Labor für Röntgentechnik
Im Labor für Röntgentechnik werden folgende Drittmittel geförderte Forschungsprojekte durchgeführt.
Projekt PureSAXS (BMBF Fördernummer 05K13FMK):
Im Rahmen dieses Verbundprojektes wird eine innovative mikrofluidische Probenvorbereitung und Probenumgebung für Kleinwinkelstreuexperimente mit dazugehöriger Instrumentierung entwickelt. Sowohl die fluidische Vorbereitung der Proteinproben für die Durchführung von Röntgen¬klein-winkelstreuexperimenten (engl. „Small Angle X-ray Scattering“ (SAXS)) auf einem, Compact Disc (CD) förmigen, mikrofluidischen Träger (= „SAXS-CD“), als auch die Positionierung der Proben in der Beamline und die Durchführung von Streuexperimenten soll vollautomatisch erfolgen. Dabei werden auf einer SAXS-CD mehrere Experimente integriert (50 – 100 Stück) und direkt in der CD ausgelesen, so dass kein weiterer Probentransfer notwendig ist (d.h. durch die SAXS-CD eine integrierte Probenumgebung realisiert wird). Die für die CD Prozessierung und Handhabung erforderlichen Komponenten und Geräte werden entwickelt, getestet und an der Hochbrillianzquelle PETRA-III aufgebaut. Mit Hilfe der neu entwickelten Instrumentierung soll ein Pilotexperiment durchgeführt und ausgewertet werden, um die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens zu demonstrieren. Die im Rahmen des Projektes entwickelten und in Betrieb genommenen Geräte und Komponenten sollen nach Projektende im Standardbetrieb der Beamline den Nutzern weiter zur Verfügung stehen. Hierdurch wird ein wichtiger Beitrag zum Ausbau der experimentellen Infrastruktur und für die Erarbeitung neuer Methoden zur Erforschung kondensierter Materie geleistet.
Abbildung: Ultra schneller Röntgendetektor und Versuchsaufbau bei DESY in Hamburg (PETRA III Synchrotron)
Projekt RöntgenFlex (BMBF Fördernummer 03FH055PX4)
In den Materialwissenschaften kommt hochenergetischer Strahlung eine fundamental bedeutende Rolle zu. Untersuchungen von Materie mit Röntgenstrahlung ist eine etablierte Methode zur Aufklärung von Strukturen in Materie. Zum Einsatz kommen hierbei sowohl bildgebenden Verfahren wie die Radiographie, als auch Analysetechniken aus der Röntgendiffraktometrie, der Röntgenfluoreszenz und der Röntgenmikroskopie. Die dadurch erhalten Informationen stellen eine wichtige Grundlage zur Beurteilung von Gefüge, Elementzusammensetzungen sowie von Texturen und Kristallinität von Materialien dar. Darüber hinaus ist die Radiographie ein aus der medizinischen Diagnostik nicht mehr wegzudenkendes Hilfsmittel.
All diese Methoden benötigen optische Elemente um die als Röntgenstrahlung zu dem zu untersuchenden Materieteil zu leiten. Besonders zur Analytik von sehr kleinen Materialproben oder Bauteilen muss ein Röntgenstrahl mit entsprechend kleinem Querschnitt erzeugt werden. Die Führung von hochenergetischer Strahlung wie harter Röntgenstrahlung ist im Gegensatz zu längerwelliger Strahlung mit zahlreichen technologischen Problemen behaftet. Hochenergetische Strahlung - wie Röntgenstrahlung - breitet sich vorwiegend geradlinig aus und kann daher bisher mit den am Markt etablierten Technologien nicht „um Ecken“ geführt werden. Die im vorliegenden Projekt beantragte Innenbeschichtung von Hohllichtwellenleitern stellt eine neuartige Möglichkeit der Strahlführung von Röntgenstrahlen dar. Damit können normale Glaskapillaren zu Röntgenhohlleitern veredelt werden. Diese Glashohlleiter können durch variable Formgebung auch als fokussierende Röntgenoptiken wirken. Darüber hinaus können diese Hohllichtwellenleiter, wie aus der Glasfasertechnologie bekannt zu mechanisch hoch flexiblen Lichtleitern verbunden werden. Durch geeignete Wahl des Hohlleiterbündels können so auch flexible Röntgenlichtwellenleiter aufgebaut werden die als Endoskope als innovative Lösungen in der in der Materialprüfung eingesetzt werden könnten. In der Materialprüfung wie beispielsweise der Luftfahrtindustrie in der Untersuchung der der Triebwerke müssen diese komplexen Strukturen weitestgehend zeit- und kostenintensiv zerlegt werden, bevor diese mit Röntgenstrahlung untersucht werden können. Durch die Verwendung von beschichteten Hohllichtwellenleitern kann die gewünschte Röntgenstrahlung endoskopisch zum gewünschten Einsatzpunkt geführt werden. Durch die geplante Bereitstellung von Röntgenendoskopen wird die Möglichkeit erschlossen Röntgenbilder nicht auf dem klassischen Wege von „außen nach innen“ sondern von „innen nach außen“ aufzunehmen. Besonders beim Einsatz von flexiblen, also biegsamen Röntgenleitern ist ein sehr weiter Einsatzbereich abzusehen.
Abbildung: Schema eines flexiblen Röntgenleiters und experimenteller Aufbau zur Vermessung
Abbildung: Erste Ergebnisse mit Glaskapillaren. Deutlich ist die Auslenkung der Strahlung aus der Mittellage durch den Röntgenleiter zur erkennen.
Projekt TTSAS (BMBF Fördernummer 05K2016)
Biopolymere wie Proteine besitzen, um ihre Funktion ausüben zu können, kollektive Schwingungen von Proteindomänen. Diese sog. Normalschwingungen liegen im Bereich der Tera-Hertz Anregung bei 0,3 bis 6 THz (10 -200 cm-1) und sind als Schwingungsmoden aktiv bzw. aktivierbar. Diese Schwingungen, in der Abbildung als graue Pfeile zu sehen, wirken sich auf die Lage und Position von großen Molekülgruppen bzw. Proteinunterdomänen aus. Diese Änderungen sind sie sehr gut mit modernen Synchrotron oder Neutronenstrahlungsquellen durch Streumethoden zu beobachten.
Diese wichtigen Schwingungen zu untersuchen hat sich ein Konsortium aus Wissenschaftlern und Ingenieuren der Universitäten Göteborg und Lund sowie dem Europäischen Molekularbiologischen Laboratorium Hamburg und der Technischen Hochschule Lübeck zur Aufgabe gestellt. Dazu sollen am deutschen Synchrotron PETRA-III sowie an den schwedischen Laboratorien MAX-IV und der europäischen Neutronenquelle ESS neue Instrumentierungen und Methoden entwickelt werden. Um die Ergebnisse zu analysieren, darzustellen und veröffentlichen zu können ist die Bereitstellung von neuen computergestützten Auswerteprogrammen integraler Bestandteil der Forschungsarbeiten.
Die Abbildungen zeigen ein Tera-Hertz Laser Spektrometer und ein entsprechendes Diagramm.
Die angeregten Schwingungmoden sind im Bild links gezeigt. Die grauen Pfeile zeigen dabei die Schwingungsrichtungen an. Diese Schwingungen sollen mit Hilfe der SAXS Methode dann vermessen und analysiert werden.
