Linse aus dem Ozean, FTD

Das wundersame Auge des Schlangensterns regt zur Entwicklung von neuen optischen Systemen an. Erste Mikrolinsen sind dank Nanotechnologie bereits entstanden.

Das wird die Revolution im Design optischer Systeme!” Sagt die US-Forscherin Joanna Aizenberg und zeigt auf das Foto eines maritimen Sonderlings: Der Schlangenstern trägt eine stachlige Außenhaut, übersät mit winzigen Linsen. Jeder der Winzlinge ist gerade drei hundertstel Millimeter groß. Diese Linsen versucht Aizenberg an den Bell Labs im US-Bundesstaat New Jersey nun nachzubauen – in der Hoffnung, neue und bessere Farbfilter und Blenden zu kreieren.

Eher zufällig entdeckten die Forscher vor vier Jahren die wundersamen Fähigkeiten des Schlangensterns: Ähnlich wie bei einem Insekt bilden alle Linsen zusammen eine Art Facettenauge. “Derart ausgestattet kann der Schlangenstern in alle Richtungen gleichzeitig blicken und die Schatten herannahender Angreifer wahrnehmen”, so Aizenberg auf der Jahrestagung der US-Wissenschaftsorganisation AAAS.

Der Schlangenstern ist die perfekte Linse

Das Besondere am Auge des Seesternverwandten: Jedes einzelne Skelettelement mit seinen Hunderten von Linsen besteht aus einem Einkristall aus Kalzit. Dabei liegt die optische Achse des Kristalls stets genau senkrecht zu den Linsen. Das bedeutet: Im Gegensatz zu einer gewöhnliche Linse wird das übertragene Licht nicht gestreut und damit auch nicht vergeudet. “Der Schlangenstern schafft es, seine Mikrolinsen genau so zu kristallisieren, dass immer ein normales Bild entsteht”, sagt Aizenberg.

Mehr noch: Elegant entledigt sich der Organismus eines Problems, das der optischen Industrie schwer zu schaffen macht – die sphärische Aberration. Dieses Phänomen erzeugt Abbildungsfehler, weil sich Lichtstrahlen nicht in einem Bildpunkt vereinigen können. Dem Schlangenstern ist die sphärische Aberration ganz egal. Er lässt seine Linsen einfach so wachsen, dass solche Verwirrungen gar nicht erst entstehen. “Es sind wirklich perfekte Linsen”, schwärmt Aizenberg. “Besser als alles, was die modernsten Techniken möglich machen.”

Meeresbewohner in der Optikoptimierung haben Konjunktur Mittels Fabrikationsmethoden der Nanotechnologie haben Aizenberg und ihr Team bereits erste synthetische Mikrolinsen geschaffen. Sie sollen als flexible photolithografische Schablonen zum Einsatz kommen, aber auch als 3-D-Bio-Linsen in den unterschiedlichsten optischen Geräten. Besonders interessant erscheint der Umstand, dass jede Linse des Schlangensterns von unzähligen kleinen Poren umgeben ist. Diese dienen zum Transport von Pigmenten, die die Stärke des einfallenden Lichts regulieren. Auch das verspricht für künstliche Linsen neue Möglichkeiten. So könnten die Poren bei Bedarf Licht durch eine ansonsten undurchsichtige Flüssigkeit leiten – gewissermaßen eine Linse mit eingebautem Blendeneffekt. Auch die Farbe des durchscheinenden Lichts könnte die Pigmentporen beeinflussen. Das Ergebnis: eine Linse mit integriertem Farbfilter.

Aizenberg und ihr Team sind nicht die Einzigen, die sich die Natur zum Vorbild nehmen. Meeresbewohner haben bei der Optikoptimierung derzeit Konjunktur. Schon vor Jahren ließen sich Wissenschaftler von den Augen des Hummers inspirieren, um neue Fertigungsverfahren für Computerchips zu entwerfen. Nun entwickeln Materialforscher um Eric Baer von der Case Western Universität (Ohio) eine Sehhilfe, die dem Auge eines Kraken nachempfunden ist. Brillengläser aus 6000 Kunststoffschichten Die Natur setzt bei diesem Modell auf den Effekt, dass Materialien verschiedener Dichte das Licht unterschiedlich stark brechen. Je stärker sich Materialien in ihrem Brechungswert unterscheiden, um so größer ist die Lichtbiegung. Eine durchsichtige Scheibe, die an ihren Rändern einen stärkeren Brechungswert besitzt als in ihrer Mitte, bündelt das Licht genauso wie gewölbte Linsen, auch wenn sie völlig flach ist. Das Krakenauge besteht aus unzähligen aufeinander abgestimmten Schichten. Resultat: Der Oktopus kann das Licht fünfmal stärker bündeln als der Mensch. Mittlerweile stellen die Forscher Brillengläser her, die aus 6000 Schichten zweier Kunststoffe bestehen. Ihre Sehhilfe ist nicht nur scharfsichtig, sondern deutlich leichter als herkömmliche Linsen – ein Vorteil für jeden Brillenträger. Joanna Aizenberg jedenfalls traut der von Meeresfrüchten inspirierten Optik noch viel zu: “Unsere Versuche zeigen, dass es funktioniert. Und wer weiß, was da noch alles unten ist.”

Erschienen in der FTD, 21.02.2005

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