Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie groß ist klein?

04.06.2010
PTB-Wissenschaftler entwickeln genaues und rückführbares Messverfahren für Nanopartikel

Ob in kosmetischen Produkten wie Sonnencreme, Zahnpasta oder Deodorant, ob in Farben und Lacken oder in der Krebstherapie: Nanopartikel sind weit verbreitet und bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Gleichzeitig sind die Risiken schwer abzuschätzen, die von diesen kleinen Teilchen während ihrer Herstellung, Verwendung und Entsorgung ausgehen.

Denn durch ihre winzigen Ausmaße haben sie völlig andere chemische und physikalische Eigenschaften als größere Partikel oder Festkörper des gleichen Materials. Um ihre winzige Größe exakt zu ermitteln, haben Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ein elektronenmikroskopisches Messverfahren für die Größe von Nanopartikeln entwickelt. Es ermöglicht eine rückführbare Messung und kann Größenunterschiede bis zu einem Nanometer präzise ermitteln. Das neuartige Verfahren könnte zur Zertifizierung von Referenzmaterialien in der Europäischen Union beitragen, damit in Zukunft die Größe von Nanopartikeln einheitlich und genau bestimmt werden kann.

Die Wirkung von Nanopartikeln auf die Organe des Menschen oder die Umwelt ist bisher kaum untersucht worden. Ihr Verhalten ist in hohem Maß von ihrer Teilchengröße abhängig: Ein Partikel von 18 Nanometern Größe kann ganz andere Eigenschaften haben als ein 35 oder 160 Nanometer großes. Der Größenunterschied spielt dementsprechend eine wichtige Rolle bei der Abschätzung des Risikos dieser „Zwergpartikel“ für Mensch und Umwelt. Gleichzeitig bieten solch größenabhängige Eigenschaften die Möglichkeit zu vielfältigen technologischen Anwendungen. Ob nun Gesundheit- und Umweltrisiko oder technologischer Nutzen.– die Größe der Nanopartikel genau zu kennen, ist in jedem Fall wichtig.

Daher hat die PTB ein neues Messverfahren für Nanopartikel entwickelt. Es vereint die Vorteile verschiedener Typen von Elektronenmikroskopen: Wissenschaftler rüsteten ein Rasterelektronenmikroskop (REM) mit einem Transmissionsdetektor auf. Dieser Aufbau ist weitaus kostengünstiger als ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Mit Hilfe des Transmissionsdetektors können die Partikelgrenzen in vielen Fällen genauer dargestellt werden als mit einem konventionellen REM.

Ein Problem bei der hochgenauen Messung von Nanopartikeln ist die präzise Bestimmung des Partikelrandes, der in elektronenmikroskopischen Bildern „verschmiert“ ist. Bei welchem Grauwert beginnt das Partikel und welcher Bild-Pixel ist noch Hintergrund? Um diese Frage beantworten zu können, wird simuliert: Ein an der PTB entwickeltes Programm berechnet das Detektorsignal für ein Partikel einer festgelegten Größe, zum Beispiel 150 nm, und berücksichtigt dabei die Wechselwirkungen der Elektronen mit dem Partikel und die Eigenschaften des Detektors. Dann wird verglichen. Stimmt das berechnete Signal mit dem gemessenen überein, kann man aus der Simulation auf die reale Größe des untersuchten Teilchens schließen. Wenn nicht, wird mit einer anderen Teilchengröße weiter gerechnet, beispielsweise 151 nm, solange bis es eine Übereinstimmung beider Signale gibt.

Die PTB-Wissenschaftler untersuchten Vertreter aus den Materialklassen der Metalle, Keramiken und Kunststoffe und konnten zeigen, dass sich das Detektorsignal auch mit den Materialeigenschaften ändert. So wechselwirken die Elektronen beispielsweise mit dem sehr dichten Gold anders als mit Latex, das eine geringere Dichte hat. Die herkömmliche Herangehensweise, für alle Partikel dasselbe Kriterium für die Datenauswertung anzusetzen, egal um welches Material es sich handelt und wie groß sie sind, hat also ihre Schwächen.

Um sowohl Größe als auch Material der Partikel berücksichtigen zu können, hat die PTB eine automatische Auswertung entwickelt. Sie berechnet auf der Basis der Simulationsergebnisse für jeden einzelnen Partikel ein individuelles Detektorsignal für den Partikelrand. So wird eine an den jeweiligen Partikel angepasste, präzise Größenbestimmung ermöglicht. Trotz dieser aufwändigen Prozedur können mehrere hundert Aufnahmen in wenigen Minuten automatisch ausgewertet werden. Die PTB-Wissenschaftler haben außerdem eine Methode entwickelt, um viele Nanopartikel-Bilder nacheinander automatisch aufnehmen zu können. Somit sind sie nun in der Lage, durch das Messen und Auswerten bis zu einiger tausend Partikel eine Probe innerhalb eines Tages zu charakterisieren.

Das neue Messverfahren der PTB könnte dazu beitragen, innerhalb der europäischen Union zertifizierte Referenzmaterialien herzustellen. Referenzmaterialien dienen dazu, europaweit alle Messungen mit einem definierten Standard zu vergleichen. Nur auf diese Weise lassen sich Messergebnisse verschiedener Labore vereinheitlichen. ptb/msi

Originalveröffentlichung
E. Buhr, N. Senftleben, T. Klein, D. Bergmann, D. Gnieser, C.G. Frase, H. Bosse: Characterization of nanoparticles by scanning electron microscopy in transmission mode, Measurement Science and Technology, Vol. 20, 084025 (9p), 2009

Aktuelle Veröffentlichung ist in Arbeit.

Ansprechpartner
Tobias Klein, PTB-Arbeitsgruppe 4.22, Quantitative Mikroskopie,
Tel.: (0531) 592-4229, E-Mail: tobias.klein@ptb.de
Weitere aktuelle PTB-Nachrichten:
Schall macht Licht (31. Mai)
Besserer Strahlenschutz für schwangere Arzthelferinnen (17. Mai)
LED – Die Lampe der Zukunft? (12. Mai)
Kraft und Weg dynamisch und präzise messen (10. Mai)

Imke Frischmuth | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten