Forum Mikroskopietrends'09 - Makro-Mikro-Nano

Seit 2002 kommen beim Forum Mikroskopietrends jährlich Wissenschaftler und Entwickler zur Diskussion aktueller Mikroskopiekonzepte zusammen. Das Forum Mikroskopietrends ist eine etablierte Kontakt- und Diskussions-Plattform der deutschen Mikroskopieszene mit anerkannter hoher inhaltlicher Qualität. Es wird von PhotonicNet, dem niedersächsischen Kompetenznetz für Optische Technologien, in Kooperation mit den beiden deutschen Geräteherstellern Leica Microsystems CMS GmbH und Carl Zeiss MicroImaging GmbH ausgerichtet.

Superresolution oder Hochauflösung sind die aktuellen und spannenden Schlagworte in der Mikroskopie. Neue Techniken erlauben heute der Fluoreszenzmikroskopie mit sichtbarem Licht in Bereiche der Nanometerskala vorzudringen, die bisher allein von Elektronen- oder Kraftmikroskopen erreicht werden konnten. Da die Betrachtung lebender Zellen in räumlicher Tiefe weiterhin der Lichtmikroskopie vorbehalten bleibt, bietet das erhöhte Auflösungsvermögen neue Einblicke in bisher nicht sichtbare Dimensionen.

Der Geschäftsführer der Leica Microsystems CMS GmbH, Dr. S. Traeger, machte in seinen Begrüßungsworten zum diesjährigen Forum in Wetzlar deutlich, dass die dimensionsübergreifende Betrachtung lebender Zellen in der Forschung eine zentrale Rolle für die Entwicklung zukünftiger Trends spiele. Er forderte, bereits etablierte Techniken mit neuen zu verknüpfen um so die Darstellung und Kombinationen in den Bereichen Makro Mikro Nano zu verbessern.

Das Mikroskopieforum stellte unter dem Titel "Makro-Mikro-Nano" die unterschiedlichen Auflösungsbereiche moderner Mikroskope, deren erweiterte Funktionsweisen und Anwendungen vor. Die betrachteten Größenordnungen reichten von makroskopischen Dimensionen, wie sie mit dem Vortrag "Large Scale Confocal Imaging" von Peter Sendrowski präsentiert wurden, biss auf die molekulare Ebene. Prof. Sigrist und Herr kobler, der Dr. U. Thomas vertrat, stellten Untersuchungen von synaptischen Strukturen mit der STED-Mikroskopie vor. Eine detaillierte Schilderung der STED-Mikroskopie sowie aktuelle Forschungsinhalte waren Thema des Vortrags von Dr. L. Kastrup, MPI Göttingen.

Dr. E. Krause vom Physiologischen Institut der Universität des Saarlandes stellte die Umsetzung einer Hochauflösungsmikroskopie mit einem kombinierten SIM/PALM/Tirf Mikroskop vor. Die Anwendung der SIM -Mikroskopie und die Gegenüberstellung der Ergebnisse mit einem Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy wurden anschließend von Dr. J. Rietdorf vom Friedrich Miescher Institut in Basel gezeigt.

Neben der visuellen Darstellung und Auswertungen der Informationen in den unterschiedlichen Skalenberei-chen wurden in dem Vortrag "Sub-20 Femtosekunden-Lasermikroskopie zur Herstellung von sub-100 nm Strukturen" von Prof. K. König von der Jenlab GmbH neue Technologien zur Manipulation bzw. Herstellung mit Techniken der Mikroskopie vorgestellt. Grundsätzliche Anforderungen und Lösungsansätze für die Umsetzung multimodaler Mikoskopiesysteme wurden von Dr. R. zur Nieden der Carl Zeiss Imaging Solution GmbH diskutiert.

Foto: Dr. S. Traeger (Leica Microsystems) eröffnet das Forum

Polarisationsmikroskopie mit hoher Flexibilität

Das außergewöhnlich flexible Mikroskop-System Axio Scope.A1 von Carl Zeiss wird jetzt auch als Variante für die Polarisationsmikroskopie angeboten. Sechs verschiedene Konfigurationen des Mikroskops können wirtschaftlich und ohne hohen Aufwand speziell für Polarisationsverfahren aufgebaut werden.

Innerhalb des modularen Baukastensystems, das je nach Anforderung und Einsatz in Routine und Forschung anwenderspezifisch zusammengestellt werden kann, wurden zwei Stativoberteile für Polarisation entwickelt. Damit stehen insgesamt drei Unterteile und sieben Oberteile zur Verfügung.

Konzipiert für den Einsatz in Universitäten und Hochschulen, geowissenschaftlichen und mineralogischen Forschungseinrichtungen sowie der Explorations-Industrie, erfüllt das Mikroskop höchste Anforderungen an Funktionalität und Flexibilität. Axio Scope.A1 für Polarisation kann außerdem in neueren materialographischen Richtungen wie Baustoff-, Glas-, Kunststoff-, Textil- und Faserindustrie eingesetzt werden. Das Mikroskop-System ist aber auch in einer Variante als Kursmikroskop für die Ausbildung erhältlich. Die Konoskopie zur Kristalldiagnose, die Anwendung zahlreicher weiterer Messverfahren und die Dokumentation sind ebenfalls möglich.

Das modulare Design des Axio Scope.A1 bietet eine Schnittstelle zwischen Ober- und Unterteilen, die beispielsweise den Einsatz von Abstandshaltern zur Anpassung der Objektträger an die Probengröße erlaubt. Die flexible Zusammenstellung der vorhandenen Bauteile ergibt Varianten für Durchlicht, Auflicht oder beide Verfahren mit bis zu 100W Beleuchtungsstärke. Mit dieser hohen Beleuchtungsintensität ist das System auch für schwach reflektierende Proben geeignet.
Axio Scope.A1 verfügt jetzt über alle relevanten Kontrastverfahren einschließlich differentiellem Interferenzkontrast (C-DIC) sowie zirkularer Polarisation.

Das Mikroskop erlaubt einen schnellen Wechsel von Orthoskopie zu Konoskopie und ist auch für Dunkelfeldanwendungen geeignet. Weitere Vorteile des Axio Scope.A1 für Polarisation sind die standardkonforme DIN Kompensatoraufnahme, farbneutrale hochwertige Polarisatoren, kugelgelagerte Drehtische und vier unterschiedliche Reihen spannungsfreier Objektive.

Das Mikroskop-System lässt sich mit herkömmlichen Kameras ebenso wie mit allen Kameras der AxioCam-Familie sowie der Bildverarbeitungssoftware AxioVision einsetzen.

Bild: Balkenolivin-Chondre im Meteorit-Coolidge im Durchlicht mit Polarisation (links) und Polarisation mit λ-Platte (rechts). Objektiv: EC Plan-NEOFLUAR 10x/0,30 Pol. Referenz: Dr. Jutta Zipfel, Sektion Meteoritenforschung, Forschungsinstitut und Naturmuseum Senckenberg, Frankfurt am Main.

Alge des Jahres 2010: Die Froschlaichalge

Die Algenforscher der Deutschen Botanischen Gesellschaft haben die Froschlaichalge zur Alge des Jahres 2010 gekürt. Sie möchten damit auf diese gefährdete Pflanze unserer heimischen Gewässer aufmerksam machen. Froschlaichalgen werden immer rarer, da ihr Lebensraum schwindet. Sie sind auf sauberes und kühles Wasser angewiesen, das jedoch oft zugebaut oder durch Abwässer und Pflanzenschutzmittel verunreinigt wird oder bei zu starker Wasserentnahme ganz versiegt. Die Algenspezialistin Dr. Johanna Knappe von der Philipps-Universität Marburg erklärt, was sie an der Roten-Liste-Art fasziniert.

Einzelne Arten sind sehr ähnlich

Ihren Namen verdankt die Froschlaichalge ihrer gallertartigen Gestalt sowie ihrem perlschnurartigen Aussehen, das an die Laichschnüre mancher Kröten erinnert. Die perlartigen Knoten bestehen aus regelmäßig angeordneten Wirteln aus kurzen, sich verzweigenden Fäden. "So richtig hübsch wird Batrachospermum, wie diese Alge wissenschaftlich heißt, aber erst unter dem Mikroskop", schwärmt Dr. Johanna Knappe, Spezialistin für diese Süßwasser-Lebewesen. Die Algenforscherin der Philipps-Universität Marburg wird oft von Kollegen und Laien gebeten, bei der Artbestimmung zu helfen, denn die einzelnen Arten der Forschlaichalgen sind schwer auseinander zu halten. Dazu müsse sie ganz genau hinsehen, "denn Blüten haben sie ja nicht", sagt Knappe. Sie betrachtet zur Artbestimmung die Zellen der Kurztriebe, die Rinde, und die so genannten Trichogynen, fadenförmige, weibliche Empfängnisorgane, an denen männliche Geschlechtszellen andocken können.

Anzeiger für sauberes Wasser

Wichtig sind Froschlaichalgen auch für die Mitarbeiter der Wasserwirtschaftsämter, die sie im Freiland erkennen müssen: Die vor neun Jahren verabschiedete Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen Union fordert, den ökologischen Zustand der Gewässer anhand der vorkommenden Arten und deren Besiedlungsdichte zu bewerten. Froschlaichalgen sind dabei wichtig, weil sie sauberes Wasser anzeigen. Die exakte Arterkennung und -benennung ist zwar schwierig, aber notwendig, um mehr über ihre Verbreitung zu erfahren. "Denn leider stehen alle Froschlaichalgen auf der Roten Liste der vom Aussterben bedrohten Lebewesen", erklärt Dr. Knappe.

Lebensraum Bergbach

"Um die raren Algen zu finden, wandert man am besten zu den Quellbächen der Mittelgebirge", verrät die Phykologin Knappe. Im Schatten von Brücken siedeln die graugrünen bis bräunlichen, manchmal sogar leuchtend roten Fadenbüschel. Plätze in praller Sonne meiden sie. Meist sind die etwa zwei bis zwölf, manchmal sogar bis zu zwanzig Zentimeter langen Pflanzen auf den nackten Steinen festgewachsen, sitzen aber auch auf Holz oder auf anderen Wasserpflanzen. "Man erkennt sie an ihrer glitschigen Gestalt und ihrem Schlängeln, das durch die Wasserbewegung verursacht wird", beschreibt Knappe. Am besten beobachtet man sie im Frühjahr oder Herbst, denn in den Sommermonaten sind meist kleine Exemplare zu finden, weil das Wasser vielerorts zu warm wird.

Außergewöhnliche Energiegewinnung

Froschlaichalgen zählen zur Gruppe der Rotalgen und sind die häufigste Gattung der etwa 150 weltweit im Süßwasser vorkommenden Arten. Biologen interessiert an Froschlaich- und anderen Rotalgen zum einen wie sie aus Licht Energie gewinnen. Aufgrund ihrer Pigmentzusammensetzung nutzen sie andere Wellenlängen für die Photosynthese als etwa Grünalgen oder Samenpflanzen. Diese rötlichen Farbstoffe gaben den Rotalgen ihren Namen. Im Gegensatz zu vielen Meeresalgen erscheinen die Froschlaichalgen und die meisten Süßwasser-Rotalgen jedoch olivgrün oder graublau, weil ihre Pigmente in einem anderen Mischungsverhältnis vorliegen.

Einzigartig: Teilung und Sex wechseln dreimal

Zum anderen sind die Lebenswissenschaftler an den Generationszyklen interessiert: Rotalgen sind die einzigen Lebewesen, bei denen sich drei Generationen nacheinander abwechseln; sie vermehren sich dabei teils sexuell und teils ungeschlechtlich. Bei diesem Generationswechsel folgen auf eine Generation mit sexueller Fortpflanzung (Gametophyt) noch zwei Generationen mit doppeltem Chromosomensatz, die durch Teilungen entstehen (Karposporophyt und Tetrasporophyt). Der Karposporophyt entlässt Karposporen, aus denen der Tetrasporophyt heranwächst. Erst die zweite Teilungsgeneration bringt weibliche und männliche Sporen mit einfachem Chromosomensatz hervor. Auf Bäume übertragen würde das bedeuten, dass sie sich zuerst teilen und Sporen hervorbringen müssten, die sich zu einem eigenständigen Lebewesen entwickeln. Erst dieser Organismus würde - wenn er selbst geschlechtsreif ist - Fruchtknoten und Pollen für die sexuelle Vermehrung produzieren.

Alle Generationen bleiben zusammen

"Die Entwicklung der Froschlaichalgen verläuft sogar ganz speziell: Es entsteht zunächst ein völlig anders aussehender, kleiner fädiger Sporophyt, das sogenannte Chantransia-Stadium mit doppeltem Chromosomensatz. Daraus wächst ein wirteliger Gametophyt mit einfachem Chromosomensastz, die eigentliche Froschlaichalge. Nach deren sexueller Vermehrung entsteht ein unscheinbarer Karposporophyt mit doppeltem Chromosomensatz", berichtet Knappe. "Und alle drei Generationen bleiben zeitlebens miteinander verbunden", ist die Algenforscherin fasziniert. "Ich freue mich über jede Froschlaichalge, die ich in einem Bach entdecke. Nicht nur weil sie mein Spezialgebiet sind", fügt Knappe hinzu, "sondern weil sie mir wirklich sauberes Wasser anzeigen, das ich bei meinen Exkursionen leider immer seltener finde".

Foto: Am Zentralfaden entspringen in regelmäßigen Abständen dicht gedrängte Wirtel, die der Froschlaichalge, Batrachospermum, ein perlschnurartiges Aussehen verleihen. Sie bestehen aus verzweigten Zellfäden.
(Mikroskopische Aufnahme: Dr. Johanna Knappe, Philipps-Universität Marburg)

In Schale geworfen: Kieselalgen

Ein ganzer Mikrokosmos bizarr geformter Lebewesen eröffnet sich, wenn man Kieselalgen, den Hauptbestandteil des Meeresphytoplanktons, unter dem Mikroskop betrachtet. Die regelmäßig strukturierten Silikatschalen dieser einzelligen Kleinstlebewesen haben es Wissenschaftlern angetan, denn sie sind besonders interessante Beispiele für natürliche Hybridmaterialien und zeichnen sich durch außergewöhnliche mechanische und optische Eigenschaften aus. Noch sind die Mechanismen der zu Grunde liegenden Biomineralisation nicht vollkommen verstanden, dennoch dienten die Silikatschalen schon häufig als Inspiration für die Synthese künstlicher Nanostrukturen. Forscher der TU Dresden und des Max-Planck-Instituts für chemische Physik fester Stoffe in Dresden konnten jetzt einen weiteren Bestandteil der Zellwände einer Kieselalge identifizieren. Wie das Team um Professor Eike Brunner von der Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie der TU Dresden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Angewandte Chemie" berichtet, fanden sie ein organisches Netzwerk aus miteinander vernetzten Chitinfasern.

Chitin ist eine lange Molekülkette aus Zuckerbausteinen, ein so genanntes Polysaccharid. Neben Cellulose ist es das verbreitetste Polysaccharid auf der Erde. Im Zusammenspiel mit Calciumcarbonat (Kalk) und Proteinen bildet es unter anderem den "Panzer" von Insekten und Krebsen. "Bei der Biomineralisation solcher kalkbasierter Schalen und Strukturen spielt Chitin eine wichtige Rolle", erläutert Brunner. "Wir haben jetzt erstmals nachgewiesen, dass auch die silikatischen Zellwände der Kieselalge Thalassiosira pseudonana ein auf Chitin basierendes Netzwerk enthalten."

Die Forscher lösten die Silikatbestandteile von Kieselalgenschalen mit einer fluoridhaltigen Lösung auf. Die Überbleibsel erscheinen unter dem Rasterelektronenmikroskop als filigrane, netzartige Gerüstsubstanz. Dieses Netz gleicht der Form und Größe der Zellwand und besteht aus miteinander vernetzten Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 25 nm. Spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass diese Fasern Chitin sowie weitere, bisher unbekannte Biomoleküle enthalten.

"Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die chitin-basierte netzwerkartige Struktur als Grundgerüst für die Silikatabscheidung dient, während weitere Biomoleküle diese aktiv beeinflussen", so Brunner. "Dieser Mechanismus wäre dann dem der Calciumcarbonat-Biomineralisation analog. Zusätzlich könnten die Netzwerke im Inneren der Zellwand eine mechanische Stabilisierungsfunktion haben."

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.

Lego und Mikrofotos - Die Lego Digitalkamera

Ein Lego-Mikrotom gibt es ja schon. Zugegeben die Schnittdicke ist nicht gerade berühmt aber es lässt sich zumindest mit Lego realisieren.

Nun möchte ich nicht verabsäumen , allen Lego-Freunden unter den Mikroskopikern, dass neueste Prunkstück aus den geheimen Lego-Labors vorzustellen. Die Lego Digital Kamera!

Für den Mikroskopiker dessen Arbeitsplatz bereits das Lego-Mikrotom ziert ist die Lego Digital Kamera ein muss und erst recht deren Adaption ans Mikroskop. Vermutlich wird irgend ein findiger Kopf auch noch einen Lego-Adapter entwickeln. Sind wir mal gespannt!


Nun zu den technischen Details dieses Wunderwerks:

• 3 Megapixel


• 128 MB interner Speicher


• 1.5" LCD Display


• 4 x Zoom
  
• USB Anschluss
  
  

Wer diese Kamera nun haben muss kann sie hier für 70,-- Britische Pfund bestellen.

Wir alle sind gespannt, wie lange es dauert, bis das erste Lego-Mikroskop das Licht der Welt erblickt. Wenn es soweit ist werdet ihr es hier erfahren - ich bin dran!

Röntgenmikroskop für den Schreibtisch

Das US-amerikanische Unternehmen IRIS hat ein sehr kompaktes Röntgenmikroskop entwickelt. Eigentlich handelt es sich nur um eine Röntgeneinheit, die man auf ein Inversmikroskop aufgesetzt. Der Film im Anschluss zeigt wie es gemacht wird.

Die Vorteile liegen auf der Hand, dieses kompakte System kann sehr leicht transportiert werden und ist somit nicht ausschließlich an den Einsatz im Labor gebunden. Leider war es mir nicht möglich einen Preis für das XRS2D50 in Erfahrung zu bringen. Es soll aber verhältnismäßig günstig sein.

Technische Daten und weiter Details kann man der verlinkten Webseite entnehmen.

Wer schon alles hat, kann sich nun vom Weihnachtsmann doch noch was wünschen - ein Röntgenmikroskop für den Schreibtisch.

DNA Kunst - Weihnachten für Mikroskopiker Teil 1

Weihnachten steht vor der Türe! In der Reihe “Weihnachten für Mikroskopiker” möchte ich Geschenksideen für Mikroskopie interessierte vorstellen.

Den Anfang macht eine sehr ausgefallene Idee. Die eigene DNA als Kunstwerk, ein persönlicheres Geschenk als dieses wird man kaum finden.

So nun wie geht das? Zitat von der Webseite des Herstellers: “Wählen Sie die Farbe und Größe des Bilds und in ein paar Tagen erhalten Sie den DNA-Entnahme-Kit. Und nur wenige Wochen später erhalten Sie Ihr persönliches Bild, das ihre ganze Individualität ausstrahlt.“

Ab € 249,-- ist man dabei und kann die eigne DNA oder die seiner Lieben an der Wand täglich bewundern. Freunde werden mit Sicherheit beeindruckt sein, denn ein exklusiveres "Kunstwerk" gibt es nicht.

Foto c Helys

Einzigartiges Röntgenmikroskop

Genauer als jemals zuvor lassen sich Oberflächen durch ein bisher einzigartiges Röntgenmikroskop, das NanoXAS-Mikrospektroskop, chemisch abbilden. Möglich ist das, weil die Stärken zweier Nanosonden verknüpft werden: die der Rasterkraftmikroskopie und der Röntgenmikrospektroskopie. Das NanoXAS-Mikrospektroskop wurde durch die Kollaboration des Schweizer Paul-Scherrer-Instituts mit Prof. Dr. Rainer Fink vom Department Chemie und Pharmazie der Universität Erlangen-Nürnberg und Prof. Dr. Eckhart Rühl von der Freien Universität Berlin mit Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) aufgebaut.

Im November 2009 wurde das neue Instrument mit einer feierlichen Zeremonie offiziell eingeweiht.

Mit der fortschreitenden Miniaturisierung in technologischen Produkten ist es nötig, Materialien mit höchster Ortsauflösung zu untersuchen. Eine Vielzahl von Mikrosonden, die Abbildungen auf der Längenskala weniger Nanometer liefern, steht bereits zur Verfügung. Wenn nun gleichzeitig die chemischen und magnetischen oder elektrischen Eigenschaften auf derselben Längenskala erforscht werden können, bedeutet das einen großen Schritt nach vorn. Das neue NanoXAS-Mikroskop an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des Paul-Scherrer-Instituts soll dies leisten und eine beinahe nanometergenaue "chemische oder magnetische Landkarte" eines Materials erstellen.

NanoXAS kombiniert die Röntgenabsorptionsanalyse (XAS) und die Rastersondenmikroskopie. Mit XAS kann man bestimmen, welche chemischen Elemente in welchem chemischen oder magnetischen Zustand in einem Material enthalten sind - bei den derzeit besten Geräten für Bereiche, die nur einige zehn Nanometer groß sind. Mit der Rastersondenmikroskopie, bei der man eine Oberfläche mit einer feinen Spitze abtastet, kann man im günstigsten Fall die genaue Position von jedem einzelnen Atom bestimmen. Die Kombination der beiden Methoden erlaubt es erstmals, gleichzeitig zu bestimmen, wo sich Atome befinden und zu welchem chemischen Element sie gehören. So erhält man ein Abbild der Struktur und der Eigenschaften von Materialien mit nahezu atomarer Genauigkeit.

Die mikrospektroskopische Analytik mit Röntgenstrahlen erfordert sehr hohe Leuchtdichten, die bislang nur an so genannten Elektronenspeicherringen verfügbar ist. Dort wird sehr intensives und energiereiches Licht, die sogenannte Synchrotronstrahlung, erzeugt. Mit speziellen Röntgenoptiken werden die Strahlen auf einen Durchmesser von wenigen 10 Nanometern gebündelt - das ist das "erste Auge". Im NanoXAS-Mikroskop werden die mithilfe der Nanofabrikation modifizierten Spitzen eines Rasterkraftmikroskops als feinste Elektronendetektoren eingesetzt, ein "zweites Auge", um die Ortsauflösung eines gewöhnlichen Röntgenmikroskops drastisch zu verbessern. Auf diese Weise können bislang unerreichte Auflösungen in der Röntgenmikroskopie erzielt werden.

Die Anwendungen konzentrieren sich zunächst auf den Bereich der Materialforschung, etwa auf neuartige Magnetstrukturen für die Speichertechnologie oder organische Nanostrukturen für die Molekularelektronik. Die Arbeiten des Erlanger Forscherteams bei NanoXAS befassen sich beispielsweise mit organischen Dünnschichten für den Einsatz in der molekularen Elektronik. Mithilfe der Röntgenspektroskopie lassen sich die lokalen chemischen Eigenschaften analysieren und danach mit strukturellen Eigenschaften aus den Ergebnissen der Rastersondenmikroskopie in Beziehung setzen. Damit sollten Transporteigenschaften im organischen Bauteil mit strukturellen Inhomogenitäten korreliert werden können. Kleinste Änderungen in der elektronischen Struktur sind mithilfe der Röntgenabsorption spektroskopisch nachweisbar. Andere Untersuchungsobjekte sind kohlenstoff-basierte Nanosysteme (Nanoröhren) oder organische Hybridmaterialien für medizinische Anwendungen, zur bildgebenden Analytik (sogenannte "microballoons") oder Mikrogele, die als Container für Pharmawirkstoffe ("drug delivery") geeignet sind.

Foto c PSI

Das immer-dabei-Mikroskop

Als Nachtrag zum gegenwärtig sehr präsenten Thema "Mobiltelefone als Mikroskop" möchte ich euch folgendes Video nicht vorenthalten.

Jetzt sieht man so ein Handymikroskop endlich mal in Aktion. Für den Hobbymikroskopiker könnte solch ein "immer-dabei-Mikroskop" auf Exkursionen doch recht interessant sein. Vorallem da man seine Funde z.B. Moose etc. auch gleich fotografisch festhalten und bei Bedarf an alle Welt senden kann. Wenn es denn nötig ist.

Also seht und staunt ;-)