Optische Pinzette, Bild: RUB/ Damian Gorczany

Mit der optischen Pinzette setzt Jannis Köhler winzige Strukturen zusammen. Die einzelnen Bausteine hält er dabei mit Laserstrahlen fest. Bild: RUB/Damian Dorczany

Das Team um Professor Dr. Cemal Esen vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entwickelt winzige Bauteile, die sich mithilfe von Laserstrahlen zu größeren Strukturen zusammenfügen lassen. Die Ingenieurinnen und Ingenieure etablieren Methoden, mit denen sich eines Tages Strukturen und Maschinen fertigen lassen könnten, die gerade einmal ein paar Mikrometer groß sind. Eines Tages könnten sich mit dieser Methode Mikroroboter bauen lassen.

Um die Bauteile zusammenzufügen, nutzt die Gruppe die sogenannte optische Pinzette, deren Greifarme aus stark fokussiertem Laserlicht bestehen. Mit ihr können sie Objekte von gerade einmal 0,5 bis 20 Mikrometern Größe bewegen. Das Verfahren könnte in Zukunft genutzt werden, um extrem filigrane Technik zu produzieren. „Denkbar wäre es, aus solchen Bausteinen Mikroroboter zusammensetzen“, beschreibt Ingenieurin Sarah Ksouri eine Vision. „Vielleicht als Weiterentwicklung von minimalinvasiven Operationen.“

Reversible Verbindungen

Laserlicht, Bild: RUB/Damian Gorczany
Laserlicht ist bei den Bochumer Ingenieuren vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik jeden Tag im Einsatz. Bild: RUB/Damian Gorczany

Die Herausforderung ist es, die einzelnen Bauteile so zu gestalten, dass sie sich miteinander verbinden und bei Bedarf auch wieder voneinander lösen lassen. Dabei orientieren sich die Forscher an der großen Welt. Sarah Ksouri zeigte, dass sich winzige Puzzleteile mit der Technik verbinden lassen und aufgrund ihrer Form zusammenhalten. RUB-Forscher Jannis Köhler setzte mit der optischen Pinzette drehbare Strukturen zusammen.

Die Bausteine erzeugen die Wissenschaftler in ihrem Bochumer Labor mit dem Zweiphotonen-Polymerisationsverfahren, einer Art Mikro-3D-Drucker. Ein Laserstrahl belichtet in einem Tropfen Fotolack alle Stellen, die von einem Computermodell vorgegeben sind. So entsteht das gewünschte feste Objekt.

Verfahren kombinieren

Das Team vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik erforscht gleichzeitig eine ganze Reihe von Prinzipien, wie man die Zwei-Photonen-Polymerisation und die optische Pinzette sinnvoll kombinieren kann. Derzeit laufen auch Versuche mit dotierten Materialien. Diese sind mit Nanopartikeln aus bestimmten Elementen angereichert, die die Polymer-Strukturen funktionalisieren und sie etwa magnetisch oder elektrisch leitend machen. Zwei-Photonen-Polymerisation, optische Pinzette und Nano-Dotierung – diese Verfahren möchten die Bochumer Forscher eines Tages in einem Gerät kombinieren.