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Holographische Abbildung nicht-kristalliner organischer und biologischer Makromoleküle mit Elektronenpunktquellen

Jäger, Barbara Maria

English Title: Holographic imaging of macromolecules with low energy electrons

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Abstract

In dieser Arbeit wurde an der Weiterentwicklung einer neuen Methode zur Strukturaufklärung von Makromolekülen gearbeitet. Holographie mit niederenergetischen Elektronen ist eine Mikroskopietechnik, die ohne Linsen und aus Linsen resultierenden Fehlern arbeitet. Hologramme können mit einer nominellen Vergößerung von M > 106 aufgenommen werden. Eine ultrascharfe Wolframspitze liefert dabei die zur Holographie benötigte kohärente Strahlung. Die Elektronenquelle wird in einem Elektronen-Projektionsmikroskop bis auf Abstände < 1 mm an ein semitransparentes Objekt angenähert. Ein Teil der aus der Punktquelle emittierten Wellenfunktion eines Elektrons wird an dem Objekt gestreut (Objektwelle). Dieser interferiert mit dem ungestreuten Anteil der Wellenfunktion (Referenzwelle) und es entsteht ein Hologramm. Um daraus Informationen über die Lage der Streuzentren zu gewinnen, muß die Wellenfront in der Objektebene rekonstruiert werden. Dazu muß das Hologramm mit kohärenter Strahlung beleuchtet werden. Dies kann numerisch mit einem Rekonstruktionsalgorithmus beruhend auf der Kirchhoff-Helmholtz-Transformation erfolgen. Die zur Rekonstruktion verwendete Software LEEPS bietet auch die Möglichkeit, Hologramme zu simulieren, mit denen die Abbildungen im Elektronen-Projektionsmikroskop verglichen werden können. Phthalocyaninatopolysioloxan, DNA und das cis-Platin-Addukt an DNA wurden auf unterschiedlichen Objektträgern präpariert und holographisch abgebildet. Die Hologramme der stäbchenförmigen Moleküle rekonstruieren als Stränge mit einem Durchmesser von ca. 2 nm, was sehr gut dem Moleküldurchmesser entspricht. Die Doppelhelix der DNA konnte ebenfalls aufgelöst werden. Die zu den Experimenten durchgeführten Simulationen bestätigten die experimentellen Ergebnisse. Weitere Simulationen zeigten, daß bei Verwendung eines größeren Bildschirms und höherer Energie eine Auflösung im Subnanometer-Bereich möglich sein sollte.

Translation of abstract (English)

The low energy electron point source (LEEPS) microscope is used to acquire in-line holograms of macromolecules. The macromolecules phthalocyanino polysiloxan, DNA and modified DNA were placed on holy carbon foil and on micro structured silicon membranes. The objects were investigated under different conditions. Experiment showed that the diameter of the macromolecules and the period of the double helix could be resolved with this new microscope. Parallel to the experiment in the microscope simulations of holograms were performed and showed the same results. Optimal conditions for the operation of the LEEPS microscope were investigated and limitations of the microscope were discussed. The results has been used to construct a new microscope. This will be presented in another publication.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Grunze, Prof. Dr. Michael
Date of thesis defense: 27. April 2001
Date Deposited: 08. May 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Physical Chemistry
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Controlled Keywords: Elektronenholographie, Polymere
Uncontrolled Keywords: Holography , LEEPS
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