Nanostrukturen auf der Spur: EU fördert die Entwicklung korrelativer Mikroskopietechniken

Seit Frühjahr 2012 arbeiten Spezialisten aus Deutschland, Tschechien und der Schweiz im Rahmen des EU-geförderten Projekts UnivSEM gemeinsam an der Entwicklung neuer, korrelativer Mikroskopietechniken. Das Projekt, das noch bis Sommer 2015 von der EU gefördert wird, hat zum Ziel, ergänzende Untersuchungsmethoden für die Elektronenmikroskopie (Scanning Electron Microscopy; SEM) zu entwickeln und so neue Möglichkeiten zur detaillierter Untersuchung von Nanostrukturen zu schaffen. UnivSEM wird im Rahmen des European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) unter der Grant Agreement Nummer 280566 gefördert.

In einem UnivSEM-Teilprojekt ist es WITec, einem etablierten deutschen Hersteller von Raman- und Rastersonden-Mikroskopen mit Sitz in Ulm, und TESCAN ORSAY HOLDING, einem führenden Ionen- und Elektronenmikroskopie-Hersteller, nun gelungen, die Elektronenmikroskopie erfolgreich mit der Raman Mikroskopie zu kombinieren. Mit dem daraus entstandenen RISE Mikroskop (Raman Imaging und Scanning Electron Microscope) können elektronenmikroskopisch Oberflächenstrukturen im Nanometermaßstab sichtbar gemacht werden. Zusätzlich können mit der konfokalen Raman Mikroskopie, einer weitverbreiteten Spektroskopie-Methode für chemisches Imaging, Informationen über die molekularen Bestandteile einer Probe gewonnen werden. „Das Interesse an korrelativen Mikroskopietechniken stieg in den letzten Jahren branchenübergreifend kontinuierlich an.“ berichtet Dr. Joachim Koenen, Geschäftsführer bei WITec „Grund dafür ist, dass der Anforderungen an die Untersuchungsmethoden gestiegen sind. So soll die Probe möglichst umfangreich und aussagekräftig mit einem Gerät analysiert werden können. Eine innovative Entwicklung wie das RISE Mikroskop, das in einem System die Vorteile sich ergänzender Techniken vereint, ist deswegen gefragter denn je.“

Zur Untersuchung einer Probe mit der korrelativen RISE Mikroskopietechnik, wird die Probe direkt in der Vakuumkammer des Elektronenmikroskops auf einen Probentisch positioniert. Raman- und Elektronen-Mikroskopie sind zerstörungsfreien Methoden, die keine vorherige Probenpräparation benötigen. Mit dem Elektronenmikroskop wird zuerst die Ultrastruktur der Oberfläche untersucht. Das Ergebnis ist ein Bild, auf dem kleineste Strukturen im Nanometerbereich sichtbar sind. Nach der Messung fährt der Probentisch automatisch an die nächste Probenposition und repositioniert die Probe präzise. So kann gewährleistet werden, dass die Raman-Untersuchung an derselben Probenstelle durchgeführt wird. Das Raman-Bild erhält Informationen über die chemischen Bestandteile, ihre molekularen Verbindungen und deren Verteilung in der Probe. Mit einer speziell entwickelten Software können Elektronenmikroskopie- und Raman-Bild anschließend in Zusammenhang gebracht und überlagert werden.

Einsatzmöglichkeiten für die neue RISE Mikroskopietechnik finden sich in der Nanotechnologie und in den Materialwissenschaften, um die Entwicklung und Herstellung neuer Materialien und elektronischer Komponenten zu unterstützen. Ein aktuelles Beispiel hierfür ist Graphen, ein ultradünnes, leitendes Material aus Kohlenstoffatomen, das derzeit intensiv erforscht wird. Außerdem werden kombinierte Analysetechniken wie die RISE Mikroskopie auch in biomedizinischen und pharmazeutischen Forschungsbereichen benötigt, beispielsweise in der Nanomedizin.