Teknologi

Helium ion mikroskopi

Ved Mads Clausen Instituttet er et Helium-ion mikroskop (Zeiss Orion Nanofab) tilgængeligt. Med en opløsning ned til 0,5 nm kan ORION Nanofab danne højt-opløselige billeder af prøver, som kan give ny indsigt da billederne har væsentligt højere dybdeskarphed sammenlignet med billeder fra et FE-SEM.

ORION Nanofab Helium-ion mikroskopets muligheder dækker over en bred vifte af anvendelser indenfor fysik, materialevidenskab, biologi og medicin, og tilbyder løsninger med sub-10 nm opløsning ved nanofabrikation og sub-nm opløsning ved mikroskopi til industrien og akademiske forskningscentre.

På grund af dets meget høje overfladekontrast, væsentligt reducerede prøvebeskadigelse og effektive ladningskompensation er ORION i særdeleshed et nyttigt værktøj ved undersøgelser af lav-dimensionelle strukturer, biovidenskab og bioteknologi.

 

ORION instrumenter er allerede brugt til at fremstille bedre fotoniske og plasmoniske nanostrukturer og nano-porer i grafen til DNA-sekventering.

 

Mikroskopets teknologi

Hjertet i ORION Helium-ion mikroskopet er dets såkaldte gas field ion source (GFIS), som er en tilpasning af det gamle koncept for feltionmikroskoper. Strålen dannes af GFIS, tilpasses vha. elektrostatiske linser og skannes over prøvens overflade, hvor den danner signalerne til billeddannelse, såsom sekundær-elektroner, tilbagespredte ioner mm. Disse signaler opfanges af de tilhørende detektorer og processeres af billedopsamlingssystemet.

Den fremragende rumlige opløsning og øvrige fordele ved ORION Helium-ion mikroskopet hidrører fra en række faktorer, som er specifikke for ion-stråler, såsom:

  • Ekstremt høj intensitet af ion-kilden
  • Meget lille interaktionsvolumen og kromatisk energispredning
  • De Broglie-bølgelængde og strålekonvergens er meget mindre end i SEM

 

Der kan effektivt kompenseres for opladning af elektrisk isolerende prøver i ORION vha. den indbyggede elektronkilde da ladningsopbygningen i prøven er positiv og relativt lille pga. små probestrømme. Dette simplificerer prøveforberedelsen, især for biologiske og medicinske prøver og øger opløsningen af overfladedetaljer.

 

 

Mere end mikroskopi: Nanofabrikation

ORION’s nanofabrikationsinstrumenter inkluderer:

Helium- og neon-stråler genereret af GFIS og anvendt til fremstilling af meget fine strukturer ved ion-sputtering

Galium-ionkilde til sputtering af relativt store mængder materiale

Nano-patterning Visualization Engine (NPVE), som er komplekst soft- og hardware der muliggør mønster- og billeddannelse af nanostrukturer i en enkelt proces

Kombinationen af Galium- og Helium-stråler i et instrument giver ORION unikke tomografi-muligheder bestående af en sekvens af fjernelse af tynde lag og mikroskopi udført med hhv. Galium- og Helium-ionstrålerne.

 

Stimulated-Raman-Scattering Microscopy

Det medicinske lasercenter i Lübeck, ”Das Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH (MLL), arbejder tæt sammen med instituttet for biomedicinsk optik ”das Institut für Biomedizinische Optik (BMO) på en videreudvikling af en ikke-linear mikroskopimetode „Time encoded stimulated Raman scattering microscopy“ TiCo-SRS-Microscopy. Metoden er baseret på måling af Raman-spektre for hvert enkelt punkt i billedet, som viser en kemisk fordeling af de tilstedeværende molekyler i hvert enkelt billedpixel. Den fremkaldte Raman-kontrast opstår uden nogen form for oparbejdning af prøvematerialet og er meget specifik. TiCo-SRS-mikroskopi gør det muligt at påvise enkelte biomolekyler inden i en celle uden at påvirke cellens funktion eller adfærd ved at tilføre ”cellefremmede” molekyler. Dette giver et helt nyt indblik og åbner op for potentielt nye anvendelser inden for tumor-diagnosticering og kræftforskning. Især inden for det spektrale område, den såkaldte ”fingerprint”-metode, er det muligt målrettet at påvise karakteristiske biomolekyler. Der afbildes et kemisk fingeraftryk, der adskiller patogene forandringer fra sunde celler. De signaler, der måles, er imidlertid meget små og vises som ændringer af intensiteten i området fra en til en million, som igen betinger en omhyggelig teknisk implementering og måletider på nogle minutter. Til gengæld kan Raman-signaler måles på kvantegrænsen, og således kan også svagt Raman-aktive molekyler opløses eller prøver med lav koncentration af den detekterede molekyle.
Uden for det biomedicinske optiks område kan der anvendes stimuleret Raman-mikroskopi til undersøgelse af materialer. Potentielle anvendelser kan være kontrol af levnedsmidler og den kontaktfrie sortering af forskellige stoffer, for så vidt angår genvinding. Fordelen, sammenlignet med den spontane Raman-spektroskopi, er den højere intensitet af signalet, den målrettede detektion af specielle Raman-bånd vha. TiCo-SRS-mikroskopi og det fluorescensfrie Raman-signal. Begrænsningen af strålingsintensiteten af de anvendte lyskilder, som f.eks. ved den biomedicinske anvendelse, spiller kun en underordnet rolle, men det er muligt at integrere potentielle anvendelser i industrielle anlæg. Som partner i Vision-Center kan det ”Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH se tilbage på 25 års erfaring, når det gælder overførsel af teknologi mellem universitetet og forskellige industrielle kooperationer.

 

Optisk Kohærenstomografi

I mere end 20 år har Institut für BiomedizinischeOptik (BMO) udviklet optisk kohærenstomografi (OCT) til en billeddannelsesteknik med mange anvendelsesmuligheder. Med nye lyskilder og rekonstrueringsmetoderbruger OCT, uden brug af farvestoffer, infrarødt lys med lav effekt til at visualisere vævsstrukturer i op til kubikmillimeterstore volumener med mikrometeropløsning. Cellulære og subcellulære strukturer bliver synlige uden vævspræparation. Den høje billeddannelseshastighed muliggør korte måletider og interaktivt arbejde. Dermed er OCT en forudbestemt teknik til en mere skånsom og præcis tumorresektion i operationsstuen. Derudover vil OCT også kunne anvendes til den kontaktløse undersøgelse af fødevarer.