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Wissenschaft für Anfänger

Gepostet von Julia am 23.04.2010

Zuckerkristalle in vielfacher Auflösung

Nano-Technologie macht Spinnenbein und Haare zum 3-D-Kino – und Unsichtbares sichtbar. Beim Girls Day durften Mädchen einen Tag lang im Labor mitarbeiten.

Noch vor ein paar Jahren waren Computerbildschirme so groß wie Umzugskisten, Handys wie eine Packung Milch und Disketten größer als jede CD-Hülle. Mittlerweile ist alles kleiner, flacher, handlicher. Ein USB-Stick kann zehn Gigabyte Daten speichern. Das funktioniert, weil elektronische Geräte wie Handys und Speicherchips in Prozesse der Nano-Technologie eingebunden sind. „Nano“ bedeutet im wissenschaftlichen Bereich, dass die Dinge und ihre Bestandteile klein sind. Der Begriff kommt vom lateinischen Wort nanus, der Zwerg.

Weil die Teilchen, mit denen in der Nano-Technologie gearbeitet wird, für das menschliche Auge nicht zu erkennen sind, müssen sie vergrößert werden. Sehr stark vergrößert sogar. Ein Nanomillimeter entspricht einem Millionstel Millimeter. Das ist nicht nur nicht erkennbar, sondern kaum vorstellbar. Die Technologie der Elektronenmikroskopie macht Unsichtbares sichtbar.

Spinnenbein in Großformat

Im Labor des Gerhard-Ertl-Gebäudes der Ludwig-Maximilian-Universität in München sitzen Emilia, Mai, Medina und Stefanie vor einem Computerbildschirm. Sie arbeiten an einem Bild, das wie eine dreidimensionale Schwarz-weiß-Fotografie eines kleinen Nadelwaldes aussieht. Tatsächlich betrachten die Schülerinnen die 104-fache Vergrößerung eines Spinnenbeins. Zuerst hatte dies Gelächter und „Bääh“-Reaktion bei den Mädchen hervorgerufen. Je größer die Aufnahmen werden, desto stärker konzentrieren sich die Mädchen auf die Objekte auf dem Bildschirm. Das Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigt, was ein Mensch niemals sehen würde. Salzkristalle werden zu würfelartigen Gebilden, Orchideenblätter zu rasterförmigen Linienmustern. Die Karies im Zahn sieht aus wie eine kraterartige Höhle.

Was sonst nur Studierenden und Professoren der LMU München erlaubt ist, dürfen heute die vier 14-jährigen Mädchen machen, weil sie Teilnehmerinnen des Girls Day sind. Mit ihrem Ausflug in die Universität wollen die Schülerinnen mehr über die Arbeit im Bereich der physikalischen Chemie erfahren. Anhand praktischer Experimente lernen sie einen kleinen Ausschnitt der naturwissenschaftlichen Forschung kennen. Unterschiedliche Institutionen wie das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Familie, Senioren, Frauen und Jugend (BMFSFJ) haben den Girls Day im Jahr 2001 ins Leben gerufen, um Mädchen Ausbildungsberufe und Studiengänge in den Bereichen Technik, IT, Handwerk und Naturwissenschaften näherzubringen. Denn trotz steigender Anzahl leistungsstarker Mädchen in naturwissenschaftlichen Fächern ist der Anteil von Frauen in Führungspositionen in Wirtschaft und Naturwissenschaften noch immer gering.

Frauenpower im Labor

Im Labor liegt der Frauenanteil heute bei 100 Prozent. Doktorandin Ramona Hoffmann und Master-Studentin Andrea Herrmann führen das Experiment mit den vier Schülerinnen durch. Mit dabei ist ihre Chefin und Dozentin, Professorin Christina Scheu. Sie bestätigt zwar, dass im Studiengang der Chemie fast 60 bis 70 Prozent Frauen lernen, „wenn es aber in die Führungsetage geht, dünnt sich das sehr schnell aus.“ Scheu ist eine von fünf Frauen in einem Team von 40 Professoren und Professorinnen am Lehrstuhl.

Dabei ist die physikalische Chemie eine der Schlüsseldisziplinen der Nanotechnologie und wichtig für andere Bereiche von Forschung und Industrie. Ob Fahrradhelm oder Waschpulver, fast jedes Produkt kann mit Hilfe der physikalischen Chemie auf Struktur und Haltbarkeit analysiert und weiterentwickelt werden. So abstrakt die Naturwissenschaft zunächst erscheint, so oft kommt jeder damit täglich in Berührung. Und die Branche gewinnt enorm an Bedeutung. Weil alles kleiner werden soll, muss mehr geforscht werden. Daran hat nicht nur die Industrie großes Interesse. „Den Menschen wäre es am liebsten, Materielles ganz verschwinden zu lassen“, sagt Andrea Herrmann. So wie ein Internetnutzer auch keine Kabel mehr zum Surfen braucht.

Haare im Vakuum

Wie komplex technologische Perspektiven aussehen, erfahren die vier Mädchen an ihrem Girls Day noch nicht. Vielmehr lernen sie einen ganz gewöhnlichen Teil ihres Körpers neu zu betrachten: Haare. Auf dem Bildschirm wird deutlich, wie unterschiedlich kleinste Elemente individuelle Formen haben. Dafür hatten sich die Mädchen jeweils ein Haar gezupft. Mit blauen Latex-Handschuhen setzen sie die Proben auf kleine Metallköpfchen und anschließend mit der Pinzette auf einen Tisch des Raster-Elektronen-Mikroskop. Das REM sieht aus wie ein zu groß geratener Brotbackautomat mit Schläuchen. Es lässt sich per Knopfdruck in der Mitte auf- und zuschließen. Dies ist notwendig, da ein Elektronenstrahl innerhalb des Mikroskops die einzelnen Proben rastert. Damit keine Fremdstoffe wie Sauerstoff den Prozess behindern, wird im REM ein Vakuum erzeugt. Aufgrund der Wechselwirkungen der Elektronen entsteht auf dem angeschlossenen Bildschirm ein räumliches Bild der Probenoberfläche. Aus einem dünnen Härchen wird durch die elektronische Rasterung ein schlangenähnliches Gebilde mit Rissen und Hügeln, den einzelnen Haarschüppchen.

Weil die Technologie sehr kompliziert und hochwertig sei, koste ein solches REM circa 200.000 Euro, berichtet Professorin Scheu. Im Vergleich zu einem größeren und noch komplexer arbeitendem Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) sei das allerdings noch preiswert. Zwei Stockwerke höher steht ein solches TEM, das in der Anschaffung die Zwei-Millionen-Euro-Grenze lockert übersteigt. In einem vollkommen abgedunkelten Raum arbeiten Studierende mit dem Gerät an neuesten Erkenntnissen aus der Forschung. Gerade sind dies sogenannte Nano-Röhren. Kleinstteilige Materie in Röhrenform, die nur durch Vergrößerung auf einem Bildschirm sichtbar wird.

Karrierekiller: Mathe und Physik

Die Mädchen sind vom wissenschaftlichen Input etwas überfordert, da Physik und Chemie in den Lehrplänen der achten Klasse nicht ausführlich vorgesehen sind. Medina lernt in einer Klasse mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt und besitzt deshalb ein wenig Vorwissen. Sie findet: „Chemie ist wegen der Experimente ganz interessant. Das Tolle ist, dass man dort immer Beweise für bestimmte Vorgänge finden möchte“. Physik und Mathematik steht in der Gunst der Mädchen allerdings ganz unten. Deshalb ist das Interesse an einem Beruf im naturwissenschaftlichen Bereich für die vier auch nach ihrem Girls Day eher unwahrscheinlich. Auf der Rangliste ganz oben stehen: Management und Jura. Stefanie träumt von einer Karriere als Sängerin.

Professorin Scheu erhofft sich dennoch mehr weiblichen Nachwuchs in den Professorinnenbüros der Universität. Vielleicht bekommt doch noch eines der vier Mädchen Lust auf eine wissenschaftliche Karriere, wenn sie sich die ausgedruckten Bilder ihrer Haare auf dem Nachhauseweg betrachten. Die Diskussion darüber, wessen Haar in 500-facher Vergrößerung das Schönste sei, wurde jedenfalls rege geführt.

Von Julia Jaroschewski

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