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TU Berlin

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Forschung

Blick in die Labore der TU Berlin: Einmalig brillant ...

Im BLiX werden Röntgen­methoden aus Großforschungsanlagen ins Labor überführt. Möglich wurde es durch eine Stiftungsprofessur

Ioanna Mantouvalou und Daniel Grötzsch justieren die Stabilitätsüberwachung der Laser-Plasmaquelle nach
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Blick in das Labor für die Röntgenanalytik im weichen Röntgenbereich
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Das BLiX ist ein Labor der vielen Besonderheiten: Da ist die Laser-Plasmaquelle im weichen Röntgenbereich. Dieses Gerät gibt es so nur am BLiX. Das Labor-Röntgenmikroskop ist weltweit nur noch in Schweden zu finden. Und das Gerät zur konfokalen Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse ist eine ureigene Entwicklung von Prof. Dr. Birgit Kanngießer, Inhaberin der Stiftungsprofessur Analytische Röntgenphysik, und ihrer Arbeitsgruppe.

BLiX steht für „Berlin Laboratory for innovative X-ray Technologies“ und ist ein gemeinsames Applikationslabor von TU Berlin und Max-Born-Institut. Die Idee dabei, dieses Labor aufzubauen, war, Röntgenmethoden, die bislang nur an Großforschungsanlagen wie den Synchrotrons eingesetzt werden, in das Labor zu überführen, um diese Methoden verstärkt anzuwenden. Sei es in der Chemie, in der Medizin, in den Umweltwissenschaften oder in der Kunst. „Wenn man am Synchrotron etwas untersuchen will, muss man einen Antrag stellen, ein halbes Jahr warten, bis man dran ist, und bekommt dann eine Woche Zeit für die Messungen. Diese Einschränkungen hebt das BLiX auf. Hier können sie tagtäglich ihre Proben analysieren. Aber natürlich ist nicht alles, was am Synchrotron möglich ist, auch im Labor machbar. Insofern ergänzen sich Synchrotron und BLiX“, sagt Birgit Kanngießer.

Das konfokale Mikro-Röntgenfluoreszenzspektrometer
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Röntgenmethoden vom Synchrotronmaßstab in den Labormaßstab zu transferieren und ein solches Labor einzurichten, war ihre Idee. Zusammen mit dem Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie Berlin und im Rahmen ihrer Stif-tungsprofessur wurde sie umgesetzt.

Das BLiX besteht aus fünf Laboren. Im Labor für die konfokale Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse werden Elemente in Proben lokalisiert. Das Besondere an dem Gerät ist, dass man nicht nur lateral, also in der Ebene, sondern auch in die Tiefe schauen kann. Mit dieser Methode will man zum Beispiel herausfinden, warum Pflanzenparasiten eine Pflanze befallen, eine andere nicht und ob man die befallene Pflanze gegen den Parasiten resistent machen kann.

Im Labor für die Röntgenanalytik im weichen Röntgenbereich steht jene bereits erwähnte Laser-Plasmaquelle. Entwickelt wurde sie von Dr. Ioanna Mantouvalou zusammen mit dem Max-Born-Institut und einem mittelständischen Unternehmen aus Berlin. „Mit dieser Laser-Plasmaquelle wird zwar auf eine etwas komplizierte Weise weiche Röntgenstrahlung hergestellt, dafür aber ist sie hochbrillant, also extrem hell“, sagt Ioanna Mantouvalou.

Targetvakuumkammer mit Beobachtungsfenster zur Kontrolle der Strahlungserzeugung im Labor-Röntgenmikroskop (LTXM)
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Gleich nebenan befindet sich das Labor mit dem außergewöhnlichen Röntgenmikroskop. „Es basiert auf einem Laser, der auf einen Stickstoffstrahl trifft. Dort, wo er den Strahl trifft, entsteht kurzwellige Röntgenstrahlung. Diese Röntgenlichtquelle ist sehr stabil und sehr hell. Eine solche Lichtquelle für das Labor zu entwickeln war eine große Herausforderung. Bislang gab es ein solches Röntgenmikroskop nur am Synchrotron“, erklärt Dr. Holger Stiel vom Max-Born-Institut. Das Labor-Röntgenmikroskop liefert zum Beispiel eine hochaufgelöste Darstellung gefrorener Zellproben und ist damit unter anderem für den Einsatz in der medizinischen Grundlagenforschung geeignet.

Des Weiteren werden im BLiX die Röntgenabsorptions- und die Röntgenemissionsspektroskopie jeweils im harten Röntgenbe-reich angewendet. Beide Methoden werden in der Katalyseforschung immer wichtiger. „So nutzt das Max-Planck-Institut Mül-heim, das die elektronische Struktur katalytischer Substanzen erforscht, unser Röntgenemissionsspektrometer“, sagt Dr. Wolfgang Malzer, der zusammen mit Holger Stiel das BLiX leitet.

Beim konfokalen Mikro-Röntgenfluoreszenzspektrometer werden spezielle Optiken genutzt, die eine 3D-Rasterung der Probe ermöglichen
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Eine Filterfolie wird in das Labor-Röntgenmikroskop (LTXM) eingesetzt
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Team

Prof. Dr. Birgit Kanngießer, Inhaberin der Stiftungsprofessur Analytische Röntgenphysik und Leiterin des gleichnamigen Fachgebietes

Prof. Dr. Birgit Kanngießer
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Meine Stiftungsprofessur „Analytische Röntgenphysik“ feiert im Januar 2019 ihr zehnjähriges Jubiläum. Die Professur verdankt sich dem Engagement von 13 Firmen, die diese Stiftung gründeten, und jenen, die später dazukamen. Durch die Stiftungsprofessur war es möglich, das Berlin Laboratory for innovative X-ray Technologies aufzubauen und jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dieses hervorragende Forschungsumfeld zu bieten. Ich habe also sehr gute Erfahrungen mit dieser Form einer Professur gemacht.

Dr. Ioanna Mantouvalou, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Analytische Röntgenphysik

Dr. Ioanna Mantouvalou
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Mit der von uns entwickelten Laser-Plasmaquelle, einer neuartigen Röntgenquelle für den weichen Röntgenbereich, können wir im Labor nun auch Untersuchungen machen, die bisher nur am Synchrotron möglich waren. Die Herausforderung bestand darin, dass der Punkt, aus dem die Strahlung kommt, sich im Raum nicht bewegen darf. Weiche Röntgenstrahlung ist besonders dafür geeignet, die Hauptbestandteile von biologischen Materialien zu untersuchen, wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff.

Dr. Wolfgang Malzer, Leiter des BLiX

Dr. Wolfgang Malzer
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Wir entwickeln am BLiX Geräte und Methoden für die Röntgenspektroskopie im Labor, mit dem Ziel, sie für wissenschaftliche Gebiete in der Chemie, den Lebenswissenschaften oder den Umweltwissenschaften anwendbar zu machen. Viele Entwicklungen am BLiX sind im Rahmen von Qualifikationen, also durch Bachelor-, Master-, Doktorarbeiten sowie Arbeiten in der Postdoc-Phase, entstanden. Zudem bieten wir auch Fortbildungen für Externe aus der Industrie an.

Dr. Holger Stiel, Projektleiter am Max-Born-Institut Berlin und Leiter des BLiX

Dr. Holger Stiel
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Das unter Federführung des Max-Born-Instituts entwickelte Röntgenmikroskop für den Einsatz im Labor wird in dem soeben gestarteten Sonderforschungsbereich 1340 von der Charité genutzt. Dieser erforscht, wie krankhafte Veränderungen der extrazellulären Matrix in der diagnostischen Bildgebung dargestellt werden können. Das BLiX-Röntgenmikroskop macht nicht nur Zell-strukturen hochaufgelöst sichtbar, sondern auch Prozesse wie zum Beispiel das Eindringen von Nanopartikeln in die Zellstruktur. Dieser Transfer einer Röntgenmethode in die Anwendung ist genau das, was mit dem BLiX beabsichtigt ist.

Daniel Grötzsch, Ingenieur

Daniel Grötzsch
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Ich bin zuständig für die Entwicklung der experimentellen Aufbauten im BLiX. Es werden auch anwendertaugliche Geräte im Rahmen von Kooperationsprojekten für andere Forschungsinstitute aufgebaut. Ich bin auch eine Art Bindeglied zwischen der Wissenschaft und den industriellen Fertigungsmöglichkeiten. Dadurch sind Aufbauten von Anfang an näher an einem möglichen Produkt. Das ist wichtig, weil der Transfer von spektroskopischen Methoden in die Industrie eines der Ziele des BLiX ist. Auch nutze ich das BLiX für meine Promotion. Aufgezeichnet von Sybille Nitsche

Sybille Nitsche "TU intern" Oktober/November 2018

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