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Rubrik: Tagesberichte |
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Nanoanalytik soll eine Trumpfkarte der ETH werden Geschärfter Blick in die Nanowelt | |
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Um chemische Strukturen und Prozesse auf der Nanometerskala zu verstehen, reicht die optische Mikroskopie aufgrund ihrer Auflösungsbeschränkung nicht aus. Eine Gruppe von ETH-Professoren hat sich zum Ziel gesetzt, die Nanoanalytik an der ETH markant voranzubringen. Erstes Ziel ist eine Vernetzung der Kräfte, die in diesem hoch dynamischen Gebiet bereits arbeiten. Nanowissenschaften machen Furore, und zwar nicht mehr nur als Vision. In der Grössenordnung von Nanometern, also Milliardsteln eines Meters zu arbeiten, gehört zunehmend zum Alltag von Forschung und forschungsintensiver Industrie. So spielen Nanomaterialien im Alltag schon heute eine wichtige Rolle. Einige davon sind kommerziell verfügbar, etwa Beschichtungen, welche Oberflächen, seien es Autokarrosserien, Glas oder Textilien, schmutz- öl- oder wasserabweisend machen. Nanotechnologie ist es auch, mit der Computerchips noch viel kleiner und die Geräte entsprechend leistungsfähiger werden dürften. Und vor allem die Medizin verspricht sich langfristig viel von der Nanotechnologie: etwa von Nano-Shuttles, die dereinst Medikamente im menschlichen Organismus zielgenau platzieren können oder gar von Kleinst-Maschinen, die etwa verstopfte Arterien von Ablagerungen befreien. Neuer Ansatz notwendig Bis es soweit ist, wird aber noch viel Forscherschweiss vergossen werden müssen. „Wir bewegen uns hier im Bereich der Moleküle und damit an einer entscheidenden Grenze,“, sagt Renato Zenobi, ETH- Professor für Analytische Chemie im Laboratorium für Organische Chemie. „Auf dieser Ebene werden die Eigenschaften der Materie wie Farbe, Geschmack oder Konsistenz bestimmt.“
Um nun zu verstehen, was chemisch auf der Nanoskala passiert und warum es passiert, brauche es allerdings auch einen ganz neuen Ansatz beim Blick auf die Materie. „Denn die herkömmliche optische Mikroskopie in all ihren Varianten - ist in ihrer Auflösung beschränkt und kann die chemische Informationen auf der Nanometerskala nicht liefern“, so Zenobi. So biete auch ein zwar atomar auflösendes, mit dem Nobelpreis 1986 ausgezeichnetes Gerät wie das von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer bei IBM Rüschlikon entwickelte Raster-Tunnel-Mikroskop „nur“ eine Messung der Leitfähigkeit - und keine chemische Information.
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Wie muss man sich diesen Paradigmenwechsel in der Analyse von Nano-Phänomenen vorstellen? Was für ein „Sehen“ braucht es in der Nanowelt? „Die Forschung bewegt sich dabei auf mehreren Routen“, so Zenobi, der sich in seiner Arbeit unter anderem auf die Suche nach Wegen, um der „Nanoskopie“ zum Durchbruch zu verhelfen, konzentriert. Eine Möglichkeit sei, weiterhin mit Licht zu arbeiten, aber den Lichtleiter, durch welchen es dringt, buchstäblich zuzuspitzen (Nahfeld-Mikroskopie). Eine in der Austrittszone auf Nanometergrösse verjüngte optische Fiber ermöglicht zum Beispiel, das Wellenlängen-Problem zu umgehen Protein bei der Arbeit beobachten In Kombination mit spektroskopischen Techniken können dann Materialeigenschaften jenseits der Mikroskopie eruiert werden. Eine andere, von Zenobis Gruppe erstmals praktizierte Methode ist folgende: Eine einem Laserstrahl ausgesetzte Probe wird mit einer hochpräzis geführten Metallspitze „gekitzelt“, was das elektromagnetische Feld lokal sehr stark erhöht. Damit lassen sich sogar einlagige Molekülschichten identifizieren. Das Verfahren ist abgeleitet von SERS ("surface-enhanced Raman scattering"; auf deutsch "oberflächenverstärkte Raman-Streuung"). Sein Traum sei es, einmal einem Transportprotein in einer Zelle in Echzeit bei der Arbeit zuschauen zu können, sagt der Chemiker. „Wir wollen also die Analytik im Zukunftsbereich Nanowissenschaften an der ETH kräftig voranbringen“, erklärt Zenobi. Und dazu hat er sich mit ETH-Forschenden verständigt, die im selben Gebiet tätig sind. So besteht seit 2005 die Plattform für Mikro- und Nanowissenschaften; auch mit dem ETH-Netzwerk für Optische Wissenschaften und Technologie (Opteth) (1)besteht eine Verbindung, und zudem ist die entsprechende ETH-Forschung in das ETH-bereichsweiten Center of Excellence in Analytical Chemistry (CEAC) (2) eingebettet. An der ETH sind es die Porfessoren Vahid Sandoghdar (Nanooptik), Detlef Günther (Spurenelement- und Mikroanalytik) und Ralph Spolenak (Metallische Systeme für Mikrokomponenten), mit denen Zenobi zusammenarbeitet. Eine Auslegeordnung der Nanoanalytik Es sind solche disziplinenübergreifenden Strukturen, die einem zwischendurch die Augen öffnen, wie ein Problem elegant gelöst werden kann, findet Zenobi. „So hat mir ein Vortrag eines Nicht-Chemikers für ein Problem, das mich lange beschäftigt hatte, einen Lösungsweg gebahnt. Das sind dann beglückende Momente“, erzählt er. Es klinge ganz einfach, sei aber eine Herkulesaufgabe: die verschiedenen Menschen und Denkweisen, die sich in einem Gebiet tummeln, mit einander in Kontakt zu bringen. Nur konsequent also, dass Zenobi mit seinen Kollegen und weiteren Fachleuten von PSI und Empa den CEAC Summer Workshop on Nanoanalysis auf die Beine gestellt hat. Ziel des Treffens ist eine Auslegeordnung der nanoanalytischen Verfahren und der Bedürfnisse heutiger und künftiger Anwender. Der Event findet am 10. und 11. Juli 2006 statt. Anmeldeschluss für Interessierte ist der 1. Juni. (3) |
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Literaturhinweise:
Fussnoten:
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