Forscher drucken winzige Maschinen mit Elektronen

Alles, was kleiner als 100 Mikrometer ist – etwa die Dicke eines menschlichen Haars – bleibt für das menschliche Auge unsichtbar. Doch genau in dieser Welt arbeiten Forscher der TU Graz daran, winzige Maschinen zu konstruieren. Sie entwickeln Verfahren für den 3D-Druck von Nanostrukturen.

Herkömmliche 3D-Drucker arbeiten mit einer Düse, durch die Material gepresst wird. Je kleiner die gewünschten Objekte, desto feiner muss diese Düse sein. Doch ab einer bestimmten Größe verstopft sie schlicht, erklärt die Forscherin Birgit Baustädter. Für noch kleinere Strukturen sei daher ein völlig anderer Ansatz nötig.

Laser statt Düse

Eine Möglichkeit ist der Einsatz von Licht. Mit speziellen Lasern lassen sich Strukturen direkt im Material erzeugen – Punkt für Punkt, ähnlich wie beim Zeichnen. Diese Methode ermöglicht bereits deutlich feinere 3D-Strukturen als klassische Druckverfahren. Doch auch Licht stößt irgendwann an physikalische Grenzen.

Elektronenstrahl als Werkzeug

Die Lösung liegt in der Verwendung von Elektronen. Diese winzigen Teilchen fungieren wie ein extrem präziser Stift. Mit einem Elektronenstrahl kann Material Punkt für Punkt aufgebaut werden, genau dort, wo es benötigt wird.

Das Material selbst wird in Form spezieller Moleküle auf die Oberfläche geblasen – vergleichbar mit einem unsichtbaren Nebel. Trifft der Elektronenstrahl auf diese Moleküle, zerstört er bestimmte Verbindungen. Nur die benötigten Bestandteile bleiben an der Oberfläche zurück, aus denen Schicht für Schicht die gewünschte Struktur wächst. So entstehen Objekte, die tausendmal dünner sind als ein Haar.

Microbots für gezielte Aufgaben

Mit dieser Technik lassen sich etwa spiralförmige Objekte herstellen, die sich in Flüssigkeiten fortbewegen können. Ähnlich wie manche Bakterien nutzen sie ihre Form, um sich vorwärts zu drehen. Diese sogenannten Microbots sind kleiner als ein Haar und dennoch beweglich.

Künftig könnten solche Miniaturmaschinen eingesetzt werden, um gezielt Wirkstoffe zu transportieren oder Prozesse in winzigen Kanälen zu steuern. Die Forschung an der TU Graz macht eine Welt gestaltbar, die mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.

Quelle: https://www.tugraz.at/news/artikel/nanodruck-wie-druckt-man-unsichtbare-dinge