EXC 2082:  3D Designer Materialien

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft ; Elektrotechnik und Informationstechnik ; Grundlagen der Biologie und Medizin ; Molekülchemie ; Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie ; Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390761711

Im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order (3DMM2O) verfolgen wir die Vision, jede digital formulierte Idee durch die Technologie der 3D Additiven Fertigung in die Realität zu übersetzen. Diese Art der Formgebung, bei der Material lokal hinzugefügt wird anstelle es zu entfernen, hat sich zu einem wichtigen Werkzeug auf der Makroskala entwickelt. Unser Alleinstellungsmerkmal besteht darin, diese Technologie zur molekularen Skala zu treiben, um so bisher unzugängliche wissenschaftliche Fragen in den Lebens- und Ingenieurwissenschaften zu beantworten und neue Anwendungen zu erschließen. Unserem Motto „feiner, schneller, mehr“ folgend haben wir in der ersten Förderperiode unübertroffen sensitive Fotolacke synthetisiert und damit Weltrekord-Druckraten von 10^8 Voxel/s bei sub-μm Voxelgröße erzielt. Wir haben zudem lasergedruckte sub-μm funktionelle Mikroelektronik realisiert sowie „Mikro-Streckbänke“ für Zellkultur-Studien. 3DMM2O hat die Grundlage für diese Anwendungen durch Pionierarbeiten zu Multi-Materialarchitekturen und stimulus-responsiven Materialien gelegt. Unsere Ergebnisse haben den Stand der Technik des 3D Drucks definiert. Damit werden wir in der zweiten Förderperiode faszinierende Fragen adressieren können, wie die ultimative Parallelisierung des 3D Druckens. Mittels holografischer Ansätze werden wir Spitzendruckraten von 10^21 Voxel/s erzielen und so die Tür zur Massenfabrikation und Demokratisierung dieser Technologie öffnen. Holografisches Drucken wird es uns auch ermöglichen, lebende Zellen „auf einen Schlag“ zu Organoiden zu formen. In einem ambitionierten Ansatz wollen wir gedruckte biohybride Mikrosysteme realisieren, indem wir in einer Rückkopplungsschleife Organoide generieren und damit eine völlig neue Plattform für Wirkstofftests und die Erprobung von Krankheitsmodellen jenseits von Tierversuchen erschaffen. Unsere Pläne umfassen auch die Einführung radikal neuer anorganischer, organisch-anorganischer und biobasierter Fotolacke und Tinten sowie die Kombination des 3D Lasernanodruckens mit molekularer Selbstassemblierung. Als eine Anwendung werden wir energieeffiziente hybride Silizium-organische optische Schalter für das Internet der Zukunft drucken. Unser koordiniertes interdisziplinäres Forschungsprogramm baut auf den komplementären Stärken von KIT und UHD auf. Es profitiert von dem kürzlich etablierten 3D-Druck-Nutzerlabor, dem gemeinsam genutzten InnovationLab und in naher Zukunft vom Karlsruhe Center for Optics & Photonics und vom UHD Forschungsbau für das Engineering von lebensinspirierten molekularen Systemen. Wir werden unsere gemeinsame interdisziplinäre HEiKA Graduiertenschule zur systematischen Nachwuchsförderung erweitern und außerdem einen neuen M.Sc. Studiengang „Molecular Systems Science and Engineering“ an der UHD starten. Diese exzellente Umgebung, zusammen mit neuen Professuren, garantiert den nachhaltigen Erfolg von 3DMM2O am KIT und an der UHD.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Mitantragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Beteiligte Institution: Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ); Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
• Sprecherinnen / Sprecher: Professorin Dr. Christine Selhuber-Unkel; Professor Dr. Martin Wegener
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professorin Dr. Jasmin Aghassi-Hagmann; Professor Dr. Christopher Barner-Kowollik; Professor Dr. Martin Bastmeyer; Professorin Eva Blasco, Ph.D.; Professor Dr. Michael Boutros; Professor Dr. Stefan Bräse; Professorin Dr. Stefanie Dehnen; Professorin Dr.-Ing. Daniela Filipa Duarte Campos; Professorin Dr.-Ing. Yolita M. Eggeler; Professor Dr. Peer Fischer; Professorin Dr. Kerstin Göpfrich; Professor Dr.-Ing. Christian Koos; Professor Dr. Ulrich Lemmer; Professor Dr. Pavel Levkin; Professor Dr. Carsten Rockstuhl; Professor Dr. Ulrich Schwarz; Professor Dr. Joachim P. Spatz; Professor Dr. Motomu Tanaka; Professorin Dr. Petra Tegeder; Professorin Dr. Franziska Thomas; Professor Dr. Wolfgang Wenzel; Professor Dr. Joachim Wittbrodt; Professorin Dr. Jana Zaumseil