Das Wort „Nano“ ist heute in vielen Bereichen in aller Munde. Zum Einen gibt es eine gewisse Auskunft über eine geometrische Größe zum Anderen zielt dieses Wort auf eine neue Generation von Partikeln, die aufgrund Ihrer Größe spezielle Eigenschaften aufweisen, die der gleiche Stoff nur etwas größer nicht mehr zeigt. Ob nun Nanopartikel in Farben, Reinigungsmitteln oder in Kompositmaterialien eingesetzt werden, die Forschung und Wissenschaft, wie auch die Industrie ist hier gefragt auch geeignete Verfahren zu finden, diese Nanopartikel oder Makromoleküle auch zu identifizieren.
Speziell bei der chemischen Identifizierung von Nanokompositmaterialien besteht noch ein großer Bedarf an materialspezifischen Verfahren. Die Lichtmikroskopie ist ein sehr elegantes Verfahren, da sie zerstörungsfrei arbeitet und eine mögliche Strahlschädigung von biologischem Material fast ausgeschlossen ist. Der große Nachteil liegt in der optischen Auflösung. Eine Abbildung von Nanopartikeln ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
Infrarot-Licht wird von den Forschern gerne für die Analyse von chemischen Zusammensetzungen der Kristallstruktur oder Dotierung von Materialien eingesetzt. Doch auch die Infrarotspektroskopie kommt wegen Ihrer räumlichen Auflösungsgrenze von einigen Mikrometern an ihr Limit. Auch diese Methode ist daher für die Darstellung von Nanopartikeln nicht geeignet, wenngleich die Längenskala von entscheidender Bedeutung für die Analyse neuartiger Nanokomposit-Materialien oder biologischer Strukturen wie Zellmembranen und Makrosmolekülen ist. Die Gruppe um Herrn Prof. Hillenbrand (sowohl bei CIC Nanogune als auch bei der Firma Neaspec) setzt sich seit einigen Jahren mit dieser Thematik intensiv auseinander. So wurden hier Mikroskopieverfahren entwickelt bei denen das Problem der Auflösungsbegrenzung umgangen wird. Basierend auf einem Kraftmikroskop (AFM) wird dessen Tastspitze sowohl als Kraft- als auch als Streusonde eingesetzt. Das Streulicht wird erzeugt, indem das Licht von einem durchstimmbaren CO2-Laser oder einem Quanten-kaskaden-Laser auf die Tastspitze, deren Durchmesser nur 10nm beträgt geleitet wird. Streuendes Licht gibt Auskunft über die Topographie, die mechanischen wie auch über die lokalen optischen Eigenschaften. Die optische Auflösung ist bei dieser Methode unabhängig von der Wellenlänge des Lichts und liegt im Bereich des Spitzenapex bei den genannten 10nm. Die Sonde wirkt hierbei wie eine Antenne für das eingestrahlte Licht und fokussiert dieses auf wenige Nanometer. Dieser extrem kleine Lichtfleck dient nun als Beleuchtung der Probe. Durch die optische Nahfeldwechselwirkung zwischen Spitze und Probenoberfläche ändert sich, abhängig vom lokalen Brechungsindex der Probe die Intensität des abgestrahlten Lichts. Wird nun die Strahlung an jedem Bildpunkt gemessen, so kann hieraus ein optisches Bild gewonnen werden, das den Brechungsindex der Probe widerspiegelt und dessen Auflösung ausschließlich vom Spitzenradius, aber nicht mehr von der Wellenlänge abhängig ist. nicht mehr nach Abbe beugungsbegrenzt ist.
Aufgrund ihres großen Durchstimmbereichs von mehr als 1,5µm sind CO2-Laser als IR-Strahlungsquelle ideal geeignet. Unser Hersteller ACCESS LASER COMPANY bietet zur Linienstabilisierung einen Line-Tracker an. Dieser stabilisiert darüber hinaus die Laserleistung, die longitudinale und transversale Modenstruktur.
