Morpho-Schmetterlinge sind berühmt wegen ihrer leuchtend blauen Strukturfarbe. Einem Forschungsteam aus Bochum und Kiel ist es gelungen, diese mittels einer hochpräzisen 3D-Drucktechnik nachzuahmen. Die Forscher nutzen dafür die Zwei-Photonen-Polymerisation, kurz 2PP. An der Arbeit waren Mitarbeiter des Lehrstuhls für Laseranwendungstechnik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Prof. Dr. Andreas Ostendorf und Prof. Dr. Cemal Esen sowie der Arbeitsgruppe „Funktionelle Morphologie und Biomechanik“ der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) um Prof. Dr. Stanislav Gorb beteiligt.
Das laserbasierte Druckverfahren, das die Forscher verwenden, ermöglicht die dreidimensionale Bearbeitung lichtempfindlicher Harze. Komplexe 3D-Strukturen lassen sich, ausgehend von virtuellen Computermodellen, auch ohne Stützstrukturen realisieren. Dabei können einzelne Strukturmerkmale kleiner als 100 nm sein, was etwa einem Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haars entspricht.
Im 3D-Druck hierarchisch aufgebaute Mikro- und Nano-Strukturen herstellen
Mit dieser Drucktechnik lassen sich auch hierarchisch aufgebaute Strukturen auf Mikro- und Nanometerebene herstellen. Diese sind die Basis der Strukturfarbe der Schmetterlinge: Sie wird durch winzige, tannenbaumähnliche Strukturen auf der Flügeloberfläche hervorgerufen. Komplexe physikalische Phänomene zwischen Licht und den Strukturen ermöglichen es, die blaue Farbe fast winkelunabhängig wahrzunehmen.
Die Forschenden konnten die Strukturen auch so umgestalten, dass die winkelunempfindliche blaue Farbe gleichmäßig oder nur aus bestimmten Richtungen sichtbar ist. Der Schlüssel dazu ist die Geometrie der Strukturen, die nur auf der Mikroskala verändert werden musste. Die neuartigen Designs eignen sich zum Beispiel auch für hochkomplexe Fälschungsschutzmerkmale.
Auch andere funktionelle Strukturen lassen sich imitieren
Auch zeigte sich das Potenzial des 2PP-Verfahrens im Bereich Biomimetik. Viele funktionelle Strukturen aus der Natur könnten für die Technik interessant sein und verbesserte Haftung oder Verschleißfestigkeit hervorrufen. Superhydrophobie, die man beim Lotuseffekt beobachten kann, oder bestimmte Färbungen gehören ebenfalls in dieses Spektrum an Möglichkeiten.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Cemal Esen
Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik
Fakultät für Maschinenbau
Ruhr-Universität Bochum
E-Mail: esen@lat.rub.de
Prof. Dr. Stanislav N. Gorb
Arbeitsgruppe – Funktionelle Morphologie und Biomechanik
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
E-Mail: sgorb@zoologie.uni-kiel.de
Hier finden Sie mehr über:
