ER-C – Forschung mit Elektronenmikroskopen

Elektronenmikroskop am ER-C

Computer der Zukunft, neue Materialien für Batterien oder komplexe Biomoleküle - zu all diesen Forschungsfeldern tragen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Ernst-Ruska Centrum bei. Mit verschiedenen Mikroskopen entschlüsseln sie Strukturen auf der Skala von Nanometern, also Millionstel Millimetern. Auch neue Werkstoffe und deren Eigenschaften nehmen sie unter die Lupe. Nicht zuletzt widmet sich ein ganzer Forschungsbereich des Zentrums biologischen Strukturen: Denn auf mikroskopisch kleiner Ebene zu verstehen, wie Zellen und die Moleküle darin aufgebaut sind und arbeiten, lässt uns die Welt der Proteine, Bakterien und der Vorgänge in Zellen detaillierter verstehen.

Zahlreiche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Einrichtungen suchen das Ernst Ruska-Centrum auf, um ihre Proben zu untersuchen. Sie nutzen die verschiedenen Mikroskope, die das Zentrum als Service anbietet. Vor allem stehen hier Transmissionselektronenmikroskope zur Verfügung. Diese eignen sich, um kleinste Strukturen auf Atome genau sichtbar zu machen. Während Lichtmikroskope nur Strukturen auflösen können, die ähnlich groß wie die Wellenlänge von Licht sind, also im Bereich hunderter Nanometer, lösen Elektronenmikroskope Strukturen kleiner als 1 Nanometer auf - denn Elektronen haben, entsprechend beschleunigt, eine deutlich kleinere Wellenlänge als Licht.

Rastertransmissionselektronenmikroskop

In Transmissionselektronenmikroskopen gelangen die Elektronen durch die Probe, die vorher in extrem dünne Scheiben geschnitten und elektrisch leitfähig gemacht wird, wenn sie es nicht bereits ist. Beim Durchtritt durch die Probe werden dann die Elektronen gestreut und kommen an einem Sensor an. Aus dem Muster, das sie dort ergeben, lässt sich dann die Struktur der Probe rekonstruieren.

Für biologische Proben werden die Proben zuvor eingefroren und dann im gefrorenen Zustand – bei Temperaturen weit unter 0 Grad Celsius – untersucht. Damit lassen sich Zellen nahe am Originalzustand einfrieren und anschließend analysieren. Zudem werden am ER-C die hochauflösenden elektronenmikroskopischen und spektroskopischen Methoden und deren Anwendung weiterentwickelt.

Arbeiten am Elektronenmikroskop

Das Ernst Ruska-Centrum wurde als separate Einrichtung im Jahr 2017 durch das Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen gegründet. Seither ist die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf als dritter Partner dazugekommen. Das Zentrum steht auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich und stellt Universitäten und Forschungseinrichtungen die Infrastruktur zur Verfügung. Hierzu können Forschende Projektanträge ans Zentrum stellen und nach erfolgreicher Begutachtung die Instrumente für ihre Projekte nutzen.

Externe Nutzerinnen und Nutzer werden von erfahrenem wissenschaftlichem und technischem Personal während ihrer Arbeit am Ernst Ruska-Centrum begleitet. Es hilft unter anderem dabei, die Proben vorzubereiten, die Mikroskope zu bedienen und die Analysen durchzuführen und auszuwerten.

Mikroskopieranlage am ER-C

Derzeit entsteht das Ernst Ruska-Centrum 2.0: Mit Elektronenmikroskopen der nächsten Generation soll es eine weltweit einzigartige Infrastruktur bilden, um Materialien zu charakterisieren. Im Mai 2023 wurde das Richtfest gefeiert - bei Fertigstellung wird es mit 6 Hochleistungs-Elektronenmikroskopen für die Materialforschung eine einzigartige Forschungsinfrastruktur bilden. Hierzu steuert das Bundesforschungsministerium 100 Millionen Euro bei.