Wissenschaftsgebiete, deren Fokus auf der atomaren beziehungsweise auf der molekularen Ebene liegt, schaffen die Basis für Nanotechnologien. Die wirtschaftliche Umsetzung hat zwar schon begonnen, das Potenzial ist aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft. An der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) erarbeiten das Institut für Biophysik und Nanosystemforschung (IBN) sowie das Erich-Schmid-Insitut für Materialwissenschaft (ESI) nanotechnologische Grundlagen. Wissenschafter(innen), die sich mit Nanostrukturen beschäftigen, brauchen ganz besondere Hilfsmittel. Mit Linsen aus Glas und sichtbarem Licht kann man höchstens Details unterscheiden, die zumindest 200 nm voneinander entfernt sind. Für eine feinere Auflösung verwendet man kürzer wellige elektromagnetische Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlung, oder aber Elektronenstrahlen. Damit ändert sich der ganze Versuchsaufbau grundlegend: Probenvorbereitung, Umgebung während des Messens oder die Art der Visualisierung der Ergebnisse werden ungleich aufwändiger. Am ÖAW-Institut für Biophysik und Nanosystemforschung (IBN) hat man sich auf die Untersuchung von Biomembranen mittels Röntgenstrahlung (das physikalische Prinzip dahinter: Röntgenkleinwinkelstreuung) sowie auf die Untersuchung von Aerosolen (mittels Synchrotronstrahlung) spezialisiert, am Erich-Schmid-Insitut für Materialwissenschaft (ESI) der ÖAW steht seit Oktober 2008 das leistungsstärkste Transmissionselektronenmikroskop Österreichs zur Verfügung. Es erreicht eine Auflösung unter 0,14 Nanometer und kann somit Materialien auf Atomebene untersuchen. Es ist mit zahlreichen Extras ausgestattet, die es möglich machen, mechanische und chemische Materialeigenschaften und ihre Veränderungen im Verlauf eines Experiments zu verfolgen. Materialforschung am ESI Wissenschafter(innen) am ESI untersuchen Materialstrukturen im Hinblick auf eine technische Verwertung. Ihr Ziel ist es, Materialen für besondere Anwendungen zu testen: widerstandsfähige Beschichtungen oder bruchfeste Verbundmaterialien. Das neue Mikroskop ermöglicht es nun, live mitzuverfolgen, wie sich die Belastungen auf die Anordnung der Atome auswirken. Jüngste Ergebnisse betreffen Änderungen im Verformungsverhalten in der Nanowelt. Während sich makroskopische Werkstoffe scheinbar kontinuierlich verformen wird dies in kleinsten Dimensionen ein stochastischer, d.h. zufälliger Prozess bei dem nur noch einige wenige Defekte, so genannte Versetzungen, mitwirken. Für die Erforschung des Riss-Verhaltens in elastisch-plastischen Materialien nimmt man sich am ESI einen Tiefseeschwamm zum Vorbild. Dieser besteht zum größten Teil aus Glas, ist aber dennoch extrem riss- und bruchfest: Der Schlüssel für diese Eigenschaft liegt wie Experimente und Modellrechnungen zeigen im Verbund des Glases mit den Proteinfasern. Biophysikalische Grundlagen von Nanosystemen Mitarbeiter(innen) am Institut für Biophysik und Nanosystemforschung untersuchen, salopp ausgedrückt, weniger handfeste Dinge: Flüssigkeitsfilme, Biomembranen, Aerosole. Am IBN ist es im letzten Jahr gelungen, einen Aerosol-Generator zu entwickeln, der erstmals einen direkten Einblick in die Entstehung nanostrukturierter Aerosole mithilfe von Röntgenstreuung ermöglicht. Mithilfe dieser Technik, der Mikrofluidik, können Nanowissenschafter(innen) mit Flüssigkeitsvolumina im Nanoliterbereich gezielt hantieren. Ein Schwerpunkt am IBN gilt Nanopartikeln im Dienste der Gesundheit: Partikel aus speziellen, künstlichen Lipidmembranen werden zum gezielten Transport von Medikamenten im Körper eingesetzt. Schließlich geht es am IBN auch darum, neuartige Antibiotika im Kampf gegen resistente Bakterienstämme zu finden. Ein Erfolg versprechender Weg, der am IBN verfolgt wird ist es, gut verträgliche Substanzen zu finden, die gezielt nur die Bakterienmembran aufbrechen. Weitere Informationen ESI: Transmissionselektronenmikroskop Versetzungen Rissverhalten Weitere Informationen IBN: Nanopartikel Neuartige Antibiotika Mikrofluidik Kontakt am ESI: Prof. Dr. Gerhard Dehm Direktor Erich-Schmid-Institut für Materialwissenschaft (ESI) Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) Jahnstr. 12, 8700 Leoben T +43 3842 804-109 gerhard.dehm@oeaw.ac.at www.oeaw.ac.at/esi Kontakt am IBN: Prof. Dr. Peter Laggner Direktor Institut für Biophysik und Nanosystemforschung Österreichische Akademie der Wissenschaften Schmiedlstraße 6, 8042 Graz T +43 316 4120-301 peter.laggner@oeaw.ac.at www.ibn.oeaw.ac.at Juni 2009
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