Innovative Mikroskopie: Doktorand und Auszubildender der LMU mit Bayerischem Staatspreis ausgezeichnet

Die Oberflächenuntersuchung von neuen Materialien oder biologischen Proben ist für die Forschung von großer Bedeutung. Hierfür werden Rastertunnelmikroskope eingesetzt, mit deren Hilfe die Oberfläche eines Präparats bis zur Molekül- bzw. Atomebene sichtbar gemacht werden kann. Im Groben vergleichbar mit einem Plattenspieler ertastet eine feine Metallnadel, deren Durchmesser nur wenige Nanometer beträgt, durch Elektronensprünge von der Nadel auf die Präparatsoberfläche deren Struktur. Dabei muss der Nadelabstand gleich gehalten werden. Dies wird durch den so genannten „Tunnelstrom“ gewährleistet, der zwischen der Nadelspitze und dem Präparat fließt, wenn zwischen diesen eine elektrische Spannung angelegt wird. Damit Störungen möglichst vermieden werden, sind ausgefeilte Schwingungsdämpfungen unabdingbar. Diese fehlen bei herkömmlichen Rastertunnelmikroskopen. Deswegen sind sie in der Schwerelosigkeit des Weltalls nicht verwendbar, da Schwingungen nicht in dem für eine präzise Arbeitsweise des Mikroskops erforderlichen Maß abgedämpft werden können. Dabei wäre das Rastertunnelmikroskop gerade im Weltall für die Forschung eine große Innovation.

Die Arbeitsgruppe um Wolfgang Heckl, Professor für Oberflächentopografie am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und derzeitiger Direktor des Deutschen Museums in München hat sich diesem Problem gewidmet und auf Basis eines Entwurfs von Professor Heckl ein Rastertunnelmikroskop für den Einsatz in der Schwerelosigkeit entworfen.

Paul Hix, derzeit Doktorand bei Professor Heckl, hatte sich bereits in seiner Diplomarbeit mit der Konstruktion eines solchen Geräts beschäftigt. Zusammen mit Thilo Bellinger, Auszubildender der Feinmechanik am Institut für Kristallographie und angewandte Mineralogie am Department für Geo- und Umweltwissenschaften, hat Hix das Mikroskop jetzt zur Versuchsreife gebracht. Es wird derzeit auf der 57. Internationalen Handwerksmesse München (I.H.M.) ausgestellt. Am heutigen Mittwoch erhielten Hix und Bellinger für ihre Innovation den mit 5.000 Euro dotierten Bayerischen Staatspreis für besondere gestalterische und technische Leistungen im Handwerk.

„Bei der Konstruktion des Geräts hatten wir drei Entwicklungsziele zu verfolgen“, so Paul Hix. „Das Mikroskop soll für die Astronauten ohne größere Einarbeitung sehr leicht zu bedienen sein, es muss schwingungsfrei arbeiten und zum Wechsel der Proben über einen ausgefeilten Arretierungsmechanismus verfügen.“ Hix und Bellinger haben die Schwingungsisolierung an die Schwerelosigkeit angepasst und zudem eine elektronische Kamera zur Kontrolle von der Erde aus integriert. Das Mikroskop zeichnet sich vor allem durch Kompaktheit und ein geringes Gewicht aus. Unterstützt wurden sie beim Bau des Prototyps von der Münchener Firma Kayser-Threde, einem Unternehmen, das sich auf Entwicklung von Hochtechnologie für die Luft- und Raumfahrt spezialisiert hat.

Gefördert wurde das Projekt durch die ESA, die das Gerät noch in dieser Woche zum Testen erhält, sowie dem Excellence Network NanoBioTechnology (ENNaB). ENNaB ist ein Netzwerk von Nachwuchsforschergruppen und Unternehmen aus der Region München, deren Arbeits- bzw. Geschäftsfelder im interdisziplinären Bereich der Nanobiotechnologien liegen. Aufgrund seiner Positionierung zwischen Hochschule und Industrie fungiert es als direktes Bindeglied zwischen den Ebenen der institutionellen Grundlagenforschung und der wirtschaftlichen Anwendung. Das ENNaB ist an der Ludwig-Maximilians-Universität angesiedelt. Sprecher des Netzwerks ist Professor Wolfgang Heckl.

Der Bayerische Staatspreis wird bis zu 30 Ausstellern des technischen und des Kunsthandwerks im Rahmen der Internationalen Handwerksmesse München (I.H.M) für hervorragende handwerkliche Leistungen verliehen.