(C) CRP Gabriel Lippmann

Das NanoSIMS am CRP-GL ist seit zwölf Jahren in Betrieb und wird sowohl für die Analyse der Zusammensetzung von Stahl im Automobilbau als auch für die biologische oder medizinische Forschung genutzt.

Das NanoSIMS – eine Art Riesenmikroskop – ist ein wissenschaftliches Gerät, mit dem detaillierte Aufnahmen und Informationen über die chemische Zusammensetzung von winzigen Objekten, wie zum Beispiel Sternenstaub oder das Innere eines Haares, gewonnen werden können.

Es gibt nur etwa vierzig solcher Geräte weltweit, und eines der ersten war das in der Abteilung Materialforschung des Centre de Recherche Public – Gabriel Lippmann (CRP-GL). Das NanoSIMS am CRP-GL ist seit zwölf Jahren in Betrieb und wird sowohl für die Analyse der Zusammensetzung von Stahl im Automobilbau als auch für die biologische oder medizinische Forschung genutzt.

Darstellung von Strukturen, die 3000-mal kleiner als ein Haar sind

Forscher können damit Aufnahmen von nur 35 Nanometer großen Gegenständen machen. Wie kann man sich das vorstellen? Ein menschliches Haar hat einen durchschnittlichen Durchmesser von 100 000 Nanometern (100 Mikrometern) – das ist 3000-mal größer als das kleinste Objekt, das mit dem NanoSIMS beobachtet werden kann!

Bereitstellung von Informationen über die chemische Zusammensetzung

Gleichzeitig liefert das Gerät Informationen über die chemische Zusammensetzung dieser Objekte dank seiner Grundlagentechnik, der Sekundärionen-Massenspektrometrie (siehe Infobox). Damit gelingt es den Forschern, die chemische Zusammensetzung von Objekten darzustellen.

Anwendungen in der biologischen und medizinischen Forschung

Die meisten Analysen erfolgen im Rahmen einer nationalen oder internationalen Zusammenarbeit. Vier Personen in der Arbeitsgruppe von Tom Wirtz können diese Maschine bedienen. Jean-Nicolas Audinot, Physikochemiker am CRP-GL, ist wissenschaftlicher Verantwortlicher für das Gerät. Die Anwendungen sind sehr vielfältig: „Wir untersuchen z. B. die Durchdringung von kosmetischen Produkten in der Haut und wir lokalisieren Pestizide in Insekten der Gewässer des Großherzogtums“, sagt Jean-Nicolas Audinot. Tom Wirtz fügt hinzu: „In Zusammenarbeit mit dem Hersteller forschen wir ebenfalls an Leistungsverbesserungen des NanoSIMS. “

Giftanalyse in Haaren

Jean-Nicolas Audinot berichtet schließlich über eine eher eigenartige Erfahrung: „An einer verstorbenen Person konnten wir die Verteilung und Konzentration von Arsen im Haarinnern definieren. “ Dieser Nachweis galt als weiterer Beweis für eine mutmaßliche Arsenvergiftung.

Autor: Michèle Weber
Photo 
© CRP Gabriel Lippmann

Infobox

SIMS

Das Funktionsprinzip des NanoSIMS basiert auf der Sekundärionen-Massenspektrometrie. Tom Wirtz erläutert dazu: „Ein Ionenbündel wird auf die Probe gerichtet. Durch den Effekt des Ionenbündels wird die Oberfläche der Probe zerstäubt und Material freigesetzt. Ein Teil des Materials ist ionisiert. Dies sind die Sekundärionen, die mit einem Massenspektrometer analysiert werden können. „Die Massenspektrometrie ist eine physikalische Technik, mit der sich Atome oder Moleküle anhand ihrer Masse ermitteln und identifizieren lassen. Damit kann die chemische Zusammensetzung einer Probe beschrieben werden. Die Ionen werden anhand ihrer Masse und Ladung getrennt und identifiziert.
Jean-Nicolas Audinot fügt hinzu: „Das Prinzip der Bildgebung mit dem NanoSIMS ist mit dem eines optischen Mikroskops vergleichbar“, sagt Audinot. „Aber anstatt das Licht zu betrachten, das eine Probe beleuchtet und über eine Linse zum menschlichen Auge zurückgesandt wird, zerstäubt ein Primärionenstrahl die Probe, wodurch Sekundärionen freigesetzt werden, die, nachdem sie in das Massenspektrometer gelangen, von speziellen Detektoren ermittelt werden. “

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