Berührungslose 3D-Inspektion von Oberflächen mit einem Weißlichtinterferometer

Die Oberflächeninspektion ist wichtig für viele Fertigungsprozesse in zahlreichen Industrie- und Forschungsfeldern. Derzeitige optische Messverfahren liefern Auflösungen bis in den einstelligen Nanometerbereich. Solche Feldtiefen erfordern den Einsatz von hochauflösenden Nanopositionierern.

piezosystem jena hat mit der MIPOS 500 SG eine der Hauptkomponenten des smartWLI-Mikroskop entwickelt. Die MIPOS 500 SG bietet einen Bewegungsbereich von bis zu 500 µm und ist in der Lage mit einer hohen Resonanzfrequenz Ziele bis zu 500 Gramm zu bewegen.

Die Modelle des smartWLI sind ein Upgrade-System für optische Mikroskope. Die von der GBS mbH aus Ilmenau entwickelten und hergestellten Systeme passen bei allen bekannten Mikroskopherstellern, wie z. B. ZEISS, LEICA, Nikon, Olympus, MT RATHENOW. Durch die Verwendung des smartWLI-Systems kann der Anwender ein optisches 2D-Mikroskop zu einem 3D-Oberflächenmesssystem aufrüsten.

Weisslicht-Interferometer smartWLI

Weisslicht-Interferometer smartWLI

3D-Visualisierung einer gemessenen Ringstruktur

3D-Visualisierung einer gemessenen Ringstruktur

 

 

Vom Mikroskop zum Nanoskop - Piezoelektrische Lösungen

Die Auflösungsgrenze in der konventionellen Lichtmikroskopie liegt bei der Hälfte der Wellenlänge des eingesetzten Lichts, das entspricht einer Auflösung von ca. 200 nm für blaues Licht. Diese Grenze wurde von Ernst Abbe postuliert und galt jahrzehntelang als unüberwindbar. Grund dafür ist die Beugung, die bei zwei auseinanderzuhaltenden Objekten auftritt, und beide Objekte im Auge des Betrachters zu einem einzigen verschwimmen lässt. Mit Hilfe der von Prof. Stefan Hell entwickelten Stimulate Demission Depletion (STED) Methode ist es möglich, eine höhere Auflösung in der Mikroskopie weit unter der oben genannten Grenze zu realisieren. Das Mikroskop wird zum Nanoskop.

 

Bei der Methode wird eine Zelle durch eine Laserquelle zum Fluoreszieren gebracht, unmittelbar danach wird diese Zelle mit Hilfe einer anderen Laserquelle wieder abgeregt. Die Besonderheit dabei ist, dass der abregende Laserstrahl ein Loch in der Mitte hat, d.h. es wird nicht die gesamte Lichtintensität abgelöscht, sondern der verbleibende Spot kann bis zur Größe eines Moleküls verkleinert werden. Molekulare Prozesse können, anders als in der Fluoreszenzmikroskopie, in vivo (am lebenden Objekt) und in Echtzeit verfolgt und untersucht werden.

Um den Anforderungen gerecht zu werden, muss der Scanningprozess innerhalb der STED-Mikroskopie sehr schnell stattfinden. Piezoelektrische Tische, Kippelemente und Objektivpositionierer sind hervorragende Instrumente, die in einem entsprechenden STED-Setup notwendig sind. Die Objektivpositionier Serie MIPOS, die Serie PSH von Spiegelkippelementen, sowie der Z-Achsenscanner PZ300 CAP AP sind Beispiele aus der Produktreihe von Piezosystem Jena, die bei STED-Mikroskopie eingesetzt werden können. Dank ihrer nahezu unbegrenzten Auflösung sind diese Elemente in der Lage, vorgegebene Positionen schnell, hochgenau und bis auf den Nanometer reproduzierbar anzufahren.

 

Bei der Serie MIPOS handelt es sich um Positionierer für Mikroskopobjektive und den gesamten Mikroskoprevolver. Diese Elemente können an allen typischen Mikroskopstativen wie z.B. von Zeiss, Olympus, Leica oder Nikon befestigt werden. Dieser Technologievorteil wird in der hochauflösenden Super Resolution Microscopy, der Single Photon Microscopy ebenso wie in der Laser Scanning Microscopy ausgenutzt.

Der PZ300 AP gilt als ein weiteres Produkt für diesen Anwendungsbereich. Dieser Probenpositioniertisch ist neben seiner geringen Bauhöhe durch eine große Innenapertur zur Aufnahme von Proben und Mikroskopie-Accessoires gekennzeichnet. Ein weiterer Vorteil des Elements bezieht sich auf die Kompatibilität mit XY-Mikroskoptischen von Märzhäusern und PRIOR Scientific. Durch den integrierten Universal-Mikroskopieeinsatz wird die Aufnahme von Petrischalen, Mini-Inkubatoren, Objektivträgern und weiteren Mikroskopiezubehör unterstützt.

 

Die Kippelemente dienen der schnellen und präzisen Positionierung von optischen Komponenten wie z.B. Spiegel oder Prismen. Diese Elemente können im mrad-Bereich und bei Frequenzen bis zu einigen Kilohertz positioniert werden. Aufgrund des Direktantriebsprinzips mit mechanischer Vorspannung ist darüber hinaus das Positionieren von Komponenten mit einer höheren Masse problemlos möglich.

 

Die spezielle Steuerungelektronik von Piezosystem Jena ermöglicht eine präzise und hochauflösende Positionskontrolle der Piezoelemente. Die digitale Piezoansteuerung d-Drive pro und seine Möglichkeit Triggersignale ein- und auszugeben, mit dem integrierten Funktionsgenerator für Sinus, Dreieck und arbitrary-Funktionen rundet dieses Angebot ab.

Neuronale Zelle im Gehirn einer lebenden Maus

Mikroskop-Aufbau mit MIPOS System

Elemente von Piezosystem Jena für die hochauflösende Abbildung einer neuronalen Zelle eines Mausgehirns im lebenden Zustand.

Produkte: Objektivpositionierer Mipos 100 CAP und Piezoverstärker NV120CLE

Images courtesy of Dr. Katrin Willig, Center for Nanoscale Microscopy and Molecular Physiology of the Brain, Göttingen; As well as Prof. Dr. Stefan W. Hell, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany

Nanotec Eléctronica entwickelte neuartiges Konzept in der AFM-Mikroskopie unter Einsatz piezoelektrischer Elemente von piezosystem jena

Die Firma Nanotec Eléctronica S.L. aus Spanien hat ein neuartiges Konzept in der AFM-Mikroskopie entwickelt. Hierbei handelt sich um eine Plattform, die konventionellen optischen Mikroskopen (Fluoreszenz-mikroskope, up-side down) oder Ramanmikroskopen erlaubt, zusätzlich zu den optischen Bildern zeitgleich ein AFM-Bild in einer atomaren Auflösung zu erzeugen. Diese beiden Bilder können simultan betrachtet werden. Um den hohen Schnelligkeits- und Auflösungsanforderungen gerecht zu werden, beinhaltet das SPM System „Nanolife“ piezolektrische Elemente (PXY 80 D12) von piezosystem jena.

Die folgenden Bilder wurden von Dr. Elena López-Elvira mit einer neuartigen AFM-Plattform im ICMM-CSIC in Madrid, Spanien gewonnen.

Weitere Informationen können bei Nanotec Eléctronica S.L. unter www.nanotec.es angefordert werden.

Eduardo Delgado
E-Mail: sales(at)nanotec.es
Tel: +34918043326

 

AFM Images of Fibroblast in air

Topography AFM images of 60x60µm and Z scale 1.8µm

Non-contact mode

Contact mode

AFM Images of P3OT polymer in air (non-contact Mode)

Topography AFM (left) and Frequency Shift (right) images of 3.75x3.75 µm and Z scale 32 nm

AFM Images of DNA in buffer (non-contact mode)

Amplitude Modulation –Dynamic Scanning Force Microscopy (+ PLL)

Topography AFM (left) and Frequency Shift (right) images of 1x1µm and Z scale 3nm

Frequency Modulation –Dynamic Scanning Force Modulation

Topography AFM (left) and Dissipation (right) images of 1x1µm and Z scale 3nm

Optical and AFM images of single cells in buffer (non-contact mode)

AFM Topography (right) image of  35x35µm and Z scale 360nm

Produkte für die Mikroskopie

MIPOS Objektiv-Positionierer in Kombination mit Zeiss Mikroskop

Neue Technologien, wie STED-Mikroskopie, photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie oder STORM-Mikroskopie ermöglichen Auflösungen von bis 2,4 nm. Die genaue Ausrichtung von Mikroskopen und Probenhalterungen erfordert daher höchste Präzision und Schnelligkeit. Nanopositioniertechnik auf Piezobasis hat dabei eine Reihe von konzeptionellen Vorteilen gegenüber konventionellen Antrieben.

Produkte von piezosystem jena  zeichnen sich durch eine nahezu unbegrenzte Auflösung im Bereich von Sub-Nanometer wie auch durch eine sehr kurze Reaktionszeit aus. Durch die hohe Steifigkeit der Elemente ergeben sich sehr kurze Reaktions- und Einschwingzeiten. Der Piezo ermöglicht dabei  Bewegungen ohne jegliches mechanisches Spiel, damit ist Verschleiß ausgeschlossen und Zuverlässigkeit bleibt langfristig gewährt.

Antriebe von piezosystem jena erzeugen Kräfte von mehreren kN und sind sowohl für Vakuumanwendungen als auch für den Tieftemperatureinsatz geeignet. Aufgrund eines speziell entwickelten Designs mit Festkörpergelenken zeichnen sich Piezoaktoren durch höchste Präzision und Schnelligkeit aus, ideal für Probenpositionierung, Strahlenausrichtung  und  Strahlenverfolgung.

Seit über 20 Jahren entwickelt piezosystem jena piezoelektrische Aktoren und Antriebe für unterschiedliche Anwendungenbereiche der Mikroskopie.  Die Produktpalette umfasst Aktoren sowohl für die senkrechte als auch für die invertierte Mikroskopie. Dabei können die Piezoantriebe einfach in bestehende Mikroskopsysteme installiert werden und sind sowohl mit Super Resolution Mikroskopen als auch mit konventionellen Mikroskopen kompatibel.

Speziell für Mikroskopieanwendungen hat piezosystem jena folgende Elemente entwickelt:

TRITOR 102 CAP - 3D Piezo-Positioniersysteme (Mikroskopie)

XYZ- Positionierer mit 40 mm Innendurchmesseröffnung; zur einfachen Probenpositionierung und deren Belichtung (Mikroskopie). TRITOR 102-Elemente lassen sich unkompliziert mit mechanischen oder elektromagnetischen Antrieben zu Positioniersystemen mit höchster Auflösung kombinieren.

  • Freier Innendurchmesser 40mm
  • Hochparallele xyz Bewegung durch Federparallelprogramme
  • Kompakte Maße bei großem Stellbereich
  • Spielfreie Bewegung durch Festkörpergelenke
  • Hohe Auflösung im nm- und sub-nm-Bereich
  • Integrierte Wegübersetzung
  • Stellbereich bis 100/80µm (open/closed loop)


Produktseite TRITOR 102 CAP für die Mikroskopie

 

PZ 300 AP –  Z-Achsen Positionierer für die Mikroskopie

Ultraflacher Z-Tisch; entwickelt für die Aufnahme in motorischen XY-Mikroskoptischen. Besondere Kennzeichen sind die geringe Bauhöhe, die große Innenapertur zur Aufnahme von Proben und Mikroskopie-Accessoires sowie die Kompatibilität mit den gängigen motorischen XY-Mikroskoptischen von Märzhäusern und PRIOR Scientific. Die Flexibilität im Einsatzbereich, die große Innenöffnung und die präzise Dynamik des PZ 300 AP machen ihn zu einer ausgezeichneten Lösung für anspruchsvolle Positionieraufgaben am Mikroskop.

  • Ultraflacher Z-Tisch für die Mikroskopie
  • Stellbereich 300µm in Z-Achse
  • Hochauflösende kapazitive Positionssensorik
  • Integrierbar in Mikrokoptische mit K-Frame (z.B. Märzhäuser, PRIOR Scientific)
  • Große Innenapertur zur Aufnahme von Probenhaltern z.B. Mikro-Wells
  • Sehr geringe Einschwingzeit durch optimiertes dynamisches Verhalten
  • Hohe mechanische Belastbarkeit und Flexibilität


Produktseite PZ 300 AP für die Mikroskopie

KOMPATIBLE MIKROSKOPE/MIKROSKOPTISCHE:

 

Märzhäuser SCAN IMPrior ProScan H117Prior ProScan H101a
Leica DMI3000–5000Leica DMI4000/5000/6000        Leica DM - range
Leica DMI5000MLeica DMIRBNikon Eclipse - range
Nikon Eclipse MA100Nikon TE2000/TIOlympus BX - range
Nikon Eclipse MA200Olympus IX51/71/81Olympus IX51/71/81
Olympus BX45/BX51/BX61       Zeiss AxioObserverZeiss AxioImager
Olympus WI/GX51/GX71Zeiss AxioVert 200Zeiss Axioplan
Olympus IX51/IX71/IX81Zeiss AxioSkop
Zeiss AxioObserver
Zeiss AxioVert 200

Nanopositionierer für Mikroskopobjektive mit einem Hub von bis zu 500 µm

Die neuartige Lens-Flex-Adapter Technologie ermöglicht die einfache Verwendung von Objektiven unterschiedlicher Hersteller an einem bereits vorhandenen Mikroskop.

• Z-Achsen-Lösung mit nm-Präzision zur Objektiv-Fokussierung
• geeignet für aufrechte und inverse Mikroskopie
• bis zu 500µm Stellweg
• ermöglicht 3D-Scans durch Bildstapelverarbeitung
• kompatibel zu FRET, CARS, STED
• einfach mit Autofokus-Systemen kombinierbar

Systeme der MIPOS Serie eigenen sich besonders für den Einsatz mit unterschiedlichen Mikroskopen und Objektiven. MIPOS Objektiv-Positionier vereinen höchste Kompatibilität mit Präzision und Schnelligkeit.

MICI-KMI53 - Semprex Kit für die Mikroskopie

Der MICI-KMI53 wurde auf ist ein Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen piezosystem jena und Semprex ® Corp. Die Basis bildet der PZ 300 AP Z-Tisch. Durch die Kombination der Vorteile von manueller und automatisierter Ausrichtung deckt der Mikroskopietisch eine sehr breites Positionierungsspektrum ab. Der digitale Vernier-Mikrometer ist dabei für den Stellbereich von bis zu 25 mm zuständig. Der Mikrometer-Halter MICI realisiert hingegen Bewegungen von einer Genauigkeit bis zu 200 µm.

Kits und Zubehör für die Mikroskopie

Zusammen mit Partnern aus dem Bereich der Mikroskopie bietet piezosystem jena spezielle Lösungen für unterschiedliche Anwendungsgebiete an, wie beispielsweise die Kombination von manueller und automatischer Positionierung, Probenerwärmung, thermische Isolierung und CO² Überwachung.

 

Bioptechs "Z" Probentemperierung

  • Für den Einsatz auf dem Mikroskoptisch
  • Reduzierter Z-Achsen-Drift
  • Massearmer Tisch

 

Bioptechs Delta-T-open Petri-System

  • Entwickelt für das Handling mit lebender Zellen
  • Z-Achse stabil
  • Ermöglicht zeitgleiches inkubieren und untersuchen, ohne dass die Zellen übertragen werden zu muss
  • Einsetzbar bei Umgebungstemperaturen von bis max. 50 ° C
  • Flüssigkeits- und Gasdurchströmung möglich

  

Fragen Sie uns nach anderen Lösungen zur Umgebungskontrolle:

  • CO2-Regelung
  • Objekt-Kühlmanschetten
  • Thermische Objekt-Isolatoren
  • Probenkühlringe
  • Thermische Isolator für Proben

Wirkung von thermaler Isolation bei Objektiven

Demonstration Adapter für MIPOS Objektiv Positionierer

Z-Achsen Positionierer

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