Das Unsichtbare sichtbar machen – Das Nano Imaging Lab des SNI liefert detailgenaue Bilder

Mit Beginn des Jahres 2016 hat das SNI vier neue Mitglieder bekommen. Evi Bieler, Susanne Erpel, Daniel Mathys und der Leiter der Gruppe Dr. Markus Dürrenberger vom ehemaligen Zentrum für Mikroskopie Basel (ZMB) bilden nun zusammen mit Dr. Monica Schönenberger (ehemals Nanotech Service Lab) das neu gegründete Nano Imaging Lab (NI Lab). Die fünf Spezialisten vereinen jahrzehntelange Erfahrung bei der Abbildung kleinster Strukturen. Dank ihrer exzellenten Expertise und einer vielseitigen Ausstattung können sie Kunden aus dem SNI-Netzwerk und externen Partnern einen optimalen Service rund um das Thema Abbildungen liefern.


Verschiedene Werkzeuge werden eingesetzt
Beeindruckende, detailgenaue elektronenmikroskopische Aufnahmen ziehen immer wieder die Blicke auf sich. Doch geht es den fünf Mitarbeitern des Nano Imaging Lab nicht allein darum, die Schönheit der Welt des Kleinen darzustellen. Ihre mikroskopischen Aufnahmen dienen auch der Aufklärung von Strukturen, der Analyse von Partikeln und dem Beantworten spezifischer Fragestellungen. Je nach Probe und Auftrag stehen dem NI Lab dazu verschiedene Mikroskope zur Verfügung.

So untersucht das Team beispielsweise mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopen (REM) wie verschiedene Knochenersatzmaterialien von Zellen besiedelt werden. Zum einen möchten die am Projekt beteiligten Wissenschaftler um Professor Ivan Martin vom Universitätsspital Basel wissen, wie gut sich Körperzellen in diese Implantate integrieren. Zum anderen ist es wichtig zu wissen, ob manche Materialien das unerwünschte Wachstum von Bakterien beeinflussen. Die präzisen Aufnahmen vom NI Lab geben Aufschluss darüber, welche Oberflächenstrukturen und Materialien am besten geeignet sind.

Bakterien brauchen Kaltfeldemission
Während die Wissenschaftler an den Knochenersatzmaterialien möglichst wenige Bakterien sehen möchten, stehen die winzigen Einzeller im Fokus bei anderen Untersuchungen. So lassen sich die empfindlichen Organismen mit einem besonderen Kaltfeld-Emissions-Rasterelektronenmikroskop, das mit wenig Energie und daher sehr schonend arbeitet, untersuchen. Zu den Fragestellungen, die hier relevant sind, gehört beispielsweise wie Bakterien von Viren befallen und infiziert werden oder wie sich Bakterien mit ihren fadenförmigen Zellfortsätzen an Oberflächen oder anderen Bakterien anheften.

Empfindliche Spiegel werden untersucht
Das Kaltfeldemissions-Mikroskop ist nicht nur für empfindliche, organische Strukturen besonders geeignet, sondern wird vom Team des NI Lab auch genutzt, um besondere Spiegel, die im geplanten Fusionsreaktor ITER eingesetzt werden, zu untersuchen. Das Team um Dr. Laurent Marot vom Departement Physik der Universität Basel arbeitet an diesem Projekt und hat eine Methode entwickelt, um die lichtreflektierenden Spiegel im Inneren des Fusionsreaktors zu reinigen. Es ist wichtig, diese sehr empfindlichen Spiegel mit Höchstauflösung zu untersuchen, Strahlenschäden aber zu vermeiden. Die Wissenschaftler sind also auf die Analyse mit diesem Kaltfeldemission-Mikroskop angewiesen.

Nanofabrikation ist möglich

Das NI Lab verfügt auch über ein Rasterelektronenmikroskop, das mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB für Focused Ion Beam) ausgestattet ist. Damit lassen sich unter anderem kleinste Strukturen bearbeiten. Das NI Lab hat beispielsweise für die Gruppe von Professor Edwin Constable vom Departement Chemie mit dem FIB Wafer von Solarzellen geschnitten und anschliessend den Schichtaufbau untersucht. Für ein Projekt der Professoren Christoph Gerber (Departement Physik) und Daniel Müller (D-BSSE) wurden in stundenlanger Präzisionsarbeit spezielle Silizium-Cantilever hergestellt. Mit diesen besonderen Federbalken konnten die Wissenschaftler die Mechanik der Zellteilung genau untersuchen. Dabei entdeckten sie unter anderem, dass mit den Cantilevern die Zellteilung menschlicher Zellen gesteuert werden kann.

 

Mit Kälte den Schädlingen auf der Spur

Für andere Fragestellungen, bei denen biologisches Material untersucht wird, benutzt das Team ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Einrichtung zum Schockgefrieren der Proben. Durch die Untersuchungstemperatur von ‑150°C können weitgehend artefaktfreie Präparationen von biologischem Material erzielt werden. Das Cryo-REM kommt zurzeit unter anderem in einem Projekt mit dem Staatlichen Weinbauinstitut in Freiburg (Deutschland) zum Einsatz. Hier möchten die Wissenschaftler wissen, wie die Mikro- und Nanostruktur verschiedener Rebsorten den Befall von Schädlingen an Blättern und Trauben beeinflusst.

Nachweis verschiedener Elemente
REMs können jedoch nicht nur durch Abbildungen Antworten auf die diversen Fragestellungen liefern. Es lassen sich mit Hilfe spektroskopischer Analysen auch die meisten Elemente, die im Material enthalten sind, qualitativ und quantitativ bestimmen. Für die Firma Particle Vision GmbH hat das NI Lab beispielsweise Luftproben auf neu entwickelten Borsubstraten analysiert und somit den Aufbau der Analytik und Dienstleistungen bei Particle Vision unterstützt.

Verschiedenste Nanopartikel sind ebenfalls Untersuchungsobjekte des NI Labs. Mit Hilfe des Transmissionsmikroskops (TEM), das die Analyse innerer Strukturen erlaubt, lässt beispielsweise die Gruppe von Prof. Wolfgang Meier vom Departement Chemie Nanocontainer untersuchen. Die Grössenverteilung der Vesikel, in denen verschiedene Substanzen verpackt werden können, ist dabei ebenso von Interesse wie ihre Füllung selbst.

Rasterkraftmikroskopie gehört auch zum NI Lab
Das ehemalige Nanotech Service Lab, das von Monica Schönenberger geleitet wurde, gehört seit Beginn des Jahres 2016 auch zum NI Lab. Monica Schönenberger bietet hier auch weiterhin rastersondenmikroskopische Analysen verschiedenster Art an. Sie untersucht beispielsweise in dem Argovia-Projekt NanoSilkTex die Oberfläche synthetischer Fasern, die mit Seidenproteinen behandelt werden.  

Viel Erfahrung zum Wohle der Kunden
Das eingespielte Team des Nano Imaging Lab bietet weit mehr als wir hier beschreiben können. Kunden, die Interesse an bestimmten Analysen haben, finden bei allen fünf Mitgliedern des NI Labs ein offenes Ohr. Sie übernehmen je nach Wunsch des Kunden die gesamte Untersuchung angefangen von der Aufarbeitung der Proben bis zur Dokumentation. Es gibt allerdings auch jetzt schon Kunden, wie beispielsweise Kollegen aus den Umweltwissenschaften oder der Geologie, die ihre Analyse an den Geräten des NI Lab selbst vornehmen. Auch dabei werden sie von dem erfahrenen Team des NI Labs professionell unterstützt.

Neben dem individuellen Service für die Kunden, engagiert sich das NI Lab in der Ausbildung von Studierenden und bei Outreach-Aktivitäten des Biozentrums und des SNI. Sowohl Studierende des Biozentrums wie auch die des Nanostudienganges bewerten die Blockkurse im NI Lab bereits seit Jahren als Highlight ihrer Ausbildung und auch die Besucher von Uninächten, Zukunftstagen und anderen Veranstaltungen lassen sich immer wieder gerne von den phantastischen Bildern aus der Nano- und Mikrowelt faszinieren.