CD-Labor für Nanoskopische Methoden in der Biophysik

Es wird ein neues Rasterkraftmikroskop entwickelt, das eine gleichzeitige Messung der Topography von biochemischen Reaktionen (biospezifischen Erkennungen), des Materialkontrasts und der Fluoreszenz einer Probe erlaubt.

Bei der Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy) wird eine nanoskopische Nadel am Ende einer Blattfeder (Cantilever) über die Oberfläche einer Probe geführt. Die Oberflächenstruktur verändert dabei die Position der Blattfeder. Diese Auslenkung wird gemessen und gibt Informationen über die atomaren Kräfte, die zwischen der Spitze und der Oberfläche wirken. Bisher wird dies fast ausschließlich zur mechanischen Abtastung von Oberflächen im Nanometerbereich verwendet. Nun wird an der Nutzung dieses Messprinzips für andere Arten der Messung geforscht.

Es werden chemische Methoden entwickelt, die es erlauben, die Cantilever-Spitze funktionell zu adaptieren. Spezielle Moleküle sollen in hoher Dichte an der Cantilever-Spitze deponiert werden, die mit einigen Molekülen der Oberfläche in spezielle Wechselwirkung treten und den Cantilever beeinflussen. So kann die Art von Molekülen in der Oberfläche – und nicht nur deren Struktur – erkannt werden, dabei spricht man von der biochemischen und molekularen Erkennung.

Weiters wird am sogenannten MAC-Modus an der Oszillation des Cantilevers geforscht. In diesem Modus berührt die Nadel die Oberfläche punktweise und der Cantilever schwingt mit hoher Frequenz. Kräfte der Oberfläche, die auf die Nadel wirken, verändern die Amplitude und die Frequenz – ein Effekt, der messbar ist. Hier werden die Amplitude, die Phase und die Frequenz der Schwingung mit folgenden Zielen untersucht: zum einen, um deren Auswirkungen auf die Auflösung der Messung zu erfassen, und zum anderen, um den Materialkontrast und die Verteilung von bestimmten Proteinen zu bestimmen. Dabei werden durch neue Methoden der Signalverarbeitung und Simulationen Einblicke in den Abbildungsprozess gewonnen und dadurch Möglichkeiten geschaffen, den Kontrast und die Auflösung des Abbildes zu verbessern.

Zusätzlich wird daran gearbeitet, die Möglichkeiten der Rasterkraftmikroskopie mit denen von Fluoreszenz-Messungen zu verbinden. Dazu muss die mechanische Entkoppelung beider Messprinzipien gelöst werden. Gelingt dies, erlaubt eine solche Kombination das Studium komplexer zellulärer Prozesse.