Transmissions-Elektronenmikroskop mit neuartiger Optik

Am Frankfurter Max-Planck-Institut für Biophysik hat Carl Zeiss die Installation eines Transmissions-Elektronenmikroskops mit neuartiger Optik zur hochaufgelösten Abbildung biologischer Proben mit erfolgreicher Kundenabnahme abgeschlossen.

PACEM heißt das auf die Abbildung kontrastarmer biologischer Proben spezialisierte Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM), welches Forscher des Exzellenzclusters "Makromolekulare Komplexe" in Frankfurt, gemeinsam mit dem Optikkonzern Carl Zeiss in Oberkochen, entwickelt und nun am Max-Planck-Institut für Biophysik (MPI-BP) installiert haben. Die Bezeichnung PACEM steht für Phase Contrast Aberration Corrected Electron Microscope, womit ein spezielles Verfahren bezeichnet wird, welches auch geringste Kontrastunterschiede in der Probe verstärkt und so eine besser auswertbare Probenabbildung ermöglicht.

Professor Dr. Werner Kühlbrandt, Direktor der Abteilung Strukturbiologie am MPI für Biophysik erläutert: „Die Abbildung biologischer Präparate, vom Makromolekül bis zur Zelle, mit hohem Kontrast und hoher Auflösung bekommt für viele wissenschaftliche Fragestellungen eine immer größere Bedeutung. So verrät beispielsweise die Detailstruktur von Proteinen viel über deren Funktion. Das PACEM-System, welches ein herausragendes Beispiel für gelungene Kooperation zwischen Industrie und Forschung ist, wird uns die dafür benötigten Bilder in bisher nicht gekannter Qualität liefern und damit eine neue Erkenntnisebene zugänglich machen.“

Alexander Lazar, Entwicklungsleiter TEM des Geschäftsbereichs Nano Technology Systems (NTS) bei Carl Zeiss SMT unterstreicht: „PACEM ist ein weiteres Beispiel für unsere Kompetenz, innovative und einzigartige Subsysteme für Transmissions-Elektronenmikroskope zu entwickeln und in unsere modular aufgebaute LIBRA 200 TEM Plattform zu integrieren. Mit den dadurch erheblich erweiterten Abbildungs- und Analysemöglichkeiten bieten wir unseren Kunden einen hohen Mehrwert und ermöglichen ihnen, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen.“

Basis von PACEM ist ein ZEISS LIBRA 200 TEM mit einer zusätzlichen Optik zur Korrektur der sphärischen Aberration (Cs-Korrektor). Ein weiteres optisches System unterhalb des Cs-

Korrektors , die sogenannte Diffraction Magnification Unit (DMU), erzeugt eine Zwischen- vergrößerung der Beugungsbildebene, in der eine speziell entwickelte Phasenplatte für die Kontrast- verstärkung sorgt. Durch diese Kombination lassen sich im Prinzip Strukturen von größeren Objekten bis zu atomaren Dimensionen kontrast- reich abbilden, was die artefaktfreie dreidimen- sionale Darstellung von Makromolekülen erlaubt.

Neben den elektronenoptischen Subsystemen kommt einem speziellen, die Probe umgreifenden Kühlkäfig eine wichtige Bedeutung zu: Um biologische Proben im nativen, voll hydrierten Zustand sichtbar zu machen, werden sie bei -190 Grad Celsius schockgefroren (vitrifiziert) und im Mikroskop auf -175 Grad Celsius gekühlt. Der Kühlkäfig verhindert eine Erwärmung der Probe durch Wärmeeinstrahlung und bindet gleichzeitig in der Vakuumkammer des Mikroskops befind- liche Restfeuchte, die ansonsten als Eis auf der Probe aufwüchse, was den Kontrast verringern und die Abbildung wertlos machen würde.

Neben dem jetzt installierten System PACEM hat NTS im vorigen Jahr ein Sondermikroskop mit der Bezeichnung SESAM am Stuttgarter Max-Planck- Institut für die Materialforschung aufgebaut, sowie im Jahr 2007 am Bonner Forschungszentrum caesar ein TEM mit der Bezeichnung CRISP. Beide zeichnen sich durch hochspezielle Sub- systeme aus, wie etwa dem sogenannten Mandolinefilter im SESAM, welches höchstaufge- löste Elektronen-Energieverlustspektroskopie (EELS) ermöglicht. Aktuell arbeiten die TEM- Entwickler der NTS gemeinsam mit der Univer- sität Ulm an dem Sonderprojekt SALVE, das Höchstauflösung (kleiner 1 Angstrom) bei niedriger Beschleunigungsspannung zum Ziel hat.