Mehr aus der Welt der Nano-Mikroskope

Ein Bild von Bakterien, das uns die Forscherin Tatjana Ladnorg am Computerbildschirm des Rasterkraftmikroskops gezeigt hatte, seht ihr auf der letzten Seite des Artikels. In Karlsruhe konnten wir mit speziellen Brillen die Aufnahme dreidimensional betrachten. Wenn ihr selbst eine solche Farbfilterbrille (auch Anaglyphen- oder Rot-Cyan-Brille genannt) besitzt, könnt ihr euch jetzt auch auf eine kleine Reise in den Nano-Welt machen: In diesem Video seht ihr, wie Tatjana uns virtuell über einzelne Bakterien hinweg steuert:

Tatjana Ladnorg hatte uns am KIT das Rasterkraftmikroskop gezeigt. Isabel Thomé erklärte, wie ein Elektronenmikroskop funktioniert. Beide Forscherinnen arbeiten am Institut für funktionelle Grenzflächen (IFG). „Grenzflächen“ sind überall dort, wo eine feste Oberfläche Luft oder Flüssigkeiten berührt. Das passiert bei vielen wichtigen Anwendungen – etwa bei künstlichen Implantaten im Körper oder in Batterien. In der Natur gibt es auch viele Beispiele für Grenzflächen, an denen wegen Nano-Strukturen faszinierende Effekte auftreten. Bekannt und besonders beeindruckend ist der Lotoseffekt, den neo-Reporter auch selbst im Experiment beobachtet haben.

Bei all diesen „funktionellen Grenzflächen“, also Oberflächen mit besonderen Effekten, spielt deren Nano-Struktur eine entscheidende Rolle. Isabel interessiert sich bei ihrer Arbeit für ein weiteres Beispiel aus der Natur: die saubere Haut von Haien und Delfinen.

„Wenn man sich einmal im Hafen die Rümpfe von Schiffen anschaut, dann wachsen darauf alle möglichen Meeresorganismen: Muscheln, Algen, Seepocken“, erklärte Isabel beim Besuch in ihrem Labor. „Die Haut von Delfinen oder Haien ist dagegen extrem sauber und reinigt sich durch die Schwimmbewegungen wie von selbst. Wir untersuchen, was diese Tierhaut so besonders macht und wollen die Strukturen auf der Oberfläche nachahmen.“ Das Ziel: Anstriche für Bootsrümpfe, auf denen Algen keine Chance haben. Dann würden die Schiffe nicht nur sauber bleiben, sondern vor allem jede Menge Treibstoff sparen – denn der lästige Bewuchs sorgt dafür, dass es viel mehr Kraft kostet, um durch das Wasser zu gleiten.

Die Forscher versuchen also unter anderem, genau die richtige Größe und Form von Strukturen zu ermitteln, von denen sich Algen und Co. besonders leicht wieder entfernen lassen.

Die Forscher untersuchen diese Oberflächen dann mit Elektronen- und Rasterkraftmikroskopen oder verwenden auch spezielle Geräte, um den „Kontaktwinkel“ zu messen und zu bestimmen, wie stark sie Wassertropfen abstoßen (mehr dazu findet ihr in „Dem Lotuseffekt auf der Spur“).

Eine Möglichkeit, wie Forscher beliebige Muster im Nano-Maßstab herstellen können, seht ihr in diesem Video – da wurde mit den Strahlen eines Elektronenmikroskops extra für uns das „Spektrum neo“-Logo im Miniaturformat geschrieben!

Aber Wissenschaftler können auch noch auf andere Weise Oberflächen bearbeiten, etwa, indem sie ein Rasterkraftmikroskop benutzen. Dessen ultradünne Spitze dient eigentlich dazu, winzige Erhebungen und Vertiefungen abzutasten. Wenn man aber absichtlich stark aufdrückt, kann man mit der Nano-Nadel auch Linien ritzen.

Auf dieser Weltkarte ist Afrika keine zehn Mikrometer groß – eine echte „Nano-Welt“! Tatjana zeichnete sie mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops auf eine glatte Fläche. Mit besonders feinen Spitzen können Forscher sogar einzelne Atome hin und her schieben und so Nano-Schaltkreise bauen. Oder sie verändern gezielt die chemischen Eigenschaften auf der Oberfläche – Nanometer für Nanometer.

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