Eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler hat den inneren Aufbau eines menschlichen Zahns mit einer Auflösung von fünf Nanometern abgebildet. Dabei machten sich die Forscher den Effekt zu Nutze, dass viele biologische Substanzen eine elektrische Spannung erzeugen, wenn sie einem mechanischen Druck ausgesetzt werden. Damit konnte durch das Abtasten eines aufgeschnittenen Zahnes ein Bild erzeugt werden, berichten die Forscher in einer Vorabveröffentlichung (arXiv.org/abs/cond-mat/0504232).
Die Forscher um Sergei Kalinin vom Nationallabor in Oak Ridge und Alexei Gruverman von der Staatsuniversität in North Carolina benutzten für ihre Experimente eine Variante des bekannten Rasterkraftmikroskops. Dabei wird die Oberfläche des Untersuchungsobjekts mit einer feinen Spitze abgetastet, so dass ein Bild von deren Topographie erzeugt werden kann. Dieses Verfahren liefert allerdings in der Regel keine Informationen über die chemische Zusammensetzung der Oberflächenschichten des Stoffes.
Da allerdings viele biologische Substanzen piezoelektrisch sind und sich somit bei Anlegen einer elektrischen Spannung verformen, griffen die Forscher zu einem Trick. Sie legten zwischen der Spitze des Rasterkraftmikroskops und ihrem Untersuchungsobjekt ? einem aufgeschnittenen Zahn ? eine elektrische Spannung an, so dass sich die Atome der Oberfläche direkt unter der Spitze um etwa einen halben Atomradius aus ihrer Ruhelage verschoben.
Auf diese Weise gelang es, ein Bild des Aufbaus des Zahnes mit einer Auflösung von etwa fünf Nanometern (Millionstel Millimetern) zu erstellen. Die hohe Auflösung ermöglichte es, einzelne Proteinstränge in den verschiedenen Schichten des Zahns sichtbar zu machen. Die Wissenschaftler glauben, dass ihre Methode für eine Vielzahl von Untersuchungen in der Biomedizin eingesetzt werden kann.
Stefan Maier
