Neues Verfahren verdoppelt die Auflösung in der Fluoreszenz­mikroskopie

Göttingen – Moderne Mikroskopiemethoden habe die von Ernst Abbe formulierten Grenzen der Lichtmikroskopie überschritten, das heißt, sie sind nicht durch die Wellenlänge des sichtbaren Lichts begrenzt. Diese Verfahren arbeiten unter anderem mit Fluoreszenzfarbstoffen, die sich durch Licht bestimmter Wellenlängen anregen lassen. Sie stoßen allerdings oft an ihre Grenzen, wenn es darum geht, schnelle Veränderungen zu erkennen oder zu beobachten, was in tiefen Gewebeschichten passiert.

Göttinger Forschern ist es nun gelungen, die Auflösung in der Fluoreszenzmikroskopie zu verdoppeln, ohne dabei Kompromisse hinsichtlich der Geschwindigkeit oder andere Einschränkungen hinnehmen zu müssen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Methods veröffentlicht (2017; doi: 10.1038/nmeth.4467).

„Unser Verfahren verbessert die Leistungsfähigkeit konventioneller Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskope durch eine Erweiterung des Lichtweges. Durch diese Erweite­rung können wir das Bild vergrößern, ohne gleichzeitig die Größe der Lichtpunkte zu verändern, aus denen es zusammengesetzt ist. Dadurch wird die gegenseitige Über­lappung der Punkte minimiert und das Bild geschärft“, erläutert Erstautor Ingo Gregor vom Dritten Physikalischen Institut der Universität Göttingen, der zudem am Göttinger Exzellenzcluster und Forschungszentrum für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) forscht. 

Die modular aufgebaute Erweiterung kann laut den Autoren mit vergleichsweise geringem Aufwand in die Mikroskope eingebaut werden. „Damit wird Forschern in sehr naher Zukunft ein stark verbessertes Hilfsmittel zur Verfügung stehen, um zum Beispiel Prozesse im Gehirn oder in Tumoren zu untersuchen“, so Gregor. Das Forscherteam hat für sein Verfahren eine Patentanmeldung eingereicht.

Der Physiker Ernst Abbe hatte 1873 formuliert, dass die Auflösung von Lichtmikros­kopen auf die halbe Wellenlänge des Lichts begrenzt ist – also auf etwa 200 Nano­meter. Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen zeigte mit der von ihm 1994 erdachten und fünf Jahre später experimentell umge­setzten STED-Mikroskopie, dass sich diese Grenze überwinden lässt. 

STED und seine Nachfolger erreichen in der Praxis eine Trenn­schärfe von etwa 20 bis 30 Nanometern. Für die Entwicklung dieser ultrahochauf­lösen­den Lichtmikroskopie-Techniken wurden Hell, Eric Betzig und William Moerner im Jahr 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

hil