Das schwedische Start-up Lucero Bio hat eine mikrofluidische Plattform entwickelt, die auf das Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening von Pharmaunternehmen zugeschnitten ist. Unsere Aufgabe war es, einen Hochdurchsatz-Herstellungsprozess für die Mikrofluidikschicht zu entwickeln, der auf der Rolle-zu-Rolle-UV-Nano-Imprint-Lithografie basiert. Ein weiterer Auftrag war es, eine Methode zu finden diese Schicht mit 150 µm dünnen Glasplatten zu verbinden. Die Plattform besteht aus einer Standard-384-Mikrotiterplatte, auf deren Boden eine Mikrofluidikschicht (mit 0,1 mm großen Kanälen) angebracht ist. Kugelförmige Miniaturorgane, so genannte Sphäroide, werden in die Mikrofluidikschicht injiziert und mit einer optischen Pinzette in die einzelnen Hohlräume geführt. Die Plattform kann dazu verwendet werden, die Reaktion von Sphäroiden auf Medikamente in einem Hochdurchsatzverfahren zu untersuchen und so die Entwicklung neuer Medikamente zu beschleunigen.

Projekt: Rolle-zu-Rolle-Herstellung einer Mikrofluidplattform für Hochdurchsatzmedikamentenscreening

Projektleitung bei MATERIALS: Martin Tscherner

Bild: MATERIALS

Das EU-finanzierte Projekt RecHycle untersucht die Verwendung von grünem Wasserstoff und recycelten Hüttengasen bei der Stahlerzeugung. Stahlunternehmen wie ArcelorMittal Ghent Mill produzieren 9,6 Mio. Tonnen CO₂ pro Jahr, was 10% der CO₂-Emissionen in Flandern, Belgien, entspricht. Insgesamt ist die Stahlindustrie ein großer CO₂-Emittent, der mehr als 7% der globalen Emissionen verursacht. RecHycle untersucht die Verwendung von (grünem) Wasserstoff anstelle von Koks und Kohlenstaub im Hochofen, da bei der Verbrennung nur Wasserdampf als Nebenprodukt entsteht. Im Projekt wird der Betrieb des Hochofens mit einem Wasserstoff/Kreisgas-Gemisch und die entsprechende Lebenszyklusanalyse (LCA) zur Bewertung der CO₂-Emissionsreduzierung definiert und optimiert. Unsere Aufgabe ist es, die Wasserstoffversprödung der im Hochofen verwendeten Materialien zu untersuchen. Diese ist eine große Gefahr für die Funktionsfähigkeit der Ofenanlage.

Projekt: RecHycle – Recycling renewable hydrogen for climate neutrality

Projektleitung bei MATERIALS: Vojislav Petrovic Filipovic

Bild: Shutterstock, ToppyBaker

Das EU-Projekt OPTIMAL wird erstmals verschiedene Laserlithographie-Technologien, Qualitätsüberwachungssysteme und -prozesse in einer Plattform vereinen. Dies dient der Entwicklung von Strukturen mit hoher Tiefe, Abmessungen im Bereich von 100 nm bis in den Sub-Millimeterbereich sowie 2D- und 3D-Formen auf großen ebenen Flächen. Dabei werden selbstlernende Algorithmen zur Optimierung der virtuellen Fotomaske genutzt und Methoden zur Inline-Kontrolle der Laserstrukturierung integriert. Ziel ist es, eine neue Laserlithografie-Plattform für die Herstellung von Master-Tools für Replikationstechnologien, wie die UV-Nanoimprint-Lithografie, zu entwickeln. Die Beschleunigung und Hochskalierung des Strukturierungsprozesses wird die Effizienz erhöhen. Die benötigten Strukturen werden schon beim ersten Mal richtig hergestellt, was den Ressourcenverbrauch senkt, Abfall reduziert, die CO₂-Emissionen verringert, die Produktivität erhöht und die Kosten senkt.

Projekt: Automatisierte maskenlose Laserlithografie-Plattform für die erstmalige Strukturierung im richtigen Maßstab

Projektleitung bei MATERIALS: Ladislav Kuna

Bild: JOANNEUM RESEARCH, Schwarzl

Die Entwicklung neuartiger und multifunktionaler Industrieböden ist ein wichtiger Bestandteil des Konzeptes der „Factory of the Future“. Wir arbeiten gemeinsam mit unserem Projektpartner Bosch Rexroth AG am Industrieboden der Zukunft. Dieser besteht aus einzelnen Modulen (60cm x 60cm), die neben induktiven Ladestationen und farblich anpassbaren LEDs auch unterschiedlichste sensorische Komponenten beinhalten. Dadurch sollen Produktionszyklen und -abläufe optimiert und die Arbeitssicherheit verbessert werden. Wir haben dafür maßgeschneiderte PyzoFlex-Systeme gefertigt: Diese bestehen aus Folien-Sensoren und der Hardware zur Signalaufnahme und -weiterleitung. Die finalen Module erkennen Bewegungsabläufe und die Belegung etwa durch Menschen oder Shuttles. Übrigens: 80 dieser Module wurden von Bosch Rexroth als Demoboden am Forschungscampus Arena 2036 in Stuttgart installiert, sie dienen als Showcase für interessierte Firmen.

Projekt: Pyzoflex – Folien-Sensoren und Hardware zur Signalaufnahme und -weiterleitung im Boden von Industrieanlagen – im Einsatz für den Industrieboden der Zukunft

Projektleitung bei Materials: Gregor Scheipl

Bild: MATERIALS

Wir haben für einen Industriepartner eine Antireflexbeschichtung für das LiDAR-System (Light Detection and Ranging) entwickelt, das in Laserscheinwerfern von Autos eingesetzt wird. LiDAR verwendet Laser, um 3D-Objekte wie Gebäude und Straßen zu erfassen, um eine sichere Navigation zu ermöglichen und um Autoscheinwerfer einzustellen. Um die Übertragung des eingestrahlten Laserlichts zu verbessern und seine Reflexion zu vermeiden, haben wir eine einschichtige nanostrukturierte Antireflexbeschichtung entwickelt, die Tauch- und Sprühbeschichtungsverfahren mit plasmagestützter Tensidextraktion kombiniert: Das Niedrigtemperatur-Sol-Gel-Verfahren (< 120°C). Diese innovative Methode bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, von LiDAR bis zu Solarzellen und LEDs, und ist mit verschiedenen Substraten unterschiedlicher Form und Rauheit kompatibel.

Projekt: Untersuchung von Niedertemperatur Solgel-Antireflexbeschichtungen auf Polycarbonat-Substraten

Projektleitung bei MATERIALS: Nastaran Hayatiroodbari

Bild: Shutterstock, JLStock

Der Artikel untersucht beispielhaft fünf verschiedene, 3D-gedruckte poröse Metall- und Polymerstrukturen, die mit drei verschiedenen Oxiden mittels Atomlagenabscheidung beschichtet wurden. Er zeigt die Möglichkeiten und Grenzen für Anwendungen in Medizin- und Energietechnik auf, wie beispielsweise künstliche Knochen und mikrobielle Brennstoffzellen und Elektrolyseure, die aus Abwässern Energie erzeugen oder wertvolles Methangas gewinnen können. Die Aktualität und Notwendigkeit für Forschungen und neue Wege in diesen Bereichen wird auch durch aktuelle gesamtgesellschaftliche Trends, Stichwort Medizin-Notstand und Energiewende, verdeutlicht.

Publikation: Atomic layer deposition of oxide coatings on porous metal and polymer structures fabricated by additive manufacturing methods (laser-based powder bed fusion, material extrusion, material jetting), Surfaces and Interfaces Volume 34, November 2022, 102361

Autor*innen (MATERIALS): Reinhard Kaindl, Maria Belegratis, Jürgen Lackner, Wolfgang Waldhauser

Bild: MATERIALS

Telekommunikation, Automobilbau, Medizintechnik oder Unterhaltungselektronik – in all diesen unterschiedlichen Technologiebereichen sind Lichtmanipulation und -kontrolle wichtige Bestandteile. Wir entwickeln einen Herstellungsprozess für planare mikrooptische Freiformelemente auf Grundlage eines vorgegebenen optischen Designs. Es geht um ein Lithografieverfahren, das hochwertige Oberflächenmikroreliefs erzeugen kann. Ziel ist die Herstellung von Mastern oder Ursprungsstrukturen, die in einem Rolle-zu-Rolle-Massenherstellungsprozess verwendet werden können. So sollen optisch glatte Oberflächen mit präziser Kontrolle über die Strukturabmessungen erzielt werden. Unser Herstellungsprozess kann die Funktionalität optischer Systeme verbessern, diese effizienter und kompakter machen und auch Bereichen wie der Mikroelektronik, Nanotechnologie oder Bioengineering zu Gute kommen.

Publikation: Origination of free-form micro-optical elements using one- and two-photon grayscale laser lithography

Autoren (MATERIALS): Bernhard Lamprecht, Philip Lichtenegger, Claude Leiner, Wolfgang Nemitz, Christian Sommer

Bild: JOANNEUM RESEARCH, Bergmann