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Young Investigator Network Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Geschäftsstelle

Leyla Jochim

Karina Scholpp

Campus Nord, IMT, Geb. 310

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1

76344 Eggenstein-Leopoldshafen

 

Tel. +49 721 608-28398

Fax +49 721 608-22243

Email: infoYzv0∂yin kit edu

 

YIN-Film
Standbild_YIN_Film

YIN-Film

Veranstaltungen
April 2012
Juni 2012
Mai 2012
M D M D F S S
 
     
Dr.-Ing. Timo Mappes PD Dr.-Ing. Timo Mappes
Gruppenleiter
Biophotonische Sensoren (Mikrotechnologie, Optik und Photonik)
Gruppe: Biophotonik
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 255 (Geb. 310)
Tel.: +49 721 608-24426
Fax: +49 721 608-24331
timo mappesUpp7∂kit edu
Forschung

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)

Campus Nord

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1

76344 Eggenstein-Leopoldshafen


Biophotonische Sensoren

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Biophotonische Sensoren

Diese Gruppe ist aus der Förderungen einer Nachwuchsgruppe aus dem Zukunftskonzept der Exzellenzinitiative durch das Karlsruhe Institute of Technology (KIT) heraus gegangen.

Integration von polymeren Lichtwellenleitern und Fluidkanälen

Ziel der interdisziplinär ausgerichteten Gruppe ist die Schaffung der technologischen Grundlagen für neuartige miniaturisierte Sensorsysteme auf Polymerbasis für die Fluidanalyse mit Anwendungspotential in Chemie, Biologie und Medizintechnik. Dafür werden Lösungen für die Integration von mikrofluidischen mit mikrooptischen und elektrooptischen Strukturen & Komponenten geschaffen. Im Vordergrund der Entwicklung stehen dabei eine hohe Empfindlichkeit der Sensorsysteme, ein minimaler Verbrauch von Analyt, sowie geringe Herstellungskosten der Systeme durch Einsatz hochparalleler Fertigungsverfahren, welche die einmalige Verwendung der Chips als sogenannte "Disposables" erlauben.

Die gewonnenen Erkenntnisse werden in Bauteilen für konkrete biophotonische Anwendung aus den Lebenswissenschaften umgesetzt. Optofluidische Laser in einer 1/3 mm dicken KunststofffolieBesondere Schwerpunkte der Entwicklungen liegen auf dem Gebiet der Integration von miniaturisierten organischen Lasern in Chipformat und auf der Optimierung von verschiedenen Resonatorstrukturen aus Polymeren sowie deren biologischer Funktionalisierung für die Analytik.

Die Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) mit dem Lichttechnischen Institut (LTI) sowie in enger Kooperation mit dem Institut für angewandte Physik (APH) AG Kalt.

Die Doktoranden der Gruppe sind Kollegiaten bzw. Stipendiaten der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP).

Ferner vertritt die Gruppe das Karlsruher Institut für Technologie im europäischen Netzwerk Photonics 4 Life (P4L) als Core-Partner und trägt im Rahmen des gesamten Netzwerks die Verantwortung für die Kooperation mit der Industrie.

Die Gruppe behält stets die wirtschaftliche Nutzung ihrer gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse im Blick. Entsprechend hat sie bisher einige Erfindungen zum Patent bzw. Gebrauchsmuster angemeldet. In diesem Rahmen wurde unter anderem die Ausgründung der VISOLAS GmbH aus dem KIT maßgeblich unterstützt.

Auf internationaler Ebene besteht außerdem eine enge Zusammenarbeit mit der Optofluidik-Gruppe der Dänisch Technischen Universität (DTU) in Lyngby bei Kopenhagen.

 

Die Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes in Presse und Medien

 

Kontakt

   

PD Dr.-Ing. Timo Mappes

Young Investigator Group (YIG)


Technologische Plattform für mikrooptische Sensoren für Life Sciences: Biophotonische Sensoren

Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstr. 12
D-76131 Karlsruhe

Email:  timo mappesFxc3∂kit edu

Lehre

  • Vorlesung Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
    Ausgewählte Kapitel der Optik und Mikrooptik für Maschinenbauer
    (Dr. Timo Mappes)
    Der theoretische Hintergrund der im Maschinenbau genutzten optischen Effekte (z.B. zur Positionierung oder Qualitätssicherung) sowie der Aufbau der zugehörigen Geräte und Apparate werden im Maschinenbaustudium bisher nicht gesondert behandelt. Diese Vorlesung führt in die Grundlagen der Optik ein und stellt technisch genutzte optische Effekte und Messverfahren vor. An ausgewählten Beispielen werden Bauelemente der Optik, optische Effekte, optische Instrumente und Apparate sowie deren Anwendung vorgestellt. Fertigungsverfahren für makroskopische und mikroskopische Optiken werden mit den technischen Hintergründen diskutiert.

     

  • Vorlesung Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP)
    Microoptics and Lithography (English language)
    (Dr. Timo Mappes)
    Microoptical components are key elements for a large variety of technical systems, ranging from applications in medicine, in chemical analysis, and in projection systems to consumer products, just to name a few. The course gives an introduction into the basics of microsystems technology, to fabrication processes for micro optical components and microoptical systems, and in particular to lithographic pattern transfer. Finally entire microsystems are presented and their applications are discussed.

 

Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP)

  • Mitglied Executive Board KSOP
    KSOP

 

Gremienarbeit an KIT

 

Gutachter für Zeitschriften

 

Gruppe von PD Dr.-Ing. Timo Mappes

M.Sc. Uwe Bog Dipl.-Ing. Marko Brammer Tobias Grossmann
M. Sc.
Uwe Bog

Doktorand
Dipl.-Ing.
Marko Brammer

Doktorand
Dipl.-Phys.
Tobias Großmann

Doktorand
M.Sc. Xin Liu Dipl.-Phys. Sönke Klinkhammer Dipl.-Ing. Dieter Rimpf
M.Sc.
Xin Liu

Doktorandin
Dipl.-Phys.
Sönke Klinkhammer

Doktorand
Dipl.-Ing.
Dieter Rimpf

Doktorand
Dipl.-Phys. Mauno Schelb Tobias Wienhold Felix Breithaupt
Dipl.-Phys. Dipl.-Math.
Mauno Schelb

Doktorand
Dipl.-Ing.
Tobias Wienhold

Doktorand

 

Felix Breithaupt
Diplomand

Alumni

Dr. Ziyao Wang
12/2009 – 07/2011, Humboldt-Forschungsstipendium für Postdoktoranden
"Improving Organic Optoelectronic Devices by Nanotransfer Methods"
ab 08/2011: Novaled AG, Dresden

Dr.-Ing. Christoph Vannahme
04/2008 – 06/2011, Doktorand
"Integration organischer Laser in Lab-on-Chip Systeme"
ab 09/2011: Technical University of Denmark (DTU) Nanotech

 

Markerfreie Detektion einzelner Moleküle mit integrierten organischen Lasern

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Integrierte photonische Systeme zur markerfreien Detektion einzelner Moleküle mit organischen Lasern

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines miniaturisierten Sensors auf Polymerbasis für den Nachweis einzelner Moleküle mittels oberflächenverstärkter Ramanstreuung (SERS).
Auf einem Polymerchip sollen organische Halbleiter-Laser im sichtbaren Spektralbereich mit mikrofluidischen Strukturen kombiniert werden und so ein integriertes SERS System als Einwegartikel ermöglichen.

Dieses Projekt wird in enger Kooperation mit dem Lichttechnischen Institut (LTI) im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet. Xin Liu wird dabei seit 01.07.2011 als Stipendiatin von der Carl Zeiss Stiftung gefördert.

 

M.Sc. Xin Liu

  M. Sc. Xin Liu

  Tel.:  +49 721 608-23845

  Fax:  +49 721 608-24331

  Email: xin liuNbl7∂kit edu

 

Durchstimmbare organische Laserlichtquellen

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Entwicklung organischer durchstimmbarer Laser für die mikrofluidische Analytik

Das Ziel dieses Projekts ist die Erforschung durchstimmbarer organischer Laser mit großer Bandbreite, basierend auf periodischen Strukturen bzw. photonischen Kristallen und deren Anwendung in optofluidischen Mikrosensoren zur Charakterisierung biomedizinischer Fluide. Der Einsatzbereich des Sensors und die daraus resultierenden Herausforderungen werden zusammen mit den späteren Anwendern, Biologen und Medizinern erarbeitet. Dieser Sensor soll im Endausbau als Einwegchip auf Polymerbasis, im besten Fall monolithisch, realisiert werden. Ein Schwerpunkt der Arbeiten wird die Integration der organischen Laser und der anorganischen Laser- bzw. Leuchtdioden als Pumpquellen sein. Nach Bewertung der verschiedenen Prinzipien im Hinblick auf die optischen Parameter solcher Laser sowie deren technischer Realisierbarkeit und Herstellung in größeren Maßstäben, sollen die gewonnenen Erkenntnisse anschließend mit den Erkenntnissen zu den Detektionsmechanismen und zur Integration mit den Mikrofluidstrukturen kombiniert werden. Gemeinsam soll ein Demonstrator eines solchen biophotonischen Mikrosensors bestehend aus Laserlichtquelle, Wellenleiter, Fluidikkanal und Detektionseinheit gebaut werden.

Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit dem Lichttechnischen Institut (LTI) und im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

Dipl.-Phys. Sönkeklinkhammer

  Dipl.-Phys. Sönke Klinkhammer

  Tel.: 0721/608-23861

  Fax: 0721/608-24331

  Email: soenke klinkhammerDnt9∂kit edu

 

Integrierte optische Zellanalyse & Zellsortierung

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Mikrofluidisch integriertes System zur markerfreien optischen Zellanalyse und Zellsortierung (MikroSort)

In diesem Projekt soll ein völlig neuer Ansatz zur miniaturisierten, markerfreien Analyse sowie Sortierung auf Zellebene unter Einsatz geringster Analytmengen demonstriert werden. Auf einer mikrofluidischen Plattform auf der Basis von Glas und Kunststoff werden die Zellen durch den Resonator einer integrierten Halbleiterlaserdiode geleitet und die Veränderung verschiedener Laserparameter ausgewertet. Dies gewährleistet hohe Empfindlichkeiten bezüglich relevanter Kenngrößen wie Brechungsindex, Absorption oder Morphologie. Eine unmittelbar nachfolgende Sortierung der Zellen wird durch eine ebenfalls integrierte laserbasierte Einheit optischer Fallen erreicht. Systeme nach diesem Prinzip stellen eine Alternative zu etablierten großvolumigen und teuren FACS- (fluorescence-activated cell sorting) Geräten dar und bieten potentiell die Möglichkeit einer Point-of-Care-Diagnose mit Handinstrumenten. Die beiden beteiligten Arbeitsgruppen stellen alle Kernbausteine inklusive der maßgeschneiderten Laser her und integrieren diese zu ersten Modul-Prototypen, welche anschließend intensiven Tests unterzogen werden.

Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Optoelektronik der Universität Ulm und als ein Projekt der Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

Dipl.-Ing. Dieter Rimpf

  Dipl.-Ing. Dieter Rimpf

  Tel.: 0721/608-23845

  Fax: 0721/608-24331

  Email: dieter rimpfYfq8∂kit edu

 

Aktive und passive polymere Mikroresonatoren

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Aktive and passive polymere Mikroresonatoren

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von aktiven und passiven hochkompakten photonischen Bauelementen basierend auf polymeren Mikroresonatoren hoher Güte und optischen Wellenleitern. Biosensoren auf Basis optischer Mikroresonatoren sind sehr interessant für eine Vielzahl von Anwendungen in Biologie und Medizin, da sie die hochempfindliche und markerfreie Detektion von Molekülen ermöglichen. Wichtige Anwendungen dieser kompakten Sensoren sind die in situ Diagnose und die Detektion von Drogen oder Gefahrstoffen. Des Weiteren ist es möglich optische Verstärkermaterialen (z.B. Farbstoffen) in die Werkstoffe der Mikroresonatoren einzubringen. Dadurch wird die Realisierung von organischen Mikrolasern mit niedrigen Schwellen als kostengünstige und kohärente Lichtquelle ermöglicht.

Die Arbeit wird in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Physik (APH) und im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet. Tobias Großmann wird dabei seit 01.01.2011 als Stipendiat der Telekom Stiftung gefördert.

 

Tobias Großmann

  Dipl.-Phys. Tobias Großmann

  Tel.: 0721/608-23861

  Fax: 0721/608-24331

  Email: tobias grossmannYja4∂kit edu

 

Integrierte optische Mikroresonatoren auf Polymerbasis

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Integration optischer Mikroresonatoren auf Polymerbasis für Lab-on-a-Chip Anwendungen

Biosensoren auf Basis optischer Mikroresonatoren sind von hohem Interesse für eine Vielzahl von Anwendungen in Chemie, Biologie und Medizin, da sie die selektive, hochempfindliche und markerfreie Detektion von Molekülen ermöglichen. Ziel dieses Projekts ist die Realisierung eines solchen Sensors zur parallelen Detektion von Molekülen auf einem Polymerchip. Dafür werden optische Mikroresonatoren und Wellenleitern in einem Mikrofluidikkanal integriert.

Hierbei sollen unterschiedliche Resonatorgeometrien auf ihre Integrierbarkeit in den Chip und die zu erwartende Signalstärke aus der Interaktion von Licht und Analyt untersucht werden. Um eine kostengünstige Herstellung des Chips zu erzielen, sollen massenfertigungstaugliche Prozesse eingesetzt werden.

Dieses Vorhaben wird im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

Tobias Wienhold

  Dipl.-Ing. Tobias Wienhold

  Tel.: 0721/608-25856

  Fax: 0721/608-24331

  Email: tobias wienholdRvn4∂kit edu

 

Interaktion von Licht und Analyt

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Simulation und Entwicklung eines optofluidischen Biosensors basierend auf resonanten photonischen Mikrostrukturen

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines biophotonischen Sensors in der Form eines monolithischen Mikroanalysesystems (µTAS, Lab-on-Chip).

Hierbei wird zur Untersuchung biologischer Analyte der Resonanzshift einer photonischen Kavität, welche mit dem zu untersuchenden Analyt in Kontakt kommt, detekiert und gemessen. Im Rahmen dieses Projekts werden verschiedenartige Resonatortypen auf ihre Brauchbarkeit hinsichtlich dieses Sensorprinzips untersucht sowie deren Auslegung für biologische oder medizinische Anwendungen durch numerische Methoden vorgenommen. Anschließend an die Konzeptionierung folgt die Entwicklung der zur Fertigung eines Sensors benötigten Verfahren sowie die Herstellung eines Prototyps und dessen Charakterisierung.

Dieses Projekt wird im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

Dipl.-Phys. Mauno Schelb

  Dipl.-Phys. Dipl.-Math. Mauno Schelb

  Tel.: 0721/608-26839

  Fax: 0721/608-24331

  Email: mauno schelbTqt2∂kit edu


Funktionalisierung optofluidischer Strukturen

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Funktionalisierung optofluidischer Strukturen

Ziel dieses Projektes ist die Funktionalisierung eines polymerbasierten photonischen Lab-on-a-Chip (LoC) Sensorsystems, um in einem zu untersuchenden Fluid eine hohe Sensitivität für ausgewählte Inhaltsstoffe zu erzielen. Diese Maßnahme kann beispielsweise durch eine lokale Integration von biologischen oder chemischen Rezeptormolekülen in die optofluidische Detektionszone – die Zone, in welcher die Flüssigkeit vom Licht der Sensorlichtquelle abgetastet wird – erreicht werden. Aufgrund ihrer chemischen und geometrischen Eigenschaften lassen diese Rezeptoren lediglich eine gezielte Ankopplung von definierten Partikeln oder Molekülen zu. „Passende“ Partikel werden somit in der Detektionszone immobilisiert, wodurch sie über eine verlängerte Zeitdauer verstärkt mit dem Abtastlicht interagieren. Durch geeignete Auswahl der zum Einsatz kommenden Rezeptoren kann hochselektiv eine sehr hohe Sensitivität zu bestimmender Fluidinhaltsstoffen erzielt und somit neuartige Sensorsysteme interessant für Anwendungen in Biologie, Medizin und Umwelttechnik realisiert werden.

Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit dem Lichttechnischen Institut (LTI) und im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

M.Sc. Uwe Bog

  M.Sc. Uwe Bog

  Tel.: 0721/608-26839

  Fax: 0721/608-24331

  Email: uwe bogXuj5∂kit edu

 

Optoelektronische mikrofluidische Integrationsplatte

Gruppe von PD Dr.-Ing. habil. Timo Mappes

 

Entwicklung einer optoelektronischen mikrofluidischen Integrationsplatte für die Zusammenschaltung von mikrofluidischen Bauelementen

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines optoelektronischen mikrofluidischen Systems zur Zusammenschaltung und Ansteuerung von mikrofluidischen Bauelementen mit höchstmöglicher Modularität.
Die Herausforderung besteht darin, Fluide sowie optische und elektronische Ansteuerung / Kommunikation an jeden beliebigen Ort in einer Einheit zu fördern. Hierbei ist es erforderlich, dass ein Fluid einerseits in reiner Form oder andererseits gemischt mit anderen Fluiden an beliebige Stellen des Systems transportiert werden kann. Das fluidische System soll um die Bereiche Optik und Elektronik zur Ansteuerung und Versorgung der zu verschaltenden Bauelemente ergänzt werden.

Die Arbeit wird in Kooperation mit dem Bürkert Technology Center (BTC) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und im Rahmen der Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP) bearbeitet.

 

Dipl.-Ing. Marko Brammer

  Dipl.-Ing. Marko Brammer

  Tel.: 0721/608-26836

  Fax: 0721/608-24331

  Email: marko brammerHxp7∂kit edu

 

Ausgewählte Publikationen

 

Gruppe von PD Dr.-Ing. Timo Mappes

 

2012

  • U. Bog, K. Huska, F. Maerkle, A. Nesterov-Mueller, U. Lemmer, and T. Mappes,
    "Design of plasmonic grating structures towards optimum signal discrimination for biosensing applications",
    Optics Express 20 (10): 11357-11369 (2012).
  • S. Klinkhammer, X. Liu, K. Huska, Y. Shen, S. Vanderheiden, S. Valouch, C. Vannahme, S. Bräse, T. Mappes, and U. Lemmer,
    "Continuously tunable solution-processed organic semiconductor DFB lasers pumped by laser diode",
    Optics Express 20 (6): 6357-6364 (2012).
  • T. Wienhold, M. Brammer, T. Grossmann, M. Schneider, H. Kalt, and T. Mappes,
    "Microoptical device for efficient read-out of active WGM resonators"
    Proc. SPIE 8428: 842812 (2012).
  • W. Schwarz, A. Bergmann, A. J. Márquez del Pino, D. Wahl, D. Rimpf, T. Mappes, and R. Michalzik,
    "Towards a laser-integrated module for marker-free sorting of micrometer-sized particles in microfluidic channels"
    Proc. SPIE 8427: 84270U (2012).
  • M. Brammer, C. Megnin, M. Siegfarth, S. Sobich, A. Hofmann, D. Rabus, and T. Mappes,
    "Optofluidic backplane as a platform for modular system design"
    Proc. SPIE 8251: 82510O (2012).

 

2011

 

2010

 

2009

 

2008

 

 

2007

 

2004-2006