Untersuchung von Raumladungsfeldern bei eisendotiertem Lithiumniobat

Das Themengebiet der Optofluidik kombiniert Ansätze aus der Mikrofluidik mit dem Potential der Optik. Dabei lassen sich Anwendungen besonders in den Bereichen Pharmazie, Zellbiologie sowie Chemie finden. In all diesen Disziplinen bewegen wir uns im Bereich von Mikrometern, in dem komplexe biologische aber auch technisch relevante Systeme nachgebildet werden müssen. Derartige Labore in Chipgröße (lab-on-a-chip devices) nutzen lithographisch erzeugte Mikrokanalstrukturen, die sich auf der Oberfläche eines photorefraktiven Kristalls befinden und einen direkten Kontakt zwischen Kristall und Medium erlauben. Durch strukturierte Beleuchtung kommt es im Kristall zu einer reversiblen Ladungsträgerumverteilung, die in einem inhomogenen elektrischen Feld (virtuelle Elektrode) resultiert. Elektrisch geladene aber auch ungeladene Objekte erfahren eine Kraft, die entlang des Gradienten des Raumladungsfeldes wirkt. Dabei können wir Feldstärken von bis zu 100 kV pro mm erreichen. Das elektrische Feld durchdringt auch das Volumen der Mikrokanäle, wodurch zum Beispiel die Bewegungsrichtung eines Tropfens gezielt geändert wer-den kann. Der hierfür verantwortliche Effekt wird als Di-/Elektrophorese bezeichnet und findet u. a. beim Sortieren und Anreichern von Zellkulturen Verwendung. Dabei sorgen meist starre Metallelektroden für die Ausbildung des elektrischen Feldes, was die Verwendung des Chiplabors für andere Anwendungen stark einschränkt. Im Gegensatz dazu können die virtuellen Elektroden im photorefraktiven Kristall durch geeignete Prozesse wieder gelöscht werden, wodurch ein darauf basierendes Chiplabor deutlich effizienter ist und mit einer völlig anderen Elektrodenkonfiguration wiederverwendet werden kann.

Im Rahmen der Bachelorarbeit soll die Feldstärke der virtuellen Elektroden an der Oberfläche eines photorefraktiven Kristalls quantitativ mit einem modifizierten Rasterkraftmikroskop bestimmt werden. Diese sinkt mit steigendem Abstand zur Kristalloberfläche und wird bei hohen Mikrokanälen eine reduzierte Kraftwirkung zur Folge haben. Weiterhin wird sich die Feldstärke in Abhängigkeit verschiedener Medien ändern, deren Effekt zu ermittelt ist. Zur Erzeugung virtueller Elektroden verwenden wir zunächst die Zweistrahlinterferenz, um sehr feine Volumenphasengitter zu erhalten. Für beliebig geformte Elektroden verwenden wir einen räumlichen Lichtmodulator (engl. Spatial Light Modulator).

Die Abschlussarbeit gliedert sich thematisch in laufende Forschungsarbeiten des „Optical Tweezers“-Team der AG Nichtlineare Photonik ein. In unserem Team, bestehend aus Studenten und Doktoranden und Postdoktoranden, besprechen wir regelmäßig unsere Laborergebnisse, aufgetretene Probleme, sammeln Ideen zur Lösung verschiedenster Aufgaben und stellen aktuelle Paper vor.

Wir suchen engagierte Studentinnen und Studenten, die sich für den Bereich der Optik und Photonik interessieren und an aktueller Forschung mitarbeiten möchten.

Ansprechpartner: Bei Interesse an einer Abschlussarbeit in unserem Team können Sie sich an Jens Schnelle wenden. Einzelheiten zum angebotenen Thema können wir gern bei einem Rundgang durch unsere Labore für optische Mikromanipulation besprechen.