Durchblick auf Nano-Ebene
Mikroskope machen einzelne Atome sichtbar

Es sah ein bisschen so aus, als hätten ungeschickte Kinderhände Murmeln auf einen Tisch geklebt - nur dass diese Murmeln rund 100 000 Mal kleiner waren als der Durchmesser eines Haars: Mit 35 Atomen des Edelgases Xenon schrieben amerikanische Forscher 1989 die Buchstaben "IBM" auf ein Metallplättchen.

HB/dpa HAMBURG. Die Firmenhuldigung war ein wissenschaftlicher Meilenstein - erstmals wurden einzelne Atome gezielt verschoben und zu einem Bild zusammengefügt. Geschrieben wurde der nanometerfeine Schriftzug mit einem Rastertunnelmikroskop. Ein irreführender Name - durch dieses Mikroskop kann man Proben nicht direkt sehen, sie werden vielmehr ertastet.

Eine feine Sonde, die im Idealfall an der Spitze aus nur einem einzigen Atom besteht, misst den Strom von Elektronen, der zwischen Spitze und Probe fließt. Das Mikroskop errechnet daraus ein dreidimensionales Bild der Oberfläche - atomgenau. Zudem lassen sich Atome der Probe von der Spitze des Mikroskops auch "herumschubsen". Das 1982 im Schweizer IBM-Forschungslabor Rüschlikon erfundene Rastertunnelmikroskop ist wie das Rasterkraft- und das Rasterelektronenmikroskop eines der wichtigsten Werkzeuge der Nanotechnik.

Heutzutage steht auch Laien eine Reise in die Welt der Atome offen. Forscher aus Münster haben ein Rastertunnelmikroskop zum selber Basteln entwickelt, notwendige Computerprogramme inklusive. Die Bauteile - darunter ein alter Reifenschlauch und ein Draht aus einer alten Glühbirne - kosten weniger als 800 Euro. Selbst preiswerte Profiversionen sind normalerweise erst für den Preis eines Mittelklassewagens zu haben.

In Rüschlikon haben die High-Tech-Mikroskope mittlerweile sogar das Riechen gelernt. Bei der von Christoph Gerber und seinen Kollegen entwickelten nanotechnischen Nase "Nose" (Nanotechnology Olfactory Sensor) ersetzen Hunderte beschichtete Silizium-Finger die einzelne Sonde eines Rasterkraftmikroskops. "Nose kann eine Vielzahl unterschiedlicher Moleküle gleichzeitig erkennen, die sich am Überzug der winzigen Fingerchen anlagern", erklärt Gerber. Einsetzen lässt sich die Nano-Spürnase beispielsweise in der Medizin zur Analyse winziger Blut- oder Speichelproben. "So könnten bestimmte Substanzen aufgespürt werden, die auf verschiedene Krankheiten hindeuten", sagt Gerber.

Und auch den Weltraum soll "NOSE" erobern: "Die Nasa möchte ihren nächsten Marsroboter mit dem Sensor ausstatten, um ihn Wasser erschnüffeln zu lassen." Die vielseitigen Silizium-Finger reagieren sehr empfindlich auf chemische Veränderungen. Dass die Finger dabei eine chemische Reaktion in nanomechanische Bewegung umsetzen, entspricht biologischen Abläufen, erläutert Gerber. "Wir haben nur der Natur auf die Finger geschaut."

Mit einem so genannten Spin auflösenden Rastertunnelmikroskop arbeitet Roland Wiesendanger an der Universität Hamburg an den Computer-Chips der Zukunft. "Mit dem Gerät lassen sich kleinste magnetische Bits untersuchen, die gerade 20 Nanometer lang sind", erklärt der Physiker. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter. Diese Nano-Bits könnten in der Zukunft der Computertechnologie eine entscheidende Rolle spielen, da sie die Speicherung von mehr Informationen auf kleinstem Raum ermöglichen.

Dem Team von Karl-Heinz Rieder von der Freien Universität Berlin ist es mit dem Rastertunnelmikroskop gelungen, einzelne Moleküle auseinander zu nehmen und neu zusammen zu setzen. "Das sind die ersten Schritte zu molekularer Chirurgie", sagt Rieder, der unter anderem an großen, verzweigter Molekülen mit "Beinen" forscht. "Mit dem Rastertunnelmikroskop können Sie diese Beine entweder aufrichten oder abknicken - das ist ein erster molekularer Schalter."

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