Mikroskopie: Super-Scanner macht Echtzeit-Videos

Chemische Prozesse werden akkurater abgebildet als jemals zuvor

Mikroskop: Er ist der Konkurrenz um Längen voraus (Foto: Jose-Luis Olivares/MIT)

Cambridge (pte001/18.12.2015/06:00) Ein neu entwickeltes Atomkraftmikroskop kann erstmals Videos von chemischen Prozessen festhalten, die diese fast in Echtzeit darstellen. Der Scanner arbeitet 2.000 Mal schneller als herkömmliche Produkte. Das Mikroskop wurde von Forschern am MIT http://web.mit.edu entwickelt. Diese konnten damit unter anderem schon darstellen, wie Schwefelsäure Kalzit Schicht für Schicht entlang des Kristallgerüsts auflöst.

"Menschen können zum Beispiel Kondensations-, Kernbildungs-, Auflösungs- oder Ablagerungsprozesse von Materialien beobachten und wie diese in Echtzeit ablaufen - das sind Dinge, die Menschen nie zuvor gesehen haben", erklärt Kamal Youcef-Toumi vom MIT. "Es ist fantastisch zu sehen, wie diese Details entstehen. Und es wird großartige Möglichkeiten eröffnen, um die ganze Welt im Nanobereich zu erforschen."

Verbesserter Scan

Atomkraftmikroskope arbeiten normalerweise mit einer ultrafeinen Nadel, die an der Oberfläche der Probe entlanggleitet und die Topografie nachzeichnet - ähnlich wie blinde Menschen Braille-Schrift lesen. Die Proben liegen auf einer beweglichen Plattform, die sich seitlich und vertikal bewegt. Für statische Proben funktioniert das gut - wenn chemische Prozesse abgebildet werden sollen, wird das Sample jedoch durch den relativ langsamen Scanvorgang nicht richtig dargestellt. Die Innovation der MIT-Forscher ist eine Plattform, die sowohl einen kleinen, schnellen, als auch einen größeren, langsamen Scanner enthält, die gemeinsam ein 3D-Bild der Probe produzieren.

"Unser Steuergerät kann den kleinen Scanner in einer Art und Weise bewegen, die den großen Scanner nicht stimuliert, weil wir wissen, welche Art von Bewegung diesen Scanner auslöst und umgekehrt", erklärt der Forscher Iman Soltani Bozchalooi, auf dessen Doktorarbeit die Erkenntnisse aufbauen. "Am Ende arbeiten sie synchron - aus der Perspektive des Wissenschaftlers sieht der Scanner wie ein einziger, sehr schneller, großflächiger Scanner aus, der keine zusätzliche Komplexität der Führung des Instruments hervorruft."

Ehrgeizige Ziele im Blick

Das Mikroskop scannt die Proben schneller als 2.000 Hertz pro Sekunde, was etwa 4.000 Zeilen entspricht - herkömmliche Atomkraftmikroskope scannen in der selben Zeit etwa zwei Zeilen. Das übersetzt sich in etwa acht bis zehn Einzelbilder pro Sekunde. Aber dort hört der Ehrgeiz der Forscher noch nicht auf: "Wir wollen zu echtem Video gelangen, das zumindest 30 Einzelbilder pro Sekunde hat", erklärt Youcef-Toumi.

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