Untersuchungen der Bausteine unseres Lebens, der DNA (DNA: Desoxyribonuklein(säure) (engl. acid)) ermöglichen sehr empfindliche Analysemethoden in der medizinischen Diagnostik. Die Diagnose vielfältiger Krankheitsbilder, von der einfachen bakteriellen Infektion bis hin zur Erfassung seltener Erbkrankheiten, ist so möglich. Allerdings erfordern diese eine hochmoderne Laborinfrastruktur sowie geeignetes und geschultes Personal. Weiterhin sind diese zeitaufwändig und begrenzt hinsichtlich der erfassbaren DNA-Muster. Das wirkt sich insbesondere bei der Bestimmung von sogenannten „Resistenzen“ nachteilig aus. Nur eine schnelle und sichere Resistenzbestimmung ermöglicht bei einer Infektion die richtige Auswahl des geeigneten Antibiotikums.

Im Rahmen des Verbundprojektes soll mit Hilfe einer Computersimulation (sogenannte Multiskalen-Simulation) ein elektrochemisches Trennverfahren für die Biotechnologie etabliert werden. Bei diesem Verfahren können durch das Anlegen einer elektrischen Spannung die Materialeigenschaften der verwendeten Elektroden und damit das Trennverhalten der Anlage kontrolliert werden. Daneben bestimmt das verwendete Elektrodenmaterial auch die bauliche Realisierung in der Praxis und somit auch die damit zusammenhängenden nano-, mikro- und makroskopischen Effekte. Das Zusammenwirken auf diesen drei Skalen soll erstmals durch eine Computersimulation umgesetzt und zur Bestimmung des bestmöglichen Trennverfahrens genutzt werden.

In immer größeren Mengen gelangen Arzneimitteln, Haushaltschemikalien, Pestizide oder deren Rückstände in das Grund- und Oberflächenwasser, aus dem auch unser Trinkwasser gewonnen wird. Dies ist aufgrund der z.T. noch unbekannten Wirkungen dieser sog. „anthropogenen“ Spurenstoffe in der Umwelt problematisch. So finden sich vor allem in urbanen Ballungsräumen und in Gebieten mit intensiver Landwirtschaft immer zahlreicher verschiedene Rückstände als Spurenstoffe im Trinkwasser, einem unserer wichtigsten Lebensmittel. Obwohl diese Stoffe nur in sehr kleinen Konzentrationen vorliegen entfalten sie dennoch ungewollte biologische Wirkungen. So schädigen sie die Gewässerökologie, tragen z.B. im Falle von Antibiotika zum Entstehen multiresistenter Keime bei oder sie sind wie bei den Rückständen von Östrogenen für die Zunahme von Fertilitätsstörungen verantwortlich und belasten hierdurch unser Gesundheitssystem in immer stärkerem Maße.

Die Fertigung von Bauteilen mit komplexen innenliegenden Formkonturen für z.B. den Automobilbau, die Luftfahrt- oder Medizintechnik stellt eine erhebliche technische Herausforderung dar. Derartige Bauteile werden derzeit in zeitlich und mitunter räumlich voneinander getrennten Fertigungsstufen hergestellt. Durch die einzelnen Fertigungsschritte erhöhen sich Form- und Lagefehler, die zu einem zusätzlichen Aufwand in der Qualitätssicherung führen.

Bei der Herstellung ihrer Produkte setzt die Chemische Industrie meist auf klassische Synthesewege. Elektrochemische Prozesse, also die direkte Umwandlung der Ausgangsstoffe in die Produkte durch die Einwirkung von elektrischem Strom, sind noch immer die Ausnahme, obwohl sie entscheidende Vorteile haben: Der Einsatz spezieller Chemikalien (Oxidations- oder Reduktionsmittel), deren Folgeprodukte nach der chemischen Reaktion wieder abgetrennt werden müssen, ist nicht mehr nötig. Elektrochemische Prozesse können über weniger Zwischenprodukte zum gewünschten Produkt führen und somit im Hinblick auf Ressourcenverbrauch umweltfreundlicher, energiesparender und kostengünstiger sein. Der elektrische Strom und die Spannung sind Größen, mit denen die elektrochemische Reaktion in einfacher Weise gesteuert werden kann. Etablierte großtechnische Anwendungsbeispiele für bedeutende elektrochemische Prozesse sind die Herstellung von Chlor und Natronlauge, von Aluminium sowie die Galvanotechnik zur Veredlung von Oberflächen. ...