Echtzeit-Rasterkraftmikroskop für Biowissenschaften

Die Nano- und Biotechnologie sind sehr wichtige, aktuelle Forschungsgebiete, vor allem im Bereich der Biowissenschaften. Um auf der Skala von wenigen Nanometern beobachten und arbeiten zu können, benötigt man Geräte mit einer Auflösung von weniger als einem Nanometer - einen Faktor von über 200 besser als die Lichtmikroskopie. Das Rasterkraftmikroskop erfüllt diese hohen Anforderungen. Der Vorteil der hohen Auflösung und Präzision wird jedoch durch die relativ langsame Messgeschwindigkeit wieder zunichte gemacht. Ziel dieses Projekts ist es ein Rasterkraftmikroskop zu entwickeln, das eine Beobachtung biologischer Prozesse in Echtzeit (d.h. mit einigen Bildern pro Sekunde) ermöglicht. Um dieses hochgesteckte Ziel zu erreichten, müssen mehrere Methoden gleichzeitig eingesetzt werden. Zum einen ist es wichtig, im Zuge des mechanischen Designs das Gerät bereits so zu optimieren, dass man eine möglichst hohe Geschwindigkeit erreichen kann. Unter Anwendung moderner regelungstechnischer Methoden wird gleichzeitig eine noch höhere Bandbreite und Messgeschwindigkeit erzielt. Zum anderen ist es auch unabdingbar, jede erhältliche Information über das System, die Dynamik des Gerätes, die abzubildende Probe und den verwendeten Messmodus mit einfliessen zu lassen, um eine möglichst hohe Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit ohne Abbildungsartefakte zu erhalten. Hierbei sind sowohl systembedingte Effekte zu berücksichtigen, wie zum Beispiel die im vorhinein bereits bekannte Dynamik der Positioniereinheit, als auch Informationen, die sich erst im Zuge der Messung ergeben, gegeben durch die Beschaffenheit der abzubildenden Probe. Dieses Gerät wird neue Bereiche in der medizinischen, sowie auch biologischen und physikalischen Forschung eröffnen. Eine sehr wichtige und bereits im Zuge dieses Projekts angestrebte Anwendung ist die Analyse des mechanischen Versagens von menschlichem Knochengewebe, um die Ursache von Osteoporose begreifen und somit neue Methoden dagegen entwickeln zu können.