Mit kurzen Wellen durch das Wasserfenster

Forscher entwickeln die Optische Kohärenztomografie weiter

08.01.2018 - Deutschland

In der Augenheilkunde ist sie bereits seit langem ein Klassiker, lässt sich doch durch sie einfach und sicher die Netzhaut durchdringen und dreidimensional darstellen: die Optische Kohärenztomografie. Doch was beim Auge funktioniert, wollen Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena auch für andere Anwendungsgebiete in der Mikroskopie weiterentwickeln. Gemeinsam mit Kollegen aus Warschau starten sie dafür im Januar 2018 ein Forschungsprojekt. Ein Programm, durch das die Deutsche Forschungsgemeinschaft und das National Science Center in Polen solche Kooperationen unterstützt, fördert das Vorhaben in den kommenden drei Jahren mit einer knappen halben Million Euro.

„Dank einer hier in Jena entwickelten Methode können wir die optische Kohärenztomografie mit extrem ultravioletter, breitbandiger Strahlung, auch XUV-Strahlung genannt, bereits im Labor durchführen und sind so unabhängig von Großgeräten, wie etwa Teilchenbeschleunigern“, erklärt Dr. Christian Rödel, der das Projekt gemeinsam mit seinem Jenaer Kollegen Dr. Slawomir Skruszewicz koordiniert. „Damit gelingt es uns beispielsweise, Halbleiter zu durchleuchten, Materialübergänge genauer zu untersuchen und Nanostrukturen aufzulösen.“ Bisher seien die Forscher dabei allerdings auf Siliziumchips beschränkt. Um die Methode auch für andere Materialien nutzbar zu machen, benötigen die Wissenschaftler noch kurzwelligeres Licht, das näher am Röntgenbereich liegt. „Strahlungsquellen, die das ermöglichen, wollen wir mit den polnischen Kollegen nun entwickeln, denn sie sind ausgewiesene Experten auf dem Gebiet“, sagt Slawomir Skruszewicz.

Gas emittiert Strahlung

Elementarer Bestandteil sei dabei ein Target, also ein Festkörper oder Gas, auf dem ein Laserstrahl trifft und ihn zur kurzwelligen XUV-Strahlung umwandelt. „Das Licht beschleunigt die Elektronen im Gas und diese emittieren dann die von uns benötigte Strahlung“, erklärt Skruszewicz. „Im Idealfall erhalten wir dabei eine breitbandige Linienstrahlung, die sehr aussagekräftige Spektren produziert.“ Erste Erfolge konnten die polnischen Physiker bereits mit Xenon verbuchen. Das Edelgas wurde dabei gekühlt und das Licht durch die dabei entstandenen Tropfen gelenkt. In weiteren Versuchen wollen die Forscher den Laser etwa durch einen Strahl flüssigen Xenons lenken und so eventuell die gewünschte Strahlung erhalten.

Mit den zu entwickelnden Lichtquellen wollen die Jenaer Wissenschaftler auch so kurzwellige Strahlung erzeugen, dass sie im Bereich des sogenannten Wasserfensters liegen. Dabei handelt es sich um einen genau definierten Spektralbereich, der eine relativ hohe Eindringtiefe in Wasser garantiert und bei dem andere Elemente, wie etwa Kohlen- und Sauerstoff, das Licht stärker absorbieren. „Das würde uns die Abbildung biologischer Proben erlauben – die Optische Kohärenztomografie könnte somit auch in den Lebenswissenschaften zum Einsatz kommen“, informiert Christian Rödel über ein wichtiges Ziel des Projektes.

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