Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Licht als Werkzeug: Präsentation auf der Science Street in Leipzig

18.04.2001


... mehr zu:
»Laser »Laserlicht »Pinzette »Werkzeug »Zelle
Auf der "Science Street", die vom 19. bis 28. April im Hauptbahnhof von Leipzig stattfindet, präsentiert das Institut für Molekulare Biotechnologie (IMB) in Jena Beispiele der
Werkzeugeigenschaften von Licht. In der Abteilung Einzelzell- und Einzelmolekültechniken (Prof. Dr. Karl Otto Greulich) wird Licht nicht als Beleuchtungsquelle, sondern als eine "optische Pinzette" eingesetzt. Ähnlich wie die beiden Greifarme einer mechanischen Pinzette besteht auch die optische Pinzette aus zwei Funktionskomponenten. Mit einem relativ energiearmen Laser wird ein mikroskopisch kleines Objekt zunächst festgehalten und danach mit einem relativ energiereichen Laser bearbeitet. Die optische Pinzette kann schneiden, bohren und schweißen. Sie kann in das Innere von Zellen vordringen und ohne dass die Zelle abstirbt, auf zelluläre Strukturen einwirken.

In zahlreichen Science fiction-Filmen ist der Zuschauer immer wieder fasziniert, wenn Menschen "gebeamt" werden. Sie müssen nur in einen Lichtstrahl treten und verschwinden danach, um an irgend einem anderen Ort wieder aufzutauchen. Was im Kino noch mit Tricktechniken ausgeführt werden muß, ist im submikroskopischen Bereich allerdings schon Realität. Mikroskopisch kleine Teilchen und Strukturen können mit Hilfe von Licht bearbeitet und sogar verschoben werden. Die Ursache liegt in der Energie und damit in dem "Druck" von Licht. Dieser Druck ist minimal und ein Auto ist im direkten Sonnenlicht etwa 1 Milligramm schwerer als im Schatten. Laserlicht hat gegenüber dem natürlichen Licht den Vorteil, dass seine Lichtstrahlen nicht kegelförmig auseinander, sondern parallel verlaufen. Im Gegensatz zu einer normalen Lichtquelle verliert Laserlicht auch über weite Entfernungen kaum an Energie und ein hoher Lichtdruck bleibt erhalten. Wird die Energie von Laserlicht gesteigert, erhöht sich natürlich auch der Lichtdruck und ein Laser kann zu einem Werkzeug werden. Ein Laser mit einer Leistung von einem Watt wirkt nach einer mikroskopischen Bündelung seiner Lichtwellen und Lichtteilchen auf eine Fläche mit einem Mikrometer (10-6 Meter) Kantenlänge mit einer Kraft, die etwa 700 000 mal größer ist als die Schwerkraft der Erde. Linsensysteme können die Energie von Laserlicht konzentrieren und somit auf den Punkt bringen.

Die Größe des Arbeitspunktes einer optischen Pinzette wird durch die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts vorgegeben. Das Mikroskop hat dabei die Aufgabe, alle Energie zu bündeln und auf den Punkt zu bringen. Durch eine solche extreme Fokussierung bleibt eine Zelle unbeeinträchtigt, denn alle Energie sammelt sich in einem gewünschten Arbeitspunkt innerhalb der manipulierten Zelle und entfaltet erst dort Wirkungen. Es kann dann geschnitten, verschoben oder verschweißt werden. Der Zellforscher "operiert" mit Licht an der lebenden Zelle. Wie für den Chirurgen das Skalpell aus Edelstahl ein unverzichtbares Werkzeug darstellt, wird die optische Pinzette für den Zellchirurgen zu einem "Lichtskalpell". Zelluläre Schädigungen lassen sich reparieren. Winzige Strukturen und Wirkstoffe können in Zellen hinein und auch wieder herausgeschoben werden, und unterschiedliche Zellen sind sogar für eine Verschmelzung zu einer einzigen Zelle zugänglich.

Eines der wichtigsten zukünftigen Arbeitsgebiete der optischen Pinzette wird die Gentechnologie und insbesondere die Genreparatur sein. Sind zum Beispiel krankheitsauslösende Gene bekannt, kann die optische Pinzette sie aus dem Chromosom herausschneiden und ihre schädlichen Wirkungen beseitigen. Mit Hilfe von Licht lassen sich einzelne Chromosomen "operieren", und Gene werden von Zellen importiert oder auch exportiert.

Mit wachsendem Energiegehalt könnte Laserlicht in Zukunft auch mit dem Auge sichtbare Strukturen bearbeiten und sogar verschieben. Entscheidend ist allein, daß Energie auf den Punkt gebracht wird, und eine sehr hohe Energie kann natürlich auch einen extrem vergrößerten Arbeitspunkt zur Folge haben. Bei zahlreichen Weltraumabenteuern wird im Kino bereits mit der Lichtenergie von Laserkanonen geschossen und zerstört. Gigantische "optische Pinzetten" könnten sogar zwischen den Sternen defekte Raumschiffe" an den Haken nehmen" und sie abschleppen.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Karl Otto Greulich
Institut für Molekulare Biotechnologie
Abt. Einzelzell- und Einzelmolekültechniken
Beutenbergstraße 11, 07745 Jena
Tel. (03641) 65 6400
Fax: (03641) 65 6410
E-Mail: kog@imb-jena.de

Dr. Manfred Reitz
Tel. (03641) 65 6102
Fax: (03641) 65 6110
E-Mail: mreitz@imb-jena.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Dr. Ulrike Wagner | idw

Weitere Berichte zu: Laser Laserlicht Pinzette Werkzeug Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit den Augen der Biene: Zoologe der Uni Graz entwickelt Verfahren zur Verbesserung dunkler Bilder
11.12.2017 | Karl-Franzens-Universität Graz

nachricht Molekulare Chaperone als Helfer gegen Chorea-Huntington identifiziert
11.12.2017 | Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)

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: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Im Focus: Towards data storage at the single molecule level

The miniaturization of the current technology of storage media is hindered by fundamental limits of quantum mechanics. A new approach consists in using so-called spin-crossover molecules as the smallest possible storage unit. Similar to normal hard drives, these special molecules can save information via their magnetic state. A research team from Kiel University has now managed to successfully place a new class of spin-crossover molecules onto a surface and to improve the molecule’s storage capacity. The storage density of conventional hard drives could therefore theoretically be increased by more than one hundred fold. The study has been published in the scientific journal Nano Letters.

Over the past few years, the building blocks of storage media have gotten ever smaller. But further miniaturization of the current technology is hindered by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn

11.12.2017 | Physik Astronomie

Kaskadennutzung auch bei Holz positiv

11.12.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

Meilenstein in der Kreissägetechnologie

11.12.2017 | Energie und Elektrotechnik