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Innovative optische Pinzette greift Mikropartikel ohne Berührung

Die Technische Universität Ilmenau hat für die Entwicklung einer innovativen optischen Pinzette den renommierten Edmund Optics Research-Preis gewonnen. Die Pinzette greift, hält und positioniert Mikropartikel, ohne sie zu berühren. Das neue Verfahren, das von einer Forschergruppe des Fachgebiets Technische Optik der TU Ilmenau entwickelt wurde, nutzt stattdessen allein die Kraft von Laserlicht auf Mikropartikel aus. Die Preisübergabe findet am 14. Dezember 2011 an der TU Ilmenau statt.

Der Edmund Optics Research Award ist ein seit vielen Jahren in Amerika etablierter Innovationspreis. In diesem Jahr wurde der Preis des weltweit größten US-amerikanischen Händlers optischer Komponenten Edmund Optics Inc. erstmals auch für Europa ausgeschrieben. Mit über 60 Bewerbungen von Forschergruppen aus ganz Europa fand die Ausschreibung ein großes Echo. Dabei gewann die TU Ilmenau den ersten Platz vor dem University College Dublin, Irland, und der Polytechnischen Universität von Valencia, Spanien.

Bereits heute werden optische Pinzetten zur Mikromanipulation von Partikeln und Partikelströmen auf der ganzen Welt in zahlreichen Forschungslaboratorien verwendet. Insbesondere im Bereich der Medizintechnik und der Biotechnologie, aber auch in der Atomphysik wird die Kraftwirkung von Licht zum Fixieren und Anreichern von biologischen Zellen oder auch zum Positionieren und Abkühlen von Atomen ausgenutzt. Daher sind sie unter anderem in der Medikamentenforschung wichtige Hilfsmittel.

Herkömmliche optische Pinzetten sind technisch angepasste Mikroskope und daher verhältnismäßig sperrig. Die Möglichkeiten, sie in der Praxis einzusetzen, sind daher begrenzt. Der Forschergruppe um den Leiter des Fachgebiets Technische Optik an der TU Ilmenau, Prof. Stefan Sinzinger, gelang es nun, ein neuartiges Modul bestehend aus einem einzigen transparenten Kunststoffstab zu entwickeln, das für diese Anwendung den komplexen Mikroskopaufbau ersetzen kann, aber mit ca. 60 mal 20 Millimetern wesentlich kompakter ist. Alle optischen Bauelemente wurden ebenso wie die funktionalen optischen Oberflächen durch Ultrapräzisionsbearbeitung im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Sonderforschungsbereich „Nanopositionier- und Nanomessmaschinen“ der TU Ilmenau realisiert.

Clou der neuen Technologie ist eine spezielle Axikon-Optik. Damit werden mit Hilfe von Laserlicht stärkere Manipulationskräfte als bei derzeit gebräuchlichen optischen Pinzetten erzeugt. Durch den so ermöglichten vergrößerten Arbeitsabstand der Laser-Pinzetten vom zu bearbeitenden Objekt sind sie künftig hervorragend für biomedizinische Analysen in Mikrofluidik-Systemen geeignet. Die erheblich verbesserte Kombinierbarkeit mit integrierten mikrofluidischen Systemen wird die Laborarbeit in der Medizintechnik und der Biotechnologie geradezu revolutionieren. Im Projekt Kompetenzdreieck Optische Mikrosysteme des Bundesministeriums für Bildung und Forschung entwickelt die TU Ilmenau optische Pinzetten insbesondere für die Zellmanipulation, -sortierung und -anreicherung in einem optischen Bioreaktor. Auch in der Produktionstechnik sind optische Pinzetten als effektive Werkzeuge für das Handling von immer kleiner werdenden Bauelementen ideal. Industriebetriebe haben mit dem Fachgebiet Technische Optik bereits Kontakt aufgenommen. (Tu Illmenau)