neues design Spectrum

Ausgabe 112 Oktober 2008
Fachinformation von LOT-Oriel Darmstadt
Nicht-invasive 3D-Bilderzeugung an biologischem und
High-tech-Material mit hoher räumlicher Auflösung
Erfassung von Oberfläche und
Volumen mit Auflösungen im
Bereich von mm bis 50 nm mit
keiner oder nur geringfügiger
Probenvorbehandlung
Konventionelle Abbildungsverfahren
wie optische Mikroskope, Rasterelektronenmikroskope
(SEM) und Atomkraftmikroskope
(AFM) sind gute
Werkzeuge zur Oberflächencharakterisierung.
Transmissionselektronenmikroskope
(TEM) setzen sehr dünn
präparierte Proben voraus.
In den meisten Fällen ist eine Probenvorbehandlung
durch physikalische
oder chemische Verfahren oder auch
durch Anfärben erforderlich. Die Prozeduren
können langwierig sein und
Artefakte erzeugen.
Hepatozytzellen in Stützgewebe
Die optische und konfokale Mikroskopie
haben ein beugungsbegrenztes
Auflösungsvermögen von in der Regel
nicht besser als 150 nm.
Mit der Elektronenmikroskopie erreicht
man Nanometer- und sogar Angström-Auflösungen.
Allerdings ist die
Menschliche Nervenfaser
Biologische Proben ohne Vorbehandlung, gemessen mit dem microXCT
bei 0,7 µm Pixelauflösung
Probenpräparation aufwendig und die
Untersuchungsobjekte müssen vakuumtauglich
und elektrisch leitfähig
sein.
Konventionelle Abbildungsverfahren
liefern 2D-Ergebnisse. Die Erfassung
von 3D-Strukturen ist mühsam; und
>>
Seite 2
Biofunktionale
DNA-Nanostrukturen
Einführung
Die Wiedererkennungseigenschaften
(recognition properties) von Biomolekülen
bieten einen leistungsfähigen
und vielseitigen Ansatz für den
Aufbau von funktionalen Nanostrukturen
wie sie z.B. für molekulare Elektronikbauteile
oder auch Photonikelemente
von Nutzen sein können [1, 2,
3, 4]. Ein Ansatz für die Herstellung
solcher biofunktionaler Bauelemente
ist die Dip Pen Nanolithographie®
(DPN) [5, 6, 7].
Im Folgenden werden verschiedene
Methoden beschrieben, wie man mit
Hilfe der DPN-Technologie Nanostrukturen
von Oligonukleotiden sowohl
auf metallischen, als auch auf nichtleitenden
Oberflächen herstellen kann.
Ein besonderer Gesichtspunkt bei der
Herstellung von Bionanostrukturen
ist die Aufrechterhaltung ihrer spezifischen
Biofunktionalität.
Methode
Bei der DPN-Technologie wird mit
Hilfe eines beschichteten Cantilevers
(„der Stift“) eine gewünschte Tinte
auf ein bestimmtes Substrat („das
Papier“) gebracht. Die Schwierigkeit
bei dieser Technik liegt in der komplexen
Oberflächenchemie zwischen
Tinte und Substrat. Mittlerweile konnte
jedoch für eine Vielzahl von Tinte/
>>
Seite 4
Inhalt
Seite
Dünne Schichten 6, 7, 12
Ellipsometrie 3
Imaging 7
Interferometrie 10
Lichtquellen 9, 15, 16
Mikroskopie 14
Oberflächenchemie 2
Partikelanalyse 8
Spektroskopie 8, 13

Imaging/Oberflächenchemie
Nicht-invasive 3D-Bilderzeugung an
biologischem und High-tech-Material
Manuelles
Tensiometer
>>
es ist nicht möglich, mit einem Gerät
den mm- bis nm-Bereich zu erfassen.
Röntgen-Computer-Tomografie (CT)
Aufgrund ihrer geringen Wechselwirkung
dringt Röntgenstrahlung tief in
Material – egal welcher Art –ein. Sie wird
seit jeher in der Materialwissenschaft
für zerstörungsfreie Untersuchungen
schlechter Bildkontrast – auch bei geringer
Auflösung.
Halbleiterbaugruppe
Magnetische
Nanopartikel (50 nm
Auflösung)
genutzt. Computer-Tomografen kommen
seit den 60er Jahren in der Medizin
zum Einsatz. Medizinische CTs
haben Auflösungsvermögen im mm- bis
sub-mm-Bereich. Höhere Auflösungen
bieten konventionelle MicroCTs (einige
10 µm bis einige µm).
Dadurch konnten Anwendungen in der
Biomedizin, für Halbleiter und Baumaterialien
sowie der Geologie erschlossen
werden.
Beschränkungen durch Auflösung
und Kontrast
Bei neueren wissenschaftlichen Entwicklungen,
wie dem Gewebe-Engineering,
alternativen Energien (Brennstoffzellen),
Kompositmaterialien,
MEMs, Halbleiter- und Nanotechnologie
stoßen konventionelle MicroCTs
an ihre technischen Grenzen. Es sind
Anwendungsfelder, bei denen es auf
die Darstellung von Strukturen und
Defekten ankommt, die kleiner als 1 µm
sind.
Darüber hinaus zeigen viele biologische
Materialien, Polymere und Komposite
aus Elementen niedriger Ordnungszahl
ein sehr geringes Röntgenabsorptionsvermögen.
Damit ergibt sich ein
TiSiC-Komposit für
den Flugzeugbau,
1,5 µm Auflösung
Poren und Öl in
Sandstein
Neuartige Micro- und NanoCT
Um diese Unzulänglichkeiten konventioneller
CTs zu überwinden, hat Xradia
Inc, USA neuartige Micro- und NanoCTs
entwickelt.
Mit dem microXCT werden Auflösungen
von 1 µm und darunter auch an
biologischen und weichen Materialien
erreicht. Dabei können auch relativ
große Proben untersucht werden.
Durch spezielle Optiken kann Material
mit geringem Kontrastvermögen vermessen
werden, wie beispielsweise Zellen
in Stützgewebe, Knochen-Knorpel-
Übergänge oder Dichteschwankungen
in Polymeren. Es können feine Risse,
Hohlräume, Poren und ihre Anordnung
in porösem Material abgebildet werden.
Für den Nanometerbereich steht das
nanoXCT mit einem Auflösungsvermögen
bis unter 50 nm bereit. Damit –
und verbunden mit der ebenfalls hohen
Kontrastempfindlichkeit – stehen eine
Reihe neuer Messmöglichkeiten für
Bereiche der Biomedizin und Materialforschung
offen, die bisher nicht zugänglich
waren.
Die Ausführungen stützen sich auf eine Arbeit von
S. H. Lau, Vice President, Business Development,
Xradia Inc, Concord, CA, USA
Kennziffer 770
Rainer Weißflog
030/49914-775
weissflog@lot-oriel.com
Das Sigma 703D ist ein manuelles
Stand-alone-Tensiometer zur Messung
der Ober- und Grenzflächenspannung
nach der Wilhelmy- oder DuNouy-
Methode, sowie zur Bestimmung der
Dichte von Flüssigkeiten.
Die hochempfindliche Waage garantiert
genaue Messergebnisse, die Steuertastatur
zusammen mit der integrierten
Software sorgen für einfachste
Bedienung.
Es muss lediglich der Probentisch von
Hand bewegt werden, das Ergebnis
wird direkt auf dem großen Display angezeigt.
Über die serielle Schnittstelle
kann ein Drucker angeschlossen, die
Datenübertragung zu einem PC via
USB ist ebenfalls möglich.
Kennziffer 771
Dr. Joachim Weiss
0 61 51 / 88 06-72
weiss@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008

Ellipsometrie
Echtzeit-Ellipsometrie: Verfolgung des
Oxidationsprozesses dünner organischer Schichte
Anwenderbericht von Ute
Heinemeyer, Universität Tübingen,
Institut für Angewandte Physik
Ellipsometrie ist bewährt, z.B. zur
Schichtdickenanalyse und hat als optische
Methode den großen Vorteil,
nicht-invasiv und in-situ anwendbar
zu sein.
Abb. 1: Beschichtungsanlage
mit angebautem M-2000-
Spektralellipsometer
Im Fall von dünnen Schichten bedeutet
dies, dass direkt bei der
Schichtherstellung im Ultrahochvakuum
gemessen werden kann ohne das
Schichtwachstum zu stören. Dank des
im M-2000 eingebauten leistungsfähigen
CCD-Detektors ist es möglich, innerhalb
weniger Sekunden den gesamten
Wellenlängenbereich von 200 nm
bis 1000 nm aufzunehmen, was neue,
über die Schichtdickenbestimmung
hinaus gehende Möglichkeiten, eröffnet.
So lassen sich spektroskopische
Eigenschaften zeitaufgelöst untersuchen,
beim Filmwachstum selbst, aber
auch bei Oxidationsprozessen organischer
Moleküle, wie z.B. Rubren.
Rubren ist für die organische Elektronik
ein vielversprechendes Molekül
und wurde bereits für organische LEDs
und organische Feldeffekttransistoren
verwendet. Photo-Oxidation begrenzt
jedoch die Stabilität und Lebensdauer
dieser Anwendungen. Das Verständnis,
sowie die Kontrolle des Oxidationsprozesses
ist eines der Hauptanliegen
in der organischen Elektronik
und mit Hilfe der Echtzeit-Ellipsometrie
ist es gelungen, zum ersten
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
pristine (A)
0 min (B)
100 min (B)
200 min (B)
300 min (B)
400 min (B)
500 min (B)
580 min (B)
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
Abb. 2: Zeitabhängige
Absorptionsspektren während
der Photo-Oxidation von Rubren.
Die Pfeile deuten an, wie zwei
zu Rubren gehörende Peaks verschwinden,
während ein Peak
erscheint, der Rubrenperoxid zuzuordnen
ist.
Reused with permission from M.
Kytka, Applied Physics Letters,
90, 131911 (2007). Copyright 2007,
American Institute of Physics.
Mal die Kinetik des Oxidationsprozesses
von amorphen Rubren-Filmen
auf Siliziumoxid unter kontrollierten
Bedingungen zu untersuchen [1].
Die Ellipsometriedaten wurden zu
Beginn des Oxidationsprozesses alle
0,2 min und später alle 2 min
über einen Zeitraum von bis zu
500 min aufgezeichnet und mit Hilfe
des WVASE32-Programmes in die
dielektrische Funktion e 2
umgerechnet.
Das Spektrum zeigt zu Beginn
zwei elektronische Übergänge bei
~2,5 eV und ~4 eV, die dem reinen
Rubren zuzuordnen sind. Während
(b)
sinus (ε 2
) [rel.j.]
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
τ 1
= 14.75 min
τ 2
= 350 min
0.0
0 100 200 300 400 500
Time [min]
Abb. 3 Zeitabhängige Intensität
(Integration über 1,25–3,17 eV
der dielektrischen Funktion)
des HOMO-LUMO-Übergangs
von Rubren während der Photo-
Oxidation.
des Oxidationsprozesses verschwinden
diese beiden Peaks und bei ~5 eV
wird ein neuer Übergang sichtbar.
Der isosbestische Punkt bei 4,59 eV,
in dem sich alle Spektren schneiden,
ist ein Hinweis auf eine Reaktion
zwischen zwei Spezies, in diesem
Fall zwischen Rubrene und Rubrenperoxid.
Die Analyse der zeitabhängigen
Daten ergibt, dass zwei Zeitkonstanten
die Oxidation charakterisieren
und die Kinetik keinem einfachen
Fickschen Diffusionsmodell entspricht,
sondern mindestens zwei verschiedene
Mechanismen beteiligt sein
müssen. So könnte die Diffusion des
Sauerstoffes im Film von der Eindringtiefe
abhängen, Oberflächeneffekte
die Diffusion beeinflussen
oder die Oxidation auf einer anderen
Zeitskala als die Diffusion ablaufen.
Echtzeitmessungen sind auch zur Aufklärung
des Filmwachstums und damit
zur Optimierung der Filmeigenschaften
relevant, wie z.B. Röntgenmessungen
belegen [2]. Der Wachstumsprozess
organischer Filme ist
komplex und die optischen Eigenschaften
können neben der Orientierung
der Moleküle Aufschluss über
die Wechselwirkung zwischen den
Molekülen untereinander, ebenso wie
zum Substrat geben. Auch wenn die
starke Anisotropie kristalliner Filme
eine Herausforderung für die Datenanalyse
darstellt, sind in der Zukunft
noch interessante Ergebnisse von der
Echtzeit-Ellipsometrie auf diesem
Gebiet zu erwarten.
[1] M. Kytka, A. Gerlach, F. Schreiber
and J. Kováč, APL 90 (2007) 131911
[2] S. Kowarik, A . Gerlach , S. Sellner,
F. Schreiber, L. Cavalcanti, and O.
Konovalov, PRL 8 (2006) 18341
Kennziffer 772
Dr. Thomas Wagner
0 61 51 / 88 06-68
wagner@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008

Nanotechnologie
Biofunktionale
DNA-Nanostrukturen
A
B
A
>>
Substrat-Kombinationen gezeigt werden,
dass es ohne Probleme gelingt,
eine stabile Oberflächenanbindung
der DNA-Moleküle zu gewährleisten
[8].
Hier werden zwei unterschiedliche
Abb. 1: Schematische Darstellung
der beiden Möglichkeiten,
Oligonukleotide auf ein Substrat
abzuscheiden. (A) Acrylamid-modifiziertes
Oligonukleotid bindet an ein
SiO x
-Substrat. (B) Alkanthiol-modifiziertes
Oligonukleotid bindet an ein
Gold-Substrat.
Methoden vorgestellt (Abb. 1). Im Falle
einer SiOx-Oberfläche als Substrat
wurde diese in einem ersten Schritt
mit Hilfe von Mercaptopropylsilan silanisiert,
um dann mit acrylamidmodifizierter
DNA beschrieben zu werden.
Über eine Michael-Addition kommt
es zu einer kovalenten Bindung zwischen
der Thiolgruppe und dem modifiziertem
DNA-Molekül.
Wird an Stelle der SiOx-Oberfläche
eine Goldoberfläche verwendet, macht
man sich die starke Chemisorption zwischen
der mit einer Thiolgruppe modifizierten
DNA und der Goldoberfläche
zu Nutze [9].
Es hat sich gezeigt, dass eine vorherige
Beschichtung der verwendeten Cantilever
einen starken Einfluss auf die
erfolgreiche Abscheidung der DNA
auf die verwendeten Substrate hat.
In einem ersten Versuch wurden unbeschichtet
SiN-Cantilever verwendet,
wobei zu beobachten war, dass es nur
zu einem sporadischen „Schreiben“
der Tinte auf dem „Papier“ kam. Dies
legte den Schluss nahe, dass sich nicht
genug Tinte an dem „Stift“ befand. Um
nun zu gewährleisten, dass sich genug
DNA an der Spitze des Cantilevers befindet,
wurde dieser mit 3´-Aminop
ropyltrimethoxysilan (APS) modifiziert.
Es zeigte sich, dass diese silanisierten
Cantilever einfach in DNA-
Tinte getaucht werden konnten, um
ausreichend mit DNA beladen zu werden
[9].
Die Größe der zu schreibenden Bionanostrukturen
kann über verschiedene
Parameter wie Schreibgeschwindigkeit,
Luftfeuchtigkeit oder Temperatur
gesteuert werden.
Mit Hilfe einer schnellen und einfachen
Kalibrierung des Tinte/Substrat-
B
Systems erlaubt das in der Software
implementierte CAD-Modul einen gesteuerten
und gezielten Schreibpro-
zess [9]. Unter optimalen Bedingungen
ist es möglich, Strukturen mit einer
Größe von 12 nm und einer räumlichen
Auflösung von ~5 nm zu schreiben,
und zwar genau dort (und nur dort),
wo der Anwender es wünscht. Es gibt
z.B. keine Cross-Kontamination.
Überprüfung der
Bionanostrukturen
Ein einfacher und schneller Weg um
die geschriebenen Strukturen hinsichtlich
ihrer Funktionalität zu überprüfen,
ist die Fluoreszenz-Mikroskopie.
Durch Zugabe eines komplementären
und mit einem Fluoreszenzfarbstoff
markierten DNA-Strangs auf die beschriebene
Oberfläche kann gezeigt
werden, dass es nur dort zu einer spezifischen
Anbindung kommt, wo zuvor
geschrieben wurde (Abb. 2A). In
einem anderem Test wurde an Stelle
des Fluoreszenzfarbstoffes die komplementäre
DNA mit Goldnanopartikeln
modifiziert. Auf Grund der Lichtstreuung
an diesen Partikeln konnte
ein deutlicher Kontrast zwischen beschriebener
und unbeschriebener Substratoberfläche
im optischen Mikroskop
dargestellt werden (Abb. 2B).
Optische Methoden mit ihrem eingeschränkten
Auflösungsvermögen empfehlen
sich nur für Strukturen größer als
500 nm, kleinere Strukturen erfordern
den Einsatz des Rasterkraftmikroskops
(AFM). Zu diesem Zweck wurde eine
Zweikomponenten DNA-Nanostruktur
hergestellt, an die mit Goldnanopartikeln
modifizierte komplementäre
und unterschiedlich lange
DNA-Stränge angebracht wurden. Betrachtet
man sich anschließend die
so erstellte Nanostruktur mit einem
AFM-Systems, ist sehr deutlich die unterschiedliche
Höhe der einzelnen Nanospots
zu erkennen (Abb. 3).
Abb. 2: Optische Methoden (A) Fluoreszenz (B) Optische Aufnahme
[1] Storhoff, J. J.; Mirkin, C. A. Chem. Rev. 1999,
99, 1849-1862.
>> Seite 5
spectrum 112 Oktober 2008

Nanotechnologie
>>
Biofunktionale
DNA-Nanostrukturen
A
B
Abb. 3: Topografiebild der mit Hilfe des DPN-Systems hergestellten
Substratoberfläche. Die in (A) gezeigten helleren Punkte korrespondieren
zu den Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 13 nm, während die
dunkleren Punkte die Nanopartikel mit 5 nm Durchmesser kennzeichnen.
In (B) ist ein Linienprofil der Diagonalen (links unten-rechts oben) dargestellt.
Sehr schön ist die unterschiedliche Höhe der Strukturen zu erkennen.
[2] Niemeyer,C.M.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.
2001,40,4128­4158.
[3] Fan,H.Y.;Lu,Y.F.;Stump,A.;Reed,S.T.;
Baer,T.;Schunk,R.;Perez­Luna,V.;Lopez,G.
P.;Brinker,C.J.Nature2000,405,56­60.
[4] Braun,E.;Eichen,Y.;Sivan,U.;Ben­Yoseph,
G.Nature1998,391,775­778.
[5] Piner,R.D.;Zhu,J.;Xu,F.;Hong,S.;Mirkin,
C.A.Science1999,283,661­663.
[6] Hong,S.H.;Zhu,J.;Mirkin,C.A.Science1999,
286,523­525.
[7] Hong,S.H.;Mirkin,C.A.Science2000,288,
1808­1811.
[8] Niemeyer,C.M.;Blohm,D.Angew.Chem.Int.
Ed.1999,38,2865­2869.
[9] Demers,L.M.;Ginger,D.S.;Park,S.­J.;Li,Z.;
Chung,S.­W.;Mirkin,C.A.Science2002,298,
1836­1838.
Kennziffer 773
Dr. Andreas Bergner
0 61 51 / 88 06-12
bergner@lot-oriel.de
Erzeugung von Bio-Nanostrukturen:
„Just add DNA“
Für die Erzeugung von DNA­Nano­
strukturenmitHilfeunseresDip­Pen­
Nanolithographie­ (DPN) Systems
Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
„NScriptor“hatderHerstellerNanoink
ausChicagojetztspezielleCantilever
und Inkwells entwickelt. Auf Grund
der viskosen Eigenschaften der DNA
werden für das Aufbringen auf entsprechende
Substrate relativ steife
CantilevermiteinerhohenFederkonstantebenötigt.Außerdemistesbeim
ArbeitenmitDNAsinnvoll,einespezielle
Beladungsplattform anzubieten,
um in einem Arbeitsschritt unterschiedlicheDNA­Moleküleaufdas
Substrataufzubringen.Mitdenneuen
DNACantilever­Arrays(Abb.1)bietet
sichnundieMöglichkeit,biszusechs
verschiedene DNA­Moleküle gleichzeitig
auf das Substrat aufzubringen.
DieBeladunggeschiehtübereinspeziellesDNA­Inkwell(Abb.2).
In Abbildung 3 ist einmal ein optisches
Bild der geschriebenen DNA­
Strukturen gezeigt, während Abbildung
4 einen genaueren Blick auf
die Homogenität der geschriebenen
Strukturenliefert.Mitdem„JustAdd
DNA“­Kitbietetwirnuneinkomplettes
Set für die
Herstellung von
DNA­Nanostrukturenan.
Es beinhaltet die
folgenden Komponenten:
n DNA­Cantilever
n DNA­Inkwells
n DNA­Tinte
fürdasNScriptor­DPN­System
n Protokoll
Abb. 4
52 µm
2 µm
Kennziffer 774
Dr. Andreas Bergner
0 61 51 / 88 06-12
bergner@lot-oriel.de
SPEctruM 112 OktOber 2008 5

Dünne Schichten
Strukturänderung in adsorbierten Proteinen
– eine QCM-D-Studie
Die Schwingquarzmikrowaage E4
von Q-Sense erfasst Frequenz- und
Dissipationsänderungen eines Sensorkristalls
bei Grund- und Obertönen
und ermöglicht so exakte Aussagen
zu den viskoelastischen Eigenschaften
eines adsorbierten Films..
before
NalO 4
Release of Water
after
Abb. 1: Die Behandlung von Mefp-1
mit NaIO 4
führt zu einer Umwandlung
eines elastischen in einen kompakten
Proteinfilm geringerer Dicke.
Eine Auswertung dieser Daten anhand
der Sauerbrey-Gleichung (hat nur für
starre Filme Gültigkeit: QCM ohne
Dissipationsmessung) und des Voigt-
Modells (für elastische Systeme) sowie
ein Vergleich der Ergebnisse mit
optischen Messmethoden, z.B. Ellipsometrie,
zeigt, dass für die Adsorption
von Mefp-1 mit nachfolgender
Quervernetzung bei Verwendung einfacher
Schwingquarzwaagen (QCM
ohne Dissipationsmessung) die tatsächliche
Masse falsch quantifiziert wird
(siehe Tabelle).
Erst die Messung des Dissipationsverhaltens
des Kristalls und die Modellierung
der Ergebnisse zeigt die wirkliche
Masse und Dicke sowie elastische
Größen der erzeugten Schicht.
Ellipsometrische Daten bestätigen die
QCM-D-Ergebnisse.
0
-20
-40
-60
-80
-100
Adsorption von Mefp-1 mit nachfolgender Spülung mit NaIO 4
(Quervernetzung)
n* vor Quervernetzung nach Quervernetzung
Δm (QCM ohne Dissipationsmessung)/nm*cm 2 1 1557 ± 25 740 ± 20
3 1168 ± 20 730 ± 20
5 1027 ± 20 720 ± 20
Δm (QCM-D)/nm*cm 2 2330 861
Dicke (QCM ohne Dissipationsmessung)/nm 3 11,3 6,9
Dicke (QCM-D)/nm 22,4 7,3
Dicke (Ellipsometrie)/nm 21 5
Brechzahl (Ellipsometrie) 1,35 ± 0,02 1,4 ± 0,02
* n: Obertonnummer
Exposure Mefp-1 Rinsing Exposure NalO 4
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 20 40 60 80
time (min)
Abb. 2: Änderung von Frequenz und
Dissipation bei Adsorption von Mefp-
1 und der nachfolgenden Spülung mit
NaIO 4
Dadurch wird auch die Charakterisierung
von weichen und elastischen
Filmen zugänglich. Ein Beispiel für
die Notwendigkeit dieser Technik ist
die Strukturänderung des „mussel adhesive
protein“ Mefp-1 (Mw 120 kD)
bei Behandlung mit NaIO 4
.
Wird natives Mefp-1 auf einen Sensorkristall
adsorbiert, entsteht ein sehr
elastischer, stark hydratisierter Proteinfilm.
Die Eigenschaften (Dicke, Masse,
elastische Größen) dieses weichen
Films können mit der QCM-D-Technik
bestimmt werden. Bei Spülung des
Mefp-1-Films mit NaIO 4
werden die
einzelnen Proteinmoleküle untereinander
quervernetzt, was dazu führt,
dass der vorher elastische in einen
kompakten und weitgehend starren
Film übergeht.
Das heißt, aus den gestreckten einzeln
stehenden hydratisierten Proteinmolekülen
wird ein Netzwerk mit
wesentlich weniger Wasser in der
Hydrathülle.
Die QCM-D-Daten eines solchen Experiments
sind in Abbildung 2 dargestellt:
während der Adsorption des
Mefp-1 auf die Sensoroberfläche wird
nach dem Spülen mit Pufferlösung sowohl
eine deutliche Änderung der Frequenz
(ca. -60 Hz), als auch der Dissipation
(ca. 1x10 -5 ) gemessen. Bei Behandlung
mit NaIO 4
steigt die Frequenzänderung
wieder auf ca. -25 Hz
an, während die Dissipation annähernd
ihren Ausgangswert erreicht.
Literatur:
Fant, C & Höök, F el al; Anal. Chem.
2001, 73, 5796-5804
Kennziffer 775
Dr. Raimund Sauter
0 61 51 / 88 06-24
sauter@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008

Dünne Schichten/AFM
Neue Kombinationsmöglichkeiten
für die QCM-D-Technologie
QCM-D steht für „Quartz Crystal
Microbalance with Dissipation Monitoring“.
Es wird eingesetzt, um molekulare
Wechselwirkungen und Adsorptionen
weicher Filme an unterschiedlichen
Oberflächen zu untersuchen.
Anwendungen finden sich vor allem, um
die Eigenschaften von Biomaterialien
und funktionellen Oberflächen, z.B.
für Proteine, Lipide, Polyelektrolyte,
Polymere, Polymerfilme sowie Zellen
und Bakterien, zu bestimmen.
Für die Kombination von QCM-D mit
anderen Techniken stehen unterschiedliche
Zellen zur Verfügung, die mit
den Plattformen E4 und E1 kompatibel
sind:
Die Fensterzelle ist ein Modul mit optischen
Zugang zur Sensoroberfläche
während der Messung.
Durch seine UV-durchlässige Quarzscheibe
können sowohl Photoreaktionen
bei Belichtung, als auch z.B.
Besiedlungsereignisse bei der Anwendung
von Zellen in Suspension beobachtet
und messtechnisch erfasst werden.
Offene Zelle QS-QOM401
Bei der offenen Zelle können die Proben
direkt auf die Sensoroberfläche pipettiert
werden. Dadurch verringert sich
das benötigte Probenvolumen nochmals
deutlich. Ein Anwendungsfeld ist
z.B. die Messung der Viskosität einer
Probe durch direkten Übergang von
Luft zur Probe und anschließender
Analyse mittels Software.
Sensoroberfläche erzeugt werden.
Dazu ist das Modul mit einer GORE TM -
Membran ausgestattet, auf deren dem
Zellvolumen abgewandten Seite verschiedene
gesättigte Salzlösungen
durchgeleitet werden können.
Elektrochemie-Zelle QS-QEM401
Die Elektrochemie-Zelle gestattet die
gleichzeitige Anwendung von Elektrochemie
in einer 3-Elektrodenanordnung
und QCM-D im Durchfluss.
Das Kammervolumen über der Sensoroberfläche
beträgt hier nur ca. 100 µl.
Fensterzelle QS-QWM401
Feuchtigkeitszelle QS-QHM401
Die Feuchtigkeitszelle eignet sich
zur Beobachtung von Effekten, die
durch die Applikation unterschiedlicher
Luftfeuchtigkeitswerte über der
Kennziffer 776
Dr. Raimund Sauter
0 61 51 / 88 06-24
sauter@lot-oriel.de
Cantilever
für nahezu jede Anwendung
richtigen für Sie. Schauen Sie doch
einmal auf unserer Homepage vorbei.
Kennziffer 777
Wir bieten Ihnen eine große Auswahl
an verschiedenen Cantilevern für die
verschiedensten AFM-Anwendungen.
Egal ob Sie an Luft oder in Flüssigkeiten
messen, ob Sie Si- oder SiN-
Cantilever bevorzugen, wir haben den
Dr. Andreas Bergner
0 61 51 / 88 06-12
bergner@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008

Partikelanalyse/Spektroskopie
Die Scheibenzentrifuge
ist jetzt noch empfindlicher
Die Scheibenzentrifuge ist das ideale
Instrument zur Bestimmung von
Partikelgrößen im Messbereich von
10nm(beiTeilchenmithoherDichte
durchaus auch 5 nm) bis 75 µm. Die
Messungenerreichendabeisehrhohe
Auflösungen von besser als 5%, hervorragende
Wiederholbarkeit und absoluteGenauigkeit.
DerunbestritteneVorteildieserMesstechnik
gegenüber konkurrierenden
Technikenistaber,dasseinetatsächliche
Messung der Größe erfolgt und
dieErgebnissedirektdemStokes’schen
GesetzderSedimentationfolgen.Bei
gleicher Dichte sedimentieren große
TeilchenschnelleralskleinePartikel.
DiesesGesetzistnichtinterpretierbar
und daher sind keine Fehlmessungen
möglich.VorkenntnisseüberdieProben
sind nicht nötig, selbst ohne jeglicheKenntnisüberdieTeilchensind
Proben gleicher Dichte korrekt voneinanderunterscheidbar.Lediglichfür
dieBestimmungderabsolutenGröße
sinddieParameterDichte,Absorption
undBrechungsindexwichtigodersinnvoll.
Anders als reine Sedimentationsmessungen,
die einerseits sehr lange
dauern und andererseits in der
minimalen Größe auf den Mikrometerbereich
begrenzt sind, nutzt die
Scheibenzentrifuge eine schnelle RotationderMesskammer,umzusätzlicheZentrifugalkräftezuerzeugen.So
wirken bei einer Rotation mit 24.000
Umdrehungen pro Minute 29.000g
auf die Partikel. Mit diesen Kräften
werden sogar Partikel im Nanometerbereich
zur schnellen Sedimentationgezwungen.
Zur Größenbestimmung wird eine
Zeitmessung bei der Probenzugabe
gestartetunddiePartikelpassierenim
Fortschritt der Zentrifugation in abnehmenderGrößeeineLichtschranke.
Sobald eine Gruppe von Teilchen einerbestimmtenGrößedieLichtschrankepassiert,kommteszueinerLichtabsorptionunddieZeitmessungwird
notiert. Der Anteil der Partikel einerbestimmtenGrößewiederumwird
aus der Stärke der Absorption bestimmt.DiebisherigeStandard­Lichtschranke
besteht aus einer 470nm­
LED und einem Detektor. Die WellenlängederLichtschrankeistfürdie
Auswertung der Partikelgröße zwar
unerheblich,kannaberaufdieMessempfindlichkeit
einen spürbaren Einflusshaben.Soistdieneueingeführte
LED mit 405 nm vorteilhaft bei
Produkten,diebei470nmtransparent
sind und auch dann nicht absorbieren,
wenn genügend Partikel vor der
Lichtschrankeliegen.EinweitererwesentlicherVorteilder405nm­LEDist
diedeutlichhöhereEmpfindlichkeitim
Bereich der Rayleigh­Teilchengrößen
bei unter 50 nm. In diesem Bereich
ist das Verhältnis der Streuintensität
etwa proportional zur 4. Potenz des
VerhältnissesderWellenlängen.
Die Gleichung für unsere beiden
Detektorvarianten ist dabei (470nm/
405nm) 4 =1,81.
Die Lichtquellen/Detektoreinheit bei
405nmistdemnachimKleinstbereich
um81%empfindlicher.DiesistunerheblichbeiPartikeln,dieauchbeigeringenGrößenstarkabsorbieren,wie
RußoderMetallpartikel.BeiPolymerenundmehrnochbeiSilika­Teilchen
hat dies deutliche Auswirkungen auf
dieDetektionsgrenze.
Alle neuen Scheibenzentrifugen von
CPSwerdendeshalbmitder405nm­
Lichtquelle ausgeliefert und können
somitauchbeikleinstentransparenten
Teilchen eingesetzt werden, wodurch
sich ganz neue Anwendungsbereiche
eröffnen.
Kennziffer 778
Stefan Wittmer
0 61 51 / 88 06-63
wittmer@lot-oriel.de
Preiswerte ccD-Zeilenkameras
für die Spektroskopie
Larry, dieses Akronym steht für
„LinearDetectorArray“.DahinterverbirgtsicheinekompletteFamiliepreiswerter,
leistungsfähiger CCD­Zeilen
fürspektroskopischeAnwendungen.
Larry-uSB 3648
Jüngster Spross in der Larry­Familie
istderderLarry­USB3648.DieZeile
hat3648Pixel,jeweils7µmx200µm
groß.DiesegeringePixelgrößeermöglicht
eine hochauflösende Spektroskopie,
die minimale Belichtungszeit beträgt10µs.
Jede Detektorzeile hat zusätzlich zu
den 3648 Pixeln weitere 32 maskierte
Pixel am Anfang, deren Signal für eineautomatischeDunkelstromkorrektur
genutzt wird. Die Detektoren werden
in „Industrial Grade“ und „Scientific
>> Seite 9
8 SPEctruM 112 OktOber 2008

Lichtquellen/Spektroskopie
Strom-Spannungs-Messung
an PV-Solarzellen
Auf der PVSEC (European Photovoltaic
Solar Energy Conference) in
Valencia stellte Abet Technologies,
unser Lieferant für Solarsimulatoren,
erstmals eine komplette Anlage zur
Charakterisierung von PV-Solarzellen
vor – eine All-in-one-Lösung für die
Messung und Auswertung von Strom-
Spannungs-Kennlinien, die in Zusammenarbeit
mit der holländischen Firma
ReRa Systems entstanden ist.
Die Steuersoftware, entwickelt mit der
neusten Microsoft.NET Technologie,
bietet neben den Standardwerten
wie offene Klemmenspannung V oc
,
Kurzschlußstrom I sc
, Stromdichte
J SC
, Spannung und Strom bei max.
Leistung V mpp
und I mpp
, Füllfaktor,
Eta, R shunt
, Slope near V oc
(R S
) usw.
noch einiges mehr.
Korrekturen für STC (Standard Test
Conditions) nach IEC 60904-1, 60904-
5 und IEC60891, sowie Algorithmen
zur Bestimmung der Parameter nach
dem Zwei-Dioden-Model sind ebenso
implementiert, wie zahlreiche materi-
alspezifische Modelle für alle gängigen
Solarzellentypen.
Das Messergebnis wird in einem Report
nach IEC 60904-1 zusammengefasst
und kann anschließend als Exceldatei,
ASCII oder XML exportiert
werden.
Datenbankverbindungen zu Microsoft
SQL- und MySQL-Servern, sowie Oracle
sorgen für eine sichere Datenverwahrung.
Hardwareseitig kommen die zuverlässigen
Sourcemeter der Baureihe 24xx
(bis 5 A) von Keithley zum Einsatz.
Die Aufnahmen für Zellen bis
156 mm 2 reichen von kostengünstig
z.B mit Keithley 2400 und vier Kro-
kodilklemmen bis zur temperaturstabilisierten
Vier-Punkt-Vakuum-Aufnahme
mit Sicherheitsschaltern und
10 A Sourcmetern für industrielle
Zwecke.
Als Solarsimulatoren stehen die bekannten
Geräte von Abet Technologies
mit Leuchtfeldern von 50 mm 2 bis
über 350 mm 2 , Strahlkonzentratoren
für Leistungen von über 500 Sonnen
(auf 4-10 mm 2 Fläche) sowie AM-
(Air Mass) und UV-Blockungsfiltern
für nahezu jede Anwendung zur Verfügung.
Kennziffer 779
Michael Foos
0 61 51 / 88 06-34
foos@lot-oriel.de
Preiswerte CCD-Zeilenkameras
für die Spektroskopie
>>
Grade“ klassifiziert. Letztere sind
von 200 bis 1100 nm empfindlich und
zeigen kein Fringing, die Industrial
Grade-Sensoren lassen sich oberhalb
320 nm einsetzen.
Für Anwendungen mit sehr wenig
Licht verfügen alle Larry-USB 3648-
Systeme über ein sogenanntes „Signal
Enhancement Feature (SEF)“. Dahinter
verbirgt sich im wesentlichen ein automatisches
horizontales Binning durch
die Software. Die kleinen Pixel ermöglichen
zwar die Aufnahme hochaufgelöster
Spektren, sind aber weniger
empfindlich als große Pixel. Durch das
Zusammenfassen benachbarter Pixel
(horizontales Binning) wird die empfindliche
Fläche vergrößert und damit
das Signal-Rausch-Verhältniss verbessert,
bezahlt wird diese Erhöhung allerdings
mit einer Verringerung der
spektralen Auflösung.
Kennziffer 780
Signal Enhancement Feature der Larry-USB 3648 Serie
Dr. Jürgen Schlütter
0 61 51 / 88 06-44
schluetter@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008

Interferometrie
NewView 7000 für die industrielle Rautiefenund
Formmessung von Präzisionsteilen
Seit 30 Jahren befasst sich der
Prüfgerätehersteller ZygoLOT, Darmstadt,
mit der optischen Messtechnik,
speziell den Anwendungsmöglichkeiten
der Weißlichtinterferometrie.
Die nach diesem Prinzip arbeitende,
von ZygoLOT entwickelte NewView-
Messtechnik hat sich seit dem Jahr
2000 im industriellen Einsatz durchgesetzt.
Mittlerweile sind weltweit
rund 3.000 NewView-Geräte
im industriellen Einsatz, viele davon
rund um die Uhr an sieben Tagen
in der Woche. Die NewView-Geräte
gelten heute als Referenzgeräte
für Weißlichtinterferometer im
Maschinenbau, in der Automobiltechnik
und in weiteren Industriebereichen,
wo kleinformatige Präzisionsteile
gefertigt oder benötigt werden.
Jüngstes Produkt der NewView-
Reihe ist das Weißlichtinterferometer
NewView 7000, eine Weiterentwicklung
des industriell bewährten Systems
NewView 6000. Es ersetzt bis
zu drei andere Messgeräte, ist universell
und flexibel einsetzbar und kann
in einem Arbeitsgang vollautomatisch
mehrere unterschiedliche Messungen
durchführen, auswerten und den Befund
dokumentieren und grafisch darstellen.
NewView 7000 – vielfältige
Messmöglichkeiten
Mikromechanische Präzisionsteile, die
in PKW-Einspritzsystemen im Einsatz
sind, müssen hohe Anforderungen erfüllen.
Um wirtschaftlich zu fertigen
und dabei die Vorgaben hin zu
kleineren Teileabmessungen und engeren
Toleranzen nachweisbar einhalten
zu können, benötigen Hersteller
ein Prüfsystem, das möglichst viele
Oberflächeneigenschaften rasch und
sicher messen und darstellen kann.
Das Weißlichtinterferometer NewView
7000 erfüllt diese, was seine Postion
als Marktführer beweist.
Praxiserprobt
Auf konventionelle Weise mehrer
Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes
– beispielsweise Ebenheit,
Rautiefen, Kanten, Sitzwinkel (Konus)
und Rundungen – zu prüfen,
ist sehr arbeits- und zeitaufwendig.
Geräte, die mit einem Prüfkörper
taktil messen, sind aufgrund ihrer
mechanischen Komponenten optischen
Systemen deutlich unterlegen
und für die oben angedeuteten Messaufgaben
nicht mehr zeitgemäß. Die
berührungslos wirkende Weißlichtinterferometrie
eignet sich hingegen
sehr gut für prozessbegleitende Prüfaufgaben
und wird seit gut 30 Jahren
erfolgreich in der Industrie eingesetzt.
Der Nutzen wird noch gesteigert,
wenn die zu prüfenden Teile innerhalb
eines Messgeräts in einer Aufspannung
automatisch mehreren unterschiedlichen
Prüfungen unterzogen
werden können, womit das zeitaufwendige
Transportieren und Justieren
der Prüfteile entfällt.
Die NewView-Messtechnik
Das Weißlichtinterferometer NewView
7000 kann Prüfteile aus praktisch allen
Werkstoffen mit einem Durchmesser
von weniger als 1 mm bis mehr
als 130 mm aufnehmen und an ihnen
zahlreiche Prüfungen durchführen.
Dazu gehören die Messung von
Ebenheit und Rauhigkeit sowie die
Messung der Stufenhöhe und der
Formabweichung; ebenso können zurückgesetzte
Flächen, Winkel, Radien,
Kegelwinkel und Konen vermessen
werden.
Außerdem lassen sich Schleifstrukturen
und Verschleißerscheinungen
bestimmen, Schichtmessungen ausführen
und Kanteneffekte analysieren.
Im Falle von Ebenheitstoleranzen
wird beispielsweise eine Messmittelfähigkeit
bei einer Teiletoleranz von
0,5 µm garantiert.
Das NewView 7000 führt auch SPC-
Messungen durch. Die Messergeb-
nisse werden direkt in eine Statistik
übertragen.
Der Bediener kann sich anhand auswählbarer
3D-Grafiken auch den
Zustand der Prüfteile ansehen. Die
Prüfergebnisse jedes Prüfteils lassen
sich auf einem Bildschirm oder einem
Papierausdruck dreidimensional farbig
darstellen, was die Anschaulichkeit
fördert.
>>
Seite 11
10 spectrum 112 Oktober 2008

Interferometrie
NewView 7000 für die industrielle Rautiefen- und
Formmessung von Präzisionsteilen
>>
Ausbaufähiges Modulsystem
Das Messgerät NewView 7000 ist nach
einem Baukastensystem modular aufgebaut.
Der Anwender kann deshalb
ein auf seine speziellen Bedürfnisse
abgestimmtes Basisgerät erwerben
und dieses später entsprechend den
hinzukommenden Messaufgaben ausbauen
lassen. Das Baukastensystem
ist so vielseitig, dass allein mehr als
20 verschiedene Objektive bereitstehen.
Die Wirtschaftlichkeit der Messtechnik
wird noch weiter erhöht, weil
der Bediener beispielsweise 24 Teile
in eine Mehrfachteileaufnahme einlegen
kann, die nach dem Start des
Prüfablaufs nach und nach vollautomatisch
gemessen werden.
Schnelle Amortisierung
Zygolot ist Premiumlieferant von Unternehmen
wie Carl Zeiss und Bosch,
wo bereits zahlreiche NewView-Messgeräte
arbeiten. Aber auch viele kleinere
und mittelständische Unternehmen
haben schon erfolgreich in die
NewView-Technologie investiert und
erweitern laufend ihren Bestand an
NiewView-Geräten.
rantiert werden. Alle diese vorteilhaften
Eigenschaften machen sich für
den Anwender in einem schnellen „return
of investment“ und einer dauerhaft
guten Wirtschaftlichkeit bezahlt.
Web: www.zygolot.de
NewView 7000 – vielfältige
Anwendungsbeispiele
Das NewView 7000 kann direkt an einer
Maschine aufgestellt werden, beispielsweise
einer Schleifmaschine, und
gibt dem Bediener die Möglichkeit,
während der Fertigung laufend die
Qualität der geschliffenen Teile und
damit die Qualität des Schleifprozesses
zu überprüfen und, wenn nötig, korrigierend
in den Prozess einzugreifen.
Auch nach dem Auswechseln oder
Nachstellen von Werkzeugen, beispielsweise
Schleifscheiben, kann der
Bediener rasch überprüfen, ob die Maschine
wieder ordnungsgemäß arbeitet.
Typische Teile, deren Oberfläche
mit dem Messgerät NewView 7000
geprüft werden können, sind diverse
Motorenkomponenten, beispielsweise
Teile für Diesel- und Benzin-
Einspritzsysteme, Ventile und Pumpenteile,
Komponenten für Hydrauliksysteme,
Magnetschalter, aber auch
Bauteile für die Mikroelektronik, die
Halbleitertechnik, die Optik, darunter
Linsen aller Art, die Photovoltaik, zum
Beispiel Solarzellen, sowie Bauteile
für Mikrolaser-Systeme.
Wie auch die Vorgängerversionen,
lässt sich das Messgerät NewView
7000 voll in die Produktion integrieren,
arbeitet mit kurzen Taktzeiten
und hilft, Fertigungsparameter, wenn
erforderlich, schnell zu korrigieren
und so kostspieligen Ausschuss zu vermeiden.
Das Gerät lässt sich einfach
und sicher bedienen, die Messungen
sind unabhängig vom handwerklichen
Geschick des Bedieners. Durch den
Einsatz von NewView 7000 kann die
Produktions- und Produktqualität ga­
Kennziffer 781
Johann B. Ableitner
Tel. 06151 / 8806-495
Fax 06151 / 8806-88
eMail: ableitner@zygolot.de
Frank Stanzel
Tel. 06151 / 8806-53
Fax 06151 / 8806-88
eMail: stanzel@zygolot.de
spectrum 112 Oktober 2008 11

Imaging/Dünne Schichten
XenICs weiterhin europäischer Technologieführer
bei InGaAs-Kameras
XenICs, unser Lieferant für Nahinfrarot-
und Infrarotkameras aus Leuven,
Belgien, hat sein Produktprogramm
erneut erweitert.
Unter VisNIR verstehen wir eine
Detektorvariante, die im ganzen
NIR-Bereich empfindlich ist, aber
auch bedeutende Empfindlichkeit im
sichtbaren Spektrum hat. Dabei konkurriert
die VisNIR-Variante nicht mit
Standardkameras im sichtbaren Bereich
– die eventuell noch geringe Empfindlichkeit
bis 1100 nm zeigen, wie CCD-
Kameras ohne IR-Filter – sondern
deckt tatsächlich mit hoher Effizienz
den gesamten Wellenlängenbereich von
400 nm bis 1700 nm ab.
Die VisNIR-Detektoren sind aus InGaAs
gefertigt, zur Erweiterung des Wellenlängenbereiches
ins Sichtbare wird aber
die InP-Schicht nach der Produktion
wieder weg geätzt. Die Anwendungen
konzentrieren sich auf Bereiche, bei
denen hohe Quanteneffizienz im Nahen
Infrarot gefordert ist und der
sichtbare Bereich anwendungsunterstützend
wirkt, wie beispielsweise in
der Sicherheitstechnik, bei militärischen
Anwendungen und in der Medizin.
Der VisNIR-Detektor ist gegenwärtig
für alle XenICs-Kameras mit
dem 320 x 256 Pixel Array lieferbar,
wie die bekannten Versionen der Miniaturkamera
XS und die stabilisierten
oder gekühlten Modelle der XEVA-
Reihe. Die großformatigen Kameras
mit 640 x 512 Pixeln werden noch nicht
mit dem VisNIR-Detektor angeboten,
aber da XenICs immer wieder schnell
Abb. 1: Typische Quanteneffizienz
von einem Standard- und einem
VISNIR-InGaAs-FPA (320 x 256 Pixel)
bei Raumtemperatur
Abb. 2: Querschnitt durch einen Standard- (links) und einen VISNIR-
InGaAs-FPA-Sensor (rechts).
Nachdem Anfang diesen Jahres mit
der Cheetah die schnellste großformatige
Nahinfrarotkamera der Welt
vorgestellt wurde und kürzlich mit
der Gobi eine miniaturisierte Mikrobolometerkamera
auf den Markt
kam, wurde jetzt die Nahinfrarotkamerapalette
mit der sogenannten
VisNIR-Kamera ergänzt.
auf Kundenwünsche reagiert, liegen
die Pläne in Leuven wahrscheinlich bereits
in der Schublade.
Kennziffer 782
Stefan Wittmer
0 61 51 / 88 06-63
wittmer@lot-oriel.de
QCM-D-Sensorkristalle –
Sonderaktion bis zum 31. Dezember 2008
Für jede Bestellung von mindestens
fünf Boxen QCM-D-Kristalle,
Kombinationen sind ebenfalls möglich,
erhalten Sie den neuen Reinigungshalter
kostenlos. Der neue Halter
ist ausgelegt für bis zu 20 Kristalle
und hat einen Warenwert von 165,- €
.
Kennziffer 783
Dr. Raimund Sauter
0 61 51 / 88 06-24
sauter@lot-oriel.de
12 spectrum 112 Oktober 2008

Spektroskopie
Single Wall Carbon Nanotubes –
ein neuer Trend in der Biotechnologie?
Die meisten von uns kennen sicherlich
noch den Schiffsarzt „Pille“ aus der
Enterprise. Zur Untersuchung eines
Patienten benötigte er lediglich einen
Detektor, den er über den Patienten bewegte,
um daraufhin eine Diagnose
stellen zu können. Eine Blut- oder Gewebeprobe
wurde nicht genommen.
Kohlenstoffnanoröhrchen zeigen uns
Ansätze, wie diese Zukunftsvision
Wahrheit werden könnte.
der Gesamtausbeute ausmachen können,
von besonderem Interesse. Diese
zeigen eine Fluoreszenz im NIR-
Spektralbereich entsprechend ihrer jeweils
spezifischen (n,m)-Struktur im
Bereich 900-1600 nm. Die meisten
natürlichen Biomoleküle sind in diesem
Spektralbereich transparent, so
dass SWNTs selbst in einer komplexen
biologischen Umgebung saubere
Spektren zeigen.
Lamp
Sample
Typisches NIR-Fluoreszenzspektrum,
Messung und Fit
Laser 1
Laser 2
Laser 3
Schematischer Aufbau NanoSpectralyzer
Single Wall Carbon Nanotubes
(SWNTs) werden aufgrund ihrer einzigartigen
physikalischen und chemischen
Eigenschaften zunehmend für
die biomedizinische Forschung interessant.
Die Wissenschaftler versprechen
sich die Entwicklung neuer Diagnose-
und Therapiemöglichkeiten.
Dazu müssen jedoch zunächst grundlegende
Fragen der möglichen in-vivo
Detektion und der Biokompatibilität
geklärt werden.
SWNTs kommen in verschiedenen
Modifikationen vor, die sich im
Durchmesser und Chiralitätswinkel
unterscheiden, jede Modifikation
wird durch ein Zahlenpaar (n,m)
charakterisiert. Die verschiedenen
Herstellungsverfahren führen immer
zu einem Gemisch von ein- und
mehrwandigen Nanotubes. Hier sind
die halbleitenden SWNTs, die ca. 2/3
Near-IR
Spectrograph
and
Detector array
P. Cherukuri et.[1] al. injizierten
Kaninchen SWNTs und verfolgten
die Pharmakokinetik mittels der
NIR-Fluoreszenz. Die SWNT- Konzentration
im Blutserum nimmt mit
einer Halbwertszeit von 1 h ab, nach
24 h können sie nur noch in der Leber
nachgewiesen werden.
In einer anderen Studie [2] enthielt
das Futter von Fruchtfliegen SWNTs.
Die Verteilung der so aufgenommenen
SWNTs wurde dann mittels in-vivo
NIR-Mikroskopie untersucht.
In beiden Untersuchungen konnten
keine toxischen Nebenwirkungen von
SWNTs festgestellt werden.
K. Ziegler [3] untersucht die
Möglichkeit, SWNTs als implantierbare
Biosensoren einzusetzen. Die
Machbarkeit wurde dabei mittels eines
β-D-Glukose-Sensors demonstriert.
Diese und weitere Publikationen finden
Sie vollständig unter www.appliednanofluorescence.com.
AppliedNanoFluorescence aus
Houston, Texas, hat den NanoSpectralyzer
entwickelt. Es ist ein spezielles
NIR-Fluorimeter zum raschen
und bequemen Nachweis der SWNT
NIR-Fluoreszenz. Die Software verfügt
über spezielle Auswerteroutinen
zur Charakterisierung der verschiedenen
Nanotubes in einer Probe.
In unserem Applikationslabor in Darmstadt
steht ein neues System für Vorführungen
und Probemessungen zur
Verfügung. Sprechen Sie uns doch einfach
an.
[1] P. Cherukuri et al., Mammalian
Pharmacokinetics of Carbon Nanotubes
using intrinsic Near-Infrared
Fluorescence, PNAS 103, 18882
(2006)
[2] T. Leeuw et al., Single-Walled
Carbon Nanotubes in the Intact organism:
Naer-IR Imaging and
Biocompatibility Studies in
Drosophila, Nanoletters 7, 2650, 2007
[3] K. Ziegler, Developing Implantable
Optical Biosensors, Trends in
Biotechnology 23, 440, 2005
Kennziffer 784
Dr. Jürgen Schlütter
0 61 51 / 88 06-44
schluetter@lot-oriel.de
spectrum 112 Oktober 2008 13

Mikroskopie
Phenom Desktop-SEM
– Topographie und Materialkontrast
Das neue Phenom von FEI ist das
erste „Point-and-Shoot“-Desktop-Elektronenmikroskop
auf dem Markt. Es
schlägt eine Brücke zwischen der hohen
Auflösung eines Elektronenmikroskops
und der einfachen Bedienbarkeit eines
optischen Mikroskops.
tronenstrahl wird auf die Probe fokussiert,
der aus vier Quadranten
bestehende Detektor sieht dann die
von der Oberfläche zurückgestreuten
Elektronen. Die Intensität der rückgestreuten
Elektronen wird von mehreren
Faktoren bestimmt:
Im Topographiemodus werden die
Quadranten zu zwei Paaren zusammengefasst,
die voneinander subtrahiert
werden. Im Ergebnis sieht man
deutlich die Struktur der Oberfläche.
Je nachdem, welche Paare des
Detektors zusammengefasst werden,
Abb.1 Schematischer Aufbau des
Phenom im Materialkontrastmodus
Abb.2 Elektronenmikroskopbild im
Materialkontrast
Abb.3 Elektronenmikroskopbild im
Topographiemodus
Die Bedienung ist dabei mittels Touchscreen
einfach und intuitiv, speziell
geschultes Personal ist nicht erforderlich.
Das Ergebnis sind brilliante Bilder
mit einer max. 24.000-fachen Vergrößerung
bei gleichzeitig großer Tiefenschärfe.
Der speziell entwickelte Elektronenrückstrahldetektor
(Backscattered
Electron Detector BSE) ist zwischen
Probe und Elektronenoptik positioniert
und erlaubt dadurch einen
sehr kompakten und stabilen Aufbau.
Aufnahmen können sowohl im
Topographiemodus als auch im Materialkontrastmodus
durchgeführt werden.
Abb. 1 zeigt das Schema der Detektion
im Materialkontrastmodus. Der Elek­
n Ordnungszahl (je höher die Ordnungszahl
eines Elements, desto
höher ist die Intensität der rückgestreuten
Elektronen)
n Ausrichtung der Probe relativ zum
Elektronenstrahl
n Beschleunigungsspannung des
Elektronenstrahls (das Phenom arbeitet
mit einer fest eingestellten
Beschleunigungsspannung von
5 kV)
Im Ergebnis erhält man so ein Bild
in verschiedenen Graustufen entsprechend
der elementaren Zusammensetzung
der Probe. In diesem Materialkontrastmodus
wird das Signal aller
vier Quadranten addiert und es können
verschiedene Phasen oder Einschlüsse
der Probe sichtbar gemacht werden.
wird eine Beleuchtung von oben links
oder unten rechts simuliert.
Abb. 2 und 3 zeigen eine Probe einmal
im Materialkontrast und einmal
im Topographiemodus.
Möchten Sie das Phenom live erleben?
Sie finden die aktuellen Präsentationstermine
in unserem Kalender im Internet.
Selbstverständlich sind auch Vorführungen
bei uns in Darmstadt oder direkt
in Ihrem Labor möglich.
Kennziffer 785
Dr. Jürgen Schlütter
0 61 51 / 88 06-44
schluetter@lot-oriel.de
www.lot-oriel.com/de
14 spectrum 112 Oktober 2008

Lichtquellen
Durchstimmbare monochromatische
Lichtquellen
Die beste monochromatische Lichtquelle
ist natürlich ein Laser. Durchstimmbare
Laser erfordern aber leider
ein etwas größeres Budget, preiswerter
ist der Aufbau mit einem Monochromator.
Die Kombination einer
Lichtquelle (mit Kondensoroptik) mit
einem Monochromator ergibt eine vielseitige,
flexible, helle und schmalbandige
Strahlungsquelle.
Deuterium-, Xenon- oder Halogenlampen,
sowie IR-Strahler liefern über
einen weiten Bereich ein kontinuierliches
Spektrum. Quecksilberlampen
bieten intensive UV-Linien, die mit
dem Monochromator für Lumineszenzoder
photochemische Studien selektiert
werden können. In Verbindung mit der
Steuersoftware des Monochromators
erhält man eine programmierbare,
durchstimmbare Lichtquelle. LabView
VI’s, Linux Source Code und Active
X-Steuerelemente garantieren eine problemlose
Adaption in bestehende Programme.
Vorteil
Für Anwendungen, die Vielseitigkeit
und Flexibilität erfordern, ist diese Lösung
besonders geeignet.
Die Kondensoren können einfach getauscht
werden und eine große Auswahl
an Fokussierlinsen macht eine
Anpassung der F-Zahl an nahezu jeden
Monochromator möglich. Im IR-
Bereich, wo Glaslinsen nicht mehr
transmittieren, wird mit IR-Elementen
und Al-Spiegeln gearbeitet.
Der kollimierte Stahl ermöglicht den
flexiblen Einsatz einer breiten Palette
von optischem Zubehör. Dieses kann
den Lichtstrahl vorfiltern oder räumlich
verändern.
Welche Lampe und welcher
Monochromator?
Die Wahl der Lampe richtet sich
nach Spektralbereich und gewünschter
Auflösung bzw. Bandbreite des
Monochromators. Bei der Abbildung
der Strahlungsquelle auf den Eintrittsspalt
müssen die geometrischen Verhältnisse
berücksichtigt und die F-
Zahlen entsprechend angepasst werden.
Für hohen Durchsatz und Bandbreiten

Objektive/Sonderangebote
Analytik/Lichtquellen/Spektroskopie
Modulares SPR-Spektrometer
– jetzt im Applikationslabor
Sonderangebot
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In unserem Darmstädter Applikationslabor
steht ein RT-08 SPR-Spektrometer
von ResTec für Sie bereit.
Das Spektrometer kann durch den
modularen Aufbau und die verfügbaren
Optionen an Ihre Anforderungen
angepasst werden, so dass Sie nicht
Ihr Experiment auf das Messsystem
abstimmen müssen.
Testen Sie unser SPR-Spektrometer.
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prism
metal
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Presse? Dann können wir Ihnen
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Atlas-Serie kommen mit der
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vereinbaren.
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0 61 51 / 88 06-24
sauter@lot-oriel.de
Dr. Joachim Weiss
0 61 51 / 88 06-72
weiss@lot-oriel.de
Lichtquellen kauft man bei LOT
Der Name LOT-Oriel steht seit mittlerweile
35 Jahren für ausgereifte und zuverlässige
Lichtquellen für Forschung,
Entwicklung und Industrie. Dieses
Know-how spiegelt sich auch in unserem
Lichtquellenkatalog wieder.
Ob Bogen-, Halogen- oder Deuteriumlichtquelle,
ob 10 oder 1000 Watt,
ob Sonnensimulation oder Fotoresistbelichtung,
Sie finden bestimmt die
für Ihre Anwendung richtige Strahlungsquelle,
natürlich inklusive Zubehör.
Der Katalog ist gleichzeitig auch Nachschlagewerk.
Technische Hintergründe und umfangreiches
Datenmaterial sind eine wertvolle
Informationsquelle für jeden,
der mit Lichtquellen zu tun hat.
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Tel. 0 21/869 90 33
Fax 0 21/869 93 08
eMail info@lot-oriel.ch
LOT-Oriel Benelux
Tel. B +32/(0)57 36 39 54
or NL +31 10 285 95 11
Fax +32(0)57 36 09 54
eMail benelux@lot-oriel.com
DIN EN ISO 9001
Reg.-Nr. 73 100 337
Spectrum erscheint viermal jährlich. Für den Inhalt verantwortlich: Dr. Joachim Weiss
16 spectrum 112 Oktober 2008