Anwendung bei Polymeren und weichen Materialien, FE-SEM
Sabine Lenz
Fortschrittliche Mikroskopierverfahren

Untersuchung der mikrostrukturellen Eigenschaften von Polymeren & Biomaterialien

Für Anwendungen in der Biotechnik und im bioinspirierten Design

Erhalten Sie einen Einblick in die Wissenschaft der Polymere und Biomaterialien

Die Mikroskopie ermöglicht es Forschern, die Struktur von Polymermaterialien auf verschiedenen Ebenen – von der Nano- über die Mikro- bis hin zur Makroebene – zu visualisieren und zu analysieren, was sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Polymerwissenschaft macht. Erkennen Sie, wie Morphologie, Oberflächeneigenschaften, 3D-Geometrie und Phasenverteilungen mit Chemie und Verarbeitung zusammenhängen. Entwickeln Sie Materialien mit entscheidenden thermischen, mechanischen, elektrischen oder chemischen Eigenschaften für Anwendungen in der Industrie, der Biotechnologie und der Nanowissenschaft.

  • Mehrskalige Charakterisierung

    Verbinden Sie Ihre Proben- und Bilddaten nahtlos über hierarchische Längenskalen hinweg.

  • Mikrostrukturen in 3D

    Verstehen Sie, wie sich komplexe 3D-Mikrostrukturen und -Morphologien auf die Materialeigenschaften auswirken.

  • Chemische Analytik

    Erfassen Sie elementare und chemische Zusammensetzungen vom Mikro- bis Nanobereich.

Oberflächentopografie von Verschleißspuren auf einer Polymeroberfläche, gemessen mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie

Polymerwissenschaft & Bioingenieurwesen

Polymere und Weichmaterialien sind aus Innovationen in Bereichen wie dem Gesundheitswesen oder der Elektronik nicht mehr wegzudenken. Fortschrittliche Mikroskopierverfahren liefern beispiellose Einblicke in die Mikrostrukturen dieser Materialien, die gemeinsam mit der Zusammensetzung die verschiedenen Eigenschaften bestimmen, die für ihre einzigartige Funktionalität sorgen. Die Mikroskopie kann auch dazu beitragen, die Haltbarkeit, den Abbau und die Nachhaltigkeit neuer Polymerprodukte besser zu verstehen.

Nanofaser-Gerüst aus vernetzter Gelatine für die Gewebezucht, abgebildet durch FESEM bei niedriger Spannung. Bild mit freundlicher Genehmigung der Gruppe für biologische und makromolekulare Materialien am Fraunhofer IMWS, Halle (Saale), Deutschland.

Biokompatible Materialien

Bei der Entwicklung biokompatibler Materialien müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden, darunter die Zusammensetzung sowie die Mikrostruktur und Morphologie des Materials. Die Mikroskopie spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Herstellung von Materialien mit den entsprechenden Eigenschaften im Mikro- und Nanobereich, die für Implantate, Gewebegerüste, Wirkstoffabgabe, topische Cremes, tragbare Elektronik und vieles mehr verwendet werden.

Ausschnitt des Schmetterlings Atlides polybe, aufgenommen mittels Röntgenmikroskopie im Nanobereich. Solche natürlichen Kristallstrukturen werden hinsichtlich ihrer thermischen und optischen Eigenschaften untersucht. Probe mit freundlicher Genehmigung von Silklab, Tufts University.

Bioinspiration & Biomimikry

Die Natur hat enorm von Milliarden von Evolutionsschritten profitiert, wodurch bemerkenswert komplexe und funktionsgerechte Strukturen entstanden sind. Durch die Untersuchung solcher Systeme können Ingenieure Strategien ableiten, um diese erfolgreichen Strukturen aus der Pflanzen- und Tierwelt nachzuahmen und so Innovationen und Produkte zu entwickeln, die sonst kaum vorstellbar wären.

Erweitern Sie Ihr Labor mit unseren Lösungspaketen

Mit den folgenden Lösungen können Sie Ihre Forschung im Bereich Biotechnikmaterialien optimieren

Welche Mikroskopierverfahren stehen für die Forschung an Polymeren und Biomaterialien zur Verfügung?

ZEISS bietet eine Vielzahl von Mikroskopierverfahren an, die speziell für Polymere und Biomaterialien angepasst sind.
  • ZEISS bietet eine Vielzahl von Mikroskopierverfahren an, die sich ideal für die Polymerwissenschaft, Weichmaterialien und Biomaterialien eignen:
     
    • Optische Mikroskopie: Deckt alle typischen Anwendungen der optischen Prüfung und Analyse unter Verwendung von Aufrecht-, Invert-, Zoom-, Digital- und Laser-Scanning-Konfokalsystemen ab. Ermöglicht die Beurteilung der Kristallinität und die Nutzung der Fluoreszenzbildgebung für chemische Analysen.
    • Elektronenmikroskopie: Bietet ultrahohe Auflösung für die Visualisierung von Materialoberflächen im Nanobereich. ZEISS FE-SEM eignen sich ideal für die Abbildung sensitiver oder nichtleitender Materialien bei sehr niedriger Spannung. Ermöglicht die chemische Raman-Analyse mit Sigma RISE.
    • FIB-SEM-Mikroskopie: Erweitert die SEM-Analyse durch den Einsatz eines Gallium-fokussierten Ionenstrahls zum gezielten Materialabtrag bis unter die Oberfläche. Ermöglicht standortspezifische Querschnitte, 3D-Serienschnitt-Tomographie mit Imaging und Analyse sowie die Vorbereitung von Proben für andere Verfahren wie die nanoskalige XRM oder TEM.
    • 3D-Röntgenmikroskopie: Ermöglicht zerstörungsfreies 3D-Imaging mittels hochauflösender Röntgentomographie sowohl im Mikro- als auch im Nanobereich. Ideal zum Verständnis zerbrechlicher oder stark poröser Strukturen. Umfasst Optionen für die thermomechanische In-situ-Probenbearbeitung.
  • Das ZEISS Portfolio für Mikroskopielösungen ist auf drei zentrale Herausforderungen bei der Charakterisierung ausgelegt, mit denen Forscher, die sich mit Polymeren oder Biomaterialien befassen, häufig konfrontiert werden:

    • Chemische Bildgebung: ZEISS Mikroskope lassen sich mit zahlreichen Verfahren zum chemischen/elementaren Mapping kombinieren, darunter die energiedispersive Spektroskopie (EDS) und die konfokale Raman-Bildgebung in Verbindung mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM). Darüber hinaus ermöglichen ZEISS Mikroskope über die Arbeitsumgebung ZEN Connect für korrelative Bildgebung die Kommunikation und den Datenabgleich untereinander sowie mit beliebigen anderen Bildgebungsverfahren.
    • 3D-Charakterisierung: Die komplexen und oft stark porösen bzw. unregelmäßigen Strukturen, die in Polymeren und Biomaterialien (Gerüste, Verbundwerkstoffe, Fasern, strukturierte Oberflächen) vorkommen, sind in der Regel dreidimensional. Daher kann es entscheidend sein, mit bildgebenden Verfahren zu arbeiten, die diese Komplexität widerspiegeln und erfassen. ZEISS bietet 3D-Röntgenmikroskopie im Mikro- und Nanobereich, die sich ideal für die nicht-invasive Untersuchung aller Materialarten eignet.
    • Beobachtung feiner Strukturen: Polymere und Weichmaterialien können während des Charakterisierungsprozesses sehr sensitiv auf unerwünschte Störungen oder Veränderungen reagieren. ZEISS Mikroskope, darunter schonende Feldemissions-Rasterelektronenmikroskope mit niedriger kV-Spannung und nicht-invasive Röntgentomographie, zeichnen sich durch klare, hochauflösende Bilder aus, ohne den natürlichen Zustand der Probe zu beeinträchtigen.
  • Die Antwort lautet sehr oft: Ja! Bei korrekter Anwendung liefert die 3D-Röntgenmikroskopie selbst bei Strukturen mit sehr geringer Dichte sowohl im Mikro- als auch im Nanobereich hervorragende Bilder von hoher Qualität. ZEISS bietet Verfahren zur Optimierung der Datenqualität bei der Arbeit mit solchen Proben an, darunter Bildgebungsmodi mit Phasenkontrast, die Phasenverschiebungen der Röntgenwellen nutzen, sowie fortschrittliche tomografische Rekonstruktionsverfahren, die das Rauschen in den Daten minimieren und zur Verbesserung des natürlichen Kontrasts beitragen.

  • Ja. Die ZEISS EVO Rasterelektronenmikroskope bieten ein EP-Verfahren mit Optionen für beheizte und gekühlte Tische, das die Abbildung von hydratisierten, feuchten Proben ermöglicht. Darüber hinaus können Kühl- oder Kryo-Tische verwendet werden, um halbflüssige Proben wie Emulsionen und Cremes – wie sie beispielsweise in der Kosmetikindustrie genutzt werden – in ihrem natürlichen hydratisierten Zustand für die SEM- oder FIB-SEM-Analyse zu fixieren.

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