Nanostrukturen für medizinische Forschung

  • 09. December 2015

Laserlithografie und Femtosekundenlaser unterstützen die Suche nach Krankheitsursachen.

Greifswalder Physiker arbeiten seit dem Sommer 2015 mit zwei neuen Großgeräten, die Forschung auf extrem kurzen Zeit- und kleinen Längenskalen erlauben. Mit Hilfe des Laserlithografiegeräts ist es möglich, dreidimensionale Elemente für die Medizinforschung zu produzieren. Als Teststruktur wurde die Wiecker Brücke um den Faktor 1:100.000 verkleinert – diese ist nun so klein, dass sie quer in ein Haar passt. Das Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe von Markus Münzenberg verbindet extreme Zeitskalen und extreme Längenskalen. Dies ist notwendig zum Prozessieren von nanoelektronischen Bauelementen. Hier muss unter reinsten Bedingungen in Vollschutzmontur und unter Gelblicht gearbeitet werden, damit keine Staubpartikel die kleinsten Strukturen zerstören.

Abb.: Wiecker Brücke auf der Mikrometerskala, abgebildet mit dem Elektronenmikroskop (Bild: C. Denker / M. Medvidov)

Abb.: Wiecker Brücke auf der Mikrometerskala, abgebildet mit dem Elektronenmikroskop (Bild: C. Denker / M. Medvidov)

Hier lassen sich auch dreidimensionale Elemente für die Medizin­forschung herstellen. In Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Innovationskompetenz zur Erforschung von Herz-Kreislaufkrankheiten (ZIK-HIKE) kann man mit kleinen Nanometer-Kraftmessern in Zukunft Kräfte in einer einzelnen Herzzelle untersuchen, um zum Beispiel im Bereich der Grundlagenforschung die Ursachen von Herzkrankheiten herauszufinden.

Als Teststruktur wurde die Wiecker Brücke in Greifswald mit den Originalabmessungen, verkleinert um den Faktor 1:100.000 mit dem dreidimensionalen Laserlithografiegerät hergestellt. Kleinste Details, die mit dem Gerät geschrieben werden können, sind nur 150 Nanometer groß. Dies demonstriert, dass sich damit beliebige Strukturen für eine Vielzahl von Projekten am naturwissenschaftlichen Forschungscampus der Universität entwickeln lassen. Die Verwendung von Daten der Brücke für den Testlauf erfolgte mit freundlicher Genehmigung der Schmees & Lühn, Holz- und Stahlingenieurbau GmbH, und des Hafenamtes der Universitäts- und Hansestadt Greifswald.

Im Nanokosmos finden die Prozesse in Kristallen innerhalb von Femtosekunden statt. Dies geschieht zum Beispiel in Halbleiterchips oder in Materialien, die verlustfrei Strom leiten. Für Wissenschaftler ist interessant, die Dynamik von Elektronen in extrem kurzen Zeitverläufen, die für die Eigenschaften der untersuchten Materialien verantwortlich sind, zu beobachten. Ein neues Lasersystem erlaubt die Kontrolle einzelner Lichtzyklen auf dieser Zeitskala. Dies ist durch speziell stabilisierte Laserpulse möglich.

Dieser Femtosekundenlaser ist jedoch nicht nur in der Fest­körper­forschung einsetzbar. Durch seine extrem hohe Energie, die in einem Puls gespeichert ist, ist dieser auch für die Erzeugung von Plasmen auf kleinstem Raum und in Projekten mit der Medizin interessant. Bei Tumortherapieexperimenten mit speziell markierten Krebszellen wurde dieser bereits eingesetzt.

U. Greifswald / DE

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