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Optische Mikromanipulation

Die hohe Integrationsdichte und der Grad der Miniaturisierung erreichen heutzutage Dimensionen, die man sich vor einigen Jahren noch gar nicht vorstellen konnte. Dies soll folgender Vergleich verdeutlichen: Der Bordcomputer, welcher für die Mondlandung 1969 eingesetzt wurde, war 30 kg schwer und besaß 74 Kilobyte an Speicherplatz. Im Gegensatz dazu besitzt ein modernes Smartphone heutzutage einen Speicherplatz im Bereich von 64 Gigabyte und findet dazu bequem in jeder Hosentasche Platz. Um den fortwährenden Ansprüchen gerecht zu werden, müssen neue Technologien entwickelt werden, die das Greifen, Positionieren und Zusammenfügen fortwährend kleiner werdender Bauteile ermöglichen. Dadurch können immer mehr Funktionen kombiniert, integriert und schließlich komplexe Systeme, wie Sensoren oder Aktoren, auf kleinstem Raum aufgebaut werden.
Am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik wird an einer Technik geforscht, die das optische Greifen und Bewegen von Bauteile im Mikrometerbereich ermöglicht. Die sog. optischen Pinzette (engl. optical tweezer) basiert auf dem Impulsübertrag von Licht auf Materie. Die resultierenden optischen Kräfte machen ein hoch präzises und berührungsloses Greifen möglich. Das Hauptaugenmerk ist auf verschiedene Verbindungstechniken zwischen den Bauteilen gerichtet. Dazu bedienen sich die Ingenieure bekannter Techniken aus dem Maschinenbau: Stoffschlüssige, kraftschlüssige und formschlüssige Verbindungen werden in den Mikrometerbereich überführt und können für den Zusammenbau von Mikrobauteilen zu komplexen Systemen genutzt werden. Im Bereich der Mikrofluidik konnte der Einsatz dieser Technik bereits verifiziert werden. Zukünftig soll es um die Herstellung von Mikrorobotern und -maschinen gehen, welche Anwendungen in der Mikrosystemtechnik, der Biowissenschaft und der Medizintechnik finden könnten.


Einen kurzen Bericht finden Sie bei Rubin, dem Wissenschaftsmagazin der RUB.

 

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Ausgewählte Publikationen:

  • Andreas Ostendorf, Jannis Köhler, Sarah I. Ksouri, Gordon Zyla, Cemal Esen: "Laser-based assembler and microfluidic applications", Chapter in: Jesper Glückstad and Darwin Palima: "Light Robotics - Structure-mediated Nanobiophotonics",
    More information
  • Jannis Köhler, Sarah Isabelle Ksouri, Cemal Esen, Andreas Ostendorf: "Optical screw-wrench for microassembly", Microsystems & Nanoengineering 3, 16083 (2017).
    DOI:10.1038/micronano.2016.83
  • Jannis Köhler, Jan Friedrich, Andreas Ostendorf, Evgeny L. Gurevich: "Characterization of azimuthal and radial velocity fields induced by rotors in flows with a low Reynolds number", Physical Review E 93 (2016), 023108.
    DOI:10.1103/PhysRevE.93.023108
  • Jannis Köhler, Reza Ghadiri, Sarah Isabelle Ksouri, Qingchuan Guo, Evgeny L Gurevich und Andreas Ostendorf, "Generation of microfluidic flow using an optically assembled and magnetically driven microrotor", Journal of Physics D: Applied Physics 47 (2014) 505501.
    DOI:10.1088/0022-3727/47/50/505501
  • Reza Ghadiri, Thomas Weigel, Cemal Esen und Andreas Ostendorf, "Microassembly of complex and three-dimensional microstructures using holographic optical tweezers", Journal of Micromechanics and Microengineering 22 (2012) 065016
    DOI: 10.1088/0960-1317/22/6/065016