Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Bakterium in der Laser-Falle

04.10.2012
Freiburger Forscher entwickeln einen Lichtschlauch, der kleinste Einzeller greif- und sichtbar macht

Wissenschaftler vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg haben eine neuartige optische Falle konstruiert, die mittels eines Lasers sehr kleine, längliche Bakterien festhalten und abscannen kann. So haben die Physiker Prof. Dr. Alexander Rohrbach und Matthias Koch eine Art Lichtschlauch erzeugt, in dem die agilen Einzeller gefangen werden.


Bei der neuartigen optischen Pinzette der Freiburger Forscher kann ein kleines, spiralförmiges Bakterium mittels eines schnell bewegten fokussierten Laserstrahls festgehalten und detailliert abgebildet werden. Im Hintergrund ist eine Aufnahme mit einem herkömmlichen Mikroskop zu sehen, auf der das optisch gefangene Bakterium nur schemenhaft zu erkennen ist.

Grafik: Universität Freiburg

Bisher war es mit optischen Pinzetten nur möglich, Bakterien an einem Punkt ihres Körpers festzuhalten, ohne jedoch ihre Lage verändern zu können. Die Freiburger Forscher konnten nun durch den sich schnell bewegenden fokussierten Laser gleichmäßig verteilte Kräfte auf das Bakterium ausüben, welches seine komplexe Form fortlaufend ändert. Gleichzeitig gelang es, durch die Messung von kleinsten Ablenkungen der Lichtteilchen am gefangenen Bakterium seine Bewegungen in sehr schnellen, dreidimensionalen Bildfolgen aufzuzeichnen. Dies berichtet das Team in der aktuellen Online-Ausgabe von „Nature Photonics“.

In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler so genannte Spiroplasmen. Diese spiralförmigen Bakterien sind mit 200 Nanometern Durchmesser nur so dick wie circa 1.000 Atome. Da sie keine feste Zellwand besitzen, können sie sich rasant verformen und dadurch fortbewegen. Herkömmliche Lichtmikroskope können diese Bakterien aufgrund ihrer geringen Größe und schnellen Bewegungen nicht ausreichend gut abbilden. Mit der neu entwickelten optischen Falle konnten die Biophysiker das Bakterium mit Lichtkräften über seine ganze Länge festhalten und ausrichten.

Eine wichtige Eigenschaft von Laserlicht ist die Fähigkeit, dass sich überlagernde Lichtteilchen in ihrer Helligkeit erhöhen oder auslöschen können. Wenn Licht auf das Bakterium trifft und von ihm abgelenkt wird, überlagert es sich mit nicht abgelenktem Licht und wird dadurch verstärkt. Dadurch können dreidimensionale Aufnahmen nicht nur mit hohem Kontrast, sondern auch mit erhöhter Auflösung erzeugt werden. Somit ist es möglich, bis zu 1.000 dreidimensionale Aufnahmen in der Sekunde zu machen und die schnellen Bewegungen des Bakteriums detailliert zu erfassen, die die Forscher in einem Film festgehalten haben.

„Dies ist physikalisch faszinierend, da die Bewegungen der Bakterien mit extrem kleinen Energieveränderungen verbunden sind, die normalerweise kaum zu messen sind“, sagt Rohrbach, der Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS, des Zentrums für Biologische Signalstudien der Universität Freiburg, ist. Dies mache die Erfindung zu einem praktischen Werkzeug für die Grundlagenforschung. „Das biologisch Reizvolle sind die Signale, die das Bakterium durch seine Formveränderungen nach außen trägt, weil es damit Hinweise auf molekulare Vorgänge in seinem Inneren gibt – beispielsweise als Reaktion auf Stresszustände, in die das Bakterium versetzt wird.“

Mit dieser Methode wollen die Freiburger Wissenschaftler in Zukunft das Verhalten und die Zellmechanik von weiteren Bakterien untersuchen, die keine Zellwand besitzen und daher nur schwer mit Antibiotika bekämpft werden können. Diese Studien könnten somit helfen, bakterielle Infektionskrankheiten besser zu verstehen.

Originalpublikation:
M. Koch, A. Rohrbach. Object-adapted optical trapping and shape-tracking of energy-switching helical bacteria. Nature Photonics, 2012.

http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.232 - Originalpublikation

Kontakt:
Alexander Rohrbach
Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK)
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-7536
E-Mail: rohrbach@imtek.de

Rudolf-Werner Dreier | Uni Freiburg
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.232
http://www.uni-freiburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie