Schnelle, hochauflösende Bilder für Material- und Biowissenschaften

Eine Million Euro für die Mikroskopie mit Infrarot- und Terahertzstrahlung

03.07.2007 - Deutschland

100- bis 1000mal genauer als eine kommerzielle Infrarotmikroskopaufnahme sollen die Bilder des breitbandigen IR- und THz-Nanoskops werden, das Chemiker um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Lehrstuhl für Physikalische Chemie II der RUB) entwickeln. Für den Bau des neuen Großgeräts hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) jetzt 930.000 Euro bewilligt. Zwei Jahre wird das Gerät in Bochum stehen. Nach der Aufbau- und Testphase zieht es dann in zwei Jahren nach Karlsruhe um. Am dortigen Elektronenbeschleuniger ANKA wird die notwendige Breitband-Synchrotronstrahlung erzeugt, mit der das Mikroskop arbeitet. Dieser Aufbau ist in Deutschland einzigartig. Künftig wollen die Forscher damit Zellen, Membrane, Nanopartikel und nanostrukturierte Materialien genauestens untersuchen.

Die Infrarot(IR)-Nahfeldmikroskopie ist eine leistungsstarke Methode zur chemischen und strukturellen Analyse. Sie liefert Informationen über Eigenschaften der Materie auf der "submikroskopischen" Nanoskala, die für wissenschaftliche und wirtschaftliche Anwendungen im Bereich der Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Geo- oder Materialwissenschaften unerlässlich sind. Mit dieser Technik, die am Lehrstuhl von Prof. Havenith-Newen bereits zur Verfügung steht und dort selbst entwickelte Infrarotlaser als Strahlungsquelle nutzt, haben die Forscher bei der chemischen Charakterisierung von einzelnen Moleküllagen und Lipidschichten bereits Lateralauflösungen im Bereich von 30 x 30 nm erreicht (30 nm = 1/100 der Dicke eines menschlichen Haares). Der Auflösung von mikroskopischen Bilder sind durch Beugungseffekte im normalen Betrieb Grenzen gesetzt: "Im Allgemeinen können bei der Mikroskopie nur Strukturen unterscheiden werden, die größer sind als die Wellenlänge des Lichtes, und dies sind bei Infrarotlicht mehrere Mikrometer", erklärt Prof. Havenith-Newen.

"Mit dem jetzt bewilligten Aufbau werden wir diese Auflösung um mehrere Größenordnungen unterschreiten und dadurch kleinste Untereinheiten sichtbar machen", freut sie sich. Ihre Arbeitsgruppe wird ein Mikroskop entwickeln, das die IR-Nahfeldmikroskopie mit der Terahertz-Nahfeldmikroskopie verbindet. Die Proben werden dabei mit Synchrotronstrahlung bestrahlt, die bei der Beschleunigung von Elektronen anfällt und eine große Bandbreite von der Mikrowellen- über die Terhahertz- bis zur Infrarotstrahlung umfasst. Die Nutzung von Synchrotonstrahlung, die aus einzelnen sehr kurzen, nur Picosekunden dauernden, intensiven Lichtpulsen besteht, ermöglicht außerdem sehr schnelle mikroskopische Aufnahmen über den gesamten Spektralbereich, wodurch die Aufklärung von dynamischen, d. h. zeitlich veränderlichen Prozessen in Zellen ermöglicht wird.

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