Physiker entwickeln magnetisch steuerbare Membranen

Die erzeugten Eisen-Palladium-Schichten könnten zukünftig in der Medizintechnik zum Beispiel als Stents oder Pumpen angewendet werden. Ein Artikel über das von Prof. Stefan Mayr und Dr. Tobias Edler neu entwickelte Herstellungsverfahren ist jetzt in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ erschienen.

Die Herstellung der neuartigen Metallmembranen erfolgt in einem dreistufigen Verfahren. Im ersten Schritt werden mittels Molekularstrahlepitaxie

Eisen- und Palladium-Atome auf ein Trägermaterial aufgedampft. Dieses bewährte Verfahren, das unter anderem bei der Herstellung von Halbleitertechnik angewendet wird, wurde durch die Leipziger Forscher für die konkrete Anwendung angepasst.

„Die von uns gefundenen Rahmenbedingungen für diesen Verfahrensschritt ermöglichen die Herstellung perfekter Kristalle. Diese Perfektion ist notwendig, um anschließend maximale magnetfeldinduzierte Dehnungen zu erhalten“, betont Prof. Mayr. Sie seien eine der größten Herausforderungen im Entwicklungsprozess gewesen.

Fast drei Jahre hat die Suche nach den idealen Bedingungen für diesen ersten Schritt gedauert. Daran anschließend wird in einem zweiten Schritt mit einem neu entwickelten Ätzverfahren die Metallschicht vom Substrat gelöst. Im anschließenden letzten Schritt, einer Temperaturbehandlung, wird die korrekte Phase eingestellt, die erst den magnetischen Formgedächtniseffekt ermöglicht.

Die erfolgreiche Umsetzung dieses Verfahrens ist bisher weltweit einmalig. „Unser interdisziplinäres Team, das nicht nur Forscher aus der Physik, sondern auch aus der Chemie umfasst, hat uns den Forschungsvorsprung ermöglicht,“ sagt Mayr über seine Arbeitsgruppe, die vom Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) der Universität Leipzig und dem Leibniz-Institut für Oberflächenmodifikation unterstützt wird. Die bisher hergestellten, wenige Mikrometer zarten Metallschichten können Dehnungsänderungen von bis zu fünf Prozent erreichen.

„Für harte Materialien ist diese Dehnung ein beachtlicher Wert, der viele Anwendungen in der Medizintechnik vorstellbar macht“, sagt Mayr. Denkbare Anwendungen für elektromagnetisch formbare Metalle seienPumpen, die örtlich begrenzt Medikamente applizieren, beispielsweise genau dosierte Schmerzmittel für Krebspatienten. Auch Gefäßstützen, so genannte Stents, die eine Verengung der Herzkranzgefäße verhindern, erscheinen den Forschern möglich. Der große Vorteil dieser Anwendungen wäre, dass sie im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Modellen von außerhalb des Körpers steuer- oder formbar sind.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Stefan Mayr
E-Mail: stefan.mayr@iom-leipzig.de