Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart und der National University of Singapore (NUS) hat kürzlich eine neuartige 3D-Mikro-/Nano-Montagetechnik entwickelt, die die Beschränkungen traditioneller Verfahren bei der Materialauswahl überwindet. Bislang stützte sich die Herstellung von Komponenten, die schmaler als ein Haar sind, hauptsächlich auf die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP), wobei die Materialauswahl auf Polymere und wenige andere Typen beschränkt war. Dieser neue Fortschritt ermöglicht es, die 3D-Mikro-/Nano-Fertigung auf eine Vielzahl von Substanzen wie Metalle, Metalloxide, Kohlenstoffmaterialien und Halbleiter anzuwenden, was breitere Möglichkeiten für Bereiche wie Medizin, Ingenieurwesen und Robotik eröffnet.

Der Kern dieser 3D-Mikro-/Nano-Montagetechnik liegt in der gezielten Nutzung von photonisch-fluidischen Wechselwirkungen, d. h. der Steuerung der Anordnung von Mikro- oder Nanopartikeln durch lichtgetriebene Strömungen. Die Forscher verwendeten einen Femtosekundenlaser, um spezifische Punkte in einer Flüssigkeit zu erhitzen, wodurch thermische Gradienten induziert werden, die Flüssigkeitsströmungen erzeugen. Dadurch werden Partikel gesammelt und in eine Form gelenkt. „Auf diese Weise können wir die 3D-Anordnung verschiedener Mikro- oder Nanopartikel in eine Form lenken“, sagte Zhang Mingchao, Assistenzprofessor an der NUS und Mitautor der in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlichten Arbeit. Diese 3D-Mikro-/Nano-Montagemethode ermöglicht die Herstellung von Mikrostrukturen in verschiedenen Formen wie Würfeln und Kugeln.

In der praktischen Anwendung richtet sich der Laser auf die Öffnung einer Mikroform. Die Partikel passieren den Spalt und verteilen sich im Inneren, um die gewünschte dreidimensionale Struktur zu bilden. Nach dem Entfernen der Form erhält man eigenständige Mikrokomponenten, ähnlich wie bei traditionellen Gießverfahren. Dieser Durchbruch in der 3D-Mikro-/Nano-Montagetechnik erweitert nicht nur das Materialspektrum, sondern verbessert auch die Flexibilität und Präzision der Fertigung. Er könnte die weitere Anwendung der Mikro-/Nanotechnologie in Forschung und Industrie vorantreiben.