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Neues Mikroskop löst bis zur Nanometer­ebene auf

Montag, 9. Januar 2017

Mit dem MINFLUX-Mikroskop lassen sich erstmals Moleküle optisch trennen, die nur wenige Nanometer voneinander entfernt sind. /Klaus Gwosch, MPI für biophysikalische Chemie

Göttingen – Forscher um Nobelpreisträger Stefan Hell vom Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie in Göttingen haben ein neues Fluoreszenzmikroskop ent­wickelt, mit dem sich Moleküle trennen lassen, die nur Nanometer voneinander entfernt sind. Das Mikroskop ist damit mehr als einhundert Mal schärfer als herkömmliche Licht­mikroskope.

„Mit diesem Verfahren wird es in Zukunft möglich sein, Zellen molekular zu kartogra­fieren und schnelle Vorgänge in ihrem Inneren in Echtzeit sichtbar zu machen. Das könnte un­ser Wissen über die molekularen Abläufe in lebenden Zellen revolutionieren“, sagte Hell, Direktor am MPI für biophysikalische Chemie. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Science er­schienen (2016; doi: 10.1126/science.aak9913).

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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. Hell zeigte mit der von ihm 1994 erdachten und fünf Jahre später experimentell umge­setzten sogenannten STED-Mikroskopie, dass sich diese Grenze überwinden lässt. STED und das ein paar Jahre später entwickelte PALM/STORM 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.

Hell hatte nun die Idee, die Stärken beider Techniken in einem neuen Konzept zu verbin­den. Das neue Verfahren namens „MINFLUX“ schaltet – wie PALM/STORM – einzelne Mo­leküle zufällig an und aus. Gleichzeitig bestimmt es aber – wie STED – deren exakte Position mit einem Donut-förmigen Laserstrahl, der im Gegensatz zu STED nicht zum Ab­regen, sondern zum Anregen der Fluoreszenz benutzt wird. Liegt das Molekül auf dem Do­nut-Ring, so leuchtet es; liegt es exakt in seinem dunklen Zentrum, so leuchtet es nicht, doch man hat seine genaue Position gefunden.

Neben der molekularen Auflösung bietet die Kombination von STED und PALM/STORM einen weiteren Vorteil: Sie ist sehr schnell. Bereits mit STED konnte man Echtzeitvideos aus dem Inneren lebender Zellen aufnehmen. Doch nun sei es möglich, die Bewegung von Molekülen in einer Zelle mit einer 100 Mal besseren zeitlichen Auflösung zu verfol­gen, hieß es aus der Arbeitsgruppe. Die Forscher sind überzeugt, dass sich zukünftig selbst extrem schnelle Abläufe in lebenden Zellen untersuchen lassen – etwa die Be­we­gung zellulärer Nanomaschinen oder die Faltung von Proteinen. © hil/aerzteblatt.de

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