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UPD 98/08 - 13.07.2008

Professor Erich Krautz-Preis für Dr. Thomas Frommelt

15.000 Euro für einen großen Schritt auf dem Weg zum schnellen Chip-Labor

Erstmalige Verleihung des höchstdotierten Forschungspreises der Universität Augsburg am 14. Juli 2008 im Rahmen des Physikalischen Kolloquiums


Rund 15.000 Euro gehen an den Träger des für das Jahr 2007 erstmals
vergebenen Professor Erich Krautz-Preises, den Physiker Dr. Thomas
Frommelt. Er erhält die Auszeichnung für seine am Augsburger Lehrstuhl
für Experimentalphysik I (Prof. Dr. Achim Wixforth) angefertigte
Dissertation "Mischen und Sortieren mit SAW Fluidik in Simulation und
Experiment". Die Preisverleihung findet am Montag, dem 14. Juli 2008, im
Rahmen des "Physikalischen Kolloquiums" statt (Beginn 17.15 Uhr im
Hörsaal 1004 des Physik-Hörsaalzentrums, Universitätsstraße 1). Die
Veranstaltung beginnt mit einem Vortrag von Prof. Dr. Thomas Fässler von
der TU München über "Substitution Effects in Intermetallic Compounds".
An die auf den Vortrag folgende Preisverleihung schließt sich dann das
traditionelle Sommerfest des Instituts für Physik an.

Mit einer in die Stiftung der Universität eingegangenen Zuwendung, deren
jährliche Erträge sich derzeit auf rund 15.000 Euro belaufen, hat der
mittlerweile verstorbene Physiker Prof. Dr. Erich Krautz in seinem
Testament die Grundlage für einen nach ihm benannten Preis geschaffen.
Mit diesem derzeit höchstdotierten Preis, der an der Universität
Augsburg vergeben wird, wird dem Stifterwillen entsprechend jährlich die
beste Dissertation auszeichnet, die im jeweils zurückliegenden
Akademischen Jahr am Institut für Physik eingereicht wurde. Von den
15.000 Euro gehen 2.500 an den Preisträger persönlich, der Restbetrag
ist für Forschungsarbeiten im Themengebiet der preisgekrönten
Dissertation vorgesehen. Vorschlagsberechtigt sind alle Professoren und
Privatdozenten des Physik-Instituts, entschieden wird von einer
Auswahlkommission, der alle Lehrstuhlinhaber des Instituts sowie der
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät angehören.

Wesentlicher Beitrag zum Verständnis der Mikro- und Nanofluidik auf
Chip-Labors


Bei der erstmaligen Vergabe des Krautz-Preises entschied die Kommission
für Dr. Thomas Frommelt. Die Augsburger Universitätsstiftung und das
Institut für Physik würdigen mit dieser Auszeichnung Frommelts
"hervorragende Arbeiten zum Mischverhalten mikrofluidischer
Flüssigkeitsmengen auf Biochips und deren exakte Modellierung auf Basis
eines hoch effizienten Algorithmus". Konkret ist es Frommelt in seiner
summa cum laude-Dissertation gelungen, wesentlich zum Verständnis der
Mikro- und Nanofluidik auf Chip-Labors beizutragen und zugleich eine
Vielzahl technisch-physikalischer Probleme zu lösen. Die Durchmischung
kleiner Flüssigkeitsmengen, die ein entscheidendes Problem auf dem Weg
zum Chip-Labor darstellt und die bislang nur diffusiv bzw. über den
Umweg sehr komplexer Geometrien möglich war, kann aufgrund des von
Frommelt entwickelten Verfahrens wesentlich schneller und einfacher
erfolgen.

Dominanz von Oberflächenspannung und Benetzungsphänomenen

Kleinste Flüssigkeitsmengen verhalten sich völlig anders als die im
täglichen Leben gewohnten makroskopischen Fluide. Während man für seinen
Kaffee z. B. eine Tasse braucht, stabilisieren sich kleinste Tröpfchen
durchaus von selbst, wie der Blick auf eine betaute Wiese oder ein
betautes Spinnennetz zeigt. Der Grund für das unterschiedliche Verhalten
kleiner und großer Flüssigkeitsmengen liegt in der unterschiedlichen
Wichtigkeit der auftretenden Kräfte. Während makroskopische
Flüssigkeitsmengen vornehmlich den Gesetzen der Schwerkraft und der
Trägheit unterliegen, dominieren bei mikrofluidischen Mengen die
Oberflächenspannung und Benetzungsphänomene.

Hindernis auf dem Weg zum Chip-Labor

Auf der Nanoliterskala erscheinen Flüssigkeiten deswegen zäh wie Honig.
Dies hat weitreichende Konsequenzen, wenn man mikrofluidische
Flüssigkeitsmengen pumpen, bewegen oder mischen will, denn eine
effektive Bewegung und besonders eine effektive Durchmischung kleinster
Flüssigkeitsmengen erweisen sich aufgrund die "Zähigkeit" als schier
unmöglich. Und dies wiederum ist ein ganz erhebliches Hindernis auf dem
Weg zum sogenannten Chip-Labor, an dessen Realisierung weltweit intensiv
geforscht wird. Denn wie von ihren elektronischen Geschwistern, den
Mikrochips, erhofft man sich von programmierbaren Miniaturlabors
entscheidende Fortschritte in der Mikrobiologie und in der Gentechnik,
in der Pharmazie, in der Chemie sowie in der medizinischen Forschung und
Diagnostik. Auf einem Chip-Labor nämlich können winzigste Stoffmengen
automatisch analysiert und diversen Tests unterzogen werden. Z. B. Eine
schnelle Diagnose bereits in der Arztpraxis - ohne den Zeit raubenden
Umweg durch ein Großlabor - rückt mit der Entwicklung solcher
Chip-Labore in greifbare Nähe. Aber auch für viele andere Anwendungen
bieten sich Biochips an: Um etwa Mikroben und Viren zu identifizieren
werden sie heute schon in der Lebensmittelkontrolle und zur Prüfung der
Wasserqualität eingesetzt.

Mischung mit nanoskopisch kleinen Erdbeben auf dem Chip

Frommelt hat nun einen neuartigen Pump- und Mischmechanismus entwickelt,
der der hinderlichen "Zähigkeit" kleinster Flüssigkeitsmengen
gewissermaßen keine Chance lässt und somit einen großen Schritt in
Richtung Chip-Labor darstellt. Dieser Mechanismus beruht auf der
Wechselwirkung zwischen nanoskopisch kleinen Erdbeben - sogenannten
akustischer Oberflächenwellen - und ebenso nanoskopisch kleinen
Flüssigkeitsmengen auf dem Chip. Wie ein Ultraminiatur-Tsunami
durchwirbeln und bewegen diese Nanobeben die winzigen Tröpfchen und
Flüssigkeitsfilme. Die Beben werden von Mikroelektroden angeregt, an die
ein Hochfrequenzsignal angelegt wird. Verwendet man zwei solcher
Epizentren, so gelingt es sogar, eine quasi chaotische Mischung zu
erreichen, die besonders schnell zum gewünschten Ergebnis führt.

Auch ein wichtiger Beitrag zur Beschreibung der Gesetze der Mikro- und
Nanofluidik


Über diesen Fortschritt im Bereich der technischen Anwendung hinaus ist
es dem Experimentalphysiker Frommelt gelungen, durch die Entwicklung
ausgefeilter numerischer Algorithmen auch beim theoretischen Verständnis
einen gewaltigen Schritt vorwärts zu machen und einen wichtigen Beitrag
zur Beschreibung der Gesetze der Mikro- und Nanofluidik zu leisten, die
sich wieder aufgrund der gegenüber der "normalen" Makrowelt deutlich
veränderten Randbedingungen als sehr schwierig erweist. Es gibt derzeit
praktisch noch keine Möglichkeit, das Verhalten kleinster
Flüssigkeitsmengen z. B. auf einem Biochip ab initio zu erklären, und
auch bei Modellierung und Theorie sind dementsprechend viele Fragen
offen. Mit seinem "raytracing-Verfahren" hat Frommelt im Rahmen seiner
Forschungen nun auch ein Simulationswerkzeug zur Lösung vieler dieser
offenen Fragen entwickelt, mit dem ein handelsüblicher PC die Aufgabe
der hydrodynamischen Simulation komplexer mikrofluidischer Strömungen,
die bislang kaum zu bewältigen schien, in unerreicht kurzer Zeit
schafft.

Der Preisträger Dr. Thomas Frommelt

Dr. Thomas Frommelt, Jahrgang 1978, hat von 1998 bis 2003 an der
Universität Augsburg Physik mit Nebenfach Informatik studiert. Thema
seiner am Lehrstuhl für Experimentalphysik IV (Prof. Dr. Bernd
Stritzker) für die AFS Entwicklungs + Vertriebs GmbH geschriebenen
Diplomarbeit war "Der Plasmajet als dielektrische Barrierenentladung und
Beschichtungsanlage". Während seiner anschließenden Tätigkeit als
Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Experimentalphysik I
entstand zwischen 2003 und 2007 seine Doktorarbeit, die im vorigen Jahr
auch bereits mit dem Universitätspreis der Gesellschaft der Freunde der
Universität Augsburg ausgezeichnet wurde. Für seinen Vortrag über
"Vortex engineering with surface acoustic wave fluidics" erhielt
Frommelt bei der Konferenz des DFG Schwerpunktprojekts 1164 "Nano- und
Mikrofluidik" den ersten Preis. Bereits seit Beginn seines Studiums
betreibt Frommelt ein eigenes IT-Unternehmen, seit April 2008 arbeitet
er als Projektmanager bei der SGL Carbon GmbH in Meitingen.

Der Preisstifter Prof. Dr. Erich Krautz

Prof. Dr. Erich Krautz wurde am 26. Oktober1906 in Cottbus geboren. Er
studierte von 1928 bis 1933 Physik, Mathematik und Chemie an der
Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin, wo Planck, von Laue, Nernst,
Schrödinger, Debye, Wehnelt, Hettner, Pringsheim, London und Grotrian zu
seinen akademischen Lehrern zählten. Drei Jahre nach dem erfolgreichen
Abschluss des Staatsexamens für das höhere Lehramt folgte 1937 folgte
die Promotion mit einer Dissertation "Über die dielektrischen
Eigenschaften einer Reihe chemisch bestimmter fester Stoffe,
insbesondere der wichtigsten Metalloxyde und ihrer Verbindungen, bei
Hochfrequenz". Bis zum Kriegsende war Krautz dann als Physiker und
Laboratoriumsleiter bei OSRAM in Berlin tätig. 1946 habilitierte er sich
an der TH Braunschweig, wo er 1953 zum apl. Professor.

In den 1950er und 1960er Jahren Forschungsdirektor bei OSRAM in Augsburg

Auch nach dem Krieg setzte Krautz seine Tätigkeit für OSRAM fort, jetzt
aber am Standort Augsburg: Er war maßgeblich am Aufbau der Augsburger
OSRAM-Forschungslaboratorien für Physik und Chemie beteiligt, wurde 1955
deren Direktor und ein Jahr später zum apl. Professor an der damaligen
TH München ernannt. 1965 schließlich wurde Krautz zum ordentlichen
Professor für Angewandte Physik und Lichttechnik an die Technische
Hochschule Graz berufen, verbunden mit der Herausforderung, unter
schwierigen Bedingungen ein vollkommen neues Institut aufzubauen. Sei
primäres Forschungsinteresse in Graz, wo er 1977 emeritiert wurde, galt
der Materialphysik und hier insbesondere den Metalloxiden, -nitriden und
-karbiden sowie v. a. auch der Feldionen-Mikroskopie.

Experte in Sachen Lumineszenz

Krautz reiche Forschungstätigkeit schlug sich in einer Vielzahl von
Veröffentlichungen nieder. Zu seinen Buchbeiträgen zählen das
Elektro-Lumineszenz-Kapitel in Riehls Klassiker "Lumineszenz" und
mehrere Beiträge über experimentelle Methoden im berühmten Handbuch
"Praktische Physik" von H. Kohlrausch. Auf der Weltausstellung in
Brüssel erhielt er 1958 die Silbermedaille für seinen Beitrag über
Lumineszenz. Während seiner Augsburger Zeit bei OSRAM war Krautz
Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Bayern, als
Professor in Graz wurde er in den 1970er Jahren Vorstandsmitglied der
Österreichischen Physikalischen Gesellschaft. 1980 wurde ihm das
Österreichische Ehrenkreuz für Wissenschaft und Kunst 1. Klasse
verliehen.

"... war ein stiller Freund des Augsburger Physik-Instituts"

Gegen Ende der 1990er Jahre zog Prof. Dr. Erich Krautz aus familiären
Gründen von Graz zurück in die Nähe seiner ehemaligen Wirkungsstätte
Augsburg und lebte bis zu seinem Tod in Friedberg. "Professor Krautz war
ein stiller Freund des Augsburger Physik-Instituts", berichtet Prof. Dr.
Ulrich Eckern, der Vorsitzende der Krautz Preis-Auswahlkommission: "Erst
nach seinem Tod haben wir von seiner großzügigen Zuwendung für das
Institut für Physik erfahren." Es sei wohl charakteristisch für Erich
Krautz, wie er noch im hohen Alter von 95 Jahren in seinem Testament
sogar das Verfahren der Preisvergabe detailliert festgelegt habe.
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http://idw-online.de/pages/de/news270433
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Kontakt:

Dr. Thomas Frommelt
Telefon 0821/6503206
info@thomas-frommelt.de

Prof. Dr. Ulrich Eckern
Lehrstuhl für Theoretische Physik II
Universität Augsburg
86135 Augsburg
Telefon 0821/598-3236
ulrich.eckern@physik.uni-augsburg.de
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Weitere Informationen:

http://thomas-frommelt.de
http://www.physik.uni-augsburg.de/krautz/2007.shtml
http://idw-online.de/pages/de/news165761