Weltweit schnellster Laser für hochreine Nanopartikel

Seine Pulse setzt er mit hoher Energie, ultrakurz und rasend schnell: Der neue Piko­sekunden-Laser der Uni Duisburg-Essen ist eine Spezial­entwicklung, um hoch­reine Nano­partikel in großen Mengen her­zu­stellen – etwa für Katalysatoren oder zur Krebs­therapie. Es gilt weltweit als das leistungs­stärkste und schnellste Laser­system zur Her­stellung von Nano­partikeln. Das System wird am 30. September im Rahmen eines Themen­abends „Materialien für die Photonik“ eingeweiht.

Hochreine Nanopartikel sind ideal für Anwendungen in High-Tech-Systemen oder in der Medizin. Denn ihre Ober­flächen sind frei von Ablagerungen und Verun­reinigungen. Bislang werden die Partikel jedoch nicht breit eingesetzt, weil klassische Laser nur einige Milligramm pro Stunde produzieren können. Das neue System leistet hingegen Erstaunliches: Gerade einmal zwei Piko­sekunden dauern seine Pulse. So schafft der neue Laser über vierzig Millionen Pulse in einer Sekunde, und das über einen längeren Zeitraum. Die Methode ist sehr produktiv und eignet sich auch für hitze­empfindliche Bio­moleküle. Denn trotz der enormen Energie erwärmt sich das Material kaum.

Unglaublich schnell und präzise arbeitet der Laser­strahl: Mit etwa 1.800 km/h rast er gleich­mäßig über das Plättchen, das in einer Flüssig­keit liegt, und sprengt winzigste Partikel heraus. Dabei passiert das, was bei jeder Laser­ablation auf­tritt: Um den Einschlag bildet sich eine Kavitations­blase aus Dampf. Sie würde den nächsten Schuss abfangen, träfe er auf die gleiche Stelle. Um das zu verhindern, hat das neue Gerät ein ausge­klügeltes Spiegel­system: Es setzt jeden Puls neben den anderen, immer um das Zwanzig­fache des eigenen Durch­messers entfernt.

„Dieses maßgeschneiderte System verbessert unsere Ausbeute an reinen Nano­partikeln deutlich“, freut sich Stephan Barcikowski, der den Forschungs­schwerpunkt „Laser­generierte funktionale Nano­partikel und -materialien“ leitet. „Einige Gramm pro Stunde können wir nun herstellen. Die Kombination aus ultra­kurzen Pulsen bei hoher mittlerer Leistung und großer Geschwindigkeit des Laser­strahls ist einmalig.“ Wissenschaftler der Uni Duisburg-Essen und externe Kooperations­partner können das Gerät für ihre Forschung zu nutzen, aus den Labor­ergebnissen sollen praktische Anwendungen entstehen. Denkbar ist vieles – beispielsweise zentrale Venen­katheter, die mit anti­bakteriell wirkenden Silber­nano­partikeln beschichtet sind oder auch Nano­strukturen, die gezielt Wirk­stoffe in Tumore einbringen bis hin zu Katalysatoren mit hoch­leistungsfähigem Nanomaterial.

UDE / RK