Entwicklung eines neuartigen Self-Aligned Molding Technology (SAMT) Prozesses für das vollständige 3D Prägen von Mikro- und Nanopartikeln

Die Mikro- und Nanotechnologie ist heute nicht mehr aus der natur- und ingenieurswissenschaftlichen Forschung wegzudenken. Insbesondere Nanopartikel weisen bereits ein breites Anwendungsfeld in der Praxis auf.

Die Eigenschaften der Nanopartikel unterscheiden sich meist von denen des Bulk-Materials, aus denen Sie bestehen. Sie kann insbesondere über die Größe und das Material der Nanopartikel eingestellt werden. Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigten jedoch auch einen hohen Einfluss der Partikelform auf ihre Eigenschaften.

Für die Herstellung von Nanopartikeln in großen Mengen ist der Stand der Technik diese per Bottom-Up-Verfahren zu produzieren. Dabei wachsen Nanopartikel kolloidal aus einer Lösung. Es entstehen in dieser Weise in den meisten Fällen jedoch nur sphärisch geformte Partikel. Ihre Größenverteilung ist je nach Prozess und Aufwand mehr oder weniger groß und dieses Verfahren ist in der Materialauswahl eingeschränkt.

Für einen neuen Ansatz der Umsetzung hoher Genauigkeitsansprüche und Formvielfalt sowie Materialauswahl wird neuerdings auf die Nanoimprint-Technologie zurückgegriffen.

Nanoimprint zeichnet sich vor allem durch die einmalige Herstellung der Struktur in Form eines Masterstempels bzw. einer Ausgangsform aus. Der ansonsten hohe Aufwand einer Strukturierung wird damit durch einen nur einstufigen Abformungsprozess ersetzt. Auch mit kleinflächigen Stempeln ist durch wiederholtes Stempeln die Strukturierung großer Flächen möglich. Vielmals wird ein einziger zweidimensional (2D) oder dreidimensional (3D) strukturierter Stempel im Single-Mold-Imprint-Verfahren genutzt, was dem klassischen Ein-Stempel-Verfahren entspricht. Die Strukturierungsmöglichkeiten werden aber durch eine Dual-Mold-Imprint-Methode, die eine simultane zweiseitige Strukturierung unter Verwendung von zwei Stempeln darstellt („Waffeleisen-Prinzip“), noch wesentlich erweitert. Diese Methode stellt bei der konventionellen Durchführung der Abformung jedoch immer höhere Ansprüche an die Justierung der beiden Stempel relativ zueinander, je kleiner die Strukturen werden. Aufgrund dieser Problematik erscheint die Weiterentwicklung dieser Technik für eine spätere wirtschaftliche Verwertung - insbesondere in Strukturgrößenordnungen von wenigen Nanometern - meist nicht attraktiv.

Am INAwurde als Alternativlösung das Prinzip des Self-Aligned NanoShaping (SANS) entwickelt und zum Patent angemeldet. Dieses innovative Verfahren ermöglicht eine simultane Strukturierung von zwei Seiten in einem einstufigen Abformungsprozess mit mechanischer Selbstjustierung der Strukturen. Dies wird mithilfe der charakteristischen SANS-Struktur ermöglicht, die eine submillimetergenaue Justierung gänzlich überflüssig macht. Das Alleinstellungsmerkmal dieses Verfahrens ist die bereits in der SANS-Struktur integrierte Präzision der Abformung. SANS eignet sich daher perfekt für eine massenproduktionstaugliche Fließfertigung. Dies macht die Entwicklung dieser einzigartigen Technologie für die industrielle Anwendung interessant.

Weitere Themen zu Funktionale 3D Partikel:  Magnetische Nanopartikel (Prof. Ehresmann, Fachgebiet Dünne Schichten und Synchrotronstrahlung, Universität Kassel); Herstellung formspezifischer polymerer Nanopartikel sowie Untersuchung derer Verteilung und Toxikologie nach pulmonaler Applikation in der Mauslunge (NanoImprint Pharmakon, NIP)

Ausgewählte Publikationen:

M. Smolarczyk ; S. Reuter ; L. Jablonka ; H. Hillmer: Implementation of A Novel Self-Aligned NanoShaping (SANS) Technology to Fabricate 3D Nanoparticles. In: Technical Digest of 13th Int. Conf. Nanoimprint and Nanoprint Technology (NNT2014) (2014), 24A-7-4

S. Schudy ; M. A. Smolarcyk ; H. H. Hillmer ; N. Worapattrakul ; F. Pilger: Nano-Formgebungsstruktur. Patent: DE 102011054789 A1 (2011), WO 2013/060618 A1 (2011), EP 2771161 (2014).

Weitere Informationen zum Patent: http://www.gino-innovativ.de/de/patente.asp - Eintrag: TE_015[2012] 3D-Nanoabformung

Weitere Publikationen der Technischen Elektronik

Ansprechpartner: Uh-Myong Ha, Sabrina Reuter,
Zusammenarbeit mit Gino GmbH: http://www.gino-innovativ.de/