Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order
| Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order (3DMM2O) | |
|---|---|
| Kategorie: | Forschungsverbund |
| Standort der Einrichtung: | Karlsruhe, Heidelberg |
| Fächer: | Naturwissenschaften, Ingenieurswissenschaften, Lebenswissenschaften |
| Fachgebiete: | Additive Fertigungsverfahren |
| Leitung: | Sprecher: Martin Wegener, Uwe Bunz |
| Homepage: | https://www.3dmm2o.de |
Das Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order (3DMM2O) ist ein Forschungsverbund des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Heidelberg. Seit Januar 2019 wird das Cluster im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für einen Zeitraum von zunächst sieben Jahre gefördert.[1] Zusätzlich fördert die Carl-Zeiss-Stiftung den Forschungsverbund in der Programmlinie „Grundlagenwissenschaften mit Anwendungsbezug“ über einen Zeitraum von fünf Jahren.[2]
Ziele[Bearbeiten]
Das Exzellenzcluster arbeitet an der Weiterentwicklung Additiver Fertigungsverfahren hinsichtlich Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit der Materialien. Ziel ist es, skalierbare digitale Additive Fertigungstechniken zu erreichen und es dadurch zu ermöglichen, „Materialien, Bauteile und Systeme mit höchster Prozessgeschwindigkeit und Auflösung im 3D-Verfahren zu drucken“[3]. Dadurch werden die "Voraussetzungen für neuartige Anwendungen in den Material- und Lebenswissenschaften [ge]schaffen"[4]. Ansatzpunkt des Exzellenzclusters ist entsprechend der 3D-Druck auf der Mikrometer-, Submikrometer- und Nanometerskala bis hin zur atomaren Skala, beispielsweise durch den Einsatz von 3D-Laserlithographie.[5]
Forschungsgebiete[Bearbeiten]
Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Exzellenzcluster 3DMM2O forschen zu drei unterschiedlichen Bereichen (Research Areas). Jeder der Forschungsbereiche ist dabei in Forschungsschwerpunkte (Research Thrusts) aufgeteilt:[6]
- A: Molecular Materials
- A1: Molecular Units
- A2: Crystalline Molecular Assemblies
- A3: Advanced Macromolecular Resists
- B: Technologies
- B1: 3D Laser Nanoprinting
- B2: Integrated Multiscale Nanomanufacturing
- B3: Electron Microscopy of Beam-Sensitive Materials
- C: Applications
- C1: 3D Hybrid Electronic and Photonic Systems
- C2: 3D Metamaterials
- C3: 3D Hybrid Organotypic Systems
Die drei Forschungsbereiche sind interdependent angelegt. Um die in Forschungsschwerpunkt C definierten Anwendungen zu ermöglichen, ist es vonnöten, dass die Entwicklungen und Wissensbestände der Forschungsschwerpunkte A und B zusammenkommen. So werden in Forschungsschwerpunkt A beispielsweise neuartige molekulare Tinten und Fotolacke entwickelt, die in neuartigen Werkzeugen und Prozessen des Forschungsschwerpunkt B eingesetzt werden und somit die Anwendungen in Forschungsschwerpunkt C ermöglichen. Das Exzellenzcluster verbindet damit Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung.[3]
Innerhalb des Exzellenzclusters wurden mehrere neue Fotolacke entwickelt, die Anwendungsmöglichkeiten von 3D-Drucktechnik erweitern. Neben Fotolacken, die es möglich machen, ausgewählte Segmente durch Enzyme oder Wasser nach dem Druckvorgang aufzulösen, wurde ein Fotolack entwickelt, der es ermöglicht, die Porosität polymerer Mikrostrukturen während des Druckprozesses zu steuern.[7]
Anfang 2020 stellten Wissenschaftler des Exzellenzclusters ein neues Zwei-Photonen-Polymerisation-Drucksystem vor, das bis zu 10 Millionen Voxel pro Sekunde drucken kann und somit eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu bestehenden Systemen darstellt. Die Forscher demonstrierten das Drucksystem durch die Herstellung eines Metamaterials, das mehr als 300 Milliarden Voxel enthält.[8]
Weiterhin wurde im Rahmen des Forschungsverbundes ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, mikrofluidische Kammern in einen 3D-Laserdrucker zu integrieren, was multimaterielle additive Fertigung auf der Mikro- und Nanoskala und die Herstellung mikrostrukturierter Sicherheitsmerkmale realisierbar macht. Eine andere Anwendung zeigt sich in der Anfertigung einer Struktur, die für die Untersuchung der Auswirkungen mechanischer Kräfte auf einzelne Zellen genutzt werden kann.[9][10]
Struktur[Bearbeiten]
Das Coordinating Committee trifft die strategischen Entscheidungen des Exzellenzclusters, etwa finanzieller oder personeller Natur, und stellt die wissenschaftliche Qualität der Arbeit im Exzellenzcluster sicher. Es umfasst zehn Principal Investigators - jeweils fünf vom Karlsruher Institut für Technologie und fünf von der Universität Heidelberg - sowie zwei Abgeordnete der Rektorate der beiden beteiligten Universitäten. Weitere Unterstützung hinsichtlich strategischer Planung und Qualitätssicherung wird durch das Scientific Advisory Board und das Industry Advisory Board ermöglicht, die eine externe wissenschaftliche beziehungsweise industrielle Perspektive auf die Forschung des Exzellenzclusters einbringen. Die General Assembly besteht aus allen Clustermitgliedern und bestätigt die Cluster-Sprecher und Principal Investigators auf Vorschlag der Rektorate der Universitäten.[11]
Principal Investigators[Bearbeiten]
Die wissenschaftliche Leitung der Forschung obliegt 33 „Principal Investigators“, die in den unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten arbeiten. Zum Förderbeginn im Januar 2019 lag die Anzahl der Principal Investigators bei 25. Im Jahr 2019 wurden fünf weitere Principal Investigators in das Exzellenzcluster aufgenommen.[12] 2020 wurde der Kreis um drei weitere Principal Investigators erweitert. Einer dieser Principal Investigators, Martijn Kemerink, hat am Centre for Advanced Materials der Universität Heidelberg eine Professur inne, die von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen der Fördermaßnahmen der Stiftung für das Exzellenzcluster 3DMM2O mit Anlaufinvestitionen unterstützt wird.
Bei der Auswahl der Principal Investigators wurde auf die Interdisziplinarität geachtet. Die Principal Investigators können acht Disziplinen zugeordnet werden: Chemie, Physikalische Chemie, Physik, Biophysik, Biologie, Biomechanik, Maschinenbau und Elektrotechnik.
Principal Investigators[Anmerkung 1]
| Name | Forschungseinrichtung | |
|---|---|---|
| 1 | Jasmin Aghassi | Karlsruher Institut für Technologie |
| 2 | Christopher Barner-Kowollik | Karlsruher Institut für Technologie / Queensland University of Technology |
| 3 | Martin Bastmeyer | Karlsruher Institut für Technologie |
| 4 | Eva Blasco | Universität Heidelberg |
| 5 | Stefan Bräse | Karlsruher Institut für Technologie |
| 6 | Uwe Bunz | Universität Heidelberg |
| 7 | Yolita Eggeler | Karlsruher Institut für Technologie |
| 8 | Dagmar Gerthsen | Karlsruher Institut für Technologie |
| 9 | Kerstin Göpfrich | Max-Planck-Institut für medizinische Forschung |
| 10 | Frauke Gräter | Universität Heidelberg / Heidelberger Institut für Theoretische Studien |
| 11 | Peter Gumbsch | Karlsruher Institut für Technologie / Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik |
| 12 | A. Stephen K. Hashmi | Universität Heidelberg |
| 13 | Gerardo Hernández-Sosa | Karlsruher Institut für Technologie |
| 14 | Martijn Kemerink | Universität Heidelberg |
| 15 | Christian Koos | Karlsruher Institut für Technologie |
| 16 | Jan Korvink | Karlsruher Institut für Technologie |
| 17 | Ulrich Lemmer | Karlsruher Institut für Technologie |
| 18 | Pavel Levkin | Karlsruher Institut für Technologie |
| 19 | Michael Mastalerz | Universität Heidelberg |
| 20 | Gislene Pereira | Universität Heidelberg |
| 21 | Carsten Rockstuhl | Karlsruher Institut für Technologie |
| 22 | Ute Schepers | Karlsruher Institut für Technologie |
| 23 | Rasmus R. Schröder | Universität Heidelberg |
| 24 | Ruth Schwaiger | Forschungszentrum Jülich |
| 25 | Ulrich Schwarz | Universität Heidelberg |
| 26 | Joachim P. Spatz | Universität Heidelberg / Max-Planck-Institut für medizinische Forschung |
| 27 | Motomu Tanaka | Universität Heidelberg / Universität Kyōto |
| 28 | Petra Tegeder | Universität Heidelberg |
| 29 | Franziska Thomas | Universität Heidelberg |
| 30 | Martin Wegener | Karlsruher Institut für Technologie |
| 31 | Wolfgang Wenzel | Karlsruher Institut für Technologie |
| 32 | Joachim Wittbrodt | Universität Heidelberg |
| 33 | Christof Wöll | Karlsruher Institut für Technologie |
- ↑ Die Sprecher des Exzellenzclusters sind grün unterlegt.
Graduiertenschule[Bearbeiten]
Zum Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order gehört die englischsprachige HEiKA Graduate School on Functional Materials, die auf eine Anzahl von 100 Doktoranden ausgelegt ist.[3] Die Doktoranden der Graduiertenschule arbeiten in der Forschungsgruppe des betreuenden Principal Investigators und sind dadurch jeweils einem oder mehreren der Forschungsschwerpunkte zugeordnet. Weiterhin unterstützen individualisierte Mentoringkommittees die Betreuung der Promovenden. Neben der Forschung absolvieren die Mitglieder der Graduiertenschule Lernmodule in den Bereichen Wissenschaft, Management und Wissenschaftskommunikation und nehmen an gemeinsamen Veranstaltungen, beispielsweise wissenschaftliche Retreats, teil.
Beteiligte Institutionen[Bearbeiten]
Neben den beiden antragstellenden Universitäten in Karlsruhe und Heidelberg sind das International Department des KIT gGmbH, das Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) und das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) am Exzellenzcluster beteiligt. Im Rahmen einer Vision-Assessment-Studie, die von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert wird, erforscht das ITAS im Austausch mit den Wissenschaftlern des Exzellenzclusters gegenwärtige Visionen skalierbarer digitaler 3D-Druckfertigung und erstellt Zukunftsszenarien, um den Austausch zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu fördern.[13]. Zudem ist das Exzellenzcluster in die Heidelberg Karlsruhe Strategic Partnership (HEiKA) eingebunden, die seit 2018 zwischen Karlsruher Institut für Technologie und Universität Heidelberg besteht und bilaterale Aktivitäten zwischen den beiden Universitäten koordiniert und fördert.[14]
Weblinks[Bearbeiten]
- Website des Exzellenzclusters 3D Matter Made to Order
- Seite des Exzellenzclusters im GEPRIS-System der DFG
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Liste der laufenden Exzellenzcluster (ExStra) - Exzellenzcluster 2082. Deutsche Forschungsgemeinschaft, abgerufen am 5. August 2020.
- ↑ Grundlagenwissenschaften mit Anwendungsbezug. Carl-Zeiss-Stiftung, abgerufen am 2. September 2020.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Regina Link: Klettergerüste für Zellen drucken. In: Karlsruher Institut für Technologie (Hrsg.): LookKIT. Nr. 2, 2019, ISSN 1869-2311, S. 10–17 (kit.edu [PDF; abgerufen am 2. September 2020]).
- ↑ Universität Heidelberg: Bewilligte Cluster im Rennen für die zweite Förderlinie Exzellenzuniversitäten. Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, abgerufen am 2. September 2020.
- ↑ Vgl. Prof. Christopher Barner-Kowollik, Prof. Martin Bastmeyer, Dr. Eva Blasco, Dr. Guillaume Delaittre, Patrick Müller, Dr. Benjamin Richter, Prof. Martin Wegener: 3D-Laser-Mikro-Nanodruck: Herausforderungen für die Chemie. In: Wiley-VCH Verlag (Hrsg.): Angewandte Chemie. Band 50, Nr. 129, 2017, ISSN 1869-2311, S. 16038–16056, doi:10.1002/ange.201704695 (wiley.com [abgerufen am 2. September 2020]).
- ↑ 3D Matter Made to Order - Research Program. Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, abgerufen am 2. September 2020.
- ↑ Stefan Asche: Gedruckte Heimat für biologische Zellen. VDI Nachrichten, abgerufen am 4. November 2020.
- ↑ David Sowka: Schneller 3D-Druck für submikrometergenaue Strukturen. 3Druck.com, abgerufen am 5. November 2020.
- ↑ Marc Hippler: Streckbank für Zellen. In: IT-DIRECTOR. Nr. 10, 2020, S. 45 (Onlineversion).
- ↑ Maike Pfalz: 3D-Materialien auf Bestellung. In: Physik Journal. Nr. 19, 2020, S. 22–25.
- ↑ Vgl. Structures. Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, abgerufen am 3. September 2020.
- ↑ Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order: Announcement of new Principal Investigators. Facebook, abgerufen am 2. September 2020.
- ↑ Vgl. Vision Assessment des skalierbaren 3D Drucks im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order. Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse, abgerufen am 2. September 2020.
- ↑ Exzellenzcluster. Heidelberg Karlsruhe Strategic Partnership, abgerufen am 2. September 2020.
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