Gesundheit: Auge fürs Unsichtbare

Optische Linsen gehören zu unserem Alltagsleben wie Butter zum Brot. Als Brillen lassen sie uns besser sehen, in Fernrohre eingebaut holen sie die Sterne vom Himmel, als Lupen zeigen sie uns behaarte Insektenbeine und im Fotoapparat sorgen sie für Urlaubsfotos. Solche optischen Linsen sind meist aus Glas und sie bündeln das Licht, indem sie die Lichtstrahlen umbiegen – der Physiker sagt: brechen – und auf einen Punkt, den Brennpunkt, richten.

Für Röntgenstrahlen funktionieren diese Linsen nicht mehr, weil die Brechkraft einer Linse – also ihre Fähigkeit, die Strahlen abzulenken – im Röntgenbereich zu gering ist. Dabei gibt es jede Menge Anwärter, die sich funktionierende Röntgenlinsen wünschen. Biologen zum Beispiel warten schon lange auf Röntgenmikroskope, die es ihnen erlauben, sich winzig kleine Strukturen in biologischen Zellen anzuschauen. Tatsächlich sind Röntgenmikroskope theoretisch in der Lage, Details sichtbar zu machen, die gerade mal ein paar Millionstel Millimeter groß sind. Aber auch die Astronomen brauchen Röntgenlinsen. Es gibt schon jetzt Satellitenteleskope im All, die das Universum im Röntgenlicht fotografieren. Auf den entstehenden Bildern kann man Dinge erkennen, die man auf normalen Fotos (die mit sichtbarem Licht gemacht werden) nicht bemerkt.

Nun haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Karlsruhe eine neue Methode gefunden, Röntgenlinsen aus Kunststoff herzustellen. Es handelt sich dabei um den plexiglasähnlichen Kunststoff SU-8. Die neuen Röntgenlinsen haben die Form von „Linsen-Reihen“: Aus dem Kunststoff werden viele kleine, hintereinander liegende Säulen herausgearbeitet, die jeweils etwa einen Millimeter hoch und so geformt sind, dass sie wie kleine Lupen funktionieren. Jede einzelne dieser Säulen bricht den Röntgenstrahl ein kleines bisschen. Weil der Röntgenstrahl so viele von ihnen passieren muss, ist er am Ende stark umgebogen. Die Säulen bündeln das Röntgenlicht.

Für die Herstellung ihrer Röntgenlinsen stellen die Forscher eine Art Schablone aus Metall her, die der Form der späteren Säulenstruktur entspricht. Diese Schablone legen sie auf den Kunststoff. Nun richten die Forscher einen starken Röntgenstrahl auf die Schablone. Das Röntgenlicht dringt durch die Öffnungen der Schablone und trifft auf den dahinter liegenden Kunststoff. Durch die Bestrahlung verbinden sich die Kunststoff-Moleküle zu einem Netzwerk.

Nun entfernen die Forscher die Schablone wieder und legen den Kunststoff in ein Lösungsmittel. Das Lösemittel ätzt nun den Kunststoff weg. Aber das geschieht nur an den Stellen, an denen die Kunststoff-Moleküle nicht vernetzt sind. Also dort, wo die Röntgenstrahlen nicht hinkamen, weil dort keine Öffnung in der Schablone war. Nach dem Ätzvorgang bleibt die gewünschte Säulenstruktur übrig. Fertig ist die Röntgenlinse.

„Unsere Methode hat mehrere wichtige Vorteile“, sagt Jürgen Mohr vom Forschungszentrum Karlsruhe. „Zum einen ist der Kunststoff SU-8 in seiner vernetzten Form sehr beständig gegenüber Röntgenlicht. Unsere Röntgenlinsen haben deshalb einen geringen Verschleiß. Zum anderen erreichen wir eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung und damit eine hohe Linsenqualität."

Einen weiteren Vorteil sieht Mohr darin, dass man mit der Lithografie sehr dicht gepackte Säulenstrukturen herstellen könne: Der Abstand der einzelnen Linsenelemente beträgt gerade mal zwei Tausendstel Millimeter. Dadurch geht weniger Röntgenlicht verloren.

Derzeit testen die Karlsruher ihre neuen Röntgenlinsen noch. Die Vermarktung hat bereits begonnen. „Nachfrage nach unseren Linsen besteht weltweit“, sagt Mohr. Bisher zeigten sich vor allem Materialforscher interessiert. Eine Arbeitsgruppe hätte Röntgenlicht vor kurzem zum Beispiel dazu benutzt, um die Tinte zu untersuchen, mit der Johann Wolfgang Goethe schrieb. Dabei stellte sich heraus, dass der Dichter bei Änderungen am ersten Teil des „Faust“ die gleiche Tinte verwendete, die er beim Verfassen des zweiten Teils einsetzte. „Das bedeutet, dass Goethe den ersten Teil änderte, als der zweite schon geschrieben war“, erklärt Mohr.

Die Anwendungsbereiche der Röntgenlinsen sind also breit und liegen nicht immer gleich auf der Hand. Vielleicht ist es schon bald ganz normal, durch ein Röntgenmikroskop zu schauen.

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