Nachdenken Über Die Vielen Verwendungen Von Glas

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Die glasforschung hat von der architektur bis zur kommunikation alles verändert, ist jedoch zu einem gebrochenen unternehmen geworden.

Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde WordsSideKick.com in Partnerschaft mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Die Glasforschung hat fast alles verändert, von der Architektur bis zur Kommunikation, aber die Glasforschung ist zu einem eher zersplitterten Unternehmen geworden. Privat finanzierte Labore wurden geschlossen, und Universitäten in den Vereinigten Staaten und England, die einst Glasbollwinden waren, haben ihren Forschungsschwerpunkt geändert. Wissenschaftler in anderen Ländern, insbesondere in Japan, interessieren sich zunehmend für das Potenzial der Glasforschung.
Himanshu Jain, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Lehigh University, ist sowohl Materialwissenschaftler als auch Pädagoge, ein anerkannter Marktführer bei der Entwicklung hoch entwickelter Glasformen für biomedizinische Sensoren, Kommunikation, Mikroelektronik und einer Reihe anderer Anwendungen unterrepräsentierten Gruppen den Zugang zu Spitzenforschung zu ermöglichen.
Jain ist außerdem Direktor des Internationalen Materialinstituts für neue Funktionalität von Glas (IMI-NFG) von NSF in Lehigh, einem Zentrum, das Forscher aus der ganzen Welt zusammen mit Studenten zur Entwicklung der neuesten Glastechnologie bringt.
"Innovation und Neugier sind nicht an kulturelle Unterschiede oder geografische Grenzen gebunden", sagt Jain. "Große Ideen kommen aus allen Ecken der Welt, daher müssen wir als Forscher aktiv daran arbeiten, wo immer möglich, neue Türen zu öffnen."
Kurzer Kurs auf Glas in Tuskegee
Im Jahr 2004 richtete die NSF sechs IMI ein, um das Lernen über die Landesgrenzen hinweg zu fördern, wobei sich jedes Zentrum auf eine andere Spezialität konzentrierte. Jain leitet zusammen mit Carlo Pantano von der Pennsylvania State University das IMI-NFG.
"Wir haben zwei Ziele: Eines ist Forschung und das Andere ist Bildung", sagt Jain. "Unser Ziel ist es, Menschen aus allen Bildungsstufen und kulturellen oder nationalen Hintergründen über die Möglichkeiten der wissenschaftlichen Forschung im Allgemeinen und der Glaswissenschaft im Besonderen aufzuklären und zu begeistern."
Um den Zugang zur Forschung im Bereich der Glasforschung zu erweitern, haben Jain und Pantano einen Studentenkurs an der Tuskegee University in Alabama vorgeschlagen, entwickelt und angeboten.
Obwohl die Beteiligung von Minderheiten in Wissenschaft und Technik allmählich zugenommen hat, zeigt eine kürzlich veröffentlichte NSF-Studie, dass nur 4 Prozent der akademischen Positionen in diesen Bereichen von Afroamerikanern besetzt werden.
"Unsere Hypothese lautete, dass die Schüler aus Tuskegee sich mehr in einer Umgebung engagieren würden, in der sie sich am wohlsten fühlten, als für eine begrenzte Zeit in eine fremde Umgebung versetzt zu werden", sagt Jain.
Jain und Pantano planten ursprünglich, ihre Vorlesungen in einen bestehenden Tuskegee-Physikkurs zu integrieren. Sie waren jedoch angenehm überrascht zu erfahren, dass die Anzahl der Studenten, die den Kurs belegen wollten, die normalen Kapazitäten des Kurses weit übertraf.
Tolle Geschichte aus Glas
Der IMI-NFG-Kurzkurs wurde entwickelt, um Studenten mit den Grundlagen vertraut zu machen: Struktur, Eigenschaften, Verarbeitung und Herstellung von Glas. Jain und Pantano präsentierten siebzehn einstündige Vorträge, einschließlich Demonstrationen und Videos, um die Schüler unter Spannung zu setzen.
Jain und seine Kollegen hatten eine großartige Geschichte zu erzählen. Auf den ersten Blick scheint Glas fast unendlich vielseitig. Wir verwenden Glas, um unser Sehvermögen zu reparieren, Wolkenkratzer zu schmücken und künstlerische Schätze zu schaffen. Wir setzen es ein, um Licht zu reflektieren, zu brechen und durchzulassen und unvorstellbare Mengen an Informationen in Sekundenschnelle auszutauschen. Das alles ist aber nur die Oberfläche, sagt Jain. Wenn wir lernen können, seine chemischen und mechanischen Eigenschaften maßzuschneidern, kann Glas verwendet werden, um die Wunder der Natur nachzuahmen und sogar wiederherzustellen.
Durch die Zusammenarbeit mit Mitarbeitern von Lehigh, Princeton, der University of Delaware und auf drei Kontinenten konstruieren Jain und seine Kollegen ein biokompatibles Glas in ein Gerüst, das die Heilung gebrochener Knochen anregt.
Biokompatibles Glas für die Knochenheilung
Wie das schwammige Innere des menschlichen Knochens hat das neue Material Poren miteinander verbunden, um das Wachstum von Knochenzellen und den Blutfluss zu unterstützen. Das Forschungsteam versucht, die biochemischen und mechanischen Eigenschaften von Knochen mit einem Glasgerüst abzustimmen, das sowohl auf der Nano- als auch auf der Makro-Skala porös ist.
Die nur wenige Nanometer (Milliardstel Meter) großen Nanoporen ermöglichen das Anhaften von Zellen und die Kristallisation von Knochenmaterial. Makroporen mit Durchmessern in einem Durchmesser von etwa hundert Mikrometern (Millionstel Meter) ermöglichen es den Knochenzellen, innerhalb des Gerüsts zu wachsen und zu vaskularisieren oder neue Blutgefäße und Gewebe zu bilden.
"Wir glauben, dass dieses Material die Knochenregeneration anregt, weil sich die Zellen im Gerüstmaterial ausbreiten und Gewebe bilden, wodurch die Zufuhr von Nährstoffen zur Knochenregeneration erleichtert wird", sagt der Zellbiologe und IMI-NFG-Mitarbeiter Lehigh-Professor Matthias Falk.
"Wenn Sie das Glas an dem beschädigten Knochen anbringen, bildet sich auf der Oberfläche des Glases eine Schicht, die dieselbe chemische Zusammensetzung wie der natürliche Knochen hat", sagt Mohamed Ammar, Mitarbeiter der IMI-NFG vom Tissue Engineering Labor der University of Alexandria (Ägypten). "Die Knochenzellen kommen zu dieser Schicht und heften sich daran an, so dass sich eine Knochenmatrix um das Glas bildet."
Andere Anwendungen für das Material umfassen die Medikamentenabgabe und die Trennung von Viren aus Blut, Arbeiten, die im Labor des Lehigh-Mitarbeiters Xuanhong Cheng laufen.

Unterrepräsentierte Studenten gewinnen

Die Studenten des kurzen Kurses waren begeistert. Die Aktivität war ein sehr erfolgreiches Experiment, um das Interesse afroamerikanischer Studenten für Glaswissenschaft und -technik zu wecken, und Jain möchte, dass es in Zukunft auf andere Bereiche der Wissenschaft und des Ingenieurwesens angewendet wird.
Die Jain-, Pantano- und Tuskegee-Fakultät beabsichtigt, die Vorlesungen in wiederholbares Tuskegee-Kursmaterial umzuwandeln, das als Kombination aus intensiven Live-Vorlesungen und Fernunterricht vermittelt wird. Darüber hinaus bekundeten viele Studenten aus Tuskegee Interesse an den von der NSF gesponserten "Research Experiences for Undergraduates" -Programmen in Lehigh und Penn State.
"Unsere Partnerschaft mit der Tuskegee University wird für die Entwicklung von Kooperationen in Forschung und Bildung von gegenseitigem Nutzen sein", sagte Jain. "Es hat Türen geöffnet, um kluge afroamerikanische Studenten nach Penn State und Lehigh zu bringen, um Karrieren in Wissenschaft und Technik zu verfolgen. Die von IMI-NFG repräsentierten Ressourcen werden weiterhin gewährleisten, dass diese Studenten Zugang zu den weltweiten Bemühungen um Wissenschaft und Technologie haben."
Eine aktuelle Geschichte über die laufenden Forschungsarbeiten des Lehigh IMI finden Sie unter dieser URL.

  • 10 Technologien, die Ihr Leben verändern werden
  • Bizarre Eigenschaften von Glas aufgedeckt
  • Glasphysik wird verschwommen
Anmerkung des Herausgebers: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation (NSF) unterstützt, der Bundesbehörde für die Finanzierung von Grundlagenforschung und -bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Siehe das Archiv hinter den Kulissen.


Videoergänzungsan: Bell's Theorem: The Quantum Venn Diagram Paradox.




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