SPP 1327:  Optisch erzeugte Sub-100-nm-Strukturen für biomedizinische und technische Applikationen

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 42963315

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die durchgängige Beschreibung der grundlegenden physikalischen, optischen und chemischen Prozesse, die in der Nanostrukturierung und Nanofunktionalisierung von Werkstoffen und Oberflächen mit nicht linearen photonischen Methoden auftreten. Dabei sollen die derzeit bereits vorhandenen ersten Ergebnisse, die weitgehend durch empirische Vorgehensweisen erzielt wurden, durch eine systematische Analyse der Wechselwirkungsvorgänge und nicht linearen Absorptionsphänomene von Ultrakurzpulslasern und anderen Strahlquellen verallgemeinert und damit die Basis für eine zielgerichtete ortsselektive und reproduzierbare Nanostrukturierung für unterschiedliche technische und biomedizinische Anwendungsfälle geschaffen werden. Die im Schwerpunktprogramm adressierten Strukturen sind auf unter 100 nm begrenzt und sollen durch ultrakurze Laserpulse (Pikosekunden, Femtosekunden, Attosekunden) hergestellt werden.
Die Voraussetzungen für die Nanostrukturierung weit jenseits der Beugungsbegrenzungen aus der klassischen Optik sind wesentlich dadurch gegeben, dass heute Strahlquellen mit neuen zeitlichen und energetischen Eigenschaften - von Femtosekundenlasern bis zu EUV-Quellen - zur Verfügung stehen, die eine weitgehend flexible Gestaltung der Energiedeposition im Werkstück in Ort und Zeit ermöglichen. Somit ist eine bis dato nicht mögliche Anregung physikalischer Wechselwirkungsmechanismen mit neuen Strukturierungs- und Funktionalisierungsergebnissen erreichbar, die gezielt auf die Erfordernisse technischer und biomedizinischer Fragestellungen angepasst werden können. So ist etwa bereits bekannt und experimentell gezeigt, dass zahlreiche Werkstoffe wie Dielektrika, Halbleiter, Polymere und Biomaterialien, aber auch Metalle unter Verwendung von Multiphotonen-Absorptionsprozessen nanostrukturiert werden können. Daraus erwachsen eine Reihe konkreter Fragestellungen von der Modellierung der Prozesse über neuartige Strukturierungsmethoden bis hin zu messtechnischer Charakterisierung der Strukturen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Design und Herstellung von Nahfeld-Fernfeld-Transformatoren mittels Sub-100 nm Zwei-Photonen-Polymerisation (Antragsteller Chichkov, Ph.D., Boris ;  Osten, Wolfgang )
• Dreidimensionale, biphasische und funktionalisierte Nanostrukturen auf Titanoberflächen für Zahnimplantate (Antragsteller von Freymann, Georg ;  Steiner, Rudolf )
• Erzeugung von Sub-100nm Strukturen mittels infrarotem Sub-15-Femtosekunden-Lasermikroskop (Antragsteller König, Karsten ;  Seidel, Helmut ;  Straub, Martin )
• Erzeugung von sub-100nm-Strukturen mittels optischer Lithographie sowie der nichtlinearer Abregung von Molekülen durch stimulierte Emission (Antragsteller Klar, Thomas Arno )
• Femtosekundenlaser-induzierte Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich für tribologische Anwendungen (Antragsteller Krüger, Jörg ;  Rosenfeld, Arkadi )
• In-Situ-Konjugation von Nanopartikeln beim Ultrakurzpuls-Laserstrahlabtragen in Monomerlösungen für das Elektrospinnen auf Brandwunden (Antragsteller Barcikowski, Stephan ;  Pich, Andrij ;  Vogt, Peter Maria )
• Laserinduzierte Oberflächenstrukturierung mit optischen Nahfeldern von Nanopartikeln (Antragsteller Leiderer, Paul )
• Laserinduzierte Sub-100 nm-Strukturen zur Erzeugung bioaktiver Nanopartikel-beladener Hydrogele (Antragsteller Epple, Matthias ;  Zimmermann, Heiko )
• Materialbearbeitung von Dielektrika auf der Nanometerskala mit zeitlich asymmetrisch geformten Femtosekundenlaserpulsen und polarisationsgeformten Femtosekundenlaserpulsen (Antragsteller Baumert, Thomas )
• Materialien und Technologien zur Erzeugung kleinster Strukturen mittels femtosekunden-laser-induzierter Mehrphotonenpolymerisation für die Nano- und Mikrooptik und die Regenerative Medizin (Antragstellerinnen / Antragsteller Behrens, Peter ;  Houbertz, Ruth ;  Tünnermann, Andreas ;  Walles, Heike )
• Messverfahren zur In-Prozess-Charakterisierung optisch erzeugter Sub-100-nm-Strukturen (Antragsteller Goch, Gert ;  Simon, Sven )
• Metallnanopartikel als nichtlinear optische Antennen in photoaktiven 3D-Polymermatrizen: MNPs in Polymersomen und biomedizinische Anwendungsmöglichkeiten (Antragstellerinnen / Antragsteller Eng, Lukas M. ;  Voit, Ph.D., Brigitte )
• Nanoskalige Biofunktionalisierng von Polymeroberflächen durch Laserstrahlung zur Steuerung der Zelldifferenzierung (Antragsteller Gillner, Arnold ;  Wagner, Wolfgang )
• Nanostrukturierung durch ultrakurze Laserpulse und optische Nahfelder an Mikropartikeln mit Positionierung durch eine Optische Pinzette (Antragsteller Schmidt, Michael ;  Stelzle, Florian Dominik )
• Optische Reprogammierung von Stammzellen mit Sub-15 Femtosekunden-Laserpulsen (Antragstellerinnen Schenke-Layland, Katja ;  Uchugonova, Aisada )
• Resonante Multiphotonen-Absorption und Ablation organischer Monolagen für Anwendungen in chemischen Sensoren und als unltradünne Resists (Antragsteller Hartmann, Nils ;  Ostendorf, Andreas )
• Subwellenlängenstrukturen in photonischen Bauelementen - Strukturierung von Dielektrika mittels geformter Femtosekundenlaserpulse (Antragsteller Hillmer, Hartmut )
• Ultrakurzpuls-induzierte Erzeugung periodischer Nanostrukturen im Volumen transparenter Festkörper (Antragsteller Heintzmann, Rainer ;  Nolte, Stefan ;  Peschel, Ulf )
• Zeitaufgelöste Beobachtung und Modellierung der Entstehung laserinduzierter Nanostrukturen (Antragstellerinnen / Antragsteller Ivanov, Dmitry ;  Juschkin, Larissa ;  Poprawe, Reinhart ;  Taubner, Thomas )

• Sprecher: Professor Dr. Karsten König; Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf