Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jülicher Forscher schauen ins Innere von Molekülen

20.08.2010
Zum Alltag von Nanotechnologen gehört es, mit ihren Mikroskopen einzelne Atome zu untersuchen. Schwierig zu beobachten waren bislang jedoch Atomstrukturen, die sich im Inneren von organischen Molekülen befanden.

Im renommierten Fachmagazin Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.086103 ) erklären Jülicher Forscher nun ihre neuartige Methode, die den „Röntgenblick“ ins Molekül ermöglicht. Sie könnte es einfacher machen, organische Halbleiter und Proteine zu analysieren.

Für den Blick in die Nanowelt nutzten die Jülicher Forscher ein Rastertunnelmikroskop. Dessen dünne Metallspitze fährt wie die Nadel eines Plattenspielers über die Probenfläche und registriert mittels kleinster elektrischer Ströme die atomaren Unebenheiten und Unterschiede von rund einem Nanometer (einem Milliardstel Millimeter). Aber selbst wenn die Spitze des Mikroskops nur noch ein Atom breit ist, ließ sich damit bisher nicht in das Innere von Molekülen sehen.

„Um die Sensitivität für organische Moleküle zu steigern, haben wir einen Sensor und Signalwandler an die Spitze gesetzt“, erklärt Dr. Ruslan Temirov. Die beiden Funktionen erfüllt ein kleines Molekül aus zwei Deuterium-Atomen, auch schwerer Wasserstoff genannt. Da es sehr beweglich an der Spitze hängt, kann es den Konturen folgen und beeinflusst die Ströme, die über die Mikroskopspitze fließen.

Als eines der ersten Moleküle untersuchten Temirov und seine Kollegen die Verbindung Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA). Sie besteht aus 26 Kohlenstoff-, acht Wasserstoff- und sechs Sauerstoffatomen, die sieben zusammenhängende Ringe bilden. In bisherigen Aufnahmen wird es nur als rund ein Nanometer großer konturloser Fleck abgebildet. Das Jülicher Rastertunnelmikroskop lässt – wie auf einer Röntgenaufnahme – die innere, wabenartige Struktur erkennen, die von den Ringen gebildet wird.

„Die bestechende Einfachheit der Methode macht sie für zukünftige Forschung so wertvoll“, sagt Prof. Stefan Tautz, Direktor des Jülicher Instituts für Bio- und Nanosysteme. Die Jülicher Methode ist mittlerweile zum Patent angemeldet und lässt sich einfach mit kommerziellen Rastertunnelmikroskopen koppeln. „Die räumlichen Dimensionen im Innern von Molekülen lassen sich jetzt schon in wenigen Minuten bestimmen“, so Tautz, „und die vorherige Präparation der Proben beruht weitgehend auf Standardverfahren.“ Im nächsten Schritt wollen die Jülicher noch eine Kalibration der gemessenen Stromstärken vornehmen. Wenn das gelingt, könnte damit aus den gemessenen Stromstärken direkt auf die Art der Atome geschlossen werden.

Nachdem sie erste Bilder mit dem neuen Verfahren bereits im Jahre 2008 veröffentlicht hatte, konnte die Forschergruppe um Tautz und Temirov nun das quantenmechanische Wirkprinzip des Deuteriums an der Mikroskopspitze erklären. Dabei half auch eine computergestützte Berechnung der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Rohlfing an der Universität Osnabrück. Die sogenannte kurzreichweitige Pauli-Abstoßung, eine quantenphysikalische Kraft zwischen Deuterium und Molekül moduliert die Leitfähigkeit und erlaubt es, sehr sensitiv die feinen Strukturen zu messen.

Das Jülicher Verfahren kann eingesetzt werden, um Struktur und Ladungsverteilung von flachen Molekülen zu vermessen, die als organische Halbleiter oder als Teil von zukünftigen, schnellen und effizienten elektronischen Bauelementen verwendet werden könnten. Aber auch große dreidimensionale Biomoleküle wie Proteine könnten untersucht werden, wenn die Methoden verfeinert werden.

Die Veröffentlichung bei Physical Review Letters:
Weiss et al., Imaging Pauli repulsion in scanning tunneling microscopy, 10.1103/PhysRevLett.105.086103 (2010)

http://prl.aps.org/

Ansprechpartner:
Dr. Ruslan Temirov
Tel. 02461 61 3462
r.temirov@fz-juelich.de
Prof. Dr. Stefan Tautz
Tel. 02461 61 4561
s.tautz@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Kosta Schinarakis, Erhard Lachmann
Tel.: 02461 61 4771 bzw. 1841,
k.schinarakis@fz-juelich.de, e.lachmann@fz-juelich.de
Das Forschungszentrum Jülich…
… betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie. Kombiniert mit den beiden Schlüsselkompetenzen Physik und Super¬computing werden in Jülich sowohl langfristige, grundlagenorientierte und fächer¬übergreifende Beiträge zu Naturwissenschaften und Technik erarbeitet als auch konkrete technologische Anwendungen. Mit rund 4 400 Mitarbeiterinnen und Mit¬arbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den größten Forschungszentren Europas.

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://prl.aps.org/
http://www.fz-juelich.de/ibn/IBN3_Research_Subjects/
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen
16.01.2018 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

nachricht Leuchtende Echsen - Knochenbasierte Fluoreszenz bei Chamäleons
15.01.2018 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Im Focus: Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen

Forscher schaffen neue Generation von Knochenimplantaten

Wissenschaftler am Julius Wolff Institut, dem Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien und dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Hannoverscher Datenschutztag: Neuer Datenschutz im Mai – Viele Unternehmen nicht vorbereitet!

16.01.2018 | Veranstaltungen

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

Tagung „Elektronikkühlung - Wärmemanagement“ vom 06. - 07.03.2018 in Essen

11.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal mit neuem Onlineauftritt - Lösungskompetenz für alle IT-Szenarien

16.01.2018 | Unternehmensmeldung

Die „dunkle“ Seite der Spin-Physik

16.01.2018 | Physik Astronomie

Wetteranomalien verstärken Meereisschwund

16.01.2018 | Geowissenschaften