Wie der Schall zeigt, wo das Molekül sitzt

Wiener Forscher entwickeln neue Mikroskopiermethode.

Wer Objekte abbilden will, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, muss sich besonderer Werkzeuge bedienen. Bisher verwendeten Forscher dazu etwa Elektronenmikroskope. Ein Forscherteam der TU Wien hat jetzt im Fachjournal „Pnas“eine neue Mikroskopiermethode präsentiert, die den Schall nutzt, um einzelne Moleküle abzubilden und zu bestimmen: die sogenannte Nanomechanische Adsorptionsmikroskopie.

Dabei platzieren sie die Moleküle auf einer winzigen Membran und tasten diese Punkt für Punkt mit einem Laser ab. Die Wellenlänge des Laserlichts wählen sie so, dass es stark mit dem Molekül wechselwirkt. Trifft der Laserstrahl nun auf ein Molekül, nimmt es Energie auf und erwärmt seine Umgebung. Dadurch verändert sich die Frequenz, mit der die Membran schwingt. Misst man diese Änderungen, lässt sich daraus berechnen, wo ein Molekül sitzt.

Die Wissenschaftler identifizierten mit Siliziumoxid beschichtetes Siliziumnitrid als Material, das sein Schwingungsverhalten dabei am deutlichsten ändert. Diese rund 50 Nanometer dünne Membran schwingt mit einer Grundfrequenz von 20 Kilohertz.

„Unsere Optik hat nur eine Auflösung von einem Mikrometer, aber indem wir das SignalRauschverhältnis um den Faktor zehn hinaufschrauben, können wir das Molekül mit einer Auflösung von 30 Nanometern lokalisieren“, erklärt Silvan Schmid vom Institut für Sensorund Aktuatorsysteme der TU Wien.

Mit der Methode könnte man etwa Detektoren für winzige Stoffmengen bauen. Aus der Schwingungsveränderung könnte sich zudem schließen lassen, um welches Molekül es sich handelt. Dazu müsste man die Wellenlänge des Lasers beim Abtasten der Membran permanent verändern. Das wollen die Forscher in einem nächsten Schritte tun. (red.)