Europäisches Forschungsprojekt in Senftenberg: Wissenschaftler entwickeln neue Technologie zur Messung von Nanopartikeln

Das Forschungsprojekt NANODETECTOR wird von der Europäischen Union gefördert und ist ein Verbundprojekt mit zehn Teilnehmern aus sechs europäischen Ländern.
Es startete im Juni 2012 und wird von Prof. V. Mirsky aus dem Studiengang Biotechnologie der Hochschule Lausitz in Senftenberg – ab 1. Juli 2013 der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus – Senftenberg – koordiniert. Ziel ist die Entwicklung und Umsetzung einer neuen Technologie (Oberflächenplasmonenresonanz-Mikroskopie) zur Messung einzelner Nanopartikel.
Mit einem Labor-Prototypen des Messgerätes sollen verschiedene anorganische und organische Nanopartikel bestimmt und schließlich reale Proben (Nanopartikel aus der Produktion, Arbeitsplatzüberwachung und der Freisetzung aus nanostrukturierten Produkten) gemessen werden.
„Eine Nadel im Heuhaufen zu finden, wäre sicher viel einfacher als die Aufgabe, die im NANODETECTOR-Projekt zu lösen ist – mit Hilfe der Oberflächenplasmonenresonanz-Mikroskopie (SPR-Mikroskopie) vor einem stark rauschenden Hintergrund einzelne Nanopartikel sichtbar werden lassen“, erklärt Prof. V. Mirsky.
Warum ist das viel schwieriger, als die Nadel zu finden? Erstens: jeder weiß, wie eine Nadel aussieht und wie Heu aussieht und kann sie leicht unterscheiden. Aber niemand weiß genau, wie das Bild der winzigen Nanopartikel in der SPR-Mikroskopie aussieht. Zweitens: die kleinste Nadel ist für die größten Nanopartikel so groß wie der Mount Everest für uns Menschen. Drittens: Nadel und Heu besitzen unterschiedliche Materialeigenschaften, so dass sich die Nadel beispielweise mit einem Magneten auffinden lässt, nach Verbrennung übrig bleibt, im Wasser zu Boden sinkt usw.
Im Fall der Nanopartikel ist es viel komplizierter. Die Messsignale, die sie aussenden, haben einen ähnlichen physikalischen Ursprung wie das Rauschen des Bild-Hintergrundes. Um beide voneinander zu unterscheiden, besuchten die besten Experten für Bildanalyse aus dem NANODETECTOR-Team – Alexey Kuzmichev vom Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS Dortmund) und Dr. Irina Sidorenko von der Mivitec GmbH –das Labor von Prof. V. Mirsky an der Hochschule Lausitz.
In ihrer intensiven Diskussion mit Dr. Shavkat Nizamov fielen Worte wie “Konvolution und Korrelation”, “Bilderkennung”, “FFT”, “inverse FFT” und “Laplacian of Gaussian” (die Anwendung des Laplace-Operators auf eine Gauß-Funktion), „Difference of Gaussian“ uvm.. Wer kein Experte für Mathematik oder Bildverarbeitung ist, dem mag das wie Hexerei erscheinen, zumal nach solchen Worten und entsprechenden Manipulationen mit der Software das Rauschen des Bildhintergrundes immer kleiner wurde, bis schließlich klar erkennbare Abbilder von Nanopartikeln auf dem Monitor erschienen (siehe Bild). Das „Rohmaterial“ für diese Bilder präpariert zurzeit die Master-Studentin der Chemie Astrid Gieschke.