Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Maßgeschneiderter Materialmix für dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen

Neues Verfahren verbindet 3D-Laserlithografie mit Mikrofluidik

12.02.2019

Frederik Mayer, KIT

Mehrfarbig fluoreszierendes Sicherheitsmerkmal im Computerdesign (links) und seine einzelnen Ebenen unter dem Laser-Scanning-Mikroskop (rechts).

Dreidimensionale Strukturen im Mikro- und Nanometermaßstab haben enormes Potenzial für zahlreiche Anwendungen. Ein effizientes und präzises Verfahren, solche Strukturen aus verschiedenen Materialien zu drucken, präsentieren Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Carl Zeiss AG nun in der Zeitschrift Science Advances: Sie haben eine mikrofluidische Kammer in ein 3D-Laserlithografiegerät integriert. Mit diesem System fertigten sie mehrfarbig fluoreszierende Sicherheitsmerkmale, die Geldscheine, Dokumente und Markenprodukte vor Fälschung schützen können.

Von Bauteilen zur Datenverarbeitung mit Licht über optische Mikrolinsen, mechanische Metamaterialien, künstliche Gerüste für Zellkulturen bis hin zu Sicherheitsmerkmalen für Geldscheine oder Markenprodukte – dreidimensional gedruckte Mikro- und Nanostrukturen erobern immer mehr Anwendungen. Als ebenso zuverlässiges wie vielseitiges Verfahren zu ihrer Herstellung hat sich die 3D-Laserlithografie etabliert: Ein Laserstrahl durchfährt computergesteuert einen flüssigen Fotolack, wobei nur das Material am Fokuspunkt des Laserstrahls belichtet wird und aushärtet. So entstehen hochpräzise filigrane Strukturen für verschiedene Einsatzbereiche wie Optik und Photonik, Materialwissenschaften, Biotechnologie oder Sicherheitstechnik. Die mit 3D-Laserlithografie hergestellten Mikro- und Nanostrukturen bestehen bis jetzt allerdings fast alle aus nur einem Material. Grundsätzlich lassen sie sich auch mit mehreren Materialien fertigen, indem unterschiedliche Fotolacke nacheinander aufgetragen und ausgehärtet werden, wobei der unbelichtete Lack jedes Mal in einem anschließenden Entwicklerbad ausgewaschen wird. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht nur zeit- und arbeitsaufwendig, sondern wird mit steigender Zahl der Materialien und Durchläufe auch immer ungenauer.

Wissenschaftler am Institut für Nanotechnologie (INT), am Institut für Angewandte Physik (APH) und am Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) des KIT sowie an der School of Chemistry der Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane/Australien haben nun im Rahmen des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order“ und zusammen mit Forschern der Carl Zeiss AG ein neues System entwickelt, das es ermöglicht, dreidimensional gedruckte Mikro- und Nanostrukturen effizient und präzise aus mehreren Materialien zu fertigen: Sie haben eine mikrofluidische Kammer, welche die Handhabung der Flüssigkeiten auf kleinstem Raum ermöglicht, direkt in ein 3D-Laserlithografiegerät integriert.

Wie die Forscher in ihrer Publikation berichten, fertigten sie mit diesem integrierten System dreidimensionale mikrostrukturierte Sicherheitsmerkmale mithilfe von sieben verschiedenen Flüssigkeiten: einem nichtfluoreszenten Fotolack als Rückgrat, zwei Fotolacken mit verschiedenen fluoreszierenden Quantenpunkten, zwei Fotolacken mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen und zwei Entwicklerflüssigkeiten. Solche Sicherheitsmerkmale können Geldscheine, Dokumente und Markenprodukte vor Fälschung schützen. Ein Sicherheitsmerkmal besteht aus einem von Stützwänden umgebenen dreidimensionalen Gitter und fluoreszierenden Markern in verschiedenen Farben.

Für ihr System nutzten die Wissenschaftler ein von der Nanoscribe GmbH – einem Spin-off des KIT – entwickeltes und vertriebenes 3D-Laserlithografiegerät und integrierten eine selbst entwickelte mikrofluidische Kammer. Diese enthält ein Deckglas mit einem Durchmesser von zehn Millimetern, auf das sich die 3D-Strukturen drucken lassen. Sie ist verbunden mit einem elektronischen Druckregler, bis zu zehn Behältern für die verschiedenen Fotolacke und Entwickler sowie einem sternförmigen Auswahlventil. Die jeweils ausgewählte Flüssigkeit wird durch ein Überdruckventil auf einen Probenträger geleitet. Zuletzt fließt sie in einen Abfallbehälter. „Dieses Mikrofluidiksystem ermöglicht, alle Fertigungsschritte für dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen aus mehreren Materialien in ein Gerät zu integrieren“, erklärt Professor Martin Wegener, Arbeitsgruppenleiter am APH des KIT. „Damit ebnet es den Weg zu echter multimaterieller additiver Fertigung auf der Mikro- und Nanoskala.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über KIT
  • News

    Ferroelektrizität verbessert Perowskit-Solarzellen

    Silizium gilt als Platzhirsch unter den Solarzell-Technologien. Doch schnell haben metallorganische Perowskit-Solarzellen aufgeholt und im Labor ebenfalls Wirkungsgrade von 25 Prozent erreicht, auch dank der Forschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Ein multidisziplinäres Te ... mehr

    Kohlendioxidneutrale Kraftstoffe aus Luft und Strom

    Die Sektoren Strom und Mobilität zu verbinden, kann einige Herausforderungen der Energiewende bewältigen: Ökostrom ließe sich langfristig speichern, Kraftstoffe mit hoher Energiedichte wären kohlendioxidneutral nutzbar. Wie Sektorenkopplung aussehen kann, haben Forschungspartner des Koperni ... mehr

    Batterieproduktion in Rekordgeschwindigkeit

    Mit einem neuen Beschichtungsverfahren gelingt einem Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die bislang schnellste Produktion von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien. Gleichzeitig verbessert das neue Verfahren die Qualität der Elektroden und reduziert die Produktio ... mehr

  • Videos

    Bioliq: Energiegewinnung aus Reststoffen – komplette Prozesskette läuft

    Die bioliq®-Pilotanlage am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) läuft erfolgreich über die gesamte Prozesskette. Alle Stufen des Verfahrens sind nun miteinander verbunden: Schnellpyrolyse, Hochdruck-Flugstromvergasung, Heißgasreinigung und Synthese. Durch bioliq® wird Restbiomasse in u ... mehr

    Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen

    Lithium-Batterien sollten bei Transport, Montage und im Betrieb wirklich sicher sein. KIT-Wissenschaftler erklären, welche Faktoren dazu beitragen, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen. mehr

    Kleben wie ein Gecko: selbstreinigend und haftsicher

    Geckos haben Klebestreifen eines voraus: Selbst nach wiederholtem Kontakt mit Schmutz und Staub kleben ihre Füße noch auf glatten Flächen einwandfrei. Forscher des KIT und der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh haben nun den ersten Klebstreifen entwickelt, der nicht nur genauso hafts ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

    Forschungsgegenstand des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) ist das Studium molekularer Interaktionen an fest/gas und fest/flüssig Grenzflächen. Aus der Untersuchung von Grundlagenprozessen auf der Nano-Ebene gewonnene Erkenntnisse werden konsequent auf die Makro-Ebene technische ... mehr

    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

    Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das ... mehr

  • q&more Artikel

    Bewertung der Lungentoxizität von Luftschadstoffen

    Die aktuellen Diskussionen zu Fahrverboten in europäischen Städten zeigen einerseits den hohen Stellenwert, den die Bevölkerung der Luftqualität zumisst, und andererseits den Mangel an Methoden, die von Luftschadstoffen ausgehende Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit direkt zu bewerten. mehr

    Biochemie in der Mikrowelle

    Die Entwicklung neuer Pharmazeutika beruht auf dem zunehmenden Verständnis intrazellulärer Vorgänge. Insbesondere durch die Erforschung von Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen können Wirkstoffe ­besser angepasst werden. Um Medikamente an ihren Wirkungsort ­zu bringen, werden sog. „Carrier“-Mol ... mehr

  • Autoren

    Dipl. Ing. Sonja Mülhopt

    Sonja Mülhopt erwarb 2000 ihr Diplom für Maschinenbau an der Berufsakademie (heute DHBW) Mannheim. Die begleitende Ausbildung durchlief sie am Forschungszentrum Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT). 2014 erhielt sie den Master of Science für Chemieingenieurwesen ... mehr

    Dr. Hanns-Rudolf Paur

    Hanns-R. Paur hat als Chemiker an der LMU in München promoviert und war dann als Postdoc an der UC Riverside in Kalifornien. Aktivitäten Von 1997 bis 2018 leitete er die Abteilung Aerosol- und Partikeltechnologie im Institut für Technische Chemie (ITC) des Karlsruher Instituts für Technolog ... mehr

    Prof. Dr. Stefan Bräse

    Stefan Bräse, geb. 1967, studierte Chemie in Göttingen und promovierte dort 1995 an der Universität. Nach Postdoktoraten in Uppsala/S und La Jolla/USA begann er an der RWTH ­Aachen mit seinen eigenständigen Arbeiten (Habilitation in organischer Chemie 2001) und wechselte 2001 als Professor ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.