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WO2008125094A2 - Method for forming a nanostructure and/or microstructure on a surface, and apparatus for carrying out said method - Google Patents

Method for forming a nanostructure and/or microstructure on a surface, and apparatus for carrying out said method Download PDF

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WO2008125094A2
WO2008125094A2 PCT/DE2008/000624 DE2008000624W WO2008125094A2 WO 2008125094 A2 WO2008125094 A2 WO 2008125094A2 DE 2008000624 W DE2008000624 W DE 2008000624W WO 2008125094 A2 WO2008125094 A2 WO 2008125094A2
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WO
WIPO (PCT)
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microparticles
nano
magnetic field
microorganisms
optical grating
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PCT/DE2008/000624
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Georg Uphoff
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Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Original Assignee
Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
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Publication of WO2008125094A3 publication Critical patent/WO2008125094A3/en
Publication of WO2008125094A4 publication Critical patent/WO2008125094A4/en
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    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00—Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/002—Aligning microparts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Definitions

  • a method of forming a nano and / or microstructure on a surface and an apparatus for performing the method
  • the present invention relates to a method for forming a nano- and / or microstructure on a surface and to an apparatus for carrying out the method, which find application in particular in medical technology, environmental technology and / or process technology.
  • Nanostructured or microstructured surfaces are produced in the prior art by means of vapor deposition or sol-gel techniques.
  • a disadvantage of the nano- or microstructured surfaces produced in this way is that only a random arrangement of the nano- or microparticles and the surface takes place, so that no intentionally repeatable structures can be formed on the surface. This is the case in particular with nano- or microparticles, which have magnetic properties, since they can mutually attract and as a result clump together.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method with which a repeatable structuring of nano- or microparticles can be formed on a surface.
  • such a nano or microstructure is formed on a surface by applying nano- or microparticles to the surface and by means of an applied magnetic field and / or a formed optical grating on or on the surface of the nano- or microparticles along the magnetic field lines of the applied magnetic field and / or at the intensity minima or maxima of the formed optical grating are aligned or captured. Due to adhesion forces between the nano- or microparticles and the surface, the aligned nanoparticles or microparticles are pulled to the fixed positions on the surface and fixed there, whereby a defined structure of the nano- or microparticles is formed on the surface.
  • clumping of the nanoparticles or microparticles can be prevented by surrounding the nanoparticles or microparticles with a surfactant whose molecules attach to the nanoparticles or microparticles and thereby prevent clumping.
  • the nano- or microparticles are contained in microorganisms, which are advantageously applied to the surface as a gel-like mass.
  • the application of the microorganisms as a gel-like mass has the advantage that the surface does not have to have limitations which, for example, keep microorganisms in liquid form on the surface, but at the same time provide mobility of the microorganisms in the gel.
  • magnetites can be used, which, as another advantageous embodiment shows, can be present in magnetosome chains of magnetotactic batteries. These magnetosome chains align themselves along the field lines of the applied magnetic field, wherein the magnetic field strength is advantageously greater than the magnetic field strength of naturally existing magnetic fields, such as the earth's magnetic field.
  • the magnetic field lines of the applied magnetic field correspond to the surface geometry, since this allows the structure of the nano- or microparticles to be defined exactly on the surface.
  • an optical grating can be formed on the surface, at the intensity minima or maxima of which the nano- or microparticles collect.
  • Such an optical grating can for example be formed by forming a standing wave pattern on the surface, wherein the standing wave pattern is achieved by a suitable adjustment of laser parameters of at least one laser.
  • the Gittenkoordinaten are freely selectable. If the nanoparticles or microparticles are taken up in microorganisms such as, for example, the magnetotactic bacteria, the nanoparticles or microparticles are released from the microorganisms after applying the magnetic field or forming the optical lattice, the microorganisms being lysed by means of a solvent, ultrasound or enzyme action can. The released nanoparticles or microparticles are then, as previously described, attached to the surface by means of adhesion forces.
  • the release of the nanoparticles or microparticles may also include the step of disrupting the magnetosome chain cell structure in order to release the magnetites.
  • the breaking up of the cell structure can be carried out, for example, by pulsed laser radiation and / or cleavage enzymes, it being possible to advantageously use green or red light lasers.
  • structures can be formed both on organic and on inorganic surfaces.
  • a surface to be provided with such nano- or microstructuring for example, bacteriocellulose in a woven or fibrous structure can be used.
  • magnetotactic microorganisms are used as nano- or microparticle dispensers.
  • Such magnetotactic microorganisms can be used both on organic surfaces, in particular cellulose or a bacterium cellulose produced by biotechnology, or on inorganic crystals which are used, for example, in the diamond and semiconductor industries.
  • the magnetotactic microorganisms, in particular magnetotactic Archea and bacteria are applied according to the embodiment described herein in a gel-like liquid on the surface.
  • chitosan or a carbosiloxane crosslinker may be advantageously used.
  • an external magnetic field is applied, along whose field lines the magnetosome chains of the magnetotactic microorganisms can align.
  • the strength of the applied magnetic field is controlled so that naturally occurring magnetic fields, such as the earth's magnetic field can have no influence on the orientation.
  • the shape of the magnetic field can be adapted to the geometry of the surface.
  • an optical grating can be formed on the surface by means of at least one laser, wherein the optical grating is formed by the interference of laser light. Due to the appropriate choice of laser parameters, a standing wave pattern is created, which provides a periodic potential due to the strong displacement for atoms or molecules. This means that the laser light in each of the atoms or molecules induces an electric dipole moment, the interaction of which with the light results in a force on the atom or molecule. Depending on the setting of the laser light with respect to the atomic frequency, the atoms or molecules are drawn into the nodes (intensity minima) and bellies (intensity maxima) of the standing wave pattern, whereby a structuring can be produced. The exact geometry of the generated potential depends on the arrangement of the laser beams and the resulting complexity of the interference pattern, but axes and intersections are freely selectable.
  • the gel-like liquid is removed and the microorganisms are lysed.
  • the lysing of the microorganisms can take place, for example, via the addition of deionized water, wherein the microorganisms burst due to the increased osmotic pressure and release the cell structure, in particular the magnetosome chains.
  • Other possibilities of lysis are, for example, by ultrasound or the addition of special cleavage proteins or given enzymes, wherein the type of lysis is tailored to the microorganisms used.
  • the magnetosome chains themselves have a cytoskeleton structure, which fixes the magnetites - ie the nano- or microparticles.
  • This cytoskeleton structure can be broken up, for example, by additional irradiation with a green-light laser, preferably with a wavelength of 532 nanometers, and / or a red-light laser, preferably with a wavelength of 630 to 660 nanometers, so that the magnetites are liberated.
  • a green-light laser preferably with a wavelength of 532 nanometers
  • a red-light laser preferably with a wavelength of 630 to 660 nanometers
  • the cytoskeletal structure of the magnetosome chains can also be performed by a cleavage enzyme or protein.
  • a surfactant can be applied to the surface, wherein the polar heads of the surfactant molecules attach to the magnetite, whereby the magnetite particles separated from each other and clumping of the magnetite particles is prevented.
  • This surfactant can also be removed again by means of laser light.
  • the free magnetites in the structure defined by the magnetic field lines or optical lattices are pulled to the surface and bound there on the basis of the adhesion forces between magnetite and surface.
  • the method described in the application can be advantageously used as a medical device, for example for wound healing, or find its use in water treatment.
  • crystals may serve as surfaces which are normally used in the diamond or semiconductor industry and are summarized by way of example in the table below.

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Abstract

Disclosed is a method for forming a nanostructure and/or microstructure on a surface. In said method, nanoparticles or microparticles are applied to the surface, a magnetic field is applied to and/or an optical grating is formed on the surface, and the applied nanoparticles or microparticles are aligned along the magnetic lines of force of the applied magnetic field, and/or the nanoparticles or microparticles are trapped on minimum or maximum intensities of the formed optical grating.

Description

Beschreibung description

Verfahren zum Ausbilden einer Nano- und/oder Mikrostruktur auf einer Oberfläche, sowie einer Vorrichtung zum Durchführen des VerfahrensA method of forming a nano and / or microstructure on a surface, and an apparatus for performing the method

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Nano- und/oder Mikrostruktur auf einer Oberfläche sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die insbesondere in der Medizintechnik, Umwelttechnik und/oder Verfahrenstechnik ihre Anwendung finden.The present invention relates to a method for forming a nano- and / or microstructure on a surface and to an apparatus for carrying out the method, which find application in particular in medical technology, environmental technology and / or process technology.

Nano- oder mikrostrukturierte Oberflächen werden im Stand der Technik mittels Gasphasenabscheidung oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Nachteilig an den so hergestellten nano- bzw. mikrostrukturierten Oberflächen ist jedoch, dass lediglich eine zufällige Anordnung der Nano- bzw. Mikropartikel und der Oberfläche erfolgt, so dass keine gewollt wiederholbare Strukturen auf der Oberfläche ausgebildet werden können. Dies ist insbesondere bei Nano- bzw. Mikropartikeln der Fall, die magnetische Eigenschaften aufweisen, da diese sich wechselseitig anziehen und als Folge davon verklumpen können.Nanostructured or microstructured surfaces are produced in the prior art by means of vapor deposition or sol-gel techniques. However, a disadvantage of the nano- or microstructured surfaces produced in this way is that only a random arrangement of the nano- or microparticles and the surface takes place, so that no intentionally repeatable structures can be formed on the surface. This is the case in particular with nano- or microparticles, which have magnetic properties, since they can mutually attract and as a result clump together.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine wiederholbare Strukturierung von Nano- bzw. Mikropartikeln auf einer Oberfläche ausgebildet werden kann.The object of the present invention is therefore to provide a method with which a repeatable structuring of nano- or microparticles can be formed on a surface.

Erfindungsgemäß wird eine solche Nano- bzw. Mikrostruktur auf einer Oberfläche dadurch ausgebildet, dass Nano- bzw. Mikropartikel auf die Oberfläche aufgebracht werden und mittels eines angelegten Magnetfeldes und/oder eines ausgebildeten optischen Gitters an bzw. auf der Oberfläche die Nano- bzw. Mikropartikel entlang der Magnetfeldlinien des angelegten Magnetfeldes und/oder an den Intensitätsminima bzw. -maxima des ausgebildeten optischen Gitters ausgerichtet bzw. eingefangen werden. Aufgrund von Adhäsionskräften zwischen den Nano- bzw. Mikropartikeln und der Oberfläche werden die ausgerichteten Nano- bzw. Mikropartikel auf die festgelegten Positionen an der Oberfläche gezogen und dort fixiert, wodurch eine definierte Struktur der Nano- bzw. Mikropartikel auf der Oberfläche ausgebildet wird.According to the invention, such a nano or microstructure is formed on a surface by applying nano- or microparticles to the surface and by means of an applied magnetic field and / or a formed optical grating on or on the surface of the nano- or microparticles along the magnetic field lines of the applied magnetic field and / or at the intensity minima or maxima of the formed optical grating are aligned or captured. Due to adhesion forces between the nano- or microparticles and the surface, the aligned nanoparticles or microparticles are pulled to the fixed positions on the surface and fixed there, whereby a defined structure of the nano- or microparticles is formed on the surface.

Zudem kann ein Verklumpen der Nano- bzw. Mikropartikel dadurch verhindert werden, dass die Nano- bzw. Mikropartikel von einem Tensid umgeben werden, dessen Moleküle sich an den Nano- bzw. Mikropartikel anlagern und dadurch ein Verklumpen verhindern.In addition, clumping of the nanoparticles or microparticles can be prevented by surrounding the nanoparticles or microparticles with a surfactant whose molecules attach to the nanoparticles or microparticles and thereby prevent clumping.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Nano- bzw. Mikropartikel in Mikroorganismen enthalten, die vorteilhafterweise als gelartige Masse auf die Oberfläche aufgebracht werden. Die Aufbringung der Mikroorganismen als gelartige Masse hat den Vorteil, dass die Oberfläche keine Begrenzungen aufweisen muss, die beispielsweise Mikroorganismen in flüssiger Form auf der Oberfläche halten, aber gleichzeitig eine Beweglichkeit der Mikroorganismen in dem Gel bereitgestellt wird.In a preferred embodiment, the nano- or microparticles are contained in microorganisms, which are advantageously applied to the surface as a gel-like mass. The application of the microorganisms as a gel-like mass has the advantage that the surface does not have to have limitations which, for example, keep microorganisms in liquid form on the surface, but at the same time provide mobility of the microorganisms in the gel.

Als Mikro- bzw. Nanopartikel können beispielsweise Magnetite zum Einsatz kommen, die, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, in Magnetosomketten von magnetotaktischen Baterien vorhanden sein können. Diese Magnetosomketten richten sich entlang der Feldlinien des angelegten Magnetfelds aus, wobei die Magnetfeldstärke vorteilhafterweise größer ist, als die Magnetfeldstärke natürlich vorhandener Magnetfelder, wie beispielsweise des Erdmagnetfelds. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Magnetfeldlinien des angelegten Magnetfeldes der Oberflächengeometrie entsprechen, da dadurch die Struktur der Nano- bzw. Mikropartikel auf der Oberfläche exakt definiert werden kann.As micro- or nanoparticles, for example magnetites can be used, which, as another advantageous embodiment shows, can be present in magnetosome chains of magnetotactic batteries. These magnetosome chains align themselves along the field lines of the applied magnetic field, wherein the magnetic field strength is advantageously greater than the magnetic field strength of naturally existing magnetic fields, such as the earth's magnetic field. In addition, it may be advantageous if the magnetic field lines of the applied magnetic field correspond to the surface geometry, since this allows the structure of the nano- or microparticles to be defined exactly on the surface.

Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter auf der Oberfläche ausgebildet werden, an dessen Intensitätsminima bzw. -maxima sich die Nano- bzw. Mikropartikel sammeln. Ein solches optisches Gitter kann beispielsweise mittels Ausbildung eines Stehwellenmusters auf der Oberfläche ausgebildet werden, wobei das Stehwellenmuster durch eine geeignete Einstellung von Laserparametern mindestens eines Lasers erreicht wird. Die Gittenkoordinaten sind dabei frei wählbar. Sind die Nano- bzw. Mikropartikel in Mikroorganismen wie beispielsweise den magnetotaktischen Bakterien aufgenommen, werden die Nano- bzw. Mikropartikel nach Anlegen des Magnetfelds bzw. Ausbilden des optischen Gitters aus den Mikroorganismen gelöst, wobei die Mikroorganismen mittels eines Lösungsmittels, Ultraschall oder Enzymwirkung lysiert werden können. Die freigesetzten Nano- bzw. Mikropartikel werden dann, wie vorgehend beschrieben, mittels Adhäsionskräften an der Oberfläche angelagert.Additionally or alternatively, an optical grating can be formed on the surface, at the intensity minima or maxima of which the nano- or microparticles collect. Such an optical grating can for example be formed by forming a standing wave pattern on the surface, wherein the standing wave pattern is achieved by a suitable adjustment of laser parameters of at least one laser. The Gittenkoordinaten are freely selectable. If the nanoparticles or microparticles are taken up in microorganisms such as, for example, the magnetotactic bacteria, the nanoparticles or microparticles are released from the microorganisms after applying the magnetic field or forming the optical lattice, the microorganisms being lysed by means of a solvent, ultrasound or enzyme action can. The released nanoparticles or microparticles are then, as previously described, attached to the surface by means of adhesion forces.

Sind die Nano- bzw. Mikropartikel wie beispielhaft beschrieben als Magnetite in Magnetosomketten von magnetotaktischen Bakterien enthalten, kann das Freisetzen der Nano- bzw. Mikropartikel zudem den Schritt aufweisen, dass die Magnetosomkettenzellstruktur aufgebrochen wird, um die Magnetite freizusetzen. Das Aufbrechen der Zellstruktur kann beispielsweise durch gepulste Laserstrahlung und/oder Spaltenzyme durchgeführt werden, wobei vorteilhafterweise Grün- bzw. Rotlichtlaser einsetzbar sind.If the nanoparticles or microparticles, as described by way of example, are contained as magnetites in magnetosome chains of magnetotactic bacteria, the release of the nanoparticles or microparticles may also include the step of disrupting the magnetosome chain cell structure in order to release the magnetites. The breaking up of the cell structure can be carried out, for example, by pulsed laser radiation and / or cleavage enzymes, it being possible to advantageously use green or red light lasers.

Vorteilhafterweise können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl auf organischen als auch an anorganischen Oberflächen Strukturen ausgebildet werden. Als Oberfläche, die mit einer solchen Nano- bzw. Mikrostrukturierung versehen werden soll, kann beispielsweise Bakteriozellulose in gewebter oder faserartiger Struktur zur Verwendung kommen. Es ist jedoch auch möglich, die Oberfläche von Kristallen mit einer solchen Strukturierung zu versehen.Advantageously, by means of the method according to the invention structures can be formed both on organic and on inorganic surfaces. As a surface to be provided with such nano- or microstructuring, for example, bacteriocellulose in a woven or fibrous structure can be used. However, it is also possible to provide the surface of crystals with such a structuring.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung definiert.Further advantages and advantageous embodiments are defined in the subclaims and the description.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem magnetotaktische Mikroorganismen als Nano- bzw. Mikropartikelspender eingesetzt werden. Derartige magnetotaktische Mikroorganismen können sowohl auf organischen Oberflächen, insbesondere Zellulose bzw. eine mittels Biotechnologie hergestellten Bakteriozellulose oder auf anorganischen Kristallen, die beispielsweise in der Diamanten- und Halbleiterindustrie verwendet werden, zum Einsatz kommen. Die magnetotaktischen Mikroorganismen, insbesondere magnetotaktische Archea und Bakteria werden gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in einer gelartigen Flüssigkeit auf die Oberfläche aufgetragen. Als gelartige Flüssigkeit kann vorteilhafter Weise Chitosan oder ein Carbosiloxanvernetzer verwendet werden. Dann wird in einem nächsten Schritt ein äußeres magnetisches Feld angelegt, entlang dessen Feldlinien sich die Magnetosomketten der magnetotaktischen Mikroorganismen ausrichten können. Dabei wird die Stärke des angelegten magnetischen Feldes so geregelt, dass natürlich vorkommende Magnetfelder, wie beispielsweise das Erdmagnetfeld auf die Ausrichtung keinen Einfluss haben können. Zusätzlich kann die Form des Magnetfelds an die Geometrie der Oberfläche angepasst werden.In the following, the invention will be described with reference to a preferred embodiment in which magnetotactic microorganisms are used as nano- or microparticle dispensers. Such magnetotactic microorganisms can be used both on organic surfaces, in particular cellulose or a bacterium cellulose produced by biotechnology, or on inorganic crystals which are used, for example, in the diamond and semiconductor industries. The magnetotactic microorganisms, in particular magnetotactic Archea and bacteria are applied according to the embodiment described herein in a gel-like liquid on the surface. As a gel-like liquid, chitosan or a carbosiloxane crosslinker may be advantageously used. Then, in a next step, an external magnetic field is applied, along whose field lines the magnetosome chains of the magnetotactic microorganisms can align. In this case, the strength of the applied magnetic field is controlled so that naturally occurring magnetic fields, such as the earth's magnetic field can have no influence on the orientation. In addition, the shape of the magnetic field can be adapted to the geometry of the surface.

Zusätzlich zu dem angelegten Magnetfeld oder alternativ dazu kann mittels mindestens eines Lasers ein optisches Gitter auf der Oberfläche ausgebildet werden, wobei das optische Gitter durch die Interferenz von Laserlicht entsteht. Aufgrund der geeigneten Wahl von Laserparameteren entsteht ein Stehwellenmuster, das aufgrund der Starkverschiebung für Atome bzw. Moleküle ein periodisches Potential bereitstellt. Das bedeutet, dass durch das Laserlicht in jedem der Atome bzw. Moleküle ein elektrisches Dipolmoment induziert wird, dessen Wechselwirkung mit dem Licht in einer Kraft auf das Atom bzw. Molekül resultiert. Je nach Einstellung des Laserlichts bezüglich der atomaren Frequenz werden die Atome bzw. Moleküle in die Knoten (Intensitätsminima) bzw. Bäuche (Intensitätsmaxima) des Stehwellenmusters gezogen, wodurch eine Strukturierung hergestellt werden kann. Die genaue Geometrie des erzeugten Potentials hängt dabei von der Anordnung der Laserstrahlen und der daraus resultierenden Komplexität des Interferenzmusters ab, wobei jedoch Achsen und Schnittpunkte frei wählbar sind.In addition to the applied magnetic field, or alternatively, an optical grating can be formed on the surface by means of at least one laser, wherein the optical grating is formed by the interference of laser light. Due to the appropriate choice of laser parameters, a standing wave pattern is created, which provides a periodic potential due to the strong displacement for atoms or molecules. This means that the laser light in each of the atoms or molecules induces an electric dipole moment, the interaction of which with the light results in a force on the atom or molecule. Depending on the setting of the laser light with respect to the atomic frequency, the atoms or molecules are drawn into the nodes (intensity minima) and bellies (intensity maxima) of the standing wave pattern, whereby a structuring can be produced. The exact geometry of the generated potential depends on the arrangement of the laser beams and the resulting complexity of the interference pattern, but axes and intersections are freely selectable.

Ist das Magnetfeld bzw. das optische Gitter ausgebildet, wird die gelartige Flüssigkeit entfernt und die Mikroorganismen lysiert. Die Lyse der Mikroorganismen kann beispielsweise über die Zugabe von deionisiertem Wasser erfolgen, wobei die Mikroorganismen aufgrund des erhöhten osmotischen Drucks aufplatzen und die Zellstruktur, insbesondere die Magnetosomketten freisetzen. Andere Möglichkeiten der Lyse sind beispielsweise durch Ultraschall oder die Zugabe spezieller Spaltproteine bzw. Enzyme gegeben, wobei die Art der Lyse auf die verwendeten Mikroorganismen abgestimmt ist.If the magnetic field or the optical grating is formed, the gel-like liquid is removed and the microorganisms are lysed. The lysing of the microorganisms can take place, for example, via the addition of deionized water, wherein the microorganisms burst due to the increased osmotic pressure and release the cell structure, in particular the magnetosome chains. Other possibilities of lysis are, for example, by ultrasound or the addition of special cleavage proteins or given enzymes, wherein the type of lysis is tailored to the microorganisms used.

Nach Lyse der Mikroorganismen bleiben bei den verwendeten magnetotaktischen Mikroorganismen die entlang der Feldlinien ausgerichteten Magnetosomketten übrig, wobei die Magnetosomketten selbst eine Zellskelettstruktur aufweisen, die die Magnetite - also die Nano- bzw. Mikropartikel - fixiert.After lysing of the microorganisms remain in the magnetotactic microorganisms used aligned along the field lines magnetosome chains, the magnetosome chains themselves have a cytoskeleton structure, which fixes the magnetites - ie the nano- or microparticles.

Diese Zellskelettstruktur kann beispielsweise durch zusätzliche Bestrahlung mit einem Grünlichtlaser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer, und/oder einem Rotlichtlaser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 630 bis 660 Nanometer, aufgebrochen werden, so dass die Magnetite freigesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ zur Bestrahlung mit einem Laser kann die Zellskelettstruktur der Magnetosomketten auch durch ein Spaltenzym oder Protein durchgeführt werden.This cytoskeleton structure can be broken up, for example, by additional irradiation with a green-light laser, preferably with a wavelength of 532 nanometers, and / or a red-light laser, preferably with a wavelength of 630 to 660 nanometers, so that the magnetites are liberated. In addition or as an alternative to laser irradiation, the cytoskeletal structure of the magnetosome chains can also be performed by a cleavage enzyme or protein.

Zudem kann zu diesem Zeitpunkt auch ein Tensid auf die Oberfläche aufgebracht werden, wobei sich die polaren Köpfe der Tensidmoleküle an den Magnetiten anlagern, wodurch die Magnetitpartikel voneinander separiert und ein Verklumpen der Magnetitpartikel verhindert wird. Dieses Tensid kann ebenfalls mittels Laserlichts wieder entfernt werden.In addition, at this time, a surfactant can be applied to the surface, wherein the polar heads of the surfactant molecules attach to the magnetite, whereby the magnetite particles separated from each other and clumping of the magnetite particles is prevented. This surfactant can also be removed again by means of laser light.

Wird nun das äußere magnetische Feld bzw. das optische Gitter deaktiviert, werden die freien Magnetite in der durch die Magnetfeldlinien bzw. optische Gitter definierten Struktur aufgrund der Adhäsionskräfte zwischen Magnetit und Oberfläche an die Oberfläche gezogen und dort gebunden.If now the external magnetic field or the optical lattice is deactivated, the free magnetites in the structure defined by the magnetic field lines or optical lattices are pulled to the surface and bound there on the basis of the adhesion forces between magnetite and surface.

Das in der Anmeldung beschriebene Verfahren kann vorteilhafterweise als Medizinprodukt beispielsweise zur Wundheilung eingesetzt werden, oder auch in der Wasseraufbereitung seinen Einsatz finden. Bezüglich der Wasseraufbereitung können Kristalle als Oberfläche dienen, welche normalerweise in der Diamanten- oder Halbleiterindustrie ihre Verwendung finden und in nachfolgender Tabelle beispielhaft zusammengefasst sind. The method described in the application can be advantageously used as a medical device, for example for wound healing, or find its use in water treatment. With regard to water treatment, crystals may serve as surfaces which are normally used in the diamond or semiconductor industry and are summarized by way of example in the table below.

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Offenbart wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Nano- und/oder Mikrostruktur auf einer Oberfläche, wobei Nano- bzw. Mikropartikel auf die Oberfläche aufgebracht werden, ein Magnetfeld und/oder ein optisches Gitter an/auf der Oberfläche angelegt bzw. ausgebildet wird und die aufgebrachten Nano- bzw. Mikropartikel entlang der Magnetfeldlinien des angelegten Magnetfelds ausgerichtet und/oder die Nano- bzw. Mikropartikel an Intensitätsminima bzw. -maxima des ausgebildeten optischen Gitters gefangen werden. Disclosed is a method of forming a nano and / or microstructure on a surface, wherein nano- or microparticles are applied to the surface, a magnetic field and / or an optical grating is applied to the surface and applied Nano- or microparticles aligned along the magnetic field lines of the applied magnetic field and / or the nano- or microparticles are caught at intensity minima or maxima of the formed optical grating.

Claims

8 / 10Patentansprüche 8 / 10Patent claims 1. Verfahren zum Ausbilden einer Nano- und/oder Mikrostruktur auf einer Oberfläche mit den Schritten:A method of forming a nano and / or microstructure on a surface comprising the steps of: - Aufbringung von Nano- und/oder Mikropartikeln auf die Oberfläche;- application of nano- and / or microparticles to the surface; - Anlegen eines Magnetfelds und/oder Ausbilden eines optischen Gitters an/auf der Oberfläche; und- applying a magnetic field and / or forming an optical grating on / on the surface; and - Ausrichten der Nano- und/oder Mikropartikel entlang der Magnetfeldlinien des angelegten Magnetfelds und/oder Fangen der Nano- und/oder Mikropartikel an den Intensitätsminima bzw. Intensitätsmaxima des ausgebildeten optischen Gitters.- Aligning the nano- and / or microparticles along the magnetic field lines of the applied magnetic field and / or capture of the nano and / or microparticles at the intensity minima or intensity maxima of the formed optical grating. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei auf die Oberfläche Mikroorganismen aufgebracht werden, die die Nano- und/oder Mikropartikel enthalten.2. The method of claim 1, wherein microorganisms are applied to the surface containing the nano- and / or microparticles. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mikroorganismen in gelartiger Masse auf die Oberfläche aufgebracht werden.3. The method of claim 2, wherein the microorganisms are applied in a gelatinous mass on the surface. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mikroorganismen Magentosome enthalten.4. The method according to claim 2 or 3, wherein the microorganisms contain magentosomes. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Mikroorganismen magnetotaktische Archea oder Bakterien sind.5. The method of claim 4, wherein the microorganisms are magnetotactic archea or bacteria. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das angelegte Magnetfeld eine größere Stärke als natürlich vorhandene Magnetfelder, insbesondere das Erdmagnetfeld, aufweist.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the applied magnetic field has a greater strength than naturally occurring magnetic fields, in particular the earth's magnetic field. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche, wobei der Magnetfeldlinienverlauf derart eingestellt wird, dass er der Oberflächengeometrie der Oberfläche entspricht.7. The method according to any one of claims, wherein the magnetic field line curve is adjusted so that it corresponds to the surface geometry of the surface. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Gitter durch Ausbildung eines Stehwellenmusters auf der Oberfläche ausgebildet wird. 9 / 108. The method according to any one of the preceding claims, wherein the optical grating is formed by forming a standing wave pattern on the surface. 9/10 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das optische Gitter mittels mindestens eines Lasers ausgebildet wird, wobei das Stehwellenmuster durch geeignete Einstellung der Laserparameter ausgebildet wird.9. The method of claim 8, wherein the optical grating is formed by means of at least one laser, wherein the standing wave pattern is formed by suitable adjustment of the laser parameters. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, folgenden weiteren Schritt umfassend:10. The method according to any one of claims 2 to 9, comprising the following further step: - Lösen der Nano- und/oder Mikropartikel aus den Mikroorganismen.- Dissolve the nano and / or microparticles from the microorganisms. 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Mikroorganismen mittels eines Lösungsmittels, insbesondere deionisiertem Wasser, Ultraschall und/oder Enzymwirkung lysiert werden.11. The method according to claim 10, wherein the microorganisms are lysed by means of a solvent, in particular deionized water, ultrasound and / or enzyme action. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei, vorzugsweise simultan mit dem Lösungsschritt, ein Tensid auf die Oberfläche aufgebracht wird, um ein Verklumpen der Nano- und/oder Mikropartikel zu verhindern.12. The method of claim 10 or 11, wherein, preferably simultaneously with the dissolving step, a surfactant is applied to the surface to prevent clumping of the nano- and / or microparticles. 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Tensid mittels Laserlichts entfernt wird.13. The method of claim 12, wherein the surfactant is removed by means of laser light. 14. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 13, umfassend den weiteren Schritt:14. The method according to claim 4 or claim 4 and one of claims 5 to 13, comprising the further step: - Freisetzen von Nano-/ und/oder Mikropartikeln, insbesondere Magnetite, durch Aufbrechen der Magnetosomzellstruktur.Release of nano / / and microparticles, in particular magnetites, by breaking up the magnetosome cell structure. 15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Aufbrechen der Zellstruktur durch gepulstes Laserlicht und/oder Enzymwirkung durchgeführt wird.15. The method of claim 14, wherein the disruption of the cell structure by pulsed laser light and / or enzyme action is performed. 16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei ein Grünlichtlaser, insbesondere mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer, und/oder ein Rotlichtlaser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge 630 bis 660 Nanometer, eingesetzt wird.16. The method according to claim 15, wherein a green light laser, in particular with a wavelength of 532 nanometers, and / or a red light laser, preferably with a wavelength of 630 to 660 nanometers, is used. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassen den weiteren Schritt des: 10 / 1017. Method according to one of the preceding claims, comprising the further step of: 10/10 - Deaktivieren des angelegten Magnetfelds und/oder des ausgebildeten optischen Gitters.- Disabling the applied magnetic field and / or the formed optical grating. 18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei nach Deaktivierung die ausgerichteten Nano- und/oder Mikropartikel aufgrund von Adhäsionskräften in der festgelegten Position an die Oberfläche gezogen und dort fixiert werden.18. The method of claim 17, wherein after deactivation, the aligned nanoparticles and / or microparticles are pulled to the surface due to adhesion forces in the fixed position and fixed there. 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche eine Bakteriozellulose, insbesondere mit einer gewebten und/oder faserartigen Struktur, ist.19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the surface is a bacteriocellulose, in particular with a woven and / or fibrous structure. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Oberfläche ein Kristall ist.20. The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the surface is a crystal. 2 I .Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20. 2 I .Vorrichtung for carrying out a method according to one of claims 1 to 20.
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