Beispiele solcher smarten Oberflächen sind „gedruckte Minilabors“ oder „intelligente Tinten“, die etwa für gedruckte Antennen verwendet werden können.
Was bedeutet überhaupt „Nano“? „Nano“ (altgriechisch „Zwerg“) steht für eine Größenordnung. Damit wird der milliardste Teil von etwas bezeichnet – in diesem Fall von der Länge oder Strukturgröße. In der Nano-Welt haben Materialien und Komponenten völlig andere Eigenschaften als sonst, sie verändern etwa Farbe, Härte oder elektrische Eigenschaften. Außerdem gelten andere Regeln als in der gewohnten Welt, denn es greifen die Gesetze der Quantenmechanik. MATERIALS, das Institut für Oberflächentechnologien und Photonik der Joanneum Research, forscht hauptsächlich im Bereich von großflächigen Nano-Drucktechnologien um Oberflächen multifunktional zu machen. Aus diesen Forschungsarbeiten entstehen anwendbare Technologien sowohl für die Industrie als auch für die Medizintechnik oder die Verbesserung alltäglicher Gebrauchsgegenstände.
Minilabors, gedruckt auf biegsamen Folien
Als Beispiel für anwendungsorientierte Forschung dient das Horizon 2020-Projekt „R2R Biofluidics“: DI Dr. Paul Hartmann, Direktor von MATERIALS, über das EU-Projekt, das lebensbedrohlichen Bakterien den Kampf ansagt: „Durch übermäßigen Antibiotikaeinsatz, sowohl in der Humanmedizin als auch in der Tierzucht, steigt die Anzahl der sogenannten Krankenhauskeime stark an. Daher sind kostengünstige Tests zum frühzeitigen Aufspüren antibiotikaresistenter Bakterien dringend notwendig. Wir arbeiten innerhalb eines Projekt-Konsortiums an Mini-Labors aus mikro- und nanostrukturierten Kunststoffen, die lebensbedrohliche Keime rasch aufspüren und so eine gezieltere Behandlung möglich machen“. Auch in der Entwicklung neuer Arzneimittel muss eine große Anzahl von Tests durchgeführt werden, um die Wirkung neuer Substanzen frühzeitig zu bestimmen. Die heimische Forschungsgesellschaft koordiniert das EU-Projekt („R2R Biofluidics“), an dem neun weitere Partner aus der Industrie und Forschung beteiligt sind.
Diese strukturierten Kunststoffe sind für diagnostische Tests (lab-on-chip, also Minilabors, aufgedruckt auf winzigen Chips) nicht nur preiswert, sondern auch in großem Umfang herstellbar. Möglichst kostengünstig wird die Produktion durch den Einsatz des Rolle-zu-Rolle-Prägeverfahrens (R2R), womit flexible Kunststofffolien mit hochpräzisen Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich großflächig hergestellt werden. MATERIALS, das Institut für Oberflächentechnologien und Photonik der Joanneum Research, verfügt über die europaweit einzige Rolle-zu-Rolle-Anlage (R2R), die UV-Nano-Imprint-Lithographie und Heißprägen kombiniert. Das R2R-Verfahren, das im Grundprinzip so ähnlich funktioniert wie moderne Zeitungsdrucktechnik, ermöglicht demnach eine Produktion von funktionellen mikrofluidischen Strukturen in großem Maßstab, wodurch der Stückpreis drastisch gesenkt werden kann.
Gedruckte Elektronik made in Weiz
Direkt neben MATERIALS, dem Institut für Oberflächentechnologien und Photonik der Joanneum Research, befindet sich die NanoTecCenter Weiz GmbH (NTCW) mit rund 25 hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Bis Ende 2015 waren die Joanneum Research und die Technische Universität Graz zu gleichen Anteilen an der NanoTecCenter Weiz GmbH (NTCW) beteiligt. Nun hat die Joanneum Research alle Anteile übernommen und kann so ihr Know-how bei Drucktechnologien im Nano-Bereich weiter ausbauen. Die Technische Universität Graz wird sich weiterhin inhaltlich einbringen und mit der Joanneum Research im Bereich Nanotechnologie-Entwicklung in Weiz eng kooperieren.
„Die NTCW arbeitet seit jeher eng mit uns zusammen. Die Synergieeffekte haben dazu beigetragen, dass der Forschungsstandort Weiz in diesem speziellen Forschungsbereich rund um Druck- und Strukturierungstechnologien im Mikro- und Nanobereich in Europa eine Führungsrolle einnimmt. Der Schwerpunkt der NTCW liegt in der Prozessentwicklung für ‚intelligente Tintensysteme‘, die Joanneum Research ist führend unter anderem in hochauflösenden Strukturierungstechnologien“, erläutert Hartmann, der seit November 2015 auch als wissenschaftlicher Geschäftsführer der NTCW tätig ist. Aus dieser Zusammenarbeit können spannende Applikationen wie neuartige Antennen, Sensoren und organische Transistoren entstehen.