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Blick in allerkleinste Strukturen: Zentrum für Hochauflösende Elektronenmikroskopie an der Universität Mainz wird eingeweiht
Interdisziplinäre Zusammenarbeit von Material- und Biowissenschaftlern aus den Fachbereichen Chemie, Physik und Biologie
Bereits vorhandenes Know-how und laufende Forschungsprojekte der Mainzer Wissenschaftler im Bereich der hochauflösenden Elektronenmikroskopie haben die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) überzeugt: Gegen starke Konkurrenz anderer wissenschaftlichen Einrichtungen in Deutschland haben acht Wissenschaftler aus den Fachbereichen Chemie, Physik und Biologie erfolgreich ein neues 300 KV-Elektronenmikroskop bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft beantragt. Kostenpunkt: 2,3 Millionen DM. Dieses Gerät der neuesten Generation ergänzt die gute, bereits vorhandene elektronenmikroskopische Ausstattung der Material- und Biowissenschaften, so dass nun am Institut für Physikalische Chemie ein gemeinsames Zentrum für Hochauflösende Elektronenmikroskopie eingerichtet werden konnte.
Das neue Zentrum für Hochauflösende Elektronenmikroskopie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bietet aber nicht allein modernste Technik. Das Besondere des Zentrums ist, neben der technischen Ausstattung, auch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Material- und Biowissenschaftlern aus so unterschiedlichen Bereichen wie Physikalischer Chemie, Physik, Organischer Chemie, Biophysik und Zoologie.
Die Infrastruktur am Zentrum steht: Bereits seit 20 Jahren gibt es in der Physikalischen Chemie die Abteilung für Elektronenmikroskopie. Ein Präparationslabor mit Bedampfungs-, Ultrafeinschnitt- und vielen anderen Geräten, zahlreichen Rechnern, drei Elektronenmikroskopen, teils manuell teils komplett computergesteuert, und ein "Denkraum", in dem mathematische Modelle entwickelt und mit den Daten der Aufnahmen abgeglichen werden, sind die Basis, auf der die Wissenschaftler zu ihren Daten kommen. Der interdisziplinäre Austausch ist dabei entscheidend.
"Serviceleistungen, wie die Standardanalyse von Proben, stehen bei uns nicht an erster Stelle", erklärte im Rahmen der Einweihung Dr. habil. Ingrid G. Voigt-Martin (Institut für Physikalische Chemie), die gemeinsam mit Dr.Dr. J. Robin Harris (Institut für Zoologie) das neue Zentrum leitet. Für sie steht die wissenschaftliche Qualität und Methodenentwicklung im Vordergrund. Die Möglichkeiten der Elektronenmikroskopie sollen ausgeschöpft und weiterentwickelt werden, um neue Erkenntnisse über Mikrostruktur und chemische Bindungszustände zu gewinnen.
Gerät der neuen Generation
Das moderne Gerät der Firma FEI-Philips ist in einem mechanisch vom umgebenden Gebäude isolierten, temperierten und schallgeschützten Raum in der Physikalischen Chemie installiert und justiert. Die Funktionen des empfindlichen Elektronenmikroskops inklusive der Probenpositionierung werden ausschließlich computergesteuert. Durch die Elektronenstrahlerzeugung mit einer Feldemissionskathode wird ein kleinerer Strahldurchmesser bei gleichzeitig höherer Strahlstromdichte erzielt als bei konventionellen Elektronenmikroskopen mit Glühkathode. Aufgrund höchster Strahlkohärenz lassen sich Analysen an winzigen Bereichen einer Probe durchführen. Es sind dickere Proben als bisher möglich bei weniger dynamischer Streuung. Die hohe Auflösung von 1,6 bis 1,8 Ångström zusammen mit umfangreichen Datenanalysen und statistischen Berechnungen ermöglicht den Struktur-forschern die genaue Bestimmung von Atompositionen und daraus Moleküleigenschaften. Elektronenergieverlust-Spektroskopie dienen der energiespezifischen Abbildung der Elementverteilung (z. B. Zink und Schwefel in "quantum dots" von Halbleitern).
Untersuchungsschwerpunkte im materialwissenschaftlichen Bereich sind innovative Materialien wie ferroelektrische und photoleitende Flüssigkristalle, Nano-Drähte und quantum dots, Hochtemperatur-Supraleiter sowie Stoffe mit nichtlinearen optischen (NLO) Eigenschaften. Die Frequenzverdoppelung bei NLO-Materialien beruht auf der Orientierung der Moleküldipol- und Hyperpolarisierbarkeitstensorkomponente in der Elementarzelle der Kristalle. Dies ermöglicht ein Feedback zwischen der analy-sie-ren-den Elektronenmikroskopie und der Synthesechemie, wo man basierend auf den Er-kennt-nissen der Strukturaufklärung zielgerichtet Moleküle synthetisieren kann, um die NLO-Eigenschaften zu optimieren. In Zukunft werden nanostrukturierte Makro-mo-le-küle, definierte Kolloide und Aggregatstrukturen eine wichtige Rolle in der Forschung spielen. Es ist geplant, einen neuen Sonderforschungsbereich "Von einzelnen Molekülen zu nanoskopisch strukturierten Materialien" zu beantragen, als auch einen Antrag bei dem Bundesministerium für Bildung und Forschung auf Einrichtung eines "Zentrums für Multifunktionelle Werkstoffe und miniaturisierte Funktionseinheiten" zu stellen.
Anwendung in den Biowissenschaften
Eine Anwendung der Biowissenschaftler ist die Elektronenmikroskopie Goldmarkierter Proteine zur Analyse von zellulären Stofftransportwegen; im Elektronenmikroskop lassen sich die Schwermetallatome mit ihren besonders umfangreichen Elektronenwolken ideal verfolgen. Noch mehr ins Detail gehen die Biologen bei der 3D-Elektronenmikroskopie von Proteinen. Dabei werden über zehntausend Moleküle eines Proteins im Elektronenmikroskop aus unterschiedlichen Winkeln fotografiert. Aus den Einzelbildern wird dann im Computer ein räumliches Gesamtbild des Proteinmoleküls in extrem hoher Detailtreue berechnet. Mit Hilfe eines neuartigen 3D-Druckverfahrens lässt sich aus den Computerdaten sogar ein solides Modell des Proteins herstellen.
Mit ihrem Konzept des interdisziplinären Zentrums erweckten die acht Initiatoren das Interesse der Wirtschaft wie auch das renommierter ausländischer Wissenschaftler, mit denen gemeinsame Projekte bereits durchgeführt werden.
Zentrum für Hochauflösende Elektronenmikroskopie
Die Initiatoren
· Dr. Dr. Ingrid G. Voigt-Martin
Institut für Physikalische Chemie
· Dr. Dr. James Robinson Harris
Institut für Zoologie
· Univ.-Prof. Dr. Hermann Adrian
Institut für Physik
· Univ.-Prof. Dr. Thomas Basché
Institut für Physikalische Chemie
· Univ.-Prof. Dr. Heinz Decker
Institut für Molekulare Biophysik
· Univ.-Prof. Dr. Jürgen Markl
Institut für Zoologie
· Univ.-Prof. Dr. Herbert Meier
Institut für Organische Chemie
· Univ.-Prof. Dr. Manfred Schmidt
Institut für Physikalische Chemie
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Mathematik, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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