Das mit dem
Nobelpreis für
Physik an Gerd Binnig und Heinrich Rohrer ausgezeichnete
Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunnelling Microscope, STM) ist erstmals während eines Parabelflugs über Korsika unter den
Bedingungen der Mikrogravitation getestet worden. Mit dem vom Team um Prof. Wolfgang M. Heckl vom Institut für Kristallographie und
Center for NanoScience entwickelten und im eigenen Institut gebauten Gerät wurden von den beiden jungen Mitarbeitern Dr. Tanja Drobek
und Michael Reiter während eines Parabelfluges zum ersten Mal Atome an der Oberfläche eines Graphitminerals in Schwerelosigkeit
abgebildet. Den Flug veranstaltete das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.
Rastersondenmikroskop für die Internationale Raumstation
Dieses Vorhaben im Bereich der Bio-
Nanotechnologie ist Teil eines Projektes für den Aufbau eines atomar auflösenden analytischen
Meßinstruments auf der Internationalen Raumstation ISS. Als erster Schritt wurde das Prototyp-STM im Hinblick auf die mechanische
Stabilität (insbesondere bei Vibrationen), die Sicherheit und Ergonomie unter Schwerelosigkeit (Stichwort Human Interface) getestet. Es soll
auf der ISS dazu verwendet werden, das Wachstum großer, defekt-freier DNA-Kristalle unter Mikrogravitationsbedingungen zu untersuchen.
Solche Experimente sind auf der Erde nicht optimal möglich, da der Einfluß der Gravitation die Präparation aus der wässrigen Lösung stört
und damit die
Selbstorganisation der Biomoleküle behindert.
Mögliche Anwendungen beinhalten die Entwicklung DNA-basierter
Mikrochips sowie die Herstellung von pharmazeutisch wirksamen
Makromolekülen mit einem "Labor auf dem Chip".
Lebensspuren im Nano-Bereich
Mit der
Rastersondenmikroskopie steht ein von den Nobelpreisträgern Gerd Binnig und Heinrich Rohrer entwickeltes Instrument zur
Verfügung, um Mikrostrukturen auf atomarer und molekularer Ebene sichtbar zu machen. Dieser einzigartige Einblick in den Nanokosmos hat
bisher schon zu spektakulären Ergebnissen geführt. Dem Münchner Physiker Prof. Dr. Wolfgang M. Heckl gelang beispielsweise erstmals,
die vier Basen der DNS sichtbar zu machen. Seine Forschungsgruppe an der Ludwig-Maximilians-Universität beschäftigt sich mit Projekten
zur Entstehung von Leben. Wann und unter welchen Bedingungen begannen Moleküle, sich selber zu replizieren?
Rastersondenmikroskop für Marsmission
Eine Frage, die auch in der extraterrestrischen Planetenforschung eine herausragende Rolle spielt, etwa bei der Beantwortung der Frage nach
Lebensformen auf dem Mars. Neueste Entwicklung der Forschungsgruppe Heckl ist ein mobiles Rastersondenmikroskop (Scanning Probe
Microscope, SPM), das als Nutzlast eines Roboters im Format eines Spielzeugautos autonom auf der Marsmission 2003 nach Spuren von
Wasser aus der Frühzeit der Marsgeschichte an der Oberfläche von Sedimenten suchen soll.
Erste Experimente mit einem AFM, einem Rasterkraftmikroskop, zeigten die prinzipielle Machbarkeit an Hand von untersuchten irdischen
Sedimentproben. Hier ist es dem Mitarbeiter Andre Kempe bereits gelungen nanometrisch große Erosionsspuren von Wasser nachzuweisen.
Voraussetzung für diesen Einsatz auf unserem Nachbarplaneten ist eine Tauglichkeitsprüfung, die das hochauflösende STM auf mehreren von
der DLR durchgeführten Parabelflügen unter den Bedingungen der Mikrogravitation Mitte November in
Frankreich bestanden hat. Nun ist ein
weiterer Einsatz des Gerätes auf der Internationalen Raumstation ISS geplant. Es soll dazu verwendet werden, das Wachstum großer,
defektfreier DNS-Kristalle unter den Bedingungen der Mikrogravitation zu untersuchen. Damit wären nanotechnologischen Anwendungen, die
nur unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit möglich sind, die Türen auch in der Raumfahrt geöffnet.