3D-Drucker mit Zwei-Photonen-Polymerisation zur Erzeugung von 3D-Strukturen in Submikrometergröße

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574699183

Wir beantragen einen hochauflösenden 3D-Drucker auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP). Das System soll komplexe 3D-Strukturen mit Submikrometer-Details bei Abmessungen von 10 μm bis 1 mm erzeugen. Das Gerät soll Forschungsfelder von Nanooptik und Plasmaphysik bis Akustooptik und Sensorik unterstützen. In der Nanooptik beabsichtigen wir die Realisierung fortschrittlicher 3D-photonischer Strukturen zur Kontrolle von Licht-Materie-Wechselwirkungen. Diese Strukturen kommen in Elektronenmikroskopie-Kammern sowie in Photolumineszenz- und optischen Spektroskopieaufbauten zum Einsatz. Konkrete Anwendungen umfassen: (i) 3D-elektroneninduzierte Photonquellen zur phasenangepassten Wechselwirkung zwischen Elektronen und Licht zur Erzeugung maßgeschneiderter Strahlung wie kollimiertem oder Wirbellicht; (ii) 3D-photonische Kavitäten und photonische Kristalle zur verbesserten Lichtauskopplung aus Einzelphotonenquellen; (iii) integrierte Mikrooptiken zur Steigerung der Sammlungseffizienz in der Kathodolumineszenz- und Photolumineszenz-Spektroskopie. In der Mikrosystemtechnik dient der Drucker zur Entwicklung hybrider mechanischer und optischer Mikrostrukturen, die direkt auf MEMS- und MOEMS-Bauelemente geschrieben werden können. Anwendungsfelder sind die Herstellung von Fokussierlinsen und Gitterkopplern für integrierte photonische Systeme, Photonik-Packaging sowie komplexe 3D-Mikrooptiken mit hohem Aspektverhältnis für MOEMS oder die Auslese von Qubits. Im Bereich Biosensorik entwickeln wir integrierte mikro-/nanofluidische Systeme zur Analyse extrazellulärer Vesikel (EVs) für die Brustkrebsdiagnostik. Der 3D-Drucker wird eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Trennstrukturen, Analyseplattformen für das Surfaceom und Lab-on-a-Chip-Systemen spielen, die Fluidik mit optischer und magnetischer Detektion kombinieren. Parallel dazu planen wir den Einsatz von 2PP für die Umweltüberwachung, insbesondere für die Nährstoffmessung in Böden mithilfe nanostrukturierter organischer Photodetektoren in Kombination mit mikrofluidischer Probenentnahme. In der Plasmaphysik wird der Drucker zur Herstellung 3D-strukturierter Reaktoren für Niedertemperaturplasmen genutzt. Dazu zählen zentimetergroße Gerüste mit mikrometergenauer Strukturierung zur Optimierung der Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung. Darüber hinaus verwenden wir den Drucker in der Forschung zu Staubplasmen und Astrophysik zur Herstellung wohldefinierter, nicht-sphärischer Mikropartikel (z. B. Ellipsoide), um die Ladungsdynamik und magnetische Ausrichtung in Plasmapotentialfallen präzise zu untersuchen – ein wichtiger Schritt zur Simulation von Bedingungen in Sternentstehungsregionen. Der beantragte Drucker ist ein zentrales Werkzeug für viele relevante Forschungsfelder. Das System ist entscheidend für den Fortschritt in Photonik, Biosensorik, Plasmakatalyse und darüber hinaus.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 3D-Drucker mit Zwei-Photonen-Polymerisation zur Erzeugung von 3D-Strukturen in Submikrometergröße
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Leiterin: Professorin Dr. Nahid Talebi