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Projekt
Materialien und Technologien zur Erzeugung kleinster Strukturen mittels femtosekunden-laser-induzierter Mehrphotonenpolymerisation für die Nano- und Mikrooptik und die Regenerative Medizin
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Peter Behrens (†); Dr. Ruth Houbertz; Professor Dr. Andreas Tünnermann; Professorin Dr. Heike Walles
Fachliche Zuordnung
Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
Förderung
Förderung von 2009 bis 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 79521575
Die laserinduzierte Mehrphotonen-Polymerisation erlaubt die Darstellung von komplexen dreidimensionalen Strukturen mit hohen Auflösungen unterhalb des Beugungslimits des zur Anregung verwendeten Lichts. Seit der erstmaligen Demonstration dieser Technologie im Jahr 1997 konnten eine Vielzahl von Bauelementen im Labormaßstab für unterschiedlichste Anwendungsgebiete realisiert werden. Mit der Einführung der STED-Lithographie in Anlehnung an die bekannte STED-Mikroskopie konnten die Auflösungen der Methode in jüngster Zeit signifikant gesteigert werden. Trotz dieser eindrucksvollen Laborergebnisse aus der Anwendung sind grundlegende Fragestellungen zum Wechselwirkungsmechanismus selbst und den Grenzen der Auflösung der Mehrphotonen-Polymerisation nicht vollständig verstanden. In einem interdisziplinären Vorhaben unter Einbeziehung von Materialwissenschaftlern, Polymerchemikern, Quantenelektronikern und Optikern wurden in der ersten Förderperiode ein ORMOCER®-Material (OC-DIM01) synthetisiert, welches aufgrund der Wahl der Precursoren sowie der Synthesebedingungen lediglich Dimere ausbilden kann und durch die Größe der Struktureinheiten und die damit verbundene sehr geringe Viskosität des Materials die Erzeugung von sub-100nm ermöglicht. Der Wechselwirkungsprozess einschließlich der Polymerisationsvorgänge konnte realitätsnah modelliert werden, was eine Optimierung der Anregung sowie von Quenchprozessen erlaubte. Durch Anwendung einer angepasste Bearbeitungsoptik hoher Numerischer Apertur gelang die nahezu verzerrungsfreie Realisierung von sub-100nm-Strukturen. Diese wurden in Hinblick auf ihre optischen und mechanischen Eigenschaften umfassend charakterisiert. Im Mittelpunkt der zweiten Förderperiode stehen Untersuchungen zur Darstellung von ausgewählten Demonstratoren aus der Photonik und der Biotechnik. Ein Beispiel betrifft die Entwicklung einer Trägerstruktur mit einem integrierten funktionellen Blutgefäßsystem (vaskularisierte Matrix, BioVaSc®) zur Herstellung von komplexen vaskularisierten menschlichen Geweben mittels Tissue Engineering. Charakteristische Strukturgrößen liegen hier im mm- bis in den nm-Bereich. Zur Darstellung derartig komplexer Strukturen ist die Wechselwirkung des Gesamtmaterialsystems bestehend aus Hybridpolymer, Photoinitiator und –inhibitor mit dem Ziel einer Minimierung der Prozessierungszeit sowie der Optimierung der Materialeigenschaften zu untersuchen. Zudem ist die Belichtungstechnik zur Darstellung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis geeignet anzupassen. In Kooperation mit der BIMAQ in Bremen wird untersucht, ob ein entwickeltes Streulichtmessverfahren für die Online-Prozessüberwachung der Mehrphotonen-Polymerisation geeignet ist.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
