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Kompetenzen EMFT

Fraunhofer Allianz Nanotechnologie
 

 Sensormaterialien - Aufbau von funktionellen Molekülen

Die Fraunhofer EMFT hat ausgezeichnete Kompetenzen in der gezielten Synthese von Indikatorfarbstoffen, im Umgang mit Polymersystemen und in der Erzeugung funktioneller Polymere und Oberflächen durch chemische Modifikationen. Das Knowhow in diesem Bereich führt zu vielfältig einsetzbaren Sensormaterialien. Solche Sensormaterialien zeigen anhand von Farb- oder Fluoreszenzänderungen die Anwesenheit von Analytmolekülen an. Die Materialien basieren auf Indikatorfarbstoffen und werden durch Integration in Polymere, in Folien, in strukturierte Oberflächen sowie in Mikro- oder Nanopartikel für die jeweilige Anwendung konfektioniert. So werden Sensorpartikel etwa als Nanosensoren für die Analytik in Zellen eingesetzt. Sie lassen sich aber auch durch Beschichtungs- oder Druckverfahren auf Oberflächen aufbringen.

3D-Integrationstechnologien

Bild: Fluoreszente Nanosensoren. © Fraunhofer EMFT
Bild: Fluoreszente Nanosensoren. © Fraunhofer EMFT
Sensorsysteme in Nanogröße gelten als viel versprechender Ansatz, um neue und verbesserte Funktionalitäten in unterschiedlichsten Produkten umzusetzen - etwa in der Medizin- und Kommunikationstechnik. Dabei erweist sich die Verdrahtung zwischen den Einzelkomponenten zunehmend als limitierender Faktor hinsichtlich Leistung, Multifunktionalität und Zuverlässigkeit. Forscher der Fraunhofer EMFT nutzen 3D–Integrationsverfahren, um entsprechend hochintegrierte miniaturisierte Nanosensor-Systeme herzustellen: Mithilfe von geeigneten 3D–Stapeltechniken und Niedertemperatur-Bondverfahren werden Sensor- und Logik-Bauelemente mechanischund elektrisch zu einem robusten Gesamtsystem verbunden. Da es sich bei den eingesetzten Verfahren um speziell entwickelte Niedertemperaturtechnologien handelt, lassen sich auch innovative Nanokomponenten zuverlässig integrieren. Viele Standardprozesse stoßen hier an ihre Grenzen, da Nanosensoren extrem empfindlich auf mechanische und thermische Belastungen reagieren.

Oberflächenmodifikation und Nanostrukturierung

Wissenschaftler der Fraunhofer EMFT entwickeln neue Verfahren zur Modifikation und Nanostrukturierung von Oberflächen: Mit Hilfe physikalischer oder chemischer Prozesse erzeugen sie dabei eine wenige Nanometer dicke Oberflächenrandschicht mit spezifischen Eigenschaften. So lassen sich etwa lokale Benetzungseigenschaften einer Oberfläche durch Verfahren wie Plasmabehandlung, Stempeltechniken wie "micro contact printing" und Nanoimprint-Lithografie (NIL) gezielt steuern - ein Tropfen kann dann nur definierte Bereiche einer Oberfläche benetzen und bleibt dort haften, von anderen Bereichen perlt er ab. Eine derart strukturierte Oberfläche kommt beispielsweise in der Laboranalytik zum Einsatz, um Substanzen wie DNA-Moleküle oder Proteine selbst gesteuert auf einer Analyseplattform zu platzieren. Des Weiteren kann eine Flüssigkeit auch als "Transportmittel" für elektronische Bauteile dienen, so auch bei der Integration von Einzelkomponenten in ein miniaturisiertes Sensorsystem: Dabei schwimmt das Objekt in einem Wassertropfen und wird in diesem dank der Benetzungseigenschaften zu einem vordefinierten Ort hinbewegt (self-assembly), um sich dort selbstständig anzuordnen (self-alignment).

Self-assembly von Siliziumbauteilen. © Fraunhofer EMFT
Bild: Self-assembly von Siliziumbauteilen. © Fraunhofer EMFT

Eine Kombination von Imprint-, Präge- und Bedampfungstechniken auf Folien ermöglichen 3-dimensionale Strukturen im sub-µm-Bereich, die in Kombination mit funktionalen Beschichtungen zu verschiedenen Bauelementen aufgebaut werden.

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