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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
 
Final Report Year 2020

Final Report Abstract

Ziel des Schwerpunktprogramms war die Erforschung und beispielhafte Anwendung der grundlegenden physikalischen, optischen und chemischen Prozesse, die in der Nanostrukturierung und Nanofunktionalisierung von Werkstoffen und Oberflächen mit nichtlinearen Laserprozessen auftreten. Dabei sollten die zum Zeitpunkt der Einrichtung des Schwerpunktprogramms vorhandenen Ergebnisse, die weitgehend auf empirische Vorgehensweisen basierten, durch eine systematische Analyse der Wechselwirkungsvorgänge und nichtlinearen Absorptionsphänomene von Ultrakurzpulslasern verallgemeinert und damit die Basis für eine zielgerichtete ortsselektive und reproduzierbare Nanostrukturierung für unterschiedliche technische und biomedizinische Anwendungsfälle geschaffen werden. Als quantitativ anspruchsvolles Ziel wurde bei der Auswahl der Teilprojekte definiert, die adressierten Strukturen auf unter 100 nm und damit deutlich jenseits des klassischen Beugungslimits zu begrenzen. Die Voraussetzungen für die Nanostrukturierung waren wesentlich dadurch gegeben, dass neuartige Strahlquellen mit in einem großen Parameterraum einstellbaren zeitlichen und energetischen Eigenschaften zur Verfügung standen und über die Laufzeit des Schwerpunktprogramms kontinuierlich weiterentwickelt wurden, die eine weitgehend flexible Gestaltung der Energiedeposition im Werkstück in Ort und Zeit ermöglichen. Damit können prinzipiell physikalischer Wechselwirkungsmechanismen auf atomarer und molekularer Ebene durch Mehrphotonenprozesse angeregt werden, die neuartige Strukturierungs- und Funktionalisierungsergebnisse ermöglichen. Diese lassen sich somit gezielt auf die Erfordernisse technischer und biomedizinischer Fragestellungen anpassen. Die sich daraus ergebenen Fragestellungen von der Modellierung der Prozesse über neuartige Strukturierungsmethoden bis hin zur messtechnischer Charakterisierung der Strukturen sind im Schwerpunktprogramm adressiert worden. Die geförderten Teilprojekte wurden überwiegend in interdisziplinären Kooperationen bearbeitet um den Herausforderungen auf der natur-, ingenieur- und lebenswissenschaftlichen Seite gerecht zu werden. Die Kooperationen haben sehr gut funktioniert und können als Erfolgsfaktor für dieses SPP gewertet werden. Die Vielfalt der international hochrangigen Publikationen in einer großen Bandbreite verschiedener Journals ist hierfür ein weiterer Beleg. Die in den Teilprojekten untersuchten Prozesse waren ebenso vielfältig. Das Spektrum reichte von der direkten Strukturierung von Oberflächen über die Erzeugung von beliebigen 3D-Strukturen mittels Multiphotonenpolymerisation bis hin zur Generierung nanopartikulärer Strukturen und die Modifikation im Innern transparenter Werkstoffe. In vielen Teilprojekten konnte die avisierte Grenze von 100 nm für Einzelstrukturen erreicht werden. Einige Teilprojekte haben sich dem Ziel, ausgehend von deutlich größeren Strukturen, sehr stark angenähert und damit ebenfalls erfolgreiche Beiträge zum Wissenschaftsgebiet liefern können. Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden in einem Open Access-Buchprojekt am Ende der zweiten Förderphase publiziert: Optically Induced Nanstructures, De Gruyter, 2015. Darüber hinaus sind ca. 120 Publikationen in Peer Reviewed Journals entstanden. Zusammenfassend hat das SPP erhebliche Fortschritte im Verständnis der Nanostrukturierung mit Lasern bewirkt. In der internationalen Sichtbarkeit hat die Einrichtung des SPP die deutsche Forschung in diesem Gebiet in eine führende Rolle gebracht.

Publications

 
 

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