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SINOMICS – Nanotechnologie-Projekt an der Uni Gießen gestartet

„Wir müssen gezielt in Forschung und Entwicklung investieren, um den künftigen Wohlstand unserer Gesellschaft zu sichern“, unterstrich der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung, Dr. Helge Braun, MdB, am Rande der Übergabe eines Bewilligungsbescheides über 1,1 Millionen Euro für das Projekt „Skalenübergreifende Integration von Nanodraht-Heterostruktu­ren mit Optischen Mikrosystemen für Innovative Chemische Sensoren“ (SINOMICS). Die Herstellung chemischer Sensoren mit verbesserten Detektionsei­genschaften für den Einsatz beispielsweise bei der Detektion von Explosivstoffen, in der Flüssigkeitsüberwachung oder der Biosensorik steht im Fokus dieses Nano­technologie-Forschungsprojekts an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU).

SINOMICS ist eines von 25 Projekten, die im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „Mikro-Nano-Integration als Schlüsseltechnologie für die nächste Generation von Sensoren und Aktoren“ für drei Jahre unterstützt werden. Unter Federführung von Prof. Dr. Martin Eickhoff entwickeln Wissenschaftler der JLU in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) Freiburg und der Technischen Universität Ilmenau neuartige chemische Sensoren unter Ver­wendung von sogenannten Halbleiter-Nanodrähten. Diese Strukturen sind mit einem Durchmesser von weniger als 50 Nanometern ca. 1.000mal dünner als ein mensch­liches Haar – ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Die Detektion von Gasen oder Ionen in Flüssigkeiten durch diese Sensoren erfolgt nicht elektrisch sondern optisch: Die Wissenschaftler nutzen aus, dass sich die Eigenschaften des von beleuchteten Nanodrähten abgestrahlten Lichts ändern, wenn bestimmte Mole­küle oder Ionen an der Nanodrahtoberfläche angelagert sind.

Die Forscher kombinieren Nanodrähte mit Leuchtdioden und Lichtdetektoren auf einem Chip – man nennt dies Mikro-Nano-Integration. Auf dieser Grundlage entwi­ckeln sie die Technologieplattform für neue optische Sensortypen mit verbesserten Detektionseigenschaften. Die Mikro-Nano-Integration stellt eine Schlüsseltechnolo­gie in der Umsetzung zukünftiger mikrosystemtechnischer Komponenten dar.

Der Physiker Prof. Dr. Martin Eickhoff, der mit seiner Arbeitsgruppe „Nanotechnolo­gische Materialien“ das Projekt initiiert hat, wurde 2008 an die JLU berufen und be­schäftigt sich schon seit einigen Jahren mit der der Erforschung von Nanostruktu­ren, unter anderem für den Einsatz in chemischen Sensoren und Biosensoren auf Halbleiter-Basis. Zur Herstellung der komplexen Nanostrukturen werden Selbstor­ganisationsphänomene genutzt: Das Material wird nicht nach der Herstellung auf­wendig strukturiert, sondern durch Kontrolle des Materialwachstums auf atomarer Basis direkt in der gewünschten Struktur hergestellt. Die Verwendung von Galliumnitrid als Grundstoff erlaubt dabei neben der Anwendung in chemischen Sensoren auch die Entwicklung neuartiger nano-optoelektronischer Bauelemente mit sehr hoher Stabilität, so können z.B. die Stabilität und die Effizienz zukünftiger Generationen von Leuchtdioden durch Verwendung solcher Strukturen gesteigert werden.

Als neuartiges Forschungsfeld wird in der Gruppe von Prof. Eickhoff in Zusammen­arbeit mit Arbeitsgruppen aus den lebenswissenschaftlichen Fachbereichen der JLU die Kombination von Halbleiter-Nanostrukturen mit biologischen Funktionssystemen untersucht. Mit Hilfe optischer oder elektronischer Sonden mit einer Größe von we­nigen Dezi-Nanometern sollen dabei chemische und elektronische Prozesse in bio­logischen Systemen, z.B. die elektrische Aktivität von Nervenzellen, sichtbar ge­macht werden. Das interdisziplinäre Arbeitsfeld zwischen Nanostrukturphysik, Mate­rial- und Lebenswissenschaften soll einen Schwerpunkt zukünftiger Forschungsar­beiten an der JLU bilden. (Uni Gießen)