Entwicklung einer optischen Plattform zur Mikro- und Nanomontagetechnologie - Laser Assembler

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2011 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 195277955

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Innerhalb des Reinhart Koselleck-Projektes wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die eine fundierte Basis für eine flexible optische Fertigungsplattform bzw. "optische Mikrowerkzeugmaschine" liefern. Neben dem hardwareseitigen Aufbau einer HOT- und einer 2PP-Anlage, wurden auch softwaretechnische Lösungen zur Optimierung und Anpassung dieser Anlagen bereitgestellt. Mit Hilfe der HOT wurde erfolgreich das Greifen, Bewegen und Manipulieren von transparenten sowie nicht-transparenten sphärischen Partikeln demonstriert. Ferner konnte die Handhabung mit beliebig geformten Mikrostrukturen, welche durch das 2PP-Verfahren hergestellt wurden, gezeigt werden. Auf dieser Basis wurden verschiedene Assemblierungsmethoden erforscht, die das Aufbauen von funktionalen und hybriden Mikrosystemen im bottom-up Prozess ermöglichen. Genauer wurden biochemische, thermische und verschiedene formschlüssige Verbindungen analysiert. Die so gefertigten Strukturen konnten bereits für mikrofluidische Anwendungen eingesetzt werden. Neben der Herstellung, dem Transport und der Montage von Mikrobauteilen, wurden auch Lösungen zur Lagerung und Bevorratung der Komponenten untersucht und entwickelt. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse können in Zukunft genutzt werden, funktionale Mikrosysteme aufzubauen und für verschiedene Anwendungsgebiete, z.B. in der Mikrorobotik, -fluidik, -sensorik sowie der Biotechnologie und Medizintechnik, bereit zu stellen. Ferner ist eine Massenproduktion durch die vorgestellte optische Mikrowerkzeugmaschine denkbar.

Publications

• "Generation of microfluidic flow using an optically assembled and magnetically driven microrotor", Journal of Physics D: Applied Physics 47 (2014) 505501
  Köhler, J.; Ghadiri, R.; Ksouri, S. I.; Guo, Q.; Gurevich, E. L. & Ostendorf, A.
  
• "Optical tweezers as manufacturing and characterization tool in microfluidics”, Proc. SPIE 9164, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XI, 91642F (September 16, 2014)
  Köhler, J.; Ghadiri, R.; Ksouri, S. I.; Gurevich, E. L. & Ostendorf, A.
  
• “Holographic Optical Tweezers: Microassembling of shape-complementary 2PP building blocks”, Proc. SPIE 9164, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XI, 916433 (September 16, 2014)
  Ksouri, Sarah Isabelle; Mattern, Manuel; Köhler, Jannis; Aumann, Andreas; Zyla, Gordon & Ostendorf, Andreas
  
• "Microassembling with Holographic Optical Tweezers: Improving quality of 2PP subcomponents for 3D manipulation", Optical Manipulation Conference 2015, Optical Society of Japan (OSJ)
  Sarah Isabelle Ksouri, Jannis Koehler, Gordon Zyla, Andreas Ostendorf
  
• „Bauen mit Licht - Herstellung und Montage von Mikrostrukturen.“ PHOTONIK 6.2015, AT-Fachverlag GmbH, (2015)
  Gordon Zyla, Sarah Isabelle Ksouri, Jannis Köhler, Cemal Esen, Andreas Ostendorf
  
• "Characterization of azimuthal and radial velocity fields induced by rotors in flows with a low Reynolds number" Physical Review E 93 (2016) 023108
  Köhler, J.; Friedrich, J.; Ostendorf, A. & Gurevich, E. L.
  
• "Optical screw-wrench for interlocking 2PP-microstructures", Proc. SPIE 9764, Complex Light and Optical Forces X, 97641E (March 4, 2016)
  Köhler, J.; Zyla, G.; Ksouri, S. I.; Esen, C. & Ostendorf, A.
  
• “Laser assembler - fabrication, manipulation and assembling of microstructures with optical tools”, Optics & Photonics, Yokohama, Japan, (2016)
  Sarah Isabelle Ksouri, Andreas Ostendorf
  
• „Building with light – fabrication and assembly of micro structures“ LASER + PHOTONICS January 2016, AT-Fachverlag GmbH, (2016)
  Gordon Zyla, Sarah Isabelle Ksouri, Jannis Köhler, Cemal Esen, Andreas Ostendorf
  
• "Laser-based assembler and microfluidic applications", In: Jesper Glückstad and Darwin Palima: "Light Robotics - Structure-mediated Nanobiophotonics", (2017)
  Ostendorf, Andreas; Köhler, Jannis; Ksouri, Sarah I.; Zyla, Gordon & Esen, Cemal
  
• "Optical screw-wrench for microassembly", Microsystems & Nanoengineering 3, 16083 (2017)
  Köhler, Jannis; Ksouri, Sarah Isabelle; Esen, Cemal & Ostendorf, Andreas