Für den Blick in die Mikrowelt stehen den Forschern unterschiedliche Techniken zur Verfügung: Die herkömmliche optische Mikroskopie erlaubt es, mithilfe von Licht Strukturen bis zu einigen Hundert Nanometern aufzulösen. Noch kleinere Objekte und Details einer Probe lassen sich zum Beispiel mithilfe eines Elektronenmikroskops sichtbar machen. Dabei wird die Probe statt mit Photonen, den Teilchen des Lichts, mit Elektronen abgetastet. Diese sind zu einem feinen Strahl gebündelt, der zum Beispiel die Oberfläche eines aufgeschnittenen Akkus Zeile für Zeile rastert. Manche Elektronen werden an der Oberfläche des untersuchten Objekts gestreut, und ein Detektor fängt die zurückgestreuten Partikel auf. Aus ihnen lässt sich eine nanometerfeine Abbildung der Oberflächenstruktur gewinnen. Das ermöglicht präzise Einblicke in die Nanowelt, wobei selbst einzelne Atome oder Moleküle sichtbar werden. (Wie das auf andere Weise möglich ist, erklärt der Beitrag „Das Molekül aus der Tiefsee” ab S. 54.)
Wegen der unterschiedlichen Vorteile und der stark differierenden Auflösung nutzen Wissenschaftler bei vielen mikroskopischen Untersuchungen beide Techniken. Experten sprechen bei der Kombination von optischem Mikroskop und Elektronenmikroskop von korrelativer Mikroskopie. Häufig wird die Probe zunächst mit einem Lichtmikroskop grob analysiert, um interessante Bereiche aufzuspüren. Diese nimmt danach ein Rasterelektronenmikroskop genauer ins Visier. Die optisch ausgesuchten Probenareale bei der fast tausendfach höheren Auflösung unter einem Elektronenmikroskop positionsgenau wiederzufinden, ist allerdings eine mühsame Prozedur von etlichen Stunden.
Die Carl Zeiss AG in Oberkochen bei Aalen hat nun eine Technik entwickelt, mit der sich diese Suche automatisch erledigen lässt. Dazu haben die Zeiss-Ingenieure ein Licht- und ein Elektronenmikroskop über eine Soft- und Hardware-Schnittstelle miteinander verbunden. Das „Shuttle & Find” genannte Verfahren ermöglicht einen raschen Transfer von Proben und Bildern innerhalb von Minuten – und erleichtert und beschleunigt dadurch die Feinanalyse von Materialproben. Die Wissenschaftler am Institut für Materialforschung der Hochschule Aalen gehören zu einem der weltweit ersten Teams, das die neue Zeiss-Technik eingesetzt hat. Sie konnten damit diverse Effekte in Lithium-Ionen-Akkus nachweisen, die bislang nur mit großem Aufwand beobachtbar waren: etwa die Bildung von Schichten um Werkstoffpartikel oder Deformationen und Risse in den Partikeln. „ Durch die korrelative Mikroskopie lässt sich dem abgebildeten Material eindeutig seine Funktion zuordnen”, nennt Ulrich Mantz von Carl Zeiss Nano Technology Systems einen Vorteil des neuen Verfahrens. Die korrelative Mikroskopie lässt sich auch in Medizin und Biologie nutzen. Wissenschaftlern der ETH Zürich gelang es damit, den Bakterienbefall von Feldfrüchten sowie neuronale Prozesse im Gehirn von Vögeln zu untersuchen, die deren Gesang beeinflussen.
