Nr. 17 / 2022

01. März 2022 : Inspiriert von Insekten: Uni erhält EU-Patent für Nanostamping

Die Chemiker Prof. Dr. Martin Steinhart (Universität Osnabrück) und Prof. Dr. Longjian Xue (Wuhan University) haben ein sogenanntes Kapillarnanostempel-Verfahren erfunden. Dafür wurde nun ein Europäisches Patent erteilt. 

„Das Stempeln von Material auf Oberflächen leidet nach dem Stand der Technik darunter, dass während nacheinander durchgeführter Stempelzyklen keine Tinte nachgeführt werden kann und die Qualität der so erzeugten Muster immer schlechter wird. Kapillarnanodruck löst dieses Problem“, so Steinhart. Inspiriert wurde die Erfindung des innovativen Stempel-Verfahrens durch die Fähigkeiten von Insekten, Wände hochzulaufen. 

Viele Insekten weisen an ihren Füßen Felder kleinster Härchen auf, mit denen sie auch auf rauen Oberflächen haften bleiben können. Dabei setzen die Insekten auch Flüssigkeiten ein, die durch Poren in den Härchen abgeschieden werden. Lösen die Insekten ihre Füße von einer Oberfläche ab, bleiben auf diesen Feldern kleinste Tröpfchen zurück. Dieses Prinzip wird durch den Kapillarnanodruck technisch ausgenutzt. Hierfür werden Stempel mit schwammartigen Porensystemen verwendet, deren Porendurchmesser typischerweise kleiner als ein zehntausendstel Millimeter sind. In diese Porensysteme lässt sich eine große Bandbreite wässeriger und nichtwässeriger Tinten füllen, so dass viele aufeinanderfolgende Stempelvorgänge ohne Erschöpfung der Tintenvorräte durchführbar sind – entweder manuell oder automatisiert.  Die Universität Osnabrück kann das Stempel-Verfahren durch das Europäische Patent nun in großen Teilen Europas vermarkten.

„Mein Team und ich haben in den letzten fünf Jahren den Kapillarnanodruck im Rahmen eines durch den Europäischen Forschungsrat ERC geförderten Consolidator Grants entwickelt. Mit einem Portfolio aus an verschiedene Verfahrensvarianten angepassten porösen Stempeln lassen sich im Labor mit hoher Effizienz Muster und Strukturen aus einer Vielzahl funktionaler Materialien erzeugen“, erklärt Prof. Steinhart. Die Muster und Strukturen sind dabei Kopien der Topographie der Stempeloberflächen, wobei die kleinsten bislang realisierten Strukturen eine Größenordnung von ungefähr einem zehntausendstel Millimeter besitzen. 

Es sind diverse Anwendungsszenarien für den Kapillarnanodruck denkbar. So ist es beispielsweise vorstellbar, durch Kapillarnanodruck kleinste Partikel aus schwerlöslichen Arzneistoffpartikeln herzustellen. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche weisen die kleinen Arzneistoffpartikel möglicherweise eine verbesserte Bioverfügbarkeit auf. Auf diese Art und Weise könnten Arzneistoffdosen reduziert werden, was wiederum das Ausmaß der Nebenwirkungen und die Arzneistoffkontamination der Umwelt reduzieren könnte. Eine weitere potentielle Anwendungsmöglichkeit ist die Herstellung strukturierter dünner Schichten aus Funktionsmaterialien, die auf diese Weise einfach in Geräte-Architekturen integrierbar sein könnten. Ebenso vorstellbar ist die Herstellung von Oberflächen für bioanalytische Anwendungen oder für Anwendungen im Bereich der Medizin sowie von Oberflächen mit maßgeschneiderten Benetzungseigenschaften.

Zuständig für Erfindungen und Patentanmeldungen an den Osnabrücker Hochschulen ist Dr. Christian Newton aus dem Transfer- und Innovationsmanagement, der in enger Zusammenarbeit mit dem Wissenschaftler die Anmeldung auf den Weg brachte: „Eine Patenterteilung bedeutet in anderen Worten, dass dieses Forschungsergebnis eine Weltneuheit made in Osnabrück darstellt. Die Erfindung von Prof. Steinhart und die Patenterteilung bestätigen damit die Innovationskraft der Universität und des Forschungsstandortes Osnabrück.“ 

Weitere Informationen für die Redaktionen:
Prof. Dr. Martin Steinhart, Chemie, Universität Osnabrück
Tel.: +49 541 969 2817
martin.steinhart@uni-osnabrueck.de