Mathis Lorentz, angehender Abiturient des Starkenburg-Gymnasiums, ist (nicht nur) von Physik fasziniert. Und setzt mit seiner Forschungsarbeit Maßstäbe bei „Jugend forscht“.
Heppenheim. Mathis Lorentz, Schüler der 13. Klasse des Starkenburg-Gymnasiums, hat wenige Wochen vor dem Beginn des Abiturs einen Sonderpreis im Wettbewerb „Jugend forscht“ im Fach Physik erzielt. Er hat dafür in einer eigenständigen Forschungsarbeit ein Laser-Scanning-Mikroskop mit extrem hoher Auflösung zur Abtastung von Oberflächen entwickelt und einen Prototyp gebaut. Was dahinter steckt.
Ein kostengünstiges Laser-Scanning-Mikroskop zu bauen, welches auch Hobbyisten und kleinen Instituten zur Verfügung gestellt werden kann und für viele nutzbar ist – dies war das erklärte Ziel des 18-Jährigen, der als Leistungskurse Biologie und Chemie belegt hat. Interesse hat er zudem besonders an Physik.
Mit Sonderpreis der TU Darmstadt eine Runde weiter
Und genau im Bereich Physik konnte er nun überzeugen und hat den Sonderpreis der TU Darmstadt gewonnen: ein individuelles Praktikum mit Arbeitsgruppen. Da er in Darmstadt Physik studieren möchte, passe das sehr gut. Durch den Preis hat er sich auch für den Landeswettbewerb qualifiziert, der am 26. und 27. März ebenfalls in Darmstadt stattfinden wird. Bis dahin sollen die Programmierung erfolgen und die ersten Bilder vorliegen.
Auf die Idee für sein Projekt kam der angehende Abiturient, als er ein ähnliches Gerät gesehen habe. „Dort hat mir aber gefehlt, wie die Probe positioniert wird“, betont der Schüler.
Mikroskop bietet vielfältige Möglichkeiten
„Ein Laser-Scanning-Mikroskop tastet im Prinzip eine Oberfläche mit einem Laserstrahl ab und erstellt eine Höhenkarte, so dass man die Oberfläche der Probe analysieren kann. Das unterscheidet sich von normalen Lichtmikroskopen durch eine höhere Auflösung auf der x- und y-Achse von circa 250 Nanometern“, erläutert Mathis Lorentz. Ein Nachteil sei, dass die Datenerfassung etwas langsamer sei, da jeder einzelne Punkt abgetastet werden müsse.
Laser-Scanning-Mikroskope werden vor allem in der Materialforschung wie der Mineralogie verwendet, aber auch in der Qualitätskontrolle und in der Halbleitertechnik, um Chips zu überprüfen. „Eine weitere Möglichkeit ist, Fluoreszensbildgebung zu machen, so dass Farbstoffe in der Probe durch den Laser angeregt und diese Signale dann aufgenommen werden“, erläutert Mathis Lorentz.
Präzise Bewegung möglich
Ein wesentlicher Bestandteil des Mikroskops ist eine Positionierungsstage, die größtenteils in 3D-gedruckt wurde: Diese ist somit leicht herzustellen und günstig. Zudem kann die Stage sehr genau etwas bewegen, die kleinsten Schritte sind 12,5 Nanometer und somit sehr präzise. Generell ist das Mikroskop größtenteils aus Kunststoff hergestellt, dabei hat Mathis Lorentz darauf geachtet, dass dieses biologisch abbaubar und regenerativ ist.
Das Schwierigste war, die ebenfalls bedeutende Platine, die den Laser betreibt und die Signale verarbeitet, zu entwerfen. Denn Elektrotechnik ist nicht das Spezialgebiet des Schülers – der hierzu extra löten gelernt hat. Und der das Mikroskop vollständig allein entwickelt hat – in seinem ersten Wettbewerb dieser Art.
3D-Druck ermöglicht kostengünstige Produktion
Sein Ziel, eine kostengünstige Alternative zu schaffen, hat er erreicht: Die Kosten haben sich auf rund 250 Euro belaufen, ohne die Berechnung der Arbeitsstunden – gebrauchte professionelle Laser-Scanning-Mikroskope kosten 10.000 Euro.
Bereits zuvor habe er gerne in 3D gedruckt, möchte aber den Forschungsbereich nun weiter ausbauen. Hierzu ist ein neues Projekt bereits in Planung. Doch nicht nur die Naturwissenschaften haben es Mathis Lorentz angetan: In seiner Freizeit tanzt er gerne und macht derzeit einen Tanzkurs.
Begabtenförderung am Starkenburg-Gymnasium im Blick
Eine besondere Herausforderung würde das Erreichen des Bundesfinales mit sich bringen. Denn dieses liegt genau zwischen dem schriftlichen und dem mündlichen Abitur. Doch zuvor steht der Landeswettbewerb Ende März in Darmstadt an. Für diesen kann das Mikroskop auch noch einmal nachgebessert werden.
Es ist wichtig, die Schüler zu ermutigen, ihre eigenen Grenzen zu überschreiten.
Christiane Wüstner Beratungslehrerin für Begabtenförderung am Starkenburg-Gymnasium
Im Namen der Schulleitung gratulierte Christiane Wüstner, Beratungslehrerin für Begabtenförderung am Starkenburg-Gymnasium, Mathis Lorentz zum Erfolg und überreichte ihm das Buch „Physik der Zukunft“. Das Beispiel des Schülers zeige, „wie wichtig es ist, dass Schulen jemanden haben, der das Thema Begabtenförderung im Blick hat und versucht, die Schüler herauszufischen, zu unterstützen und ihnen Anregungen zu geben“, so Christiane Wüstner. „Es ist wichtig, die Schüler zu ermutigen, ihre eigenen Grenzen zu überschreiten. Das finde ich am Herausforderndsten, aber auch am Schönsten an meiner Aufgabe.“
(c) Echo-Online 07.03.2025
