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Bitte pusten! Seite 2

2/2010

Forschungsnachrichten

Bitte pusten! Atemalkohol-Mess-geräte können an einem neuen Ge-nerator kalibriert werden ... Seite 2

Biomarker-Schnelltests verbessert. Primärmethode zur Messung von Proteinen und anderen „großen“ Mo-lekülen im Blutserum ... Seite 3

Heiße Fixpunkte. In-situ-Tempera-turkalibrierung von dynamischen Dif-ferenzkalorimetern oberhalb 1100 °C möglich ... Seite 3

Einfach glatt. PTB kann atomar glat-te Oberfl ächen zur Prüfung der bes-ten Mikroskope herstellen ... Seite 4

Teilchenspuren in den Zellen. Mit einem neuen Nanodosimeter lässt sich die Wirkung ionisierender Strah-lung im menschlichen Körper besser untersuchen ... Seite 5

Kunststoffspritzen dosieren Mi-kroliter-genau. PTB liefert genaue Referenzmesswerte für die Konzen-tration der Blutzellen ... Seite 6

Technologietransfer

Kraft und Weg dynamisch und präzise messen ... Seite 7

Verschiedenes

Auszeichnungen, Termine, Publi-kationen ... Seite 8

Biomarker-Schnelltests verbessert, Seite 3 Teilchenspuren in den Zellen, Seite 5

Schall macht Licht

bis ans andere Ende der Glasfaser bringt. Bei ausreichender Verstärkung kann

das Licht in der gleichen Faser vom ent-fernten Endpunkt wieder zum Sender zu-rück geschickt werden, um dann die opti-sche Weglänge der gesamten Strecke zu stabilisieren. So entsteht eine feste Pha-senbeziehung zwischen zwei weit ausein-ander liegenden Orten; mit der stabilisier-ten Faserverbindung werden Frequenzen mit extremer Genauigkeit über lange Stre-cken transportiert. Nachdem über eine 73 km lange Glasfaserstrecke und mithilfe eines PTB-Frequenzstandards sowie von Femtosekunden-Frequenzkammgenera-toren die optische Magnesium-Uhr in der Leibniz Universität Hannover charakteri-siert werden konnte, planten die PTB-Wis-senschaftler eine direkte Faserverbindung von der PTB zum Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching – eine

Das wissenschaftliche Nachrichtenblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Weltpremiere: PTB-Forscher übertragen höchststabile Fre-quenzen über eine 480 km lange Glasfaserstrecke

Besonders interessant für Entwickler optischer Uhren• Geodäten• Radioastronomen•

Mit einer neuen Methode der Signal-verstärkung kann die PTB Frequenzen höchstpräzise viele hundert Kilometer lang über Glasfaserstrecken an den Nutzer weitergeben. Damit lassen sich die besten verfügbaren optischen Uh-ren auch über große Distanzen mitein-ander vergleichen.

Wenn Licht nicht (wie in der Nach-richtentechnik) als Übermittler von Infor-mationen dient, sondern eine Eigenschaft des Lichts – konkreter: seine Frequenz – selbst übertragen werden soll, und das auch noch mit größtmöglicher Präzision, dann geraten die bewährten Instrumente der Nachrichtentechnik an ihre Grenzen. Das neue System der Signalverstärkung nutzt stimulierte Brillouin-Streuung (fi ber Brillouin amplifi cation). Dem Signal-Licht wird ein sogenanntes Pump-Licht mit genau defi nierter Frequenz entgegenge-schickt, das in der Glasfaser akustische Wellen (im Teilchenbild: Phononen) an-regt. An diesen akustischen Phononen wird wiederum das Pump-Licht gestreut, wobei die wenigen schon vorhandenen Signal-Photonen die Emission weiterer Signal-Photonen stimulieren. So entsteht eine mittels Schallwellen in Gang gehal-tene Photonen-Lawine, die die Frequenz-Information mit extrem geringen Verlusten

Mit Glasfasern lassen sich nicht nur Nachrich-ten, sondern auch extrem genaue Frequenz-Informationen übertragen.

Das wissenschaftliche Nachrichtenblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

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Strecke von rund 900 km Glasfaser, die das Licht, falls man es nicht verstärkt, um den unvorstellbaren Faktor von 1020

abschwächt. Mit dem neuen System wer-den nun auch sehr schwache Signale verstärkt; die Signalleistung wird um bis zu sechs Größenordnungen vervielfacht, sodass wesentlich weniger Verstärkersta-tionen nötig sind. Außerdem lassen sich gezielt sehr schmalbandige Lichtsignale verstärken, was günstig für die Untersu-chung der schmalbandigen Uhrenüber-gänge von optischen Uhren ist.

Die Methode wurde bereits an einer verlegten Faserstrecke getestet – in Koope-ration mit dem Deutschen Forschungsnetz

und der Firma GasLINE, die ein deutsch-landweites Fasernetz betreiben. Mit nur einer Verstärker-Zwischenstation konnte die hochstabile Frequenz mit einer relati-ven Messunsicherheit von 2 × 10–18 über 480 km Faser übertragen werden.

Damit ist nun der Weg offen für die Verbindung zum MPQ in Garching, um hochstabile Referenzfrequenzen der PTB für gemeinsame Untersuchungen zu nut-zen. Auch eine Verbindung zum franzö-sischen Partnerinstitut der PTB in Paris erscheint realistisch, sodass beide Insti-tute in Zukunft gemeinsam an optischen Uhren arbeiten könnten. Darüber hinaus zeichnen sich bereits Anwendungen in

der Geodäsie und auch in der Radioas-tronomie ab.

AnsprechpartnerinGesine Grosche, Fachbereich 4.3 Längeneinheit, Tel. (0531) 592-4318, E-Mail: gesine.grosche@ptb.de

Wissenschaftliche VeröffentlichungTerra, O.; Grosche, G.; Schnatz, H.: Brillouin amplifi cation in phase coherent transfer of optical frequencies over 480 km fi ber.Opt. Express 18, 16102-16111 (2010).

Bitte pusten!

Ein Generator zur Herstellung von wassergesättigten ethanolhaltigen Gasgemischen, der die Gasgemische erstmals auf dynamisch-gravimetri-sche Weise herstellt, verbessert die Rückführung der Ethanolkonzentrati-on auf die SI-Einheiten und entwickelt die Grundlagen der Kalibrierung von Atemalkoholmessgeräten weiter.

Bei polizeilichen Alkoholkontrollen im Straßenverkehr dürfen seit 1998 beweissi-chere Atemalkoholmessgeräte eingesetzt werden. Sie sind in Deutschland Bestandteil des gesetzlichen Messwesens und benöti-gen vor ihrem Einsatz eine Bauartzulassung von der PTB. Für diese Prüfungen werden in der PTB Kalibriergasgemische hergestellt, die den Atem einer Person unter Alkoholein-fl uss simulieren. Die Gasgemische bestehen aus den Komponenten Luft, Wasser und Ethanol in genau bekannter Zusammenset-zung und wurden bislang im international üblichen Sättigungsverfahren hergestellt. Dabei wird ein Luftstrom durch eine Ethanol-Wasser-Lösung geleitet und reichert sich mit Ethanol und Wasser bis zur Sättigung an. Die Konzentration des Ethanols im Gas-strom wird über Verteilungskoeffi zienten be-rechnet, die auf empirische Weise ermittelt wurden, für die jedoch in der Literatur unter-schiedliche Werte zu fi nden sind.

Mit dem in der PTB neu entwickelten Generator können die Gasgemische auf dynamisch-gravimetrische Weise herge-stellt werden. Das Herzstück des Gene-rators ist ein Wägesystem, mit dem die Massenströme von Ethanol und Wasser durch quasi-kontinuierliche Wägung der Vorratsbehälter bestimmt werden. Die Luft wird über thermische Massenstromregler dosiert. Die fl üssigen Komponenten Etha-nol und Wasser werden in den Träger-gasstrom aus synthetischer Luft injiziert und verdampfen darin vollständig. Da die Massenströme der Komponenten vor der

Mischung einzeln bestimmt werden, kann die Zusammensetzung des Gasgemisches direkt auf die SI-Basiseinheit der Masse, das Kilogramm, zurückgeführt werden. Die Verwendung empirischer Werte aus der Literatur ist damit nicht mehr nötig.

Die Messunsicherheit der Ethanol-konzentration im Gasgemisch des neuen Generators konnte im Vergleich zum Sätti-gungsverfahren deutlich reduziert werden.

Der Generator kann in Zukunft auch für die Herstellung von Gasgemi-schen mit anderen Komponenten, z.B. Aceton oder Kohlendioxid, genutzt wer-den, um weitere Arten von Sensoren zu kalibrieren.

Ansprechpartnerin Sonja Pratzler, Fachbereich 3.2 Gasanalytik und Zu-standsverhalten, Tel. (0531) 592-3215, E-Mail: sonja.pratzler@ptb.de

Wissenschaftliche VeröffentlichungPratzler, S.; Ulbig, P.; Scholl, S.: Einfl uss der Temperatur- und Feuchtemessung auf die Herstellung von Atemalkoholkalib-riergasen. Temperatur 2009: Fachtagung, PTB, Juni 2009. ISBN: 3-981002121-9-9Online-Vorabdruck: Chemie Ingenieur Technik, (02.07.2010). http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cite.201000093/abstract

Atemalkohol-Messgeräte können an einem neuen Generator kalibriert werden

Besonders interessant für Polizei• Gerichte• Gerätehersteller•

Wägesystem zur Bestimmung der Massenströ-me von Ethanol und Wasser

Heft 2/2010

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Biomarker-Schnelltests verbessert

Mithilfe einer neu entwickelten, in-zwischen international anerkannten Primärmessmethode bietet die PTB als erstes nationales Metrologie-Institut die Kalibrierung von Biomarker-Schnelltests an. Die neue Methode soll helfen, klinische Labortests verlässli-cher und vergleichbarer zu machen.

Bei der Früherkennung lebensbe-drohlicher Erkrankungen spielen Tests auf sogenannte Biomarker eine immer größere Rolle. Biomarker sind in diesem Fall Inhaltsstoffe des Blutes, die in gewis-sen Konzentrationen typisch für bestimm-te Krankheiten sind. Schnelltests können derartige Verbindungen vergleichsweise rasch und mit wenig Aufwand nachweisen. Doch je nach Hersteller und Analyselabor können die Ergebnisse solcher Untersu-chungen erheblich voneinander abwei-chen. Bei einem Vergleich unterschieden sich die Ergebnisse von Schnelltests teil-weise um mehr als eine Zehnerpotenz. Solche Ungenauigkeiten können zu Fehl-diagnosen führen, die für den Patienten psychisch belastend oder gar gefährlich sind und außerdem zu unnötigen Kosten im Gesundheitssystem führen.

Daher hat die PTB zusammen mit Ärzten der Medizinischen Klinik (Innen-

PTB-Mitarbeiter bei der massenspektrometrischen Analyse von chemisch aufgearbeiteten Proteinproben

stadt) der Ludwig-Maximili-ans-Universität in München ein neuartiges Verfahren zur Messung von Proteinen im Blutserum entwickelt. Gemessen wird das Wachs-tumshormon, das auch beim Doping eine Rolle spielt. Analytische Zuverlässigkeit und Genauigkeit beruhen auf der Anwendung der Iso-topenverdünnungs-Massen-spektrometrie (IDMS). Die-ses Methodenprinzip wird seit langem zur Bestimmung von Zielwerten für die Qua-litätskontrolle diagnostischer Marker wie Cholesterin, Glucose, Kreatinin oder Ste-roidhormone angewandt – allesamt eher „kleine“ Moleküle. Die jetzige Entwicklung überträgt das Messprinzip (IDMS) von „kleinen“ organischen Molekülen auf „bio-logische“ Makromoleküle wie Proteine. Hierbei werden Aminosäureketten in klei-ne, analysetechnisch besser handhabba-re Bruchstücke aufgespalten, die jedoch noch immer lang genug sind, um unver-wechselbar als Fragmente des Mutter-proteins erkannt zu werden. Dabei macht sich die chemische Analytik Techniken der Proteomforschung, insbesondere die en-zymatische Proteinspaltung, zunutze.

Das Verfahren bietet einen ersten Schritt, um die Lücke zu schließen, die durch fehlende Zielwerte in der Qualitäts-

sicherung für Routinemessungen diag-nostischer Proteinmarker besteht.

AnsprechpartnerAndré Henrion, Fachbereich 3.1 Metrologie in der Chemie, Tel. (0531) 592-3120, E-Mail: andre.henrion@ptb.de

Wissenschaftliche VeröffentlichungArsene,C. G.; Henrion, A.; Diekmann, N.; Manolopoulou, J.; Bidlingmaier, M.: Quantifi cation of growth hormone in serum by isotope dilution mass spectrometry, Analytical Biochemistry 401(2010) 228-235. Als Vorabdruck (frei erhältlich): Nature Precedings (07.12.2009), http://hdl.handle.net/10101/npre.2009.4050.1

Primärmethode zur Messung von Proteinen und anderen „großen“ Molekülen im Blutserum

Heiße FixpunkteIn-situ-Temperaturkalibrierung von dynamischen Differenzkalorimetern oberhalb 1100 °C möglich

Um die Energieeffi zienz von Kraft-werken, Motoren sowie Anlagen der thermischen Verfahrenstechnik zu ver-bessern, sind immer höhere Prozess-temperaturen erforderlich, die aber große Ansprüche an die verwende-ten Materialien stellen. Mit bisherigen Messmethoden war es nicht möglich, die thermophysikalischen Eigenschaf-ten dieser Materialien für Temperaturen bis über 2000 °C ausreichend genau zu bestimmen. Jetzt ist es PTB-Wissen-

schaftlern zusammen mit einem Indus-triekonsortium gelungen, die Unsicher-heit der Temperaturmessung in Geräten zur dynamischen Differenzkalorimetrie mit Hilfe von Hochtemperaturfi xpunk-ten auf Werte unter 1 K zu verbessern.

Industrielle und wissenschaftliche An-wendungen bei sehr hohen Temperaturen, beispielsweise in der Kraftwerkstechnik und in der Luft- und Raumfahrttechnik bei Wie-dereintritts- und Turbinentechnologien, er-fordern eine Materialoptimierung hinsichtlich Energieeffi zienz und Zuverlässigkeit. Eine wichtige thermophysikalische Materialeigen-schaft ist dabei die spezifi sche Wärmekapa-zität. Sie wird in kommerziellen Messgeräten durch Messung einer Differenztemperatur zwischen zwei Proben mit Thermoelemen-

Besonders interessant für medizinische Analyselabore• Ärzte•

Besonders interessant für Werkstoff- und Materialwissen-• schaftlerProduktions- und Verfahrens-• techniker

Das wissenschaftliche Nachrichtenblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

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ten bestimmt. Da die Stabilität der Thermo-elemente bei Temperaturen über 1000 °C nachlässt, ist eine In-situ-Kalibrierung dieser Thermoelemente notwendig.

In einem vom BMWi geförderten Projekt entwickelt die PTB zusammen mit der Netzsch Gerätebau GmbH mit Unterstützung der TechnoTeam Bildver-arbeitung GmbH, der HTM Reetz GmbH sowie der ifa GmbH neuartige Kalibrier-fi xpunkte auf Basis eutektischer Metall-Kohlenstoff-Legierungen. In dem Projekt

ist es gelungen, die Eignung dieser Ma-terialkombinationen für Fixpunktnormale im Temperaturbereich von 1100 °C bis 2300 °C nachzuweisen. Mit diesen Fix-punkten ist jetzt eine In-situ-Temperatur-kalibrierung der differenzkalorimetrischen Apparaturen möglich.

Die Messunsicherheit der Tempe-raturmessung in der dynamischen Dif-ferenzkalorimetrie wird bei Tempera-turen bis über 1600 °C auf Werte unter 1 K verbessert. Den Nutzern werden

Einfach glattPTB kann atomar glatte Oberfl ächen zur Prüfung der besten Mikroskope herstellen

In der PTB wurden Silicium-Oberfl ä-chen hergestellt, die atomar glatt sind und sich als Referenznormale für die Oberfl ächenmesstechnik eignen. Weil sie außerdem durch monoatomar hohe, aber mikrometerbreite Stufen begrenzt sind, können sie auch zur präzisen Ka-librierung der Topographie-Messachse bei Oberfl ächenmessgeräten einge-setzt werden.

Glatte Oberfl ächen können dazu dienen, bei Oberfl ächenmessgerä-ten Abweichungen in der „Abbildung“ zu messen – zum Beispiel bei taktilen Messgeräten die Führungsfehler der Bewegungsachsen, bei Interferenzmik-roskopen die Qualität der Bezugsfl äche. Entsprechende Oberfl ächen lassen sich beispielsweise bei Endmaßen, Plan-gläsern oder Siliciumwafern mit ver-schiedenen Polierverfahren herstellen. Allerdings sind diese Oberfl ächen über größere Bereiche und auf atomarer Ska-la noch eher rauh.

Ideal wäre es, bei kristallinen, verset-zungsfreien Materialien möglichst große Flächen herzustellen, die aus einer ein-zigen Gitterebene bestehen. Begrenzt man diese atomar glatten Bereiche noch durch monoatomare Stufen mit großen Terrassenbreiten, könnte man neben der Ebenheit auch noch eine präzise Kali-brierung der Topographie-Messachse bei Oberfl ächenmessgeräten für höchste Auf-lösungen erreichen. Als Material wäre Si-licium mit atomaren Gitterabständen, also Stufenhöhen von 0,13 nm für Si(001)- bzw. 0,31 nm für Si(111)-Ebenen, gut ge-eignet.

Silicium kann man zwar versetzungs-frei herstellen, aber auf vielen Abbildungen, die mit Rastersondenmikroskopen aufge-nommen wurden, ist eine Vielzahl von Stu-fen mit Terrassenbreiten von weniger als 300 nm zu beobachten. Ursache hierfür ist die begrenzte Genauigkeit beim Ausrichten der Wafer vor dem Sägen in Bezug auf de-ren kristalline Orientierung (> 0,02°).

Mittels Tempern von Siliciumwafern im Ultrahochvakuum konnten in der PTB Oberfl ächen mit größeren stufenfreien Bereichen hergestellt werden. Begrenzt werden diese Bereiche durch eine Folge monoatomarer Stufen mit Terrassenbrei-

ten von bis zu einigen Mikrometern. Durch geeignete Behandlung der Oberfl ächen nach dem Tempern im Vakuum wächst auf den Siliciumwafern eine nur sehr dünne und homogene Oxidschicht auf, die diese Flächen gleichzeitig passiviert. Derartig hergestellte Oberfl ächen sind auch an Luft über Monate stabil und für die Ober-fl ächenmesstechnik als Referenznormale einsetzbar.

Genutzt wurden diese Oberfl ächen, um bei Rasterkraftmikroskopen Führungs-fehler der Bewegungsachsen und Effekte

diese Normale, ana-log zu den bisher genutzten Reinstme-tall-Fixpunkten, als Referenzproben zur Verfügung gestellt. Das Verfahren ist bereits zum Patent angemeldet und soll in Zukunft auch in an-

deren Apparaturen für thermophysikali-sche Materialuntersuchungen eingesetzt werden.

AnsprechpartnerKlaus Anhalt, Fachbereich 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Tel. (030) 3481-7427, E-Mail: klaus.anhalt@ptb.de

Besonders interessant für Entwickler von Rastersonden- • und anderen MikroskopenOberfl ächenmesstechniker•

Rasterkraftmikroskopische Aufnahme einer größeren, atomar glatten Ebene auf einem (111)-Siliciumwafer. Im oberen Bereich ist eine monoatomare Stufe mit einer Höhe von 0,31 nm zu sehen. Durch diese Messung sind Abweichungen im Messinstrument (hier: Scan-ner) von Bruchteilen von Nanometern deutlich zu erkennen.

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Teilchenspuren in den Zellen Mit einem neuen Nanodosimeter lässt sich die Wirkung ionisierender Strahlung im mensch-lichen Körper besser untersuchen

des optischen Detektionssystems für die Bestimmung der Cantilever-Verbiegung zu erfassen und so die Rasterkraftmikro-skope weiter zu optimieren. Bei optischen Mikroskopen zur Topographiebestimmung konnte das Aufl ösungsvermögen der To-

pographie-Messachse geprüft werden. In Zukunft wäre bei entsprechend genauer Kalibrierung auch die Nutzung als Normal zur Rückführung von Mikroskopen mög-lich.

AnsprechpartnerLudger Koenders, Fachbereich 5.1 Oberfl ächenmesstechnik, Tel. (0531) 592-5100, E-Mail: ludger.koenders@ptb.de

In der PTB entstand in Zusammenarbeit mit israelischen Kollegen ein Nanodosi-meter, mit dessen Hilfe Messgrößen ent-wickelt werden sollen, die die biologische Wirkung von ionisierender Strahlung in Zellen besser abbilden können als die zurzeit verwendeten Größen.

Um im Strahlenschutz oder in der medizinischen Strahlentherapie zu ermit-teln, wie ionisierende Strahlung auf den menschlichen Körper wirkt, verwendet man bisher Messgrößen, die auf phäno-menologischen Prozessen beruhen. Der Zusammenhang zur detaillierten mikros-kopischen Struktur der Teilchenspur, also der räumlichen Verteilung der Wechsel-wirkungsereignisse im Körper, wird in der Nanodosimetrie erforscht. Ziel ist es, lang-fristig neue dosimetrische Messgrößen zu entwickeln, die die biologische Wirksam-keit der ionisierenden Strahlung bereits beinhalten.

Zur Charakterisierung der Teilchen-spurstruktur dienen statistische Größen wie die Ionisationsclustergrößenvertei-lung. Sie gibt die Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung einer bestimmten Anzahl von Ionisationen in einem defi nierten Volumen an. In biologischen Zellen, etwa bei DNS-Segmenten mit 10 bis 20 Basenpaaren, sind das typischerweise Volumina mit Di-mensionen von einigen Nanometern. Die Wirkung von ionisierender Strahlung lässt sich in so kleinen Volumina nicht direkt messen, sondern nur mithilfe von Monte-Carlo-Simulationsrechnungen ermitteln. Um die so berechneten Ionisationscluster-größenverteilungen in kondensierter Ma-

terie (wie biologischen Zellen) mit jenen – messbaren – in makroskopischen Volu-mina von Messgasen zu verknüpfen, wur-de eine Skalierungsprozedur entwickelt.

Das in Zusammenarbeit mit dem Weizmann Institute of Science in Isra-el entwickelte Nanodosimeter dient nun dazu, den Gültigkeitsbereich dieses Skalierungsverfahrens experimentell zu überprüfen und die dafür verwendeten Monte-Carlo-Programme zu validieren. Dazu werden derzeit die Ionisationsclus-tergrößenverteilungen in verschiedenen

Messgasen für unterschiedliche Strahlenqualitäten systematisch untersucht. Die Dichte der Mess-gase ist so gewählt, dass die Gasmasse im Nachweisvolumen der Masse eines DNS-Segmen-tes entspricht. Kürzlich konnten so bereits Inkonsistenzen der in den Programmen verwendeten Stoffdaten aufgedeckt werden, die eine experimentelle Bestim-mung der entsprechenden Wir-kungsquerschnitte erforderlich machen.

Demnächst sollen Ionisa-tionsclustergrößenverteilungen für Moleküle gemessen werden, die als Bausteine in der DNS vorkommen und deshalb für die Untersuchung des Zusammen-hangs zwischen nanodosimetri-schen Größen und biologischer Wirksamkeit der Strahlung von großer Bedeutung sind. Mittel-fristig soll das Nanodosimeter zum ortsaufgelösten Nachweis des Primärteilchens weiterentwi-ckelt werden, um die Parameter der Spurstruktur zweidimensio-nal messen zu können.

AnsprechpartnerGerhard Hilgers, Fachbereich 6.6 Grundlagen der Dosimetrie, Tel. (0531) 592-6620, E-Mail: gerhard.hilgers@ptb.de

Wissenschaftliche VeröffentlichungHilgers, G.: Check of the scaling procedu-re of track structures of ionizing radiation in nanometric volumes. Rad. Meas (2010). Im Druck.

Das Nanodosimeter besteht aus einer Vakuumkammer, die mit dem jeweiligen Messgas bei einem Druck in der Grö-ßenordnung von 100 Pa befüllt wird. Ein Parallelplatten-kondensator darin weist an der Kathode eine Bohrung auf, durch die die im Gas erzeugten Ionen extrahiert werden. Ihrem Nachweis dient dann ein Teilchendetektor.

Besonders interessant für Strahlenschutz• Mediziner• Radiologen•

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Das wissenschaftliche Nachrichtenblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Kunststoffspritzen dosieren Mikroliter-genau

Galileo: Die Bodenstation erhält ihr Herzstück

PTB liefert genaue Referenzmesswerte für die Konzentration der Blutzellen

In der PTB wurde ein neuartiger Messauf-bau entwickelt, um Spritzen aus Glas und Kunststoff zu kalibrieren. Mit geeigneten Kunststoffspritzen können nun genauere Referenzmesswerte für Ringversuche zu einem wichtigen Analyseverfahren der Laboratoriumsmedizin, der Bestimmung des Kleinen Blutbildes, geliefert werden.

Hämatologische Laboratorien sind verpfl ichtet, zur externen Qualitäts-kontrolle an Ringversuchen teilzuneh-men, die von medizinischen Standesor-ganisationen veranstaltet werden. Die Aufgabe der PTB ist dabei die Lieferung von Referenzmesswerten für das Kleine

Blutbild, also die Angaben darüber, in wel-cher Konzentration die unterschiedlichen Blutzellen in einer Probe vorliegen. Solche Werte liefern den Ärzten Aufschluss über viele Krankheiten, die beispielsweise mit einer erhöhten Anzahl weißer Blutkörper-chen einhergehen. Dabei werden mithilfe eines Durchfl usszytometers die verschie-denen Zelltypen, wie etwa rote und weiße Blutkörperchen, anhand ihrer Größe und Struktur unterschieden und gezählt.

Um die Konzentration der Zelltypen in der Probe zu messen, ist eine präzise Bestimmung des Volumens der Blutpro-be entscheidend. Weil bei Glasspritzen Zellen an den Wänden der Spritze hän-genbleiben und für die Messung verloren gehen, kann beispielsweise der Zellverlust für rote Blutkörperchen bis zu 5 % betra-gen. Kunststoffspritzen aus Polypropylen zeigen wesentlich geringere Zellverluste,

wurden jedoch bisher wegen ihrer nicht bekannten Genauigkeit für die Volumen-bestimmung im Mikroliter-Bereich nicht verwendet. Die PTB-Experimente zeigen, dass die Spritzen ausgewählter Hersteller die in DIN-Normen zur Zellzählung festge-legte Unsicherheit von < 0,3 % bei einem Volumen von 10 Mikrolitern einhalten. Sie sind damit für die Präzisionsvolumenmes-sung bei der Bestimmung der Zellkon-zentrationen geeignet, sofern der Kunst-stoffkolben durch einen Aluminiumkolben ersetzt wird.

Wesentliche Merkmale des neuen Messaufbaus sind eine integrierte, neu entwickelte Verdunstungsfalle und die An-wendung eines geeigneten Messablaufs zur Korrektur der (Rest-) Verdunstung. Da-mit lassen sich Messunsicherheiten von etwa 0,1 % bei 10 µL Volumen erreichen. In Zukunft wird die Empfi ndlichkeit der An-ordnung weiter erhöht, um auch Volumina im Bereich unter einem Mikroliter mit ge-ringen Messunsicherheiten bestimmen zu können.

Ansprechpartner Stephan Reitz, Fachbereich 8.3 Biomedizinische Optik, Tel. (030) 3481-7278, E-Mail: stephan.reitz@ptb.de

Wissenschaftliche VeröffentlichungReitz, S.; Kummrow, A.; Kammel, M.; Neukammer, J.: Determination of micro-litre volumes with high accuracy for fl ow cytometric blood cell counting. Measurement Science and Technology, Vol. 21, 074006 (9pp), 2010

Die Verdunstungsfalle. Rechts: (a) Relative Messunsicherheit in Abhängigkeit vom Volumen für drei verschiedene Motor-Spritzen-Kombinationen. (b) Vergleich der Messunsicherheiten für ver-schiedene Motor-Spritzen-Kombinationen bei einer Volumenzugabe von 10 µL. Schwarze Sym-bole repräsentieren die Ergebnisse von Glasspritzen, farbige Symbole die von Kunststoffspritzen verschiedener Hersteller.

Die PTB hat ein Ensemble von Caesi-umuhren und Messgeräten an das Bo-denkontrollzentrum des zukünftigen eu-ropäischen Satellitennavigationssystems Galileo geliefert. Das Ensemble kommer-zieller Atomuhren, die von der PTB vorher auf Herz und Nieren getestet wurden, ist Teil der von der Firma Kayser-Threde ent-

wickelten Galileo Precise Timing Facility (PTF) in Oberpfaffenhofen, die um zwei Wasserstoffmaser und Einrichtungen für Zeitvergleiche ergänzt wird. Die PTF stellt die exakte Galileo-Systemzeit bereit, auf die alle an Galileo beteiligten Systeme – ob am Boden oder im Orbit – zugreifen und synchronisiert werden, beispielswei-

se zur Ausrichtung der Satelliten oder zur Kontrolle der von den Satelliten gesende-ten Zeitsignale. Im Prinzip sorgt die PTF dafür, dass alle Galileo-Komponenten eine auf viele Stellen hinter dem Kom-ma gleiche Zeit verwenden. Sie ist damit Grundlage der Nutzung der Satellitensig-nale für die Positionsbestimmung.

Besonders interessant für medizinische Laboratorien • Ärzte• Hersteller von Dosiergeräten •

Neuartiges Nockennormal

Besonders interessant für Automobilindustrie• Hersteller von Koordinaten-• messgeräten

Besonders interessant für Vakuumtechnik• Klimaforscher•

Schnelle und robuste Spurengas-Analyse

Ansprechpartner in allen Fragen des Technologietransfers Bernhard Smandek, Tel. (0531) 592-8303, E-Mail: bernhard.smandek@ptb.de, Internet: www.technologietransfer.ptb.de

Lizenzpartner gesucht

Lizenzpartner gesucht

Weitere Kooperationspartner gesucht

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Heft 2/2010

Kraft und Weg dynamisch und präzise messen

verbrauch und Verschleiß. Doch wie lässt sich die Maßhaltigkeit einer Nockenwelle zuverlässig nachweisen? In der PTB wurde hierzu mit einem Partner aus der Industrie ein Nockennormal entwickelt, über das No-ckenmessungen praxisgerecht rückgeführt werden können. In Kooperation mit weite-ren Industriepartnern sollen die Verfahren künftig für Kalibrierdienstleister angepasst werden.

AnsprechpartnerFrank Härtig, Fachbereich 5.3 Koordinatenmesstechnik, Tel. (0531) 592-5300,E-Mail: frank.haertig@ptb.de

Die Abmessungen einer Nockenwelle müs-sen exakt eingehalten werden. Schon bei einer Abweichung um wenige hundertstel Millimeter steht deren Qualität in Frage. Es steigen Schadstoff-Emmission, Kraftstoff-

Durch ein vereinfachtes Design könn-te die Produktion von Herriott-Zellen günstiger werden und die aufwendige Justierung wegfallen. In herkömmlichen

Herriott-Zellen wird Laserlicht zwischen zwei Hohlspiegeln hin und her geworfen. Problematisch war dabei, dass der Laser durch ein kleines Loch in die Zelle ein- und austreten musste. Das neue Bauteil kommt ohne das „verfl ixte“ Loch aus. Ent-sprechend robust sind Anwendung und Herstellung. Das Gerät eignet sich auch für die Cavity Ring Down Spektroskopie

(CRDS), bei der verschiedene Gasspezi-es gleichzeitig detektiert werden.

AnsprechpartnerGerardo José Padilla Viquez, Fachbereich 7.5 Kryo- und Vakuumphysik, Tel. (030) 3481-7210, E-Mail: gerardo.padilla@ptb.de

Ob im Bereich Schwingungstechnik oder im Maschinenbau: Die Messung von Kräften und Momenten ist Grundlage zahlreicher Anwendungen in Industrie und Forschung, wie zum Beispiel der Materialprüfung. Ein Problem dabei ist bisher die dynamische Kalibrierung von Prüfeinrichtungen wie etwa Werkstoffprüfmaschinen. Die Mess-größen Kraft und Weg werden häufi g nur in statischer Form, einzeln und nacheinander kalibriert. Das ist nicht nur zeitaufwendig, sondern kann zu einer großen Messunsi-cherheit bei einer dynamischen Prüfung führen. Der dynamische Kraft-Weg-Sensor, ein in der PTB entwickeltes Transfernor-

mal, kann Kraft und Weg gemeinsam und dynamisch messen, somit für eine anwen-dungsnahe In-situ-Kalibrierung eingesetzt werden. Die Ergebnisse sind rückführbar und präziser als bisher.

AnsprechpartnerRolf Kumme, Fachbereich 1.2 Festkörpermechanik, Tel. (0531) 592-1200, E-Mail: rolf.kumme@ptb.de

PatentnummerDE 10 2009 022 769.5 ; 2009-05-25

Besonders interessant für Maschinenbau• Materialprüfung•

Impressum

PTBnews 2/2010, deutsche Ausgabe, September 2010, ISSN 1611-1621 Die PTBnews sind das wissenschaftliche Nachrichtenblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Sie richten sich an Kooperationspartner der PTB in Wirtschaft, Wissenschaft und alle anderen Interessenten. Die PTBnews erschienen dreimal jährlich in einer deutschen und einer englischen Ausgabe und können kostenlos abonniert werden – entweder als Print- oder pdf-Fassung oder als beides. Abo-Formular: www.ptb.de > Publikationen > PTBnews > PTBnews abonnieren. html- und pdf-Fassung: www.ptb.de > Publikationen > PTBnews.Herausgeber: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig und BerlinRedakteure: Franz Josef Ahlers, Peter Becker, Harald Bosse, Jürgen Hartmann, Erika Schow, Jens Simon (verantwortlich), Florian Schubert, Peter UlbigLayout: Volker Großmann, Alberto Parra del Riego (Konzept)Redaktionsanschrift: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, PTB, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Tel. (0531) 592-3005, Fax (0531) 592-3008, E-Mail: ptbnews@ptb.de

Auszeichnungen

Piet O. SchmidtDer Leiter des QUEST-Instituts in der PTB erhielt auf der diesjährigen EFTF-Tagung (Eu-ropean Time and Frequency Forum) in Noordwijk, Niederlande, den Young Scientist Award für seinen Beitrag zur Entwicklung einer der derzeit genauesten Atomuhren der Welt.

Osama TerraDer Doktorand im PTB-Fachbereich 4.3 Quantenoptik und Län-geneinheit erhielt den EFTF Student Award in der Kategorie „Time-keeping, Time and Frequency Transfer, GNSS and Applications“ für die Arbeit “Optical frequency dissemination over a German wide-area network using Brillouin amplifiers”.

Matthias MüllerDer Doktorand im PTB-Fachbereich 7.1 Röntgenmesstechnik mit Synchrotronstrah-lung erhielt auf der diesjährigen European Conference on X-Ray Spectrometry (EXRS) in Figueira da Foz (Portugal) den Young spectrometrist Ph.D. Award. Damit ehrte die European X-ray Spectrometry Association (EXSA) Müllers Doktorabeit, die sich mit neuen Methoden zur quantitativen wellenlängen-dispersiven Röntgenfluoreszenz-Analyse im Bereich weicher Röntgenstrahlung am Berliner Elek-tronenspeicherring Bessy II beschäftigt.

Termine

1.9.2010 Start der Online-Registrierung für CCMP-5 – IMEKO TC165th CCM international conference on pressu-re and vacuum metrology and 4th Internati-onal Conference IMEKO TC16, 2.–5.5.2011, Ort: Berlin. Ansprechpartner: K. Jousten, Tel. (030) 3481-7262. http://ccmp-5.ptb.de

16.9.2010 Info-VeranstaltungGemeinsame Info-Veranstaltung der PTB und des Verbandes der Materialprüfungs-anstalten für die bauaufsichtlich anerkann-ten Schallschutz-Güteprüfstellen. Ort: PTB-Braunschweig, Hörsaal. Ansprech-partner: W. Scholl; M. Witwer. Tel. (0531) 592-1700, (0531) 592-1701. Veranstalter: PTB-Fachbereich 1.7

25.9.2010 „Helmholtz‘ Erben“Das Institut Berlin der PTB stellt sich im Rahmen des Berliner Wissenschafts-jahres 2010 vor (Ausstellung, Vorträge, Laborbesichtigungen). Ort: PTB-Berlin. Ansprechpartner: F. Melchert; B. Fähse. Tel. (030) 3481-7446; (030) 3481-7445. Veranstalter: Institut Berlin der PTB

27.–28.9.2010 3D micro- and nanomet-rology: Requirements and current de-velopments PTB-Seminar. Ort: PTB. Ansprechpartner: H.-U. Danzebrink. Tel. (0531) 592-5136. Veranstalter: PTB-Fachbereich 5.2

27.– 29.10.2010 Seminar NanoScale Dimensional and related measurements in the micro- and nanometre range. Ort: Hotel International Brno, Tsche-chische Republik. Ansprechpartner: L. Koenders. Tel. (0531) 592-5100, (0531) 592-5111. Veranstalter: Tschechisches Metrologie-Institut (CMI), Brno (CZ), und PTB-Fachbereich 5.1 Oberflächenmess-technik

30.10.2010 Deadline für IMEKO- Abstracts

24.11.2010 Vollversammlung Eichwe-sen. Ort: PTB Braunschweig. Vormit-tags: öffentlicher Teil, Hörsaal im Kohl-rausch-Bau. Nachmittags: Arbeitssitzung, Vieweg-Bau, Raum 134

23.11.2010 VMPA-Sitzung Fachkom-mission SchallschutzAusschusssitzung. Ort: PTB Braun-schweig, Ohm-Bau, Seminarraum 221. Ansprechpartner: W. Scholl; M. Witwer. Tel. (0531) 592-1700, (0531) 592-1701. Veranstalter: PTB-Fachbereich 1.7

22.–26.11.2010 Photometrie-SeminarOrt: PTB-Braunschweig, Einstein-Bau. An-sprechpartner: K. Stock. Tel. (0531) 592-4100. Veranstalter: PTB-Fachbereich 4.1

Weitere Informationen: www.ptb.de > Pres-se/Aktuelles > Veranstaltungskalender

Publikationen

PTBnews als pdfAb sofort können Sie die PTBnews auch als pdf-Version bekommen – entweder zusätzlich oder anstelle der gedruckten Fassung. Online-Bestellformular: www.ptb.de> Publikationen > PTBnews > PTB-news abonnieren.

PTB-Mitteilungen Heft 1/2010 Themenschwerpunkt: Interferometrie an Maßverkörperungen, Teil 1

PTB-Mitteilungen Heft 2/2010 Themenschwerpunkt: Interferometrie an Maßverkörperungen, Teil 2

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