Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine "Brille" für das Elektronenmikroskop

20.10.2009
Forscher des Frankfurter Exzellenzclusters nehmen Großgerät für biologische Proben mit neuartiger Optik in Betrieb. Es ermöglicht kontrastreiche Einblicke in die Proteinmaschinerie der Zelle.

Elektronenmikroskope sind seit ihrer Erfindung für die biologische Forschung von entscheidender Bedeutung. Schon mit Hilfe der ersten Geräte gelang in den 1940er Jahren die Abbildung von Viren, die für Lichtmikroskope schlicht zu klein sind.

Heute sind Biologen vor allem den komplexen, aus Proteinen bestehenden molekularen Maschinen auf der Spur. Ohne sie läuft in unseren Zellen nichts, und sie sind selten größer als zehn Millionstel Millimeter. Da die Struktur der Proteine viel über ihre Funktion verrät, wollen Forscher immer kleinere Details sichtbar machen. Doch gerade bei den empfindlichen biologischen Proben stoßen sie mittlerweile an Grenzen, denn dort lässt sich eine hohe Auflösung nur um den Preis eines kontrastarmen Bildes erzeugen.

Forscher des Exzellenzclusters "Makromolekulare Komplexe" Frankfurt haben nun zusammen mit der Firma Carl Zeiss den Prototyp eines neuartigen Elektronenmikroskops entwickelt, das Bilder mit bisher unerreichtem Kontrast ermöglicht. Die Entwicklungskosten von mehreren Millionen Euro werden dabei zu gleichen Teilen vom Exzellenzcluster und dem Unternehmen Carl Zeiss getragen.

"Biologische Objekte sind in ihrer natürlichen Form für den Elektronenstrahl durchsichtig", erklärt Dr. Bastian Barton, "Wie wir selbst bestehen sie überwiegend aus Verbindungen leichter Atome, wie Wasserstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff. Durch sie hindurch gehende Elektronen werden nur minimal gestreut, so dass die Bilder wesentlich kontrastärmer sind als beispielsweise Aufnahmen von metallischen Proben."

Während seiner Doktorarbeit konnte Barton eine technische Lösung des Kontrastproblems realisieren, die von dem Physiker Hans Boersch bereits im Jahr 1946 beschrieben wurde. Boersch schlug vor, den Kontrast durch eine elektrostatische Mikrolinse zu verbessern, die die Phase der Elektronenwellen in ihrem Inneren durch ein elektrisches Feld verschiebt. Wenn es gelingt, die vom Objekt gestreute Welle gegen die ungestreute so zu verschieben, dass in der Bildebene Wellenberge auf -täler treffen, entsteht ein Bild mit maximalem Kontrast. Diesen Vorschlag technisch umzusetzen war bis vor wenigen Jahren jedoch unmöglich, weil die benötigten Nano-Strukturen nicht mit genügender Präzision hergestellt werden konnten.

Zusammen mit einer Gruppe der Universität Karlsruhe, die auf Nano-Strukturierung spezialisiert ist, konnte der erste Prototyp der "Boersch-Phasenplatte" mit einer winzigen Elektronenlinse von nur einem Tausendstel Millimeter Durchmesser realisiert werden. Im Elektronenmikroskopie-Labor am Frankfurter Max-Planck-Institut für Biophysik wurde die neuartige Technologie getestet und gezeigt, dass die Börsch-Phasenplatte tatsächlich den Bildkontrast erhöht - und zwar ohne das Bild anderweitig zu stören. "Allerdings wurde schnell klar, dass unsere Phasenplatte trotz moderner Nanotechnologie bald an die Grenzen der Miniaturisierung stoßen würde", sagt Barton. "Um den verbesserten Bildkontrast optimal nutzten zu können, musste ein neuartiges Elektronenmikroskop konstruiert werden, das die Phasenplatte durch ein komplexes Linsensystem ergänzt."

Die Umsetzung dieses ehrgeizigen und kostspieligen Projekts gelang Dank der Exzellenz-Initiative der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Das in der Abteilung von Prof. Werner Kühlbrandt in Zusammenarbeit mit der Firma Zeiss entwickelte Mikroskop wurde in den letzten Wochen als Teil des Exzellenz-Clusters "Makromolekulare Komplexe" am Max-Planck-Institut aufgestellt. Es soll Bilder biologischer Strukturen, vom Makromolekülen bis zur Zelle, mit bisher nicht gekannter Qualität liefern.

Informationen: Dr. Bastian Barton, Max-Planck-Institut für Biophysik, Campus Riedberg, Tel: (069) 6303-3050, babarton@biophys.mpg.de.

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt am Main. 1914 von Frankfurter Bürgern gegründet, ist sie heute eine der zehn größten Universitäten Deutschlands. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Rund um das historische Poelzig-Ensemble im Frankfurter Westend entsteht derzeit für rund 600 Millionen Euro der schönste Campus Deutschlands. Mit über 50 seit 2000 eingeworbenen Stiftungs- und Stiftungsgastprofessuren nimmt die Goethe-Universität den deutschen Spitzenplatz ein. In drei Forschungsrankings des CHE in Folge und in der Exzellenzinitiative zeigte sie sich als eine der forschungsstärksten Hochschulen.

Herausgeber:
Der Präsident
Abteilung Marketing und Kommunikation, Postfach 11 19 32,
60054 Frankfurt am Main
Redaktion:
Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation Telefon (069) 798 - 2 92 28, Telefax (069) 798 - 2 85 30,

E-Mail hardy@pvw.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-frankfurt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neuer Blue e+ Chiller von Rittal - Exakt regeln und effizient kühlen

25.04.2017 | HANNOVER MESSE

RWI/ISL-Containerumschlag-Index: Kräftiger Anstieg setzt sich fort

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen

Pharmacoscopy: Mikroskopie der nächsten Generation

25.04.2017 | Medizintechnik