3D Laserlithographiegerät zur Herstellung von 3D Mikro- und Nanostrukturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Laserlithographiesystem dient in der Arbeitsgruppe zur Herstellung von dreidimensionalen Mikro- und Nanostrukturen. Es wurde in den ersten drei Jahren hauptsächlich zur Erzeugung von photonischen Kristallen mit deterministisch aperiodischer Unordnung genutzt und zur Herstellung von Strukturen für Zellwachstumsstudien. Es wird zudem eingesetzt in Kooperationen mit anderen Arbeitsgruppen am Standort und international, um Strukturen zu schreiben, die in anderen Experimenten benötigt werden. Mit dem Gerät konnten wir erstmals weltweit dreidimensionale, aperiodisch deterministische Strukturen basierend auf mathematischen Serien (Fibonacci, Thue-Morse, Rudin-Shapiro) erzeugen, um die optischen Eigenschaften dieser Strukturen zu charakterisieren. Hierbei wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt: Aufprägen der mathematischen Serien als Unordnung in geordneten, dreidimensionalen photonischen Kristallen durch Unordnung im lokalen effektiven Brechungsindex (Variation der Balkendicke) bzw. durch positionelle Unordnung (Verschiebung von Balken). Erzeugung der mathematischen Serien durch dreidimensionales ideales Fibonacci-Tiling durch Konstruktion der Strukturen durch unterschiedlich große Quader, deren Abmessungen von den mathematischen Serien bestimmt werden. Ein weiterer Schwerpunkt war die Erzeugung von Templaten für Zellwachstumsstudien. Hier haben wir insbesondere die Proliferation von Osteoblasten (Knochenzellen) in Abhängigkeit der Strukturen untersucht und dabei erstmals systematisch den Einfluss der Strukturparameter analysiert. So konnten wir einen Strukturtypus identifizieren, bei dem die Proliferationsrate um mehr als 50% gegenüber einer Referenzprobe erhöht werden konnte. Dies kann es perspektivisch ermöglichen, bessere Oberflächen für Implantate zu entwickeln, die zu einem rascheren Einwachsen und damit zu geringeren Komplikationen führen könnten. Hierbei sind insbesondere großflächige Strukturen von einigen mm² erforderlich, die durch die hochpräzisen motorischen Bühnen des Laserlithographiesystems überhaupt erst möglich wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Direct laser writing-mediated generation of standardized topographies for dental implant surface optimization. J. Laser Appl. 24, 042011 (2012)
R. Wittig, E. Waller, G. von Freymann, and R. Steiner
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Influence of Direct Laser Written 3D Topographies on Proliferation and Differentiation of Osteoblast-like Cells: Towards improved implant surfaces. Adv. Funct. Materials 24, 6573 (2014)
Judith K. Hohmann and Georg von Freymann
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Transverse Mode Localization in Three- Dimensional Deterministic Aperiodic Structures. Advanced Optical Materials 2, 226 (2014)
Michael Renner and Georg von Freymann
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3D Photonic quasicrystals and deterministic aperiodic structures. Light Localizations and Lasing in Random and Quasi-Random Photonic Structures by M. Ghulinyan and L. Pavesi, Cambridge University Press (2015)
Alexandra Ledermann, Michael Renner and Georg von Freymann
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Spatial correlations and optical properties in threedimensional deterministic aperiodic structures. Scientific Reports 5, 13129 (2015)
M. Renner and G. von Freymann
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Three-Dimensional µ-Printing: An Enabling Technology Adv. Optical. Mater. (2015)
J. K. Hohmann, M. Renner, E. H. Waller, and G. von Freymann
