Kuststoff-Teilchen im Elektronenstrahl

Um Gestalt und Größe polymerer Nanopartikel und -kapseln zu bestimmen, eignen sich Elektronenmikroskope, die sich vor allem bei metallischen, keramischen und biologischen Strukturen schon lange bewähren. Sie zeigen auch, ob aus den Oberflächen der Partikel etwa tarnende Molekülketten herausragen. Zum einen nutzen die Mainzer Polymerforscher drei Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM), die die Probe mit einem Elektronenstrahl durchleuchten und damit auch Information über die innere Struktur der Nanoteilchen liefern, etwa über die Wandstärke von Kapseln. Zum anderen verwenden sie zwei Raster-Elektronenmikroskope (REM), in denen der Elektronenstrahl die Oberfläche der Probe abtastet und damit ein topographisches Bild erzeugt.

Integrierte Röntgenfluoreszenz- und Elektronenenergieverlust-Spektrometer geben zudem Aufschluss über die Verteilung von Elementen in den Nanopartikeln.

Polymerkugeln im Elektronenstrahl zu studieren ist jedoch schwierig, da dieser die Polymere mehr oder weniger schnell zerstört. Das Mikroskopie-Team um Ingo Lieberwirth ist weltweit eine der wenigen Gruppen, die sich auf die Mikroskopie weicher Materie spezialisiert haben. Hierfür drosseln sie den Elektronenstrahl auf eine extrem geringe Intensität. Darüber hinaus fixieren sie die Polymere so, dass sie dem Elektronenstrahl länger standhalten.

Zwei Nachteile aber bleiben: Elektronenmikroskope liefern nur Bilder weniger Partikel. Zudem müssen die Teilchen getrocknet oder in ihrer Dispersion eingefroren werden. Um die Teilchen in ihrem natürlichen Medium zu beobachten, müssen die Mainzer Forscher weitere Methoden einsetzen (s. Kasten S. 64). So arbeitet die Mikroskopie-Gruppe daran, hochauflösende Laser-Scanning Mikroskopie (STED) auf Polymere anzuwenden.