Dr. Falk Eilenberger: NanoScopeFutur-2D
In den letzten Jahren sind Materialien, die nur aus wenigen Atomlagen bestehen, in den Fokus der Wissenschaft gerückt. Sie bestehen aus dünnen Kristallschichten, die wie ein Blätterteig nur schwach zusammengehalten werden. Dabei haben die einzelnen Schichten sehr ungewöhnliche Eigenschaften und sind bis zu 100.000x dünner als ein menschliches Haar. Im Projekt NanoScopeFutur-2D sollen diese sogenannten 2D-Materialien auf Grund ihrer speziellen Eigenschaften genutzt werden, um neue Methoden und Komponenten für die Mikroskopie zu entwickeln.
Die Eigenschaften dieser dünnen 2D-Materialien unterscheiden sich gravierend von den Eigenschaften größerer Stücke des Materials, obwohl dieselben chemischen Elemente vorhanden sind. Eine Bleistiftmine besteht beispielsweise aus vielen Lagen von Kohlenstoffschichten und ist sehr weich und brüchig. Gelingt es nun eine einzige dieser Kohlenstoffschichten, das sogennante Graphen, von den anderen zu trennen, erhält man das festeste bekannte Material überhaupt. Die in diesem Projekt zu erforschenden Materialien zeigen als Einzellagen starke Wechselwirkungen mit Licht, was sie besonders interessant für die Weiterentwicklung von Mikroskopen macht.
Um die in einer Zelle ablaufenden Prozesse besser zu verstehen wird in der Wissenschaft häufig die Fluoreszenzmikroskopie verwendet. Hierbei wird ein Farbstoff in bestimmte Bereiche von Zellen gegeben. Dieser Farbstoff leuchtet bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge in einer anderen Farbe. Durch die Verwendung von Farbfiltern wird sichergestellt, dass nur die Bereiche sichtbar sind, die den Farbstoff enthalten und leuchten. Mittels der untersuchten 2D-Materialien können die Farbfilter verbessert werden, so dass Mikroskopaufnahmen eine bessere Qualität erreichen. Darüber hinaus zerfallen die bisher verwendeten Farbstoffe relativ schnell zu Giftstoffen und zerstören so die Zellen. Dadurch können langfristige Prozesse häufig nicht untersucht werden. Die von der Forschergruppe untersuchten 2D-Materialien sind biokompatibel, also nicht giftig für Zellen, so dass langsam ablaufende Prozesse besser untersucht werden können. Darüber hinaus kann aus der Art und Weise, wie das 2D-Material zurückleuchtet, Informationen über die Umgebung des Nanomaterials und damit beispielweise über Zellbestandteile gewonnen werden.
Hier setzt das innovative "NanoScopeFutur-2D"-Projekt von Herr Dr. Falk Eilenberger an. NanoScopeFutur-2D oder in der Langfassung "2D-Materialien für die Nanoskopie der Zukunft" hat als Ziel, die Wechselwirkungen zwischen Licht und den 2D-Materialien zu verstehen und für Anwendungen in der Mikroskopie maßzuschneidern. Dabei können die Materialien als Lichtquelle eingesetzt werden, um tiefer in Gewebe eindringen zu können und die Auflösung mikroskopischer Abbildungen zu verbessern. Eingesetzt als Sonde anstelle von konventionellem Fluoreszenzfarbstoff können sie ebenso genutzt werden, um über biochemische Eigenschaften der Umgebung Auskunft zu erhalten.
NanoScopeFutur-2D wird also neue materialbasierte Verfahren für die Mikroskopie entwickeln und dazu beitragen, dass der diagnostische und wissenschaftliche Wert der Mikroskopie noch weiter ansteigen kann.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Falk Eilenberger
Dr. Falk Eilenberger studierte von 2002 bis 2008 an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena Physik und diplomierte dort zur nichtlinearen Optik strukturierter Materialien. Nach einem Aufenthalt am Forschungszentrum Jülich untersuchte er nichtlineare Wellenphänomene in optischen Fasern am Centre for Ultrabroadband Devices in Optical Systems (CUDOS) der University of Sydney, bevor er 2009 nach Jena zurückkehrte und dort zu raumzeitlichen Phänomenen in der Ausbreitung ultrakurzer Pulse promovierte. Nach seiner Promotion im Jahr 2014 wechselte er zum Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik und betreute dort als Wissenschaftskoordinator mehrere Graduiertenschulen und wissenschaftliche Großprojekte insbesondere mit Bezug zur Quantentechnologie.
Seit März 2018 leitet Herr Eilenberger am Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität in Jena die NanoMatFutur-Nachwuchsgruppe „Photonics in 2D-Materials“. Seit Ende 2022 ist er Abteilungsleiter für Mikro- und Nanotechnologie am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF. Dabei transferiert er Wissen aus seiner Nachwuchsgruppe in Anwendungen von der Klimaforschung bis zur Medizin.