Deutsche Erfinder als Finalisten für Europäischen Erfinderpreis 2018 nominiert

Dank Jens Frahm und seiner Forschung am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie in Göttingen gehört die Magnetresonanztomographie (MRT) heute zu den verbreitetsten Diagnosemethoden in der Medizin. Der Biophysiker ist für die Entwicklung der FLASH-Technik (Fast Low Angle Shot) nominiert. Sie verbesserte die Bildgebungsgeschwindigkeit bei der MRT so entscheidend, dass der klinische Einsatz möglich wurde. FLASH 2 brachte das MRT ins Videozeitalter. Mit bewegten Bildern von Organen und Gelenken in Echtzeit hat er das diagnostische Potenzial noch erweitert.

Thomas Scheibel, Inhaber des Lehrstuhls für Biomaterialien an der Universität Bayreuth, ist für die Entwicklung künstlicher Spinnenseide nominiert. Seit Jahrzehnten versuchten Wissenschaftler vergeblich das ultrastarke Material, das 30-mal stärker ist als Stahl, industriell herzustellen. Der deutsche Biochemiker imitierte mittels „Biomimicry“ die spinnen-eigene Technik der Seidenherstellung im Labor und perfektionierte dieses Verfahren zu einem Herstellungsprozess von biotechnischen Spinnenseidenproteinen und daraus gesponnenen Fasern. Um seine patentierte Erfindung im Industriemaßstab voranzutreiben, hat Scheibel 2008 das Spin-off der Technischen Universität München (TUM) AMSilk mitgegründet. Die Faser hält bereits Einzug in bio-tolerierbare medizinische Implantate, Textilien und Kosmetika.

Das Erfinderteam um den niederländischen Ingenieur Erik Loopstra und den niederländisch-russischen Physiker Vadim Banine haben bei ASML und mit dem deutschen Optikunternehmen ZEISS die Extrem UV-Lithografie (EUVL) zur Herstellung schnellerer und leistungsstärkerer Chips entwickelt und sind für diese Leistung in der Kategorie „Industrie“ als Finalisten nominiert.

„Die Finalisten zeigen, dass Europa weiterhin weltweit führend ist, wenn es um Innovationen geht“, sagte EPA-Präsident Benoît Battistelli bei der Bekanntgabe der Finalisten des Europäischen Erfinderpreises 2018. „Die Kreativität und der Einfallsreichtum dieser Frauen und Männer tragen dazu bei, unser tägliches Leben zu verbessern und die Wettbewerbsfähigkeit der Wirtschaft zu stärken. Durch die Unterstützung der Arbeit dieser Erfinder bleibt das europäische Patentsystem eine Säule zur Stärkung der Position Europas als einer der innovativsten Märkte der Welt.“ Der Europäische Erfinderpreis 2018 wird am 7. Juni 2018 im Rahmen eines Festakts in Paris, Saint-Germain-en-Laye, verliehen.

Schnellere MRT in Echtzeit – Jens Frahm

Die erste Magnetresonanztomographie (MRT)-Aufnahme eines Menschen wurde 1977 gemacht: Sie dauerte vier Stunden und 45 Minuten. Damit war das Verfahren für den Klinikalltag viel zu langsam. Die entscheidende Technik, die das Bildgebungsverfahren beschleunigte und damit MRT überhaupt der medizinischen Praxis zugänglich machte, hat der deutsche Biophysiker Jens Frahm 1985 am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie in Göttingen entwickelt: die FLASH-Technik (Fast Low Angle Shot). Maßgeblich dabei war die Reduzierung der MRT-Bildgebungszeiten von Minuten auf wenige Sekunden. Frahm ließ seine Erfindung patentieren und veröffentlichte die Ergebnisse 1985 im medizinischen Fachblatt The Lancet. Dies kam einem Durchbruch gleich: Führende Hersteller übernahmen FLASH schon innerhalb weniger Monate nach der Veröffentlichung und die Anzahl neu installierter MRT-Scanner verzeichnete weltweit einen schnellen Anstieg. Heute gehört die MRT zu den sichersten medizinischen Diagnoseverfahren mit weltweit mehr als 100 Millionen Untersuchungen pro Jahr.

Frahms Fortentwicklung in der Echtzeit-Bildgebung heißt FLASH 2. Diese Methode aus dem Jahr 2010 verbindet das FLASH-Prinzip mit heutiger Computerbildrekonstruktion. Da die einzelnen Filmbilder nur minimal verschieden sind, werden jeweils wenige Aufnahmen erstellt. Rekonstruktionsalgorithmen füllen die fehlenden Informationen aus, um übergangslos bewegte Aufnahmen zu erzeugen. Menschliche Körperfunktionen können so in Echtzeit erfasst werden: Die allerersten MRT-Filme von schlagenden Herzen, Gelenken in Bewegung und komplexen Prozessen wie Schlucken und Sprachbildung sind durch dieses Verfahren möglich und ein neues diagnostisches Potenzial der MRT wurde eröffnet.

Die FLASH-Plattform ist heute das profitabelste Patent der Max-Planck-Gesellschaft. Die Lizenzgebühren von FLASH und FLASH 2 wurden zur Finanzierung der Forschungsaktivitäten der Biomedizinischen NMR-Forschung GmbH verwendet – ein Non-Profit-Unternehmen, das Jens Frahm 1993 am Göttinger MPI für biophysikalische Chemie gründete und seitdem als Direktor leitet.

Jens Frahm ist als Erfinder in vier europäischen Patenten genannt und hat über 470 wissenschaftliche Publikationen verfasst. Seine bahnbrechenden Leistungen wurden bereits durch zahlreiche Auszeichnungen gewürdigt. 2016 wurde Jens Frahm für seine Pionierarbeit in der MRT in die Hall of Fame der deutschen Forschung aufgenommen – eine Ehre, die er mit nur 20 weiteren Wissenschaftlern teilt, die Hälfte davon Nobelpreisträger.

Hochleistungsfasern aus künstlicher Spinnenseide – Thomas Scheibel

Spinnenseide zählt zu den stärksten bekannten Materialien der Natur: Sie ist mindestens dreimal so widerstandsfähig wie Kevlar®, das synthetische Material in kugelsicheren Westen. Gleichzeitig ist sie leicht und geschmeidig. Die bekannten 45.000 verschiedenen Spinnenarten produzieren ganz individuelle Seide mit einzigartigen Eigenschaften: Manche sind wie Klebstoff, manche sind stark, andere elastisch. Wissenschaftler und Chemiekonzerne hatten jahrzehntelang erfolglos versucht, Spinnenseide künstlich herzustellen. Dem deutschen Biochemiker Thomas Scheibel gelang, was andere Wissenschaftlicher zuvor vergeblich versuchten: Seine künstliche Seidenfaser ist um ein Vielfaches stärker als Stahl und herkömmliche Kunstfasern. Er entwickelte einen zweistufigen Prozess: Er programmierte E.coli-Bakterien gentechnisch auf die Produktion von Spinnenseidenproteinen um. Im zweiten Schritt schufen Scheibel und sein Team erfolgreich ein komplexes mechanisches Verfahren, das Jahre bis zur Perfektion brauchte und bei dem rohe Seidenproteine zu Seidenfasern für alle Arten von Produkten „gesponnen“ werden. Scheibels Spinnenseide wird heute bei einer Vielzahl von Erzeugnissen eingesetzt – von Kosmetika, medizinischen Anwendungen in Chirurgie und bei Arzneimittelbeschichtungen über kugelsichere Westen bis hin zur Computerelektronik. Weil sie vollständig biologisch abbaubar und biokompatibel ist und daher ein geringes Abstoßungsrisiko aufweist, ist die neue Seide beispielsweise für Implantate gut geeignet.

Nach seiner Promotion in Biochemie an der Universität Regensburg untersuchte er modernste Techniken der Molekulargenetik und Zellbiologie als Postdoktorand an der University of Chicago. Nach seiner Rückkehr widmete er sich ab 2001 als Assistenzprofessor an der Technischen Universität München (TUM) den technischen Anwendungen von in der Natur vorkommenden proteinbasierten Materialien – einschließlich Spinnenseide. Seit 2007 ist er Inhaber des Lehrstuhls für Biomaterialien an der Universität Bayreuth. Um seine patentierte Erfindung im Industriemaßstab voranzutreiben, hat Scheibel 2008 das Unternehmen AMSilk mitgegründet, ein Spin-off der Technischen Universität München (TUM) in München. 2014 machte das Unternehmen Schlagzeilen als erster industrieller Anbieter von synthetischen Seiden-Biopolymeren.

Thomas Scheibel blickt auf eine mehr als 25-jährige Karriere in der Biochemie zurück und wird als Erfinder in sieben europäischen Patenten genannt.

Extrem UV-Lithographie für schnellere und leistungsstärkere Chips – Erik Loopstra und Vadim Banine

Mikrochips finden sich heute überall – in Computern, Robotern, Autos, Smartphones und Haushaltsgeräten. Damit diese Geräte die stetig komplexeren Aufgaben des digitalen Zeitalters bewältigen können, müssen Halbleiterhersteller kleinere und leistungsstärkere Chips produzieren. Die Prozessoren der nächsten Generation werden Schalter in einer Größenordnung von nur maximal sieben Nanometern beinhalten. Um diese winzigen Details zu erzeugen, nutzen Chiphersteller die extrem ultraviolette Lithographie (EUVL) – eine Technologie, die Erik Loopstra, Vadim Banine und ihr Team beim niederländischen Hersteller für Halbleiter-Anlagen ASML und mit dem deutschen Optik-Unternehmen ZEISS entwickelt haben und mit dessen Hilfe es möglich ist, neue Mikrochips herzustellen, die für Branchen wie Elektronik, Robotik, autonomes Fahren und künstliche Intelligenz benötigt werden.

Die EUVL-Maschine, für deren erfolgreiche Entwicklung die Zusammenarbeit mit dem deutschen Optikunternehmen ZEISS entscheidend war, ist seit 2017 auf dem Markt. Der deutsche Partner liefert die optischen Systeme für die Waferscanner von ASML, das selbst einen Anteil von 24,9 Prozent am relevanten Geschäftssegment von ZEISS innehat.

Erik Loopstra ist als Systemingenieur seit über 25 Jahren bei ASML tätig. Der Erfinder von 65 europäischen Patenten arbeitet aktuell an EUVL-optischen Systemen der nächsten Generation bei ZEISS in Deutschland. Vadim Banine stammt ursprünglich aus Moskau und arbeitet seit 1996 für ASML.