Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schärfere Bilder aus dem Inneren einer Zelle

22.05.2001


Durchbruch der Auflösungsgrenze im Lichtmikroskop - Helmholtz-Preis für zwei Göttinger Wissenschaftler

... mehr zu:
»Lichtmikroskop »Molekül »Zelle

Seltsame Landschaften aus den buckeligen Oberflächen einzelner Atome - solche Bilder gehören dank der Rastersondenmikroskopie in der Physik zum Stand der Technik. In der biologischen und medizinischen Forschung spielt dagegen das klassische Lichtmikroskop noch immer eine überragende Rolle, denn es bietet zwei Vorteile: Es zerstört lebende Zellen nicht und ermöglicht auch Einblicke in tiefere Gewebeschichten. Das Problem, dass es sich bisher nur für die Betrachtung relativ grober Strukturen eignete, haben Stefan W. Hell und Thomas A. Klar vom Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie nun gelöst: Sie entwickelten ein Verfahren, mit dem es möglich ist, mit dem Lichtmikroskop auch kleinste Strukturen im Inneren einer Zelle detailreich zu erkennen. Für diese entscheidende Verbesserung der Messtechnik erhalten die beiden Forscher den diesjährigen Helmholtz-Preis.

Ob in der Biotechnologie oder der Medizin - wer lebende Zellen erforscht, steht (bisher) stets vor demselben Dilemma: Um feinste Strukturen zu erkennen, eignen sich nur die modernen Röntgen-, Elektronen- oder Rastersondenmikroskope. Aber beim Elektronenmikroskop bleiben die Elektronen nach einigen Mikrometern in der Probenoberfläche stecken, und die Rastersondenmikroskope sind grundsätzlich nur Oberflächenverfahren. Man behilft sich damit, Zellen zu präparieren und in hauchdünne Schichten zu schneiden, um aus einer Vielzahl von Schnittaufnahmen die Zelle zu rekonstruieren. Doch lebende Zellen lassen sich so nicht beobachten. Das gilt auch für das Röntgenmikroskop, dessen hochenergetische Strahlen zwar tiefer ins Gewebe eindringen, aber die Zelle bei der ersten Belichtung abtöten.


Bleibt also nur das Lichtmikroskop, mit dem sich das Zellinnere schonend erkunden lässt. Aber die Wellennatur des Lichts verhindert, dass das Licht feiner als eine halbe Wellenlänge fokussiert werden kann. Deshalb lassen sich so nur Strukturen bis zu einer Größe von rund 250 Nanometern deutlich erkennen. Für viele Zellbestandteile (wie den Golgi-Apparat, Chloroplasten in Pflanzen oder die bei der Nervenkommunikation entscheidenden Vesikel) reicht die Auflösung nicht aus.


Das neue Verfahren von Stefan Hell und Thomas Klar umgeht diese Beschränkung und macht damit den Weg frei für ganz neue Einsatzmöglichkeiten eines Lichtmikroskops. Es beruht auf dem Prinzip der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie. Dabei fokussiert man (Laser-) Licht durch das Objektiv eines Mikroskops. Die getroffenen Moleküle werden zur Fluoreszenz angeregt. Aus der Fluoreszenzstrahlung, die sich mit einem Detektor auffangen lässt, kann dann durch Rasterung ein 3-D-Bild der Zelle erstellt werden. Das Problem liegt nun darin, dass das Laserlicht beim Weg durch das Objektiv gebeugt wird. Die Folge: Der fluoreszierende Teil der Moleküle bekommt einen unscharfen Rand, den Hell und Klar mit einem Trick quasi "abrasieren": Mit einem zweiten intensiven Laserstrahl passender Wellenlänge, der zudem einen ringförmigen Fokus erzeugt, werden die Moleküle im Randbereich des Fokus am Fluoreszieren gehindert. Dieses "Abregen durch Licht" funktioniert nur, wenn es schneller als die Fluoreszenz erfolgt, also innerhalb von wenigen Pikosekunden abgeschlossen ist. Die Wissenschaftler setzen sogar noch kürzere Pulse von nur 280 Femtosekunden Dauer ein.

Das neue Verfahren erlaubt im Prinzip Auflösungen bis in den molekularen Bereich. So können schärfere und damit informativere 3-D-Bilder aus dem Inneren einer Zelle entstehen. Außerdem lässt sich die Ultrakurzzeitdynamik biochemischer Abläufe in Zellen und Zellverbänden erfassen. In Zukunft könnte es auch dazu beitragen, optische Speicher mit höherer Dichte zu entwickeln oder noch feinere Strukturen bei Mikrochips zu realisieren.



Dipl.-Journ. Erika Schow | idw

Weitere Berichte zu: Lichtmikroskop Molekül Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise