uni'wissen 01(3)-2011

In der dreidimensionalen Versuchsanordnung der Mikrotechniker stehen etwa 25 kleine, gefäß- artige Spulen je Quadratzentimeter wie Zinnsol- daten auf einer Glasplatte. Mit lithografischen Methoden aus der Elektrotechnik, mit denen Strukturen auf Halbleiterchips aufgebracht wer- den, können heute in der Mikrotechnik auch ­mechanische oder optische Strukturen herge- stellt werden. Die Lithografie ist eine Art Schatten- wurftechnik. Alles, was auf ein Blatt Papier ge- zeichnet werden kann, lässt sich lithografisch übertragen. Wenn man zum Beispiel einen Kreis in eine sehr dünne lichtempfindliche Lackschicht – einen so genannten Resist – überträgt, wird er als solcher kopiert. Überträgt man ihn in eine ­dicke Lackschicht, entsteht als Schattenwurf ein Zylinder. „Wenn wir dicke Strukturen erzeugen wollen, die sich auch in der dritten Raumrichtung verändern, stellen wir eine Lage nach der anderen her“, erklärt Wallrabe. Die Forscherinnen und Forscher können also mehrere Ebenen aufeinan- derstapeln und dabei die Schichtdicke oder die Materialien variieren. Um den Zylinder gewickelt Die Forscher erzeugen mithilfe der Lithografie einen Zylinder aus Resist und nutzen diesen als Träger für eine Spule aus Golddraht, die unten ansetzt und in jeder Wicklung ansteigt. „Die Spule macht etwas, was allein mit lithografischen Metho- den nicht möglich ist. Sie krümmt sich in die Höhe und damit in die dritte Dimension“, sagt Wallrabe. Die Grundlage dafür war Jan Korvinks Idee, eine Maschine aus der Mikroelektronik um- zufunktionieren. „Man könnte auch sagen, wir haben sie missbraucht, um die Spulen herzu­ stellen“, so der Mikrotechniker. Einer Hightech-­ Nähmaschine vergleichbar, nimmt die Maschine dünne Golddrähte auf und wickelt sie mit einer so genannten Drahtbondtechnik um den Zylinder. Wie groß die Spule sein muss und wie viele Wicklungen sie hat, hängt von der geplanten ­Anwendung ab. Die Spulen haben einen Durch- messer von 0,2 bis maximal 1 Millimeter. Der ­Wickelprozess läuft in einer halben Sekunde ab, dann kommt die nächste Spule dran. So können die kleinen Strukturen in Parallelfertigung in hohen Stückzahlen hergestellt werden, was die Kosten senkt. „Sonst wäre das unglaublich teuer“, sagt Korvink. Einen standardisierten Fertigungs­ prozess für dreidimensionale Mikrospulen gab es bislang nicht. Einmal entwickelt, könnte die Spulentechnologie auch für andere Projekte ­genutzt werden. Für die biologische Forschung an Zellen in der Kernspintomografie sind bei einer Spule vier bis fünf Wicklungen ausreichend. In den Resist­ zylinder kommen die Zellen hinein. Er hat also eine Doppelfunktion: Einerseits trägt er die Spule, andererseits ersetzt er die Petrischale. In der Abteilung von Jürgen Hennig sorgt ein Magnet mit einer Stärke von 9,4 Tesla (die Einheit für magnetische Flussdichte) für das nötige Magnet- feld. Standardröhren aus der Medizin dagegen verfügen nur über 1,5 Tesla. Die kleinen Zylinder mit den Spulen aus Golddraht kommen in diese große Maschine hinein und geraten unter den Einfluss eines konstanten Magnetfeldes. „Bisher haben wir nur die Messspule miniaturisiert, alle anderen Spulen bleiben groß“, sagt Wallrabe. Die Wissenschaftler bekommen so genug Signale, Aus groß mach klein: Bisher sind die Messspulen bei Kernspintomographen auf Körperteile wie zum Beispiel Köpfe, Arme oder Beine zugeschnitten (Bild links). Die Freiburger Forscher haben die Spulen ­jedoch so verkleinert, dass sie auch einzelne Zellen damit untersuchen können (Bild rechts). Fotos: Spiegelhalter/Universitätsklinik Freiburg, ­Badilita „Wenn die Zellen leben, können sie sich auch teilen – und der Biologe kann dabei zuschauen“ 30 uni'wissen 03