Weltweit schnellster Laser für hochreine Nanopartikel

17.09.2015
Foto: Wissenschaftlerin arbeitet am Gerät

Unglaublich schnell und präzise arbeitet der Laserstrahl; © AG Barcikowski

Seine Pulse setzt er mit hoher Energie, ultrakurz und rasend schnell: Der neue Pikosekundenlaser vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist eine Spezialentwicklung, um hochreine Nanopartikel in großen Mengen herzustellen – etwa für Katalysatoren oder zur Krebstherapie.

Es gilt weltweit als das leistungsstärkste und schnellste Lasersystem zur Herstellung von Nanopartikeln; eingeweiht wird es am 30. September beim Themenabend Materialien für die Photonik.

Hochreine Nanopartikel sind ideal für Anwendungen in High-Tech-Systemen oder in der Medizin. Denn ihre Oberflächen sind frei von Ablagerungen und Verunreinigungen. Bislang werden die Partikel jedoch nicht breit eingesetzt, weil klassische Laser nur einige Milligramm pro Stunde produzieren können.

Das neue System von Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski leistet hingegen Erstaunliches: Gerade einmal zwei Pikosekunden dauern seine Pulse, das sind 0,000.000.000.002 Sekunden. So schafft der neue Laser über 40 Millionen Pulse in einer Sekunde, und das über einen längeren Zeitraum. Die Methode ist sehr produktiv und eignet sich auch für hitzeempfindliche Biomoleküle. Denn trotz der enormen Energie erwärmt sich das Material kaum.

Unglaublich schnell und präzise arbeitet der Laserstrahl: Mit etwa 1.800 km/h rast er gleichmäßig über das Plättchen, das in einer Flüssigkeit liegt, und sprengt winzigste Partikel heraus. Dabei passiert das, was bei jeder Laserablation auftritt:
Um den Einschlag bildet sich eine Kavitationsblase aus Dampf. Sie würde den nächsten Schuss abfangen, träfe er auf die gleiche Stelle. Um das zu verhindern, hat das neue Gerät ein ausgeklügeltes Spiegelsystem: Es setzt jeden Puls neben den anderen, immer um das Zwanzigfache des eigenen Durchmessers entfernt.

"Dieses maßgeschneiderte System verbessert unsere Ausbeute an reinen Nanopartikeln deutlich", freut sich der Chemiker Stephan Barcikowski. "Einige Gramm pro Stunde können wir nun herstellen. Die Kombination ultrakurze Pulse bei hoher mittlerer Leistung und die große Geschwindigkeit des Laserstrahls ist einmalig."

UDE-Wissenschaftler und externe Kooperationspartner können das Gerät für ihre Forschung zu nutzen. Denn aus den Laborergebnissen sollen praktische Anwendungen entstehen. Denkbar ist vieles – beispielsweise zentrale Venenkatheter, die mit antibakteriell wirkenden Silbernanopartikeln beschichtet sind oder auch Nanostrukturen, die gezielt Wirkstoffe in Tumore einbringen bis hin zu Katalysatoren mit hochleistungsfähigem Nanomaterial.

COMAPMED.de; Quelle: Center for Nanointegration (CENIDE)

Mehr über das Center for Nanointegration (CENIDE) unter: www.uni-due.de/cenide