Laser: Neue Materialien durch Lichtblitze

Es geht um Strukturen, tausend Mal kleiner als der Durchmesser eines Haares, für medizinische und technische Anwendungen: Gleich drei Forscher vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben mit ihren Projekten für die zweite Förderperiode im Schwerpunktprogramm 1327 der Deutschen Forschungsgemeinschaft überzeugt.07.02.2012

Durch die Laser-Lichtpulse
entstehen kleine Strukturen
die sich zum Aufbau von Mater-
ialien mit neuen Eigenschaften
nutzen lassen;© Universität
Duisburg-Essen (UDE)

Wer mit seinem Projekt in einem Schwerpunktprogramm (SPP) der Deutschen Forschungsgemeinschaft aufgenommen wird, hat sich in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits einen Namen gemacht.

Charakteristisch für diese Programme ist die überregionale und interdisziplinäre Zusammensetzung der Wissenschaftler, die sich alle mit verschiedenen Aspekten eines eng umrissenen Themas beschäftigen. Im Fall der drei CENIDE-Forscher Professor Stephan Barcikowski, Professor Matthias Epple und Privatdozent Nils Hartmann heißt das gemeinsame Oberthema „Optisch erzeugte Sub-100nm Strukturen für biomedizinische und technische Applikationen“.

Im Klartext: Es geht um die Herstellung neuer Materialien für die Medizin und Technik. Dabei erzeugen Laser Lichtpulse, die nur wenige Billiardstel einer Sekunde lang sind. Durch die kurze Dauer lassen sich mikroskopisch kleine Strukturen erzeugen, die sich zum Aufbau von Materialien mit neuen Eigenschaften nutzen lassen. Dies erklärt auch die besondere Bedeutung der Chemie in diesem Forschungsnetzwerk.

Die Arbeitsgruppe um Hartmann erzeugt dünne, organische Beschichtungen von nur 1-2 Nanometern Dicke, die mit dem Laser bearbeitet werden, um darauf zum Beispiel dicht gepackte Biomoleküle aufzubauen. Diese sogenannten „Bio-Arrays“ nutzen Mediziner zur schnellen Analyse in der Diagnostik.

Ebenfalls in winzigsten Dimensionen beginnt die Arbeit von Epple: Ein Laserimpuls fräst Rillen auf eine Oberfläche. Mit den anschließend in diese Rillen gesetzten Nanopartikeln kann der Einfluss der Nanostrukturierung auf die biologische Aktivität der Oberfläche analysiert werden. Diese Untersuchungen zeigen auf grundlegender Ebene, wie Nanostrukturen und Gewebe – beispielsweise bei Implantaten – miteinander reagieren.

Bei der Forschung von Barcikowski ist die Wirkung der Nanopartikel auf den menschlichen Organismus erwünscht: Er stellt in seinen Labors per Laserabtragung Zink-Nanopartikel her, die – in ein Gel eingebettet – helfen sollen, Brandwunden zu behandeln. Zink wirkt antibakteriell und beschleunigt die Wundheilung.

Die Arbeit der drei CENIDE-Wissenschaftler zeigt, wie stark die interdisziplinäre Forschung an der UDE verankert ist: Obwohl sie alle in der Fakultät für Chemie lehren und forschen, befassen sie sich in ihren Projekten mit Fragen aus der Lasermaterialbearbeitung, der Kolloid- und Oberflächenchemie bis hin zu Anwendungen in der Biotechnologie und Medizin. Dabei kooperieren sie eng mit Wissenschaftlern der Universitäten Bochum, Aachen und Hannover sowie mit dem Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik in St. Ingbert.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Duisburg-Essen (UDE)