Stammzelltransplantation ist Übertragung blutbildender Stammzellen zu therapeutischen Zwecken; unreife und nur gering geprägte Vorläuferzellen des Blutes werden aus dem Knochenmark (Knochenmarktransplantation) oder dem peripheren Blut (Blutstammzelltransplantation) gewonnen und auf den Empfänger durch Infusion übertragen. Ziel ist es, die Blutbildung und das Immunsystem des Patienten durch Zellen des Transplantats zu ersetzen. Die Stammzelltransplantation dient v. a. zur Behandlung angeborener Immundefekte, Leukämien, bösartiger Lymphome oder bestimmter Tumoren. Es gibt zwei Formen der Stammzelltransplantation: Die autologe Stammzelltransplantation wird meist bei festen Krebstumoren angewendet. Hier wird zur Kontrolle der Krebszellen eine zytostatische Behandlung so hoch dosiert eingesetzt, dass die normale Blutbildung zerstört wird. Damit trotzdem eine normale Blutbildung wiederhergestellt werden kann, müssen vor der Hochdosischemotherapie Blutstammzellen des Patienten gewonnen werden. Die allogene Stammzelltransplantation wird besonders bei mit normal dosierter Chemotherapie nicht beherrschbaren akuten oder chronischen Leukämien oder der aplastischen Anämie angewendet. Da die eigenen Blutzellen mit Leukämiezellen prinzipiell vermischt sind oder bei der aplastischen Anämie sich nicht mehr bilden können, werden Blutstammzellen von einem in den Gewebemerkmalen identischen Geschwister- oder Fremdspender verwendet. Bei allen Patienten besteht eine Gefährdung durch Infektionskrankheiten besonders in den ersten Wochen nach der Transplantation, da das Immunsystem erst allmählich wieder funktionstüchtig wird. Die Immunschwäche erfordert in dieser Zeit die Isolierung in sterilen Räumen; Infektionen müssen mit Antibiotika behandelt werden.
Teilchenbeschleuniger
Teilchenbeschleuniger oder Akzelerator ist eine Sammelbezeichnung für Geräte und Anlagen, in denen elektrisch geladene Teilchen (v. a. Elektronen, Protonen und ihre Antiteilchen sowie Atomkerne und Ionen) auf sehr hohe Energien (heute bis zu mehreren 1 000 GeV) beschleunigt werden und dadurch Kern- und Elementarteilchenreaktionen auslösen können. Dabei entsteht Brems- sowie Synchrotronstrahlung, zum Teil auch bestimmte Elementarteilchenstrahlen, die man u. a. für analytische Anwendungen nutzt. Die Beschleunigung erfolgt grundsätzlich durch elektrische Felder, die auf die Ladungen der Teilchen wirken.
Nach Form der Teilchenbahnen unterscheidet man Linearbeschleuniger und Kreisbeschleuniger (Ringbeschleuniger, Zirkularbeschleuniger), bei denen magnetische und elektrische Felder die Teilchen auf kreisförmigen Bahnen beschleunigen. Große Teilchenbeschleunigeranlagen, in denen Teilchen verschiedener Ladungen auf ringförmigen (Speicherringe) oder linearen Bahnen diametral gegeneinander geführt und zur Kollision gebracht werden, nennt man auch Collider. Die wichtigsten Kreisbeschleuniger für Elektronen sind das Betatron, das Mikrotron und das Elektronensynchrotron (Synchrotron), für Protonen, schwerere Atomkerne und Ionen das Zyklotron, das Synchrozyklotron und das Protonensynchrotron. ‒ Teilchenbeschleuniger haben v. a. in der Grundlagenforschung der Kern- und Elementarteilchenphysik große Bedeutung. Sie werden außerdem u. a. zur Herstellung von Radionukliden (z. B. in der Schwerionenforschung), in der Medizin zur Strahlentherapie und in der Technik zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt.
Wichtige große Teilchenbeschleuniger und Speicherringanlagen befinden sich in Westeuropa am Europäischen Laboratorium für Teilchenphysik (CERN) bei Genf und am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) bei Hamburg, in Russland bei Serpuchow am Forschungsinstitut für Elementarteilchenphysik sowie in Nowosibirsk am Institut für Kernphysik, in Japan am Nationalen Laboratorium für Hochenergiephysik in Tsukuba und in den USA am Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) in Batavia (Illinois), am Brookhaven National Laboratory (BNL) in Brookhaven (New York), an der Cornell University in Ithaca (New York) sowie am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC).
Chemiefasern
Unter Chemiefasern (Synthesefasern, umgangssprachlich auch Kunstfasern) versteht man im weiteren Sinn alle auf chemischem Wege erzeugten Fasern aus organischen oder auch anorganischen Materialien; im engeren Sinn die aus makromolekularen Naturstoffen (natürliche Polymere) oder Kunststoffen (synthetische Polymere) gewonnenen und v. a. zur Herstellung von Textilien und technischen Geweben geeigneten Fasern. Sie werden in Form von endlosen Filamentgarnen (früher auch Chemieseide oder Kunstseide genannt) oder als Spinnfaserband (auf eine bestimmte Länge geschnitten) erzeugt. Filamentgarne bestehen entweder aus mehreren feinen Elementarfäden (Multi- oder Polyfile) oder aus einem einzigen gröberen Faden (Monofil). Spinnfasern werden je nach Feinheit, Schnittlänge, Festigkeit, Dehnung und Kräuselung unterschieden.
Arten:
Zu den halbsynthetischen Fasern zählen v. a. die aus regenerierter oder veresterter Cellulose hergestellten Fasern, z. B. Viskose. Die wichtigsten Materialien für vollsynthetische Chemiefasern sind: Polyamide (Nylon, Perlon, Rilsan, Kevlar u. a.), Polyester (Diolen, Trevira, Dacron u. a.), Polyacrylnitrile (Dralon, Orlon u. a.) und Polyurethane (Elasthan). Die Grundstoffe werden durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition gewonnen, anschließend in leicht verdampfbaren Lösungsmitteln gelöst und durch Spinndüsen gedrückt. Dabei werden die entstehenden Fäden auf unterschiedliche Weise verfestigt. Beim Trockenspinnverfahren (für Acetat und zum Teil Polyacrylnitril) wird die Lösung unter Druck (5 bis 15 bar) durch die Spinndüsen gepresst und das verdunstende Lösungsmittel abgesaugt. Beim Nassspinnverfahren (Viskoseverfahren) werden die Fäden durch Fällungsreaktion im Spinnbad (Fällbad) fadenförmig ausgeschieden (»ausgefällt«). Beim Schmelzspinnverfahren (v. a. für thermoplastische Polymere verwendet) werden die Polymermoleküle (Polyamide, Polyester oder Polyolefine) durch Anblasen mit Kaltluft verfestigt. Im Anschluss an verschiedene Nachbehandlungsschritte erhält man die Filamentgarne. ‒ Nicht durch einen Spinnprozess, sondern durch Längsschneiden hochverstreckter Polyethylen- oder Polypropylenfolien entsteht Chemieflock (Kurzfasern), durch Spleißen (Splitten) werden Spaltfasergarne oder verspinnbare Splitterfasern erzeugt. ‒ Anorganische Chemiefasern sind z. B. Silikatfasern (Glasseide und Glaswolle), die nur als Isoliermaterial dienende Schlackenwolle (Sillan) sowie Keramikfasern (Fiberfrax), Metallfäden, Stahlfasern und Kohlenstofffasern zur Verstärkung von Verbundwerkstoffen.
Mikrosystemtechnik
Die Mikrosystemtechnik ist ein Gebiet der Technik, das sich mit Entwurf, Simulation, Entwicklung, Fertigung und Test miniaturisierter technischer Baugruppen beschäftigt. Ein Mikrosystem verbindet mindestens zwei Funktionalitäten aus Mikroelektronik, Mikromechanik, Mikrooptik oder Mikrotechnik. Aufgabe der Mikrosystemtechnik ist es, die Wechselwirkung dieser Funktionselemente aufeinander abzustimmen und sie zu einem funktionsfähigen Gesamtsystem zu integrieren. Eine zentrale Rolle spielen deshalb rechnergestützte Entwurfsmethoden (CAD, Schichttechniken), Strukturierungstechniken sowie Methoden der Signalverarbeitung. ‒ Ein komplettes Mikrosystem (im weiteren Sinn) besteht aus einer Sensoreinheit, die eine bestimmte physikalische oder chemische Größe aufnimmt, einer Elektronik, die die Sensorsignale verarbeitet, einem Stellglied (Aktor), das zu einer Reaktion befähigt ist, aus Leitungen, die die genannten Einheiten miteinander verbinden, sowie aus einer Schnittstelle zur Außenwelt.
Vorteile:
Die Vorteile der Mikrosystemtechnik bestehen v. a. in der Miniaturisierung unterschiedlicher Funktionseinheiten und deren Integration zu einem kompletten technischen System. Durch die Miniaturisierung werden bestimmte Effekte erst zugänglich gemacht und neuartige Anwendungen ermöglicht. Die Materialersparnis bei Mikrosystemen, verbunden mit Volumen- und Masseeinsparungen sowie geringerer thermischer Trägheit und verringertem Energieverbrauch, erlaubt den Einsatz auch kostspieliger Werkstoffe, führt zur Realisierung mobiler Systeme und macht kostengünstige Massenfertigungsverfahren nutzbar. Die Reduktion von Leitungsbahnen, Messvolumina und Toträumen, eine Minimierung der Zahl von Verbindungsstellen und -gliedern sowie die Redundanz gewisser Bauteile erhöhen die Zuverlässigkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems.
Anwendungen:
Anwendungen von Mikrosystemen finden sich in nahezu allen technischen Bereichen, z. B. als Düsen für Tintenstrahldrucker, Mikroventile und -schalter oder Strahlungssensoren. Temperatur-, Druck- und Kraftsensoren werden z. B. in der Verfahrenstechnik zur Anlagenüberwachung und im Automobilbau (z. B. Beschleunigungssensoren als Auslöser für Airbags) eingesetzt; in der Medizintechnik finden u. a. miniaturisierte Aktoren Verwendung (z. B. implantierbare Mikropumpen zur Medikamentendosierung). Die Informationstechnik nutzt verschiedenste Strukturen und Systeme für optoelektronische und faseroptische Baugruppen. Angesichts der breiten Einsatzmöglichkeiten gilt die Mikrosystemtechnik als eine der zukunftsträchtigsten Schlüsseltechnologien.
Reproduktionsmedizin
Die Reproduktionsmedizin oder Fortpflanzungsmedizin ist ein Spezialgebiet der Medizin, das sich der menschlichen Fortpflanzung und Behandlung des unerfüllten Kinderwunsches unter Berücksichtigung gynäkologischer, urologischer, genetischer, biologischer, juristischer und ethischer Aspekte widmet. Verfahren der Reproduktionsmedizin zur Erfüllung des Kinderwunsches sind entsprechend der zugrunde liegenden Störung die kontrollierte Eierstockstimulation durch Hormongaben, die Spermienaufbereitung zur Anreicherung normal geformter, gut beweglicher Spermien mit anschließender Übertragung in den Gebärmutterhals oder die Gebärmutter, die In-vitro-Fertilisation und die intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI). Hierbei zunächst überzählige Embryonen werden in Deutschland im 2-PN-Stadium (Vorkernstadium) für eine spätere Implantation eingefroren (Kryokonservierung). Die Erfolgsraten reproduktionsmedizinischer Techniken sind u. a. abhängig vom Alter der Frauen, den verschiedenen Methoden und den durchführenden Institutionen; sie liegen zwischen 5 und 50 %. Risiken der künstlichen Befruchtung bestehen in einer erhöhten Rate an Mehrlingsschwangerschaften mit einer höheren Belastung der Schwangeren und häufigeren Frühgeburten; auch das Risiko einer schweren Fehlbildung des Kindes ist im Vergleich zur natürlichen Befruchtung größer. Die Stimulationsbehandlung der Eierstöcke kann zu leichten Vergrößerungen der Eierstöcke und zu Zystenbildungen, aber auch zu einem Überstimulierungssyndrom mit Bauchschmerzen, Blähungen, Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Wassersucht und Eindickung des Blutes führen. Die Behandlungen werden heute in darauf spezialisierten Kliniken durchgeführt. Im Vorfeld einer Behandlung erfolgt ein ausführliches Beratungsgespräch, bei dem die Paare über die Möglichkeiten der Behandlung informiert werden. In den meisten Kliniken wird eine psychologische Begleitung der Behandlungen angeboten. Sie folgen festgelegten Behandlungsschemata, die in Protokollen festgelegt sind. ‒ Die Verfahren der assistierten Reproduktion unterliegen dem Embryonenschutzgesetz und den Bestimmungen der Berufsordnungen der einzelnen Landesärztekammern, die Richtlinien zur Durchführung erlassen haben.