Was ist eigentlich „Nano"? Diese Frage wird immer wieder gestellt. „Nano" kommt aus dem Griechischen und bedeutet Zwerg. Ein Zwerg wird mit etwas Winzigem verbunden und daher wird „Nano" als Abkürzung für ein Milliardstel (1/1.000.000.000) verwendet. Wenn Wissenschaftler von Nanotechnologie sprechen, dann meinen sie die Erzeugung, Manipulation und Charakterisierung von Strukturen, die nur wenige Nanometer groß sind. Die Frage, wie viele Engel – sei es sitzend oder stehend – auf die Spitze einer Nadel Platz finden, lässt sich, laut der Süddeutschen Zeitung (Ausgabe vom 5. Juli 2006), nicht präzise beantworten, wohl aber die Frage wie viele der kleinsten Fußballfelder der Welt auf eine abgeschnittene Haarspitze passen, nämlich 20.000. Das kleinste Fußballfeld der Welt ist nur 500 Nanometer mal 380 Nanometer groß (siehe Unispectrum 3/2006) und wurde am Nano+Bio Center der TU Kaiserslautern mittels Elektronenstrahl-Lithographie entworfen. Ähnlich klein geht es in dem biologischen Bereich zu, in dem mit verschiedenen Technologien die kleinsten Bestandteile von lebenden Zellen, Molekülen und davon Tausende auf einmal dargestellt und identifiziert werden können.Das Zentrum für Nanostrukturtechnologie und Molekularbiologische Technologie, kurz Nano+Bio Center (NBC), wurde im Dezember 2002 an der TU Kaiserslautern durch Fördermittel der Europäischen Union und des Landes Rheinland-Pfalz gegründet. Das NBC hat im Januar 2004 nach umfangreichen Umbauarbeiten in Geb. 13 seine Büros, Biologie-Labore und Reinräume bezogen. Es verfügt über die modernste Ausstattung zur Mikro- und Nanostrukturierung, Nano- und Bioanalytik und Bioinformatik. An der Gründung des NBCs waren je fünf Arbeitsgruppen aus den Fachbereichen Physik und Biologie beteiligt. Als Service-Einrichtung stellt das NBC seine Geräte, Labore und sein „Know-how" allen Fachbereichen der TU, aber auch außeruniversitären Instituten und der Industrie zur Verfügung. So arbeiten mittlerweile Diplomanden, Doktoranden und Post-Doktoranden aus mehr als 15 Arbeitsgruppen der Fachbereiche Physik, Maschinenbau und Biologie im NBC. Von den Mitarbeitern des NBC werden neue Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung entwickelt und sie sind Dienstleister, die im Service Aufträge für die Arbeitsgruppen ausführen. Darüber hinaus gibt es Kooperationen mit KMUs im Bereich der Nanostrukturierung von Metall- und Diamant-Oberflächen und der Entwicklung von DNA-Chips. Außerdem werden Auftragsarbeiten für Institute wie z.B. das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT, St. Ingbert), eine Arbeitsgruppe der Technischen Physik der Universität des Saarlandes und eine der RWTH Aachen geleistet. National und international ist das NBC in verschiedene Kooperationen über DFG-, BMBF- und EU-Verbundprojekte eingebunden. Insbesondere sind die Technologien des NBC Voraussetzung für die DFG-Forschergruppe „Neue Materialien mit hoher Spinpolarisation" sowie den gerade bewilligten Transregio-SFB „Condensed Matter Systems with Variable Many-Body Interactions". Mehrere Projekte sind zudem in Forschungsschwerpunkte des Landes Rheinland-Pfalz eingebunden. Beispiele für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im NBC: Mit Hilfe der im NBC vorhandenen Strukturierungsverfahren können Mikro- und Nanostrukturen für anwendungsbezogene und Grundlagenforschung hergestellt werden. Der Arbeitsgruppe von Prof. Martin Aeschliemann ist in enger Kooperation mit Arbeitsgruppen mehrerer Hochschulen die gezielte Manipulation von Licht auf der Nanometer- und Femtosekundenzeitskala gelungen. Diese Arbeiten wurden kürzlich in Nature (Vol. 446, 301, 2007) veröffentlicht. Wichtige Voraussetzung für das Experiment ist die Verfügbarkeit einer geeigneten „Antenne". Im Vergleich zu gewöhnlichen Antennen für Radiowellen muss die „Antenne" für dieses Experiment wesentlich kleiner sein. Diese „Nano-Antenne" wurde in Form von Silberscheibchen (Ag-Dots), die einen Durchmesser von 175 nm und einen Abstand von nur 10 nm besitzen, im NBC realisiert. Aus mikrostrukturiertem 3D-Metamaterial soll eine so genannte „Superlinse" im THz-Wellenlängenbereich gebaut werden. Eine solche Linse, deren Material einen negativen Brechungsindex zeigt, kann Abbildungen mit einer bisher unerreichten Auflösung unterhalb der Wellenlänge möglich machen. Die Herstellung dieses künstlich erzeugten Metamaterials treibt die Arbeitsgruppe von Prof. René Beigang (Fachbereich Physik und Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik) im NBC voran. Mittel-Infrarot(IR)-Laser und -Detektoren werden von der AG Prof. Henning Fouckhardt entwickelt. Die Detektoren könne zur Analyse von organischen Gasen (z.B. Methyl- oder Alkoholgruppen) eingesetzt werden. Die Geräte des NBC werden von dieser AG auch zur Herstellung und Untersuchen neuer Mikrooptiken und dem trockenchemischen Ätzen von Gläsern und Halbleitern genutzt.  Die AG Magnetismus von Prof. Burkard Hillebrands befasst sich mit der Erforschung magnetischer Eigenschaften von dünnen magnetischer Filme und mesoskopischen Systemen, die speziell im Bereich der Magnetoelektronik von Interesse sind. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der Magnetisierungsdynamik im GHz-Bereich, die mit Hilfe zeitaufgelöster magnetooptischer Methoden charakterisiert wird. Eine neue Art von Biosensor zur Zell- und Bakteriendetektion wird in Kooperation der Arbeitsgruppen von Prof. Christiane Ziegler und Prof. Egbert Oesterschulze (beide Fachbereich Physik) und Prof. Regine Hakenbeck (Fachbereich Biologie) im NBC entwickelt (vgl. eigener Artikel in dieser Ausgabe). In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Hakenbeck werden verschiedene Genomprojekte von Bakterien, die als menschliche Krankheitserreger von Bedeutung sind, am NBC bearbeitet. Mit Hilfe von sog. DNA Chips (Microarrays) können sämtliche Gene eines Organismus dargestellt werden. Ein weiteres Genomprojekt wird mit der Med. Mikrobiologie Aachen und dem NBC als Kooperationspartner durchgeführt. Die DNA-Chips, die in Kooperation mit einer Firma am NBC entwickelt wurden, stehen international den Forschern zur Verfügung. Den verwandtschaftlichen Verhältnissen von Cyanobakterien, ihrer Diversität in verschiedenen terrestrischen Lebensräumen sowie ihrem ökophysiologischen Leistungsvermögen gilt das Interesse der AG von Prof. Burkhard Büdel. Die wissenschaftliche Disziplin Proteomics befasst sich mit der Analyse und dem Vergleich von Proteomen, also der Darstellung und Identifizierung sämtlicher Proteine einer Zelle. Diese werden aus Gewebeproben, Körperflüssigkeiten, Zellkulturen und anderem biologischen Material isoliert Durch Proteomanalyse können Unterschiede zwischen verschiedenen Organen oder Entwicklungsstadien sichtbar gemacht werden. So untersucht die Arbeitsgruppe von Professor Eckhard Friauf in Zusammenarbeit mit dem NBC Unterschiede zwischen den Gehirnen von jungen und erwachsenen, zwischen normal hörenden und tauben und zwischen männlichen und weiblichen Tieren. Die neurophysiologisch bedeutsamen Calcium-Signal-Kaskaden werden in der AG von Prof. Jochen Deitmer untersucht, die für die Funktion der Zellen eine wichtige Rolle spielen und u.a. der Kommunikation zwischen den Zellen dienen. Mit der biochemischen und physiologischen Analyse von proteinvermittelten Transportprozessen über pflanzliche Membranen beschäftigt sich die AG von Prof. Ekkehard Neuhaus. Bei den untersuchten Proteinen handelt es sich um Nukleosidtransporter, die einen Transport und damit verbunden die Rückgewinnung von Nukleotidbausteinen ermöglichen. Diese Nukleotidbausteine sind essentiell für den Energiestoffwechsel von Zellen und stellen weiterhin die Grundelemente der Erbinformation dar. Die Bioinformatik-Seite des NBC bietet als Service den Zugriff auf eine Vielfalt von Operationen, die als Service für Genomanalysen, phylogenetische Analysen von DNA-Sequenzen und Proteinen interessierten Nutzern online zur Verfügung gestellt wird. Dieser Service wird mittlerweile in zunehmendem Maße benutzt und trägt ausgiebig zur internationalen Repräsentation der TU Kaiserslautern bei. Im Bereich der Lehre bietet das NBC für Studierende des Fachbereichs Physik und der Vertiefungsrichtung Mikrosystemtechnik Praktika zu den Themen „Mikro- und Nanostrukturierungsverfahren und Messtechniken" an. Für den Fachbereich Biologie finden jährlich Kurse zur DNA-Sequenz+Genomanalyse, Einführungskurse in die konfokale Mikroskopie, ein Proteomics Workshop
und seit 2006 im Rahmen des Graduiertenkollegs 845 ein abteilungsübergreifender Einführungskurs in die dem NBC angegliederten Großgeräte statt. Überregional werden in Kooperation mit dem NanoBioNet e.V. Fortbildungen in Form von Seminaren und „Hands-on"-Arbeiten im Reinraum für alle Interessierten, insbesondere Laboranten und Techniker durchgeführt. Der internationale Online-Fernstudiengang „Nano-Biotechnology" des Zentrums für Fernstudien und universitäre Weiterbildung (ZFUW) steht unter der fachlichen Leitung von Prof. Christiane Ziegler und das NBC ist durch Vorträge und mit dem Lehrabschnitt `Fundamentals of Molecular Biology´ am Fernstudiengang beteiligt. Dieser kleine Rundgang zeigt auf, wie sich in weniger als drei Jahren in den ehemaligen Räumlichkeiten der Schlosserei der TU Kaiserslautern die für viele Arbeitsgruppen der TU unentbehrliche „Werkstatt" für Nanostrukturtechnologie und Molekularbiologische Technologie etabliert hat. Ein virtueller Rundgang durch das NBC steht über die Internetseite www.nbc.uni-kl.de zur Verfügung. Wir freuen uns auf Ihren Besuch.

Prof. Dr. Regine Hakenbeck

Prof. Dr. Christiane Ziegler

Dr. Peter Reichmann

Dr.-Ing. Sandra Wolff