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 Rasende Elektronen unter Kontrolle
16.11.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Kometen als Wasserträger für Exoplaneten
15.11.2018 | Universität Wien

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: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Emulsionen masschneidern

15.11.2018 | Materialwissenschaften

LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit

15.11.2018 | Informationstechnologie

Daten „fühlen“ mit haptischen Displays

15.11.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics