Mini-Bauteile mit Laserpinzette zusammensetzen

Ingenieure um Prof. Dr. Cemal Esen vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik der Ruhr-Universität Bochum entwickeln winzige Bauteile, die sie mithilfe einer Laserpinzette zu größeren Objekten zusammenfügen können. Sie etablieren dabei Methoden, mit denen sich eines Tages Maschinen fertigen lassen könnten, die gerade einmal ein paar Mikrometer groß sind.

Verschiedene Verbindungstechniken testete die Gruppe bereits erfolgreich. Derzeit experimentieren die Forscher mit dotierten Materialien, mit denen sie Objekte zum Beispiel magnetisch oder elektrisch leitend machen können. Die Ingenieurinnen und Ingenieure etablieren Methoden, mit denen sich eines Tages Strukturen und Maschinen fertigen lassen könnten, die gerade einmal ein paar Mikrometer groß sind. 

Mit der optischen Pinzette setzt Jannis Köhler winzige Strukturen zusammen. Die einzelnen Bausteine hält er dabei mit Laserstrahlen fest / Bildquelle: RUB, Damian Gorczany

Um die Bauteile zusammenzufügen, nutzt die Gruppe die sogenannte optische Pinzette, deren Greifarme aus stark fokussiertem Laserlicht bestehen. Mit ihr können sie Objekte von gerade einmal 0,5 bis 20 Mikrometern Größe bewegen. Das Verfahren könnte in Zukunft genutzt werden, um extrem filigrane Technik zu produzieren. Denkbar wäre es, aus solchen Bausteinen Mikroroboter zusammensetzen. Vielleicht als Weiterentwicklung von minimalinvasiven Operationen.“

Die Herausforderung ist es, die einzelnen Bauteile so zu gestalten, dass sie sich miteinander verbinden und bei Bedarf auch wieder voneinander lösen lassen. Dabei orientieren sich die Forscher an der großen Welt. Sarah Ksouri zeigte, dass sich winzige Puzzleteile mit der Technik verbinden lassen und aufgrund ihrer Form zusammenhalten. RUB-Forscher Jannis Köhler setzte mit der optischen Pinzette drehbare Strukturen zusammen. Die Bausteine erzeugen die Wissenschaftler in ihrem Bochumer Labor mit dem Zweiphotonen-Polymerisationsverfahren, einer Art Mikro-3D-Drucker. Ein Laserstrahl belichtet in einem Tropfen Fotolack alle Stellen, die von einem Computermodell vorgegeben sind. So entsteht das gewünschte feste Objekt.

Das Team vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik erforscht gleichzeitig eine ganze Reihe von Prinzipien, wie man die Zwei-Photonen-Polymerisation und die optische Pinzette sinnvoll kombinieren kann. Derzeit laufen auch Versuche mit dotierten Materialien. Diese sind mit Nanopartikeln aus bestimmten Elementen angereichert, die die Polymerstrukturen funktionalisieren und sie etwa magnetisch oder elektrisch leitend machen. Zwei-Photonen-Polymerisation, optische Pinzette und Nano-Dotierung – diese Verfahren möchten die Bochumer Forscher eines Tages in einem Gerät kombinieren.

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