Tiefere Einblicke mit Röntgenlicht
BESSYs Röntgenmikroskop erlaubt räumliche Auflösungen bis zu zehn Nanometern
Seit 2003 forscht die Arbeitsgruppe Mikroskopie am Institut für Weiche Materie und funktionale Materialien des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) an der hochauflösenden Darstellung mit Röntgenlicht. Heute steht eines der weltweit modernsten Röntgenmikroskope am Elektronenspeicherring BESSY II in Adlershof. Mit seiner Synchrotronstrahlung stellt BESSY II eine intensive Röntgenquelle zur Verfügung, die räumliche Auflösungen bis zu zehn Nanometern erlaubt.
Auch wenn Elektronenmikroskope noch kleinere Strukturen darstellen können, haben Röntgenmikroskope viele Vorteile. Ein Elektronenmikroskop durchdringt das zu untersuchende Material nur bis zu eine Tiefe von unter einem Mikrometer. Eine typische biologische Zelle jedoch ist etwa zehn Mikrometer dick, und weiche Röntgenstrahlung, so wie BESSY II sie erzeugt, durchleuchtet vollständige Zellen. „So wie ein medizinischer Computertomograph einen Kopf dreidimensional abbilden kann, so können wir die inneren Strukturen einer einzelne Zelle dreidimensional darstellen“, sagt Gerd Schneider, Leiter der Arbeitsgruppe Mikroskopie am HZB.
Im Elektronenmikroskop herrscht Vakuum, biologische Proben müssen aufwendig vorbereitet werden. Zur Untersuchung im Röntgenmikroskop wird Gewebe nur schockgefroren. So ist es beispielsweise möglich, bestimmte Proteine in einer Zelle durch Farbstoffe im Lichtmikroskop zu lokalisieren, um im höher auflösenden Röntgenmikroskop die zellulären Strukturen im Bereich dieses Proteins, an ein und derselben Zelle, zu untersuchen. Diese sogenannte korrelative Mikroskopie ermöglicht neue Einblicke in den inneren Aufbau und die Funktion von Zellen.
Nicht nur die morphologischen Strukturen, auch die räumliche Verteilung von biologisch wichtigen Elementen wie Phosphor oder Schwefel lassen sich durch deren charakteristische Röntgenfluoreszenzstrahlung sichtbar machen. Sogar die Verteilung chemischer Bindungszustände kann mittels der hohen Energieauflösung im Röntgenmikroskop durch Nahkantenspektroskopie dargestellt werden.
Neben den Lebenswissenschaften findet die Röntgenmikroskopie auch Anwendung in der Material- und Energieforschung. So untersuchten die Forscher am HZB, in Kooperation mit dem Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin, Strukturen organischer LEDs. Zurzeit ist das Röntgenmikroskop aufgrund von Umbauarbeiten außer Betrieb. Weitere Kooperationen mit den Instituten der Humboldt-Universität, wie dem Integrative Research Institute for the Sciences (IRIS), sind angedacht.
Von Andreas Heins für Adlershof Special