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Röntgenstrahlung Schärfstes Lichtbild mithilfe von Röntgenstrahlung

Redakteur: Olaf Spörkel

Forscher der Technischen Universität Dresden (TUD) haben mit gebeugter Röntgenstrahlung die Auflösung der Bildgebung erhöht und Goldteilchen mit einer Auflösung von fünf Nanometern abgebildet.

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Röntgenaufnahme (Beugungsbild) eines 100 Nanometer großen Goldpartikels mit einer Auflösung von fünf Nanometern. Die Form des Goldteilchens wird aus dem Bild errechnet.
Röntgenaufnahme (Beugungsbild) eines 100 Nanometer großen Goldpartikels mit einer Auflösung von fünf Nanometern. Die Form des Goldteilchens wird aus dem Bild errechnet.
( Foto: Prof. Christian Schroer/TU Dresden )

Dresden – Ein Team von Wissenschaftlern der TUD und Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble/Frankreich hat nach eigenen Angaben die höchste in der Mikroskopie mit Röntgenlicht verwirklichte Auflösung erzielt. Sie bildeten ein 100 Nanometer großes Goldteilchen mit einer Auflösung von fünf Nanometern ab. Die neue Technik kann auch während des Ablaufs chemischer Reaktionen oder in Gegenwart starker magnetischer Felder angewendet werden.

Für die Bildqualität ist die Güte des Objektivs ausschlaggebend. Im Abbildungsbereich von Röntgenstrahlung muss die Objektiv-Qualität die einer optischen Kamera oder eines Lichtmikroskops jedoch tausendfach übertreffen. Die hochauflösende Bildgebung mit Röntgenstrahlen konnte so bisher nicht voll ausgeschöpft werden. Die Forscher aus Dresden verzichteten jetzt auf ein Objektiv. Sie beleuchteten das Objekt mit einem besonderen Lichtstrahl und zeichneten das am Objekt gebeugte Licht auf.

Verbesserte Auflösung der Röntgenstrahlung

Beugung ist die Streuung von Licht an scharfen Kanten. Wenn das Licht laserähnliche Eigenschaften (Kohärenz) aufweist, erzeugt die Beugung regelmäßige Muster, aus denen die Form des Objekts rekonstruiert werden kann. An vielen Synchrotronstrahlungsquellen wird diese Technik, auch Bildgebung durch Beugung kohärenter Röntgenstrahlung (coherent X-ray diffraction imaging) genannt, angeboten. Die Stärke und Qualität kohärenter Röntgenstrahlung hatten die Auflösung dieser Technik bisher auf 30 bis 40 nm beschränkt. Die Wissenschaftler der TU Dresden und der ESRF verbesserten diese Auflösung auf fünf Nanometer, was etwa hundert Mal schärfer ist, als die beste Auflösung eines optischen Mikroskops.

Detailliertes Beugungsmuster

Die Wissenschaftler verbesserten sowohl die Qualität, als auch die Intensität des eingesetzten kohärenten Röntgenstrahls, indem sie einen eingehenden Strahl mit einer Stärke von 15,25 Kilo-Elektronenvolt unter Beibehaltung seiner Form auf einen Durchmesser von nur 100 Nanometern konzentrierten und seine Kohärenzeigenschaften beibehielten. Zehn Minuten lang beleuchtete der Strahl ein einzelnes Nanopartikel. Das detaillierte Beugungsmuster machte es möglich, ein Bild dieses Partikels zu erstellen.

Die Technik der Bildgebung durch Beugung kohärenter Strahlen ist zerstörungsfrei und kann die Form, Größe und Zusammensetzung einzelner Nanostrukturen wie Quantenpunkte in Halbleitern oder Nanopartikel in Katalysatoren erfassen. Zukünftige röntgenfreie Elektronen-Laser und weiter verbesserte Detektoren würden es sogar möglich machen, Bilder von biologischen Makromolekülen aufzunehmen, die normalerweise durch Röntgenstrahlen geschädigt werden können.

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