate enthalten meist Torf, der aus Mooren gewonnen wird. Der Torfabbau setzt jedoch große Mengen CO₂ frei und trägt damit zum Klimawandel bei. Um Moore, die darin vorhandene Artenvielfalt und das Klima zu schützen, entwickeln derzeit Forschende um Prof. Dr. Michael Wark, Hochschullehrer für Technische Chemie am Institut für Chemie der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, aus Grünschnitt und anderer Abfallbiomasse Pflanzen- und Hydrokohle, die den Torf künftig ersetzen sollen.

Im Projekt TOPKO wird das übergeordnete Ziel verfolgt, aus Mischungen von Kompost und Kohlen Kultursubstrate für den Gartenbau herzustellen.

Zwei Arten von Kohle finden im Projekt Anwendung: Hydrokohlen aus dem den Verfahren der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und Pflanzenkohlen aus dem Pyrolyse-Verfahren. Beide Kohlearten werden einzeln bzw. zusammen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen mit Kompost vermengt. Mit diesen Kultursubstraten werden Wachstumsversuche mit verschiedenen Pflanzensorten durchgeführt, um die Eignung als Substrat in Baumschulen und darüber hinaus zu erproben. Bei den Edukten liegt der Fokus auf Regionalität und Klimafreundlichkeit. So werden regional hergestellte Grün-Komposte verwendet; die Kohlen werden aus Reststoffen der Landwirtschaft bzw. aus Aufwüchsen aus der Landschaftspflege hergestellt.

Mit Hilfe von Umweltbilanzen wird im Projekt die Nachhaltigkeit in Bezug auf den Kohlenstoffkreislauf bewertet. Sozio-ökonomische Untersuchungen werden mit dem Ziel durchgeführt, die Reaktion potentieller Kund*innen auf die entwickelten Alternativen zu reflektieren und daraus die Marktchancen zu ermitteln.

„TOPKO – Torffreie klimafreundliche  Pflanzensubstrate aus Hydro- und Pyrolysekohlen”, Vorstellung des Forschungsprojekts durch Ben Henke (Doktorand) und Dr. Michael Röhrdanz (Projektkoordinator), beide Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Michael Wark.

Ansprechpersonen sind Ben Henke, M.Sc. ([email protected]), Dr. Michael Röhrdanz ([email protected]) sowie Prof. Dr. Michael Wark ([email protected]).  

Ob Labor, Moor oder auch sonst überall in der Welt gilt: Stoffe haben Eigenschaften und Stoffe reagieren in gewisser Art und Weise miteinander und aufeinander. Am Chemie-Stand für Klein und Groß werden grundlegende Eigenschaften von Gasen und Flüssigkeiten sowie ihre Wechselwirkungen thematisiert. Mehrere Mitmachexperimente eröffnen den Zugang zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen, die auf den ersten Blick unsichtbare Zusammenhänge sichtbar machen.

Im Zentrum steht die Auseinandersetzung mit dem Verhalten von Luft in unterschiedlichen Situationen. Egal ob Gummibärchen tauchen gehen sollen oder Luft unter Wasser umgefüllt werden soll, die Beobachtung zeigen, dass Luft nicht nichts ist, sondern ein Stoff, der Eigenschaften hat, wie andere Stoffe – auch wenn diese nicht einfach sichtbar sind. Die „Trichterflasche“ sowie der „Zaubertrick mit dem gefüllten Wasserglas“ eröffnen weitere Perspektiven auf das Verhältnis zwischen Gasen, Flüssigkeiten und Kräften, die auf sie wirken.

Bei der Station zur Papierchromatographie lernen Teilnehmende, dass Stoffe nicht immer das sind, was sie zu sein scheinen: Sind alle grünen Stifte wirklich grün? Mit einfachen Mitteln kann man dieser Frage auf die Spur kommen und Einblicke in die stoffliche Zusammensetzung vermeintlich homogener Farbmischungen erlangen. 

Die Brauserakete eröffnet schließlich die Möglichkeit, mit ganz einfachen Mitteln und wiederum dem Zusammenspiel von Stoffen, Räumen und Kräften das Thema Bewegungsenergie durch chemische Reaktion erfahrbar zu machen.

Die Experimente fördern ein forschendes, fragend-experimentelles Vorgehen und durch eigenständiges Beobachten und Hypothesenbilden werden naturwissenschaftliche Denkweisen erlebbar und greifbar.

Stoffe, Räume und Kräfte im Experiment: Mitmachaktionen vorbereitet und geleitet durch die Mitarbeitenden der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Timm Wilke. 

Ansprechpersonen zu diesem Angebot sind Prof. Dr. Timm Wilke ([email protected]) und Dr. Michael Peetz ([email protected])