Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von Brennstoffzellen bis Diabetiker-Tests

28.08.2012
Supersensoren aus Metamaterialien

Metamaterialien werden meist mit optischen Tarnkappen in Verbindung gebracht, die beispielsweise militärisches Gerät unsichtbar machen. Die neuartigen, aus Nanometer kleinen Metallpartikeln bestehenden künstlichen Strukturen lassen sich aber auch für Sensoren nutzen, die Wasserstoff in der Umgebung von Brennstoffzellen oder Glucose bei Diabetikern aufspüren können. Bisher ist der Einsatzbereich dieser Metamaterialien jedoch durch die geringe Größe begrenzt.


Dreidimensionaler photonischer Kristall aus Silber mit chiraler Struktur. Die winzigen Draht-Elemente sind nur 100 Nanometer breit. Foto: Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut

Wissenschaftler um Prof. Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart und Prof. Paul V. Braun von der University of Illinois/USA wollen jetzt den Sprung vom Labor zur Anwendung wagen und Metamaterialien in hoher Qualität im Quadratzentimetermaßstab herstellen.

Noch werden großflächige Strukturen Schicht für Schicht mit dem Laser oder einem Elektronenstrahl geschrieben, das dauert Stunden und ist teuer. „Derzeit sind optische Metamaterialien auf Labormuster von Größen unter einem Quadratmillimeter limitiert. Wir möchten diese Grenzen überwinden, die bisher dem praktischen Einsatz von Metamaterialien entgegenstehen.“

So beschreibt Prof. Harald Giessen das Ziel des Projekts mit dem Titel „Großflächige dreidimensionale Metamaterialien für optische und Sensor-Anwendungen”, das Metamaterialien von der Grundlagenforschung heraus in die Welt der Anwendungen führen soll. Das Vorhaben wird von der Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen des Programms „Internationale Spitzenforschung“ mit 500.000 Euro gefördert.

Für die effektivere Herstellung von Metamaterialien testen die Wissenschaftler ganz unterschiedliche Ansätze, darunter ein stromloses Verfahren zur Metallabscheidung, das sich mit relativ einfachen Geräten und ohne Reinraum realisieren lässt. Andere Wege sind die Phasenplatten-Holographie sowie die Funktionalisierung von Oberflächen mit Hilfe von Laserstrahlen, die in einem bestimmten Winkel auf die Strukturen gerichtet werden. Einfache, teilweise noch zweidimensionale Strukturen lassen sich mit all diesen Ansätzen schon herstellen.

Doch gerade für Sensoren wären dreidimensionale „chirale“ Strukturen interessant, die sich Spiralen gleich nach rechts und links drehen. Die Stuttgarter Physiker und das Team um den Materialwissenschaftler aus Illinois ergänzen sich dabei hervorragend. „Stuttgart bringt Stärken in der Optik ein, Paul Braun die Chemie“, bringt es Giessen auf den Punkt. Als erste Anwendungen streben die Wissenschaftler ganz neuartige nanostrukturierte optische Bauelemente mit einer aktiven Fläche von mindestens einem Quadratzentimeter an, die zum Beispiel Chemiker benutzen können, um die räumliche Struktur von neuen Arzneimitteln zu erforschen. Darüber hinaus entwickeln die Forscher optische Sensorkonzepte für verschiedene Chemikalien, so zum Beispiel einen Detektor zur Messung von Wasserstoff, der unter anderem für die Energieforschung von großem Interesse ist.

Erleichterung für Diabetespatienten
Schon an der Schwelle zum Praxistest steht ein neuartiger, optischer Glucosesensor, mit dem Diabetespatienten über die Tränenflüssigkeit den Zuckergehalt im Blut bestimmen können, ohne sich zu pieksen. Dieses Projekt führen die Stuttgarter Physiker gemeinsam mit Prof. Cristina Tarin vom Institut für Systemdynamik der Uni im Rahmen des Interuniversitären Zentrums für Medizinische Technologie Stuttgart-Tübingen durch. Als Messgerät fungiert eine Kontaktlinse, auf die eine Hydrogel-Schicht mit winzigen Nanostrukturen aus Gold aufgebracht ist; ausgelesen werden die Messwerte mit einem infraroten Laserstrahl. Jetzt gilt es, die bisher auf etwa fünf Tage begrenzte Lebensdauer der Kontaktlinsen zu erhöhen und die Herstellungskosten auf ein Maß zu senken, das die für Patienten so segensreiche Neuerung auch erschwinglich macht. Hierzu entwickeln die Forscher einerseits das Hydrogel weiter, in das die Goldpartikel eingebettet sind. Ein anderer, langfristig aussichtsreicherer Weg wäre es, chirale Nanostrukturen direkt großflächig auf die Kontaktlinse aufzubringen, so dass das Hydrogel überflüssig würde.
Ihr Ansprechpartner:
Prof. Harald Giessen, Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut
Tel. 0711/685-65111, E-Mail: giessen@physik.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie