Wasser als Falthilfe
Die Forscher von der Universität Twente haben daher nun ein anderes Mittel ausprobiert, um Siliziumnitrid zu dreidimensionalen Formen zusammenzusetzen: Wasser. “Wasser ist überall, biokompatibel, billig und leicht anzuwenden”, erklärt Legrain. Für ihre Experimente entwarfen die Forscher zunächst die Schnittmuster für verschiedene 3D-Formen am Computer – also die geometrische Form, die zusammengeklappt das gewünschte Objekt bildet. “Die Auswahl dieser Formen ist im Prinzip unbegrenzt – Hauptsache, die spätere 3D-Form lässt sich als flaches Schnittmuster darstellen”, erklärt Legrain. Mit Hilfe dieser Schnittmuster schnitten die Wissenschaftler entsprechende Faltbögen aus Siliziumnitrid-Schichten aus. An den gewünschten Faltkanten ätzten sie einen Teil der Schicht weg, damit die Form dort später leichter umklappen kann. In der Mitte der Faltbögen blieb ein kleiner Kanal nach unten offen – er ist für die Selbstorganisation auf Wasserbasis entscheidend.
Um die Selbstorganisation der Siliziumformen zu starten, reicht es nun, ein wenig Wasser durch den Kanal zu pumpen. An der Oberseite des Faltbogens bildet sich dadurch ein runder Wassertropfen. Seine Oberflächenspannung zieht nun die Seitenklappen des Falzbogens mit sich nach oben und verbindet sie sie dadurch automatisch zu einer dreidimensionalen Form. Im Test setzten die Forscher so in Sekundenschnelle winzige Würfel, Pyramiden, Schalen und ein längliches Prisma zusammen – alle kleiner als ein Sandkorn. Im Gegensatz zu früheren Versuchen dieser Art können diese Formen zudem mehrfach geöffnet und wieder geschlossen werden, wie die Forscher berichten: Einfach indem Wasser zu und wieder abgepumpt wird. Bis zu 60 Mal hintereinander ließen sich die Formen auf diese Weise auf und zuklappen – ohne dass es Anzeichen von Schäden oder Abnutzung gab.
Nach Ansicht der Forscher eröffnet diese wasserbasierte Selbstorganisation neue Möglichkeiten, elektronische Bauteile einfacher und schneller als bisher zu formen. Zudem könnten solche umkehrbaren Klappmechanismen auch in der Biomedizin eingesetzt werden, beispielsweise um Medikamente einzuschließen und sie dann gezielt wieder freizusetzen oder aber um wie mit einer autonomen Pinzette winzige Proben von Geweben oder Zellen im Körper zu greifen. Bis dahin allerdings muss noch Einiges an Weiterentwicklung geleistet werden, räumen die Forscher ein. Sie wollen nun als Nächstes leitfähige Gelenkverbindungen und 3D-Sensoren mit ihrer neuen Technik herstellen.
