Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Brillante Funken für die Röntgenmikroskopie zur dreidimensionalen Aufnahme biologischer Zellen

12.12.2008
Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat eine leistungsstarke Strahlungsquelle für kompakte Röntgenmikroskope entwickelt, die die hochauflösende Untersuchung von biologischen Zellen ermöglicht. Ähnlich wie bei der Computertomographie in der Medizin können nun schichtweise dreidimensionale Betrachtungen von biologischen Zellen aber auch von Halbleitern durchgeführt werden.

In der Biologie können Zellen nur recht aufwändig im Inneren analysiert werden. Die Verwendung von Elektronenmikroskopen erfordert zunächst die Fixierung der ganzen Zellen und anschließend ein zeitaufwändiges Anfertigen von Einzelschnitten. Diese können dann an der Oberfläche Stück für Stück hochauflösend analysiert werden. Wesentlich weniger aufwändig geht es mit der Röntgenmikroskopie.


Aufnahme einer Diatomee (Kieselalge) mit dem Röntgenmikroskop des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, Aachen

Unmittelbar nach der Kryo-Fixierung der ganzen Zellen können dreidimensionale Bilder mit einer Auflösung von derzeit 20 Nanometern aufgenommen werden. Das geschieht ähnlich wie bei der Computertomographie in der Medizin. Auch in der Halbleiterelektronik können mit hoher Auflösung stromdurchflossene Leiter mit dem Röntgenmikroskop untersucht werden. Fehler werden somit unmittelbar im Betrieb sichtbar gemacht.

Um die im Vergleich zur Lichtmikroskopie hohe Auflösung von 20 Nanometern zu erreichen, sind kurze Wellenlängen im weichen Röntgenbereich notwendig. Um sinnvolle niedrige Belichtungszeiten zu erzielen, müssen darüber hinaus hohe Photonenflüsse vorhanden sein. Diese werden bis heute üblicherweise an Elektronenspeicherringen in Großforschungsanlagen erzeugt. Da es sich hierbei um nur wenige stationäre Forschungsanlagen handelt, ist der Einsatz für viele Anwender nur bedingt möglich.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik hat nun ein kompaktes und lichtstarkes Quelle-Kollektorsystem entwickelt, das den Bau leistungsfähiger Röntgenmikroskope im Labormaßstab ermöglicht. Das Volumen des Röntgenmikroskops liegt unter 2 m3. Damit eignet sich die Anlage für den Einsatz vor Ort.

Mit dem Röntgenmikroskop können Belichtungszeiten im Sekundenbereich für dünne Proben unter 1 Mikrometer und Belichtungszeiten im Bereich einiger zehn Sekunden für dicke biologische Proben von einigen Mikrometern erreicht werden. "Zukünftig werden wir auch für diese Proben unter Verwendung optimierter Kondensorspiegel Belichtungszeiten unter 10 Sekunden erreichen." ist sich Dr. Klaus Bergmann sicher. Er leitet das Projektteam des Fraunhofer ILT.

Als Lichtquelle wurde ein hohlkathodengezündetes Pinchplasma verwendet. Das Arbeitsgas Stickstoff wird in einer gepulsten Hochstromentladung wiederholt ionisiert und kurzzeitig auf Temperaturen von mehreren hunderttausend Grad Celsius aufgeheizt. Ein Teil der so eingekoppelten Energie wird in Form charakteristischer Röntgenstrahlung bei einer Wellenlänge von 2,88 Nanometern abgestrahlt. Die Quelle erreicht eine Strahlstärke von 4 x 10exp13 Photonen/(sr x Puls) für den 1s2-1s2p Übergang von heliumähnlichem Stickstoff.

Bei einer Repetitionsrate von 1000 Hz kann unter Verwendung einer angepassten Kollektoroptik ein Photonenfluss von 1 x 10exp7 Photonen/(µm2 x s) auf der Probe erzielt werden. Dieser Fluss ermöglicht mikroskopische Aufnahmen dicker wässriger Proben mit einer Belichtungszeit von etwa zehn Sekunden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Röntgenoptik der Fachhochschule Koblenz und der ACCEL Instruments GmbH aus Bergisch-Gladbach wurde bereits im Rahmen eines BMBF-Verbundprojektes ein erster Mikroskop-Demonstrator aufgebaut. Durch die Integration einer angepassten Kollektoroptik und durch weitere Steigerung der Brillanz wird im kommenden Jahr eine Lichtquelle für ein kommerzielles tomographiefähiges Röntgenmikroskop erstellt.

ANSPRECHPARTNER im Fraunhofer ILT:

Für Fragen zum Röntgenmikroskop stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung:
Dr. rer. nat. Klaus Bergmann
Abteilung Plasmatechnologie
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Telefon: 0241/8906-302
Telefax: 0241/8906-121
klaus.bergmann@ilt.fraunhofer.de
Dr. Willi Neff
Leiter der Abteilung Plasmatechnologie
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Telefon: 0241/8906-142
Telefax: 0241/8906-121
willi.neff@ilt.fraunhofer.de
Für weitergehende Fragen und Vermittlung themenspezifischer Experten steht Ihnen zur Verfügung:
Dipl.-Phys. Axel Bauer
Leiter Marketing und Kommunikation
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Telefon: 0241/8906-194
Telefax: 0241/8906-121
axel.bauer@ilt.fraunhofer.de

Axel Bauer | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de/ger/100031.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie