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 Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

29.05.2017 | Physik Astronomie

Deutschlandweit erstmalig: Selbstauflösender Bronchial-Stent für Säugling

29.05.2017 | Medizintechnik

Professionelle Mooszucht für den Klimaschutz – Projektstart in Greifswald

29.05.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz