Superkondensatoren und Mikrochips mit künstlichem Gewebe

Auf kleinstem Raum so viele Funktionen und so viel Leistung wie möglich zu vereinen – dafür stehen Nanotechnologien. Am ZIK MacroNano® an der Technischen Universität Ilmenau arbeiten die Wissenschaftler seit 2004 an der Weiterentwicklung dieser Technologien sowie der Verknüpfung von Mikro- und Nanosystemen. Jetzt hat ihre Forschung noch einmal richtig Fahrt aufgenommen, nicht zuletzt durch eine äußerst gewinnbringende Verbindung.  

Beim Statusseminar von MacroNano® in Ilmenau sitzen diesmal auch Gäste aus Dresden. Die Wissenschaftler des ZIK B CUBE haben sich mit den Thüringern im Verbund-ZIK BioLithoMorphie zusammengeschlossen, um ihre biologischen, chemischen und physikalischen Expertisen für völlig neue Lösungen im Bereich der Biomedizin zu nutzen. Ihr gemeinsames Ziel ist es, Zellkulturen auf Mikrochips zu züchten, welche die Funktion von lebendem Gewebe perfekt imitieren – sozusagen künstliche Organe auf winzigen Chips. Damit könnten beispielsweise neue Medikamente getestet werden.

Wo Zellen am besten wachsen

Zunächst brauchen die Forscher biofunktionalisierte Materialien, die sie mit Sensoren und Mikroelektronik zusammenbringen wollen. Dafür testen sie Materialien, die chemisch so funktionalisiert werden können, dass Zellen darauf wachsen. Ein Substrat aus Polycarbonat ist dafür gut geeignet, wie Dr. Sukhdeep Singh, der Koordinator des Verbund-ZIKs herausgefunden hat. Die Funktionalisierung wird durch fotolithografische Methoden erreicht, also mit Hilfe von Licht.

In Polymeren haben die Ilmenauer Blutgefäßstrukturen als Modell der Leber geformt. Es soll als Gerüst für die Züchtung von Gewebe dienen. (Foto: PRpetuum GmbH)  
In Polymeren haben die Ilmenauer Blutgefäßstrukturen als Modell der Leber geformt. Es soll als Gerüst für die Züchtung von Gewebe dienen.
Foto: PRpetuum GmbH  
In Dresden haben Dr. Yxin Zhang und seine Kollegen bereits nach bioaktiven Komponenten gesucht, die als Grundlage für die Zellzüchtung dienen. Dabei haben sie ein besonders geeignetes Material gefunden, auf dem die Zellen sehr gut wachsen. Ein Patentantrag für diese bahnbrechende Erfindung läuft gerade. Das Gerüst zur Züchtung des Gewebes wird aus Polymer bestehen. Diese so genannten Scaffolds sollen nun auf Chipgröße gebracht werden.
 

Nano plus Mikro

Wichtige Voraussetzungen für solche winzigen Systeme schaffen Prof. Dr. Yong Lei und seine Mitarbeiter bei MacroNano®. Sie entwickeln dreidimensionale Nanostrukturen auf winzigen Schablonen, die sowohl in der Biologie, als auch in der Mikroelektronik – beispielsweise als Drähte – genutzt werden könnten. Dafür haben sie Methoden zur Nanostrukturierung gefunden, mit denen sie nur wenige Nanometer große Poren herstellen können, die eine perfekte Oberfläche bilden. Jetzt arbeiten die Physiker daran, die Poren in verschiedenen Größen und Mustern herzustellen. Das eröffnet neue Möglichkeiten für die Anwendung. Die Teams um Prof. Dr. Jens Müller und Prof. Andreas Schober sind dabei, diese Möglichkeiten der Forschungscommunity für weiterführende Experimente zugänglich zu machen.

Solche wenige hundert Nanometer großen 3D-Strukturen werden für neue Entwicklungen in der Mikroelektronik, Physik und Biomedizin genutzt. (Foto: PRpetuum GmbH)  
 
Solche wenige hundert Nanometer großen 3D-Strukturen werden für neue Entwicklungen in der Mikroelektronik, Physik und Biomedizin genutzt.
Foto: PRpetuum GmbH    

Wissenschaftler mit Weitblick

Wie nah die Ilmenauer an der Praxis arbeiten, zeigt die Entwicklungen eines Superkondensators auf der Basis von Nanostrukturen. Seine Energie gewinnt der Kondensator aus Sonnenlicht. Eine speziell designte Oberfläche absorbiert das Licht besser und durch die Kombination verschiedener Materialien wird die Energiedichte erhöht. Schon jetzt kann der Superkondensator kleine LEDs zum Leuchten bringen. Diese und viele andere Entwicklungen des MacroNano®-Teams sollen sowohl durch die Kooperation mit dem Dresdner B CUBE, als auch durch einige geplante DFG-Sonderforschungsbereiche intensiviert werden. Außerdem ist der internationale Studiengang „Micro-Nano-Technologies“ an der TU Ilmenau in Vorbereitung. So kann künftig wissenschaftlicher Nachwuchs aus aller Welt für diese Thematik begeistert und damit auch die Arbeit des ZIK MacroNano® verstetigt werden.

Nähere Informationen zum Verbund-ZIK BioLithoMorphie® finden Sie hier. Über das ZIK MacroNano® können Sie sich hier informieren.