Forschungseinrichtungen

Mikroaktoren und -sensoren sind die Basis für miniaturisierte, intelligente und vernetzte Systeme. Seit 2012 wird in der Projektgruppe „Mesoskopische Aktoren und Systeme“ MESYS des Fraunhofer-Instituts für photonische Mikrosysteme IPMS in Zusammenarbeit mit der Brandenburgischen Technischen Universität BTU Cottbus-Senftenberg eine völlig neue Art von leistungsfähigen Aktoren entwickelt und erprobt.

Mithilfe elektrostatischer Aktoren werden Platten oder Balken bewegt und zur Ablenkung von Lichtstrahlen, zur Bewegung von Flüssigkeiten oder zur Erzeugung von Ultraschall genutzt. Ziel der Forscher ist es, fundamentale Auslenkungen nur in Verbindung mit großen Aktor-Abmessungen und hohem Energieverbrauch realisierbar sind. Die Forscher entwickelten durch ein geeignetes Hebelprinzip eine neue Klasse elektrostatischer Biegeaktoren mit extrem kompaktem Design bei gleichzeitig großen Auslenkungen ohne Hysterese. Diese neuen Aktoren werden mit konventionellen Silizium-Herstellungsverfahren gefertigt, sind direkt in Halbleiterbauelemente und CMOS-Schaltkreise integrierbar und besitzen damit das Potential für eine kostengünstige Volumenfertigung.

Durch die Leistungsfähigkeit und den hohen Miniaturisierungsgrad der patentierten Aktor-Technologie eröffnen sich völlig neue Einsatzgebiete und Designmöglichkeiten. Anwendungen im Bereich der Optik sind beispielsweise hochpräzise Positionierantriebe von Mikrokippspiegeln oder Linsensystemen zur Laserstrahlauslenkung, in Piko-Projektoren, 3D-Endoskopen oder mikroskopischen Anwendungen. Auch als optische Schalter oder für die hochgenaue Positionierung von Lichtwellenleitern bieten sich die neuen Aktoren an. Neben der Optik ist eine Vielzahl weiterer Anwendungen im Fokus von MESYS: In der Medizintechnik als Mikropumpen und -ventile in Mikrofluidiksystemen oder implantierbaren Insulinpumpen oder auch als miniaturisierte Lautsprecher für Hörgeräte, Smartphones und Wearables, die im Gegensatz zu bestehenden mikromechanischen Lautsprechern Bässe sehr gut wiedergeben und gleichzeitig ein äußerst kompaktes Design bieten.

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Die BAM betreibt Materialforschung und Materialprüfung mit dem Ziel, die Sicherheit in Technik und Chemie weiterzuentwickeln. Die BAM-Abteilung 6 (Materialschutz und Oberflächentechnik) leistet durch Forschung und langjährige Erfahrung einen fundierten Beitrag zur Funktionssicherheit technischer Produkte und Anlagen, die komplexen mechanischen, chemischen, physikalischen, thermischen und klimatischen Beanspruchungen unterliegen. Optische Methoden und Verfahren werden in den Fachbereichen 6.4, 6.7 und 6.8 eingesetzt.

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Im Fokus der Arbeiten des Fachbereichs Biophotonik stehen optische Verfahren für spektral, zeit- und ortsaufgelöste Messungen und Charakterisierungen der Wechselwirkung zwischen Materie und Licht, z. B. für Anwendungen in der Materialforschung, den optischen Technologien, der Nano- und der Nanobiophotonik, der Bioanalytik, Medizin, Umwelt, Pharmazie und Biotechnologie. Laufende Forschungsarbeiten schließen das Design, die rückführbare spektroskopische Charakterisierung und Anwendungen von funktionellen organischen und anorganischen, molekularen und nanoskaligen Systemen und Hybridmaterialien wie organischen Farbstoffen, Metall-Ligand-Verbindungen, lumineszenten Nanokristallen und Luminophor-dotierten Nanomaterialien und ihrer Biokonjugate ein. 

Ziel ist es, diese Materialien als optische Reporter, Sonden und Sensoren z. B. für die Materialforschung, Bioanalytik und optische Bildgebung einzusetzen, sowie fundamentale Fragen zu photophysikalischen Funktionsprinzipien zu klären, Multiplexing- und Barcoding-Strategien zu entwickeln und ihre Einsatzbereiche zu erweitern. Dies umfasst auch absolute Messungen des Performance Parameters Photolumineszenzquantenausbeute und die Charakterisierung der optischen Eigenschaften transparenter und streuender lumineszenter Systeme wie Lösungen, Partikel-Dispersionen, Schichten und Feststoffe. Weitere Arbeitsgebiete sind methodische Arbeiten zu Oberflächenfunktionalisierungen und zur Funktionsgruppen- und Ligandenanalytik auf 2D- und 3D-Träger- und Funktionsmaterialien, zu Signalverstärkungsstrategien und zur Wechselwirkung mit biologischen und anderen Materialsystemen. Dies beinhaltet auch die Entwicklung innovativer optisch-spektroskopischer Methoden für bioanalytische- und material-wissenschaftliche Fragestellungen und Applikationen. 

Im Aufgabenbereich Standardisierung von optischen Messtechniken mit Schwerpunkt auf Fluoreszenzmesstechniken entwickeln wir Rückführungs- und Qualitätssicherungskonzepte und validieren optisch-spektroskopische Methoden für bio- und materialwissenschaftliche Applikationen. Dies beinhaltet auch rückführbare Standards, zertifizierte Referenzmaterialien und Kalibrierwerkzeuge für die Charakterisierung von Fluoreszenzmessgeräten in verschiedenen Messgeometrien und die Ermittlung von fluorometrischen Kenngrößen. Es erfolgen auch problemspezifische Entwicklungen solcher Konzepte und Systeme.
 

Fortschritte in den optischen Technologien beruhen maßgeblich auf neuartigen Funktionsmaterialien mit besonderen optischen, elektrischen und photosensitiven Eigenschaften.

Die Entwicklung polymerer Funktionsmaterialien und durchgängig Polymer basierter optischer Funktionselemente ist ein Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt des Fraunhofer IAP. Diese Aktivitäten kann man unter der Überschrift „Licht als Werkzeug - Werkzeuge für Licht“ zusammenfassen. Die interdisziplinären Forschungsprojekte des Fraunhofer IAP verbinden dabei die Entwicklung optischer und photosensitiver Materialien, einschließlich deren Verarbeitungs- und Strukturierungstechnologien, mit der darauf aufbauenden Entwicklung optischer Funktionselemente.
Schwerpunkt sind folgende Forschungskomplexe: Voll-optisch strukturierbare Materialien für optische Komponenten, Sicherheitslabel und strukturierte biofunktionale Oberflächen holographische Materialien zur Herstellung diffraktiv-optischer Elemente Flüssigkristalle und photoorientierbare Polymere zur Herstellung anisotroper Elemente, wie Retarder, Polarisatoren, anisotrope Emitterschichten, sowie Funktionsschichten für Display-Technologien und Sensorik. Weitere Schwerpunkte sind halbleitende und elektrolumineszierende Polymere und Nanokomposite für organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Feldeffekttransistoren (OFETs) und für die organische Photovoltaik, die Entwicklung optischer Sonden für den Life-Science-Bereich, die optische Sauerstoffmessung in kleinsten Volumina und die Entwicklung von Polymerlasern. In der Entwicklung befinden sich fluoreszierende Materialien für spektrale Lichtwandler bis hin zu organischen Lasern, chromogene Materialien für „Smart Windows“ und Display-Anwendungen, Materialien für funktionalisierte Oberflächen und optische Funktionsschichten für die Sensorik sowie organisch-anorganische Hybridmaterialien und Nanokomposite für die unterschiedlichsten Anwendungen in der Optik/Photonik.

Der Schwerpunkt der Aktivitäten des Fraunhofer IAP liegt dabei auf anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungsprojekten mit und für Partner in der chemischen und optischen Industrie. Das Fraunhofer IAP agiert dabei als interdisziplinäre Schnittstelle zwischen Materialforschung und Optik bzw. als Mittler zwischen chemischer und optischer Industrie.
Wissenschaftler des Fraunhofer IAP führen weiterhin Lehraufgaben an der Universität Potsdam durch, z.B. auf den Gebieten der Polymerchemie, Polymerphysik, Photochemie, Photophysik und der supramolekularen Chemie, und betreuen Diplom- und Promotionsarbeiten.

Unsichtbar – aber unverzichtbar: nichts funktioniert mehr ohne hoch integrierte photonische Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik. Grundlage für deren Integration in Produkte ist die Verfügbarkeit von zuverlässigen und kostengünstigen Aufbau- und Verbindungstechniken. Das Fraunhofer IZM, weltweit führend bei der Entwicklung und Zuverlässigkeitsbewertung von Electronic/Photonic Packaging Technologien, stellt seinen Kunden angepasste Systemintegrationstechnologien auf Wafer-, Chip- und Boardebene zur Verfügung. Forschung am Fraunhofer IZM bedeutet auch, Elektronik/Photonik zuverlässiger zu gestalten und seinen Kunden sichere Aussagen zur Haltbarkeit zur Verfügung zu stellen.

In der Photonik werden die Kompetenzen des IZM zusammengeführt, um gezielt Themen in der Tele- und Datenkommunikation, Lichtgenerierung für Beleuchtung und Materialbearbeitung sowie der optischen Sensorik zu bearbeiteten.Innerhalb dieser Bereiche werden verschiedene Ziele fokussiert. Bei der Kommunikation sind dies Breitbandigkeit, Leistungseffizienz, hohe heterogene Integrationsdichte, bei der Beleuchtung hohe Leistungsdichte, Wärmemanagement, multifunktionale Integration, Wellenlängenkonversion und Strahlführung. Im Bereich der Sensorik stehen die anwendungsspezifische Heterointegration von Anregungsquelle, Sensor und Auswertelektronik im Vordergrund. In allen diesen Anwendungen steht die volumenangepasste produktionsnahe Fertigungstechnologie, Kosteneffizienz und hohe Ausbeute im Fokus.

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Das Zentrum für Innovationskompetenz innoFSPEC Potsdam wurde 2008 in Potsdam gegründet und betreibt multidisziplinäre Forschung auf dem Gebiet der innovativen faseroptischen Spektroskopie und Sensorik. Als Gemeinschafts-vorhaben des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und der Physikalischen Chemie der Universität Potsdam (UPPC) vereint innoFSPEC Kompetenzen auf dem Gebiet der bildgebenden Vielkanalspektroskopie, faser-optischer chemischer Sensorik und multidimensionaler Datenverarbeitung. Neben der physikalisch-chemischen Analytik von Gasen, nano- und mikrostrukturierten Materialien wie Emulsionen und Suspensionen, chemischen und biotechnologischen Prozessen sowie medizinischen Anwendungen stehen dabei astrophotonische Komponenten (etwa komplexe Faser-Bragg-Gitter) für astrophysikalische Anwendungen im Mittelpunkt des Interesses. An der Einrichtung sind knapp 30 Forscher tätig. Das innoFSPEC ist auch aufgrund seiner hervorragenden experimentellen Ausstattung in viele regionale, nationale und internationale Kooperationen mit akademischen und industriellen Partnern eingebunden. Mit seinem Know-how und hervorragend ausgestatteten Laboren sucht „innoFSPEC“ die Kooperation mit wissenschaftlichen und industriellen Partnern.

Ein Portrait über das innoFSPEC ist zu finden unter: http://www.optik-bb.de/de/news/eine-au-ergew-hnliche-allianz

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Das Institut für interdisziplinäre Technologien Berlin gGmbH (IITB) wurde im Jahre 2017 als gemeinnützige private Forschungseinrichtung zur Durchführung von Technologieprojekten mit interdisziplinärem Charakter gegründet. Die Kernkompetenzen liegen auf den Gebieten Photonik, Elektronik und Messtechnik.Das IITB ist vor allem Partner von kleinen und mittelständischen Unternehmen. Zu diesem Zweck bietet das IITB komplette Lösungen an und führt Forschungsvorhaben aus.Mit dem Fokus in der Region ist das Institut für interdisziplinäre Technologien Berlin aber auch überregional und international tätig. Arbeitsgebiete Unser Spezialgebiet sind Laser-F&ampE und Laseranwendungen sowie Komponentenentwicklung. Darüber hinaus verfügen wir über umfangreiche Erfahrung mit Sensoren, optischer Simulation, Elektronik, Plasmatechnik und Spektroskopie.

Leistungsangebot Forschung, Entwicklung, Projekt- und IP-Management, Studien und Beratungsleistungen, Technologie-Transfer Beispiele für unsere qualifizierten Beratungsleistungen sind

• Produktentwicklung und Produktdesign
• Bewertung und Vergleich von Technologien, Konzepten und Produkten
• Erstellung oder Bewertung von Anträgen für Förderprojekte und Patentanmeldungen

Wir arbeiten sowohl in unseren eigenen Räumlichkeiten als auch in den Räumlichkeiten unserer Kunden. Durch die Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten haben wir Zugang zu einer breiten Palette weiterer spezialisierter Instrumente und Geräte.

Das Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP) an der TU Berlin vereinigt leistungsfähige physikalische Messmethoden und deren Anwendungen unter einem gemeinsamen Dach. Damit ergeben sich faszinierende vorwiegend methodenorientierte Arbeiten in (nichtlinearer) Lichtoptik, Laserphysik, Spektroskopie, optische Technologien, Elektronenmikroskopie und -holographie, sowie Röntgenspektroskopie, Röntgenanalyse und Röntgenoptik. Diese Methoden werden dann auf spezielle experimentelle Untersuchungen auf den Gebieten der Atom-, Molekül-, Cluster- und Festkörperphysik angewandt und in der Lehre engagiert vertreten.

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Die Physikalische Chemie der Universität Potsdam (UPPC, s.www.chem.uni-potsdam.de/groups/pc) ist Teil des Instituts für Chemie und hat ihren Sitz am neuen naturwissenschaftlichen Campus in Potsdam-Golm, der Teil des Golmer Wissenschaftsparks ist. Unter Leitung von Prof. Dr. Hans-Gerd Löh-mannsröben, apl. Prof. Dr. Michael U. Kumke und JProf. Dr. Ilko Bald führt UPPC die Ausbildung in den naturwiss. Bachelor- und Masterstudiengängen in der Teildisziplin „Physikalische Chemie“ durch und ist stark in der Doktorandenausbildung engagiert. Sehr erfolgreich ist die Beteiligung an der Graduiertenschule SALSA, 2012 Siegerin im Exzellenzwettbewerb des Bundes und der Länder.

Grundlagen- und Anwendungsforschung in Photochemie und Photophysik, Laserspektroskopie und optischer Sensorik sind die Kernkompetenzen von UPPC. Die Untersuchung von elementaren Gasphasenreaktionen mit laserbasierter Ionenmobilitäts (IM)-Spektrometrie als ein spannendes Beispiel für die Erforschung von fundamentalen physiko-chemischen Phänomenen und die Entwicklung optischer Detektionsschemata für die point-of-care Diagnostik von Biomarkern für Lungenkrebs- und Alzheimer-Erkrankun¬gen verdeutlichen das breite Spektrum der Aktivitäten und Expertisen.
Die Berufung von JProf. Dr. Ilko Bald (Jan. 2013) ist eine wichtige wissenschaftliche und personelle Verstärkung (s. www.uni-potsdam.de/osci). Beispiele für faser-basierte optische Methoden, in denen UPPC eine führende Rolle innehat, sind die Photonendichtewellen (PDW)-Spektroskopie (Bunsen-Kirchhoff-Preis für Dr. Oliver Reich 2014, spin-off-Firma PDW Analytics) sowie die O2- und pH-Sensorik auf mikroskopischer und zellulärer Ebene (spin-off-Firma Colibri Photo¬nics). Die hervorragende F&ampE-Infrastruktur verbun-den mit einer erstklassigen instrumentellen Ausstattung, beides noch deutlich gesteigert durch den Bezug des Drittmittelzentrums (Haus 29) im Herbst 2013, sowie die ausgeprägte interdisziplinäre Anlage der Forschungsthemen zeichnen UPPC als exzellenten Forschungspartner aus. Derzeit sind ca. 50 Mitarbeiter/innen an 15 F&E-Vor-haben mit regionalen, nationalen und internationalen Forschungs- und Industriepartnern beteiligt. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) wird UPPC das Zentrum für Innovationskompetenz inno-FSPEC Potsdam, gerade (August 2016) mit der weiteren BMBF-Förderung 2016 – 2020 ausgezeichnet, zu einem nationalen Exzellenzzentrum für faseroptische Spektroskopie und Sensorik entwickeln.

F&E-Programme und Projekte von UPPC (Auswahl, Kurztitel, Stichpunkte i. Klammern)

(I) „Zentrum für Innovationskompetenz inno-FSPEC Potsdam. Innovative faseroptische Spektroskopie und Sensorik“, Sieger in BMBF-Wettbewerben 2008 und 2015 (faserbasierte chemische Sensorik und optische Vielkanalspektroskopie, Vielfachstreuung, Photonendichtewellen, Angewandte Analytische Photonik, seit 2009).

(II) „Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen (GRaZ)“, BMWi-Verbundvorhaben (molekulares Prozessverständnis, Wechselwirkungen von Lanthanoiden mit Komponenten homogener und heterogener salinarer Systeme, 2015 – 2018).

(III) Nachwuchsgruppe „Angewandte Laser-sensorik in komplexen Biosystemen (ALS ComBi)“, BMBF, Sieger im Wettbewerb Inno-Profile-Transfer 2012 (super resolution Spek-troskopie, Einzelmolekül- &amp Einzelzell-Detek-tion, photonische Kristallfasern, Atomkraft-Mikroskopie, Optogenetik, 2012 – 2017).

(IV) „School of Analytical Sciences Adlershof (SALSA)“, Exzellenzgraduiertenschule (Analytik in Bio- und Lebenswissenschaften, Bild¬gebung und Mikroskopie, 2012 – 2019, derzeit 6 Doktoranden bzw. Doktorandinnen).

(V) „Nanopartikel-basierte photonische Vor-Ort-Analytik von Endotoxinen in Biopharmazeutika (EndoProve)“, BMBF-Verbundprojekt (Quantenpunkte als photonische Sonden, Aptamere-Erkennungselemente, 2015 – 2018).

(VI) „Entwicklung innovativer bestandsspezifischer Impfstoffe für Geflügel, innoVAK4¬DART“, BMEL-Verbundprojekt (Charakterisierung von Bakterien durch Fluoreszenzmikroskopie und Durchflußzytometrie, Photo-Inaktivierung, 2014 – 2017).

(VII) „Sensorsystem für Methan-Monitoring b. Schiefergasgewinnung“, BMWi ZIM-Koop.-Projekt, (CH4-Lasersensorik, 2014 – 2016).

(VIII) „Rohstoffscreening mit spektral-opti-schen Verfahren bei der Getreidelagerung (OptiScreen)“, BMEL-Verbundprojekt (Myko-toxin-Detektion, Fluoreszenzspektroskopie an Getreide, IMS-Analytik, 2015 – 2018).

(IX) „Intelligence for Soil. Integrated System for Site-Specific Soil Fertility Management (I4S)”, BMBF-Verbundvorhaben (2015 – 18).

(X) „Photonisch-mikrofluidisches Produktionsverfahren zur ultraschnellen Herstellung maßgeschneiderter monoklonaler Antikörper (Affinity Track)“. StaF-Programm (2017 – 19)

(XI) Industrieprojekte “UV Absorber” und “Lebensmitteldispersionen (2016 – 17)

Instrumentierung von UPPC

Umfassende optisch-spektroskopische Instrumentierung, Spektralbereich 200 nm – 10 µm, hohe spektrale, zeitliche (sub ps) und räumliche (sub µm) Auflösung, Mikroskopie und Bildgebung. Erstklassige instrumentelle Ausstattung mit Investitionsmaßnahmen von ca. 10 Mio. € seit 2001. Derzeit Ausstattung s. www.chem.uni-potsdam.de/groups/pc/. Beispiele:

• Diverse Laserapparaturen mit Absorptions- und Emissionsdetektion
• Einzelmolekülspektrometer
• Fluorescence-Imaging-Mikroskop-System
• PDW-, Lichtstreu- und Photonenkorrelationsspektrometer
• Ionenmobilitäts- und Massenspektrometer
• Fasertechnologie und –fusionsspleißgerät
• Ultrakurzpuls Ti:Sa-Laser mit Nachver-stärkung, Frequenzkonversion und OPA
• Schreibstand für Faser-Bragg-Gitter
• Durchflusszytometer
• Mikro-Thermophorese NanoTemper

Die wichtigste Aufgabe der Firma besteht in der Organisation eines modernen und wettbewerbsfähigen Wissens- und Technologietransfers am Universitätsstandort Potsdam sowie in die Region, aber auch national und international. Ziel ist die wirkungsvolle Ergänzung der Exzellenz in Forschung und Lehre durch einen professionellen Transfer der Ergebnisse aus der Wissenschaft und Forschung.
Im Geschäftsbereich Executive Education stehen zurzeit folgende Schwerpunkte im Mittelpunkt:

• abschlussbezogene Weiterbildungsangebote (Masterstudiengänge) in den Bereichen Öffentliche Verwaltung und Privates Management, Zertifikatsstudium Mediation
• wissenschaftliche Fortbildungsangebote;
• internationale Weiterbildungsprojekte;
• Projekte zur Qualifikation von Flüchtlingen und Migranten.

Im Geschäftsbereich Applied Research &amp Development werden vor allem Projekte auf folgenden Gebieten bearbeitet:

• wissenschaftliche Grundlagenforschung;
• angewandte Forschung und Entwicklung / Auftragsforschung;
• wissenschaftlich-technische Beratungs- und Dienstleistungen.

Wichtige Arbeitsgebiete sind hier vor allem die Antikörperforschung, Projekte der anorganischen Chemie zum Recycling wertvoller Edel- und Seltenerdmetalle, Laserentwicklung, Materialforschung an innovativen Polymerwerkstoffen sowie geowissenschaftliche Forschungs- und Consultingdienstleistungen.

Im Geschäftsbereich UP TRANSFER Services werden folgenden Leistungen angeboten:

• Tagungsservice, hauptsächlich für wissenschaftliche Veranstaltungen;
• Patentverwertung für die Hochschulen und Forschungseinrichtungen des Landes Brandenburg (Projekt Brainshell);
• UNIshop der Universität Potsdam;
• Projektmanagement und administrative Services.