Das nach Herstellerangaben leistungsstärkste Elektronenmikroskop der Welt liefert hochaufgelöste Bilder biologischer Proben sogar in dreidimensionaler Ansicht. Die abgebildeten Strukturen können einen millionsten Teil eines Millimeters groß sein.
Schockgefrorene Strukturen
Verantwortlich für das Mikroskop ist Bettina Böttcher, seit August 2016 Professorin am Lehrstuhl für Biochemie der Universität Würzburg. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die sogenannte "Kryo-Elektronenmikroskopie". Die Bilder entstehen unter extrem tiefen Temperaturen bis zu minus 180 Grad Celsius. Dann kann sich die Auflösung in der Größenordnung von Atomen bewegen. Das wird möglich, weil biologische Moleküle dann so schockgefroren sind, dass ihre dreidimensionale Struktur sichtbar bleibt.
Mit einer Spannung von 300.000 Volt beschleunigt das Mikroskop die Elektronen, mit denen es die Proben abtastet. Einmal in Betrieb wird es pro Arbeitstag bis zu zwei Terabyte Bild-Daten produzieren. Weil allerdings bisweilen mehrere Tausend Aufnahmen notwendig sind, um die dreidimensionale Struktur eines Moleküls abzubilden, kann eine einzelne Untersuchung schon mal zwei bis vier Tage dauern.
"Mit dem Gerät können wir hochauflösende Daten automatisch im Dauerbetrieb über mehrere Tage aufnehmen. Je nach Objekt erreichen wir dabei Strukturinformationen von zwei bis vier Ångström." Professorin Bettina Böttcher.
Ein Ångström ist die typische Größenordnung für Abstände von Atomen in Kristallstrukturen und entspricht einem zehntel Nanometer.
Hohe Anforderungen an die Umgebung
Einen geeigneten Raum für die Aufstellung des Gerätes haben die Verantwortlichen am Rudolf-Virchow-Zentrum gefunden. Dieser muss besondere Anforderungen erfüllen: Damit das Mikroskop Bilder in der gewünschten Qualität liefert, muss es gegen Vibrationen, Schall und Feuchtigkeit geschützt und gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt sein.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat für die Anschaffung rund 3,8 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Auch Wissenschaftler der Universitäten Bayreuth, Erlangen und Regensburg können das Mikroskop nutzen.