SPP 1327:  Optically Generated sub-100-nm Structures for Biomedical and Technical Applications

• Subject Area: Mechanical and Industrial Engineering
• Term: from 2009 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 42963315

The objective of the Priority Programme is the consistent description of the basic physical, optical and chemical processes during nonlinear laser absorption processes. These processes can be used in nanostructuring and nanofunctionalisation of bulk materials and surfaces. Therefore, a generalised description has to be developed including all the actual results, which have been gained mostly by using empirical methods. By carrying out a systematic analysis of both the laser/material interaction behaviour and the nonlinear absorption phenomena during ultrashort pulsed laser processing it will be possible to generate the basis for a dedicated, spatially selective and reproducible nanostructuring for technical and biomedical applications. The structures, which are addressed in the Priority Programme are restricted to below 100 nm and should be produced via ultrashort laser pulses, i.e. picoseconds, femtoseconds or attoseconds.
The potential for nanostructuring far beyond the classical diffraction limit is attributed to the advent of new laser sources, which provide new temporal and energetic parameters (from femtosecond lasers to EUV-sources). These systems, for the first time, allow the flexible deposition of energy into the workpiece with regard to space and time.
Based on these possibilities physical interaction phenomena can be induced resulting in completely new structuring and functionalisation results. Structures can be extremely flexible and they can be tailored to technical and biomedical problems. As an example it is known - and experimentally proven - to nanostructure different materials such as dielectrics, semiconductors, polymers and biomaterials by using multiphoton absorption. Even metals can be nanostructured by processes based on high laser intensities. Due to these observations, numerous scientific questions have been risen concerning the modelling and simulation of nanostructuring processes, new methods of the structuring process or the characterisation of structures.

• DFG Programme: Priority Programmes

Projects

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

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