Mikroskopie

Magnetresonanz-Kraftmikroskopie

Die Fülle an mikroskopischen Methoden zur Untersuchung atomarer Prozesse wurde unter anderem von der Rasterkraft-Mikroskopie (engl. atomic force microscopy, AFM) geprägt. Basierend auf dieser Technik konnten in den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl an Methoden entwickelt werden, mit dem Ziel der größtmöglichen Auflösung. Eine dieser Weiterentwicklungen ist die Magnetresonanz-Kraftmikroskopie (engl. magnetic resonance force microscopy, MRFM). In ihr liegt großes Potential einzelne Elektronen-Spins spezifisch und örtlich auflösen zu können. Derzeitige MRFM-basierte Methoden benötigen extreme Messbedingungen wie Temperaturen im milli-Kelvin Bereich und Hochvakuum. Die Anwendung auf biologische Proben ist demnach nur eingeschränkt möglich.

Unsere Arbeitsgruppe etabliert eine neuartige Mikroskopie-Methode namens LIMRFM (engl. light-induced magnetization sensed via magnetic resonance force microscopy) innerhalb des DFG-geförderten Projektes SPP 1601 "New frontiers in sensitivity for EPR spectroscopy: from biological cells to nano materials". Wir kooperieren in diesem Projekt mit der Forschungsgruppe von Prof. Stefan Weber (Institut für Physikalische Chemie, Albert-Ludwigs-University Freiburg) und mit der Gruppe von Prof. Thomas Musch (Elektronische Schaltungstechnik, Ruhr-Universität Bochum). Unsere Methode kombiniert MRFM sowie EPR (engl. electron-paramagnetic resonance)-Spektroskopie und nutzt das Magnetfeld von Licht induzierbaren Molekülen zur Ortsauflösung. Pentacen weckte vor einiger Zeit besonderes Interesse als ein mittels Licht anregbares Molekül. Es weist nach Lichtanregung spezifische magnetische sowie elektronische Eigenschaften unter Umgebungsbedingungen auf. Zugrunde liegen ein induzierbarer magnetischer Triplet-Zustand und seine außergewöhnlich hohe Polarisation welche von uns für die Etablierung von LIMRFM verwendet werden. Mithilfe der Pentacen-Magnetisierung kann eine örtliche Detektion selbst mit kleinen Probenkonzentrationen unter Umgebungsbedingungen erfolgen. Nicht-invasive Messbedingungen werden von LIMRFM für eine zukunftssichere Mikroskopie-Methode bereitgestellt und überschreiten damit derzeitige Limitierungen auf diesem Gebiet. Eine Anwendung für biologische Fragestellungen in denen Pentacen als Spin-Label verwendet wird ist somit unter Raumtemperatur und ohne Anlegung von Vakuum möglich.


Raman und FT-IR Mikroskopie

Zwei komplementäre Spekroskopietechniken, Raman und Infrarot (IR), werden zur Messung von chemischen „fingerprint“-Spektren verwendet. Jede Änderung in der molekularen Struktur und Zusammensetzung ändert das Vibrationsspektrum der Probe. Bei der Abbildung der chemischen Zusammensetzung einer Probe werden IR- und Raman- Spektroskopie mit mikroskopischen Techniken zur Mikrospektroskopie kombiniert.

Konfokale Raman-Mikroskopie (CRM) ermöglicht die Bestimmung der molekularen Zusammensetzung einer Probe in drei Dimensionen und gibt damit sowohl laterale als auch Tiefenprofile der Probe wieder. Die räumliche Auflösung des Mikroskops ist nur durch die Wellenlänge des Lasers zur Anregung der Probenmoleküle auf das Abbe Limit begrenzt. Laser im sichtbaren Wellenlängenbereich, erreichen eine Auflösung von 300 nm. Dies ermöglicht die Untersuchung einzelner Zellen auf Substruktur-Ebene.


 

Wichtigste Publikationen 

Gruenerpfeil"Metal-carbonyl-complexes as a new modality for label-free live cell imaging by Raman-microspectroscopy", K. Meister, J. Nielsen, U. Schatzschneider, N. Metzler-Nolte, D.A. Schmidt and M. Havenith,  Ang. Chem. Int. Ed. 49, 3310-3312 (2010).

Gruenerpfeil
"Detection of hybridization on nanografted oligonucleotides using scanning near-field infrared microscopy", I. Kopf, C. Grunwald, E. Bründermann, L. Casalis, G. Scoles and M. Havenith, J. Phys. Chem. C 114 (2), 1306-1311 (2010).

Gruenerpfeil"Chemical imaging of micro-structured self assembled monolayers (SAMs)", I. Kopf, J. S. Samson, G. Wollny, C. Grunwald, E. Bründermann and M. Havenith, J. Phys. Chem. C 111 (23), 8166 (2007).

Gruenerpfeil"SNIM-scanning near-field infrared microscopy", E. Bründermann, M. Havenith, Annual Reports Prog. Chem. Section C: Phys. Chem 104, 235 (2008).

Gruenerpfeil"Unraveling the interactions between cold atmospheric plasma and skin-components with vibrational microspectroscopy", K. Kartaschew, M. Mischo, S. Baldus, E. Bründermann, P. Awakowitz and M. Havenith, Biointerfaces 10, 029516 (2015).

Gruenerpfeil"Graphene Multilayer as Nanosized Optical Strain Gauge for Polymer Surface Relief Gratings", G. Di Florio, E. Bründermann, N.S. Yadavalli, S. Santer, and M. Havenith, Nano Lett. 14 (10), 5754-5760 (2014).