Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das schnellste Nanoskop der Welt

29.07.2015

Forscher um Stefan Hell am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) haben die Aufnahmegeschwindigkeit der hochauflösenden optischen STED-Nanoskopie extrem gesteigert. Ihre nun in „Nature Methods“ publizierten Ergebnisse zeigen erstmals, dass Aufnahmen mit bis zu 1000 Bildern pro Sekunde möglich sind. Damit sind hochauflösende Videos mit Zeitschritten von Millisekunden möglich, zum Beispiel von Transportvorgängen in lebenden Nervenzellen oder von Viren, die vor dem Eintritt in die Zelle zunächst deren Oberfläche erkunden, wie die Forscher in ersten Anwendungsbeispielen zeigen.

Die Lichtmikroskopie ist eine der wichtigsten Methoden der modernen biomedizinischen Forschung. Mit Hilfe der Fluoreszenz können Biomoleküle gezielt markiert und dann direkt beobachtet werden, auch in lebenden Zellen und Geweben.


Ultraschnelle STED-Nanoskopie von EGFP-markierten Vesikeln im Neuron der lebenden Larve einer Drosophila melanogaster (Taufliege) mit 8 Millisekunden Zeitauflösung. Der rote Pfeil zeigt auf ein sich schnell bewegendes Vesikel (bis zu 1.8 µm/s), das ein anderes, ebenfalls mobiles Vesikel (weißer Pfeil) überholt. Skalenbalken: 1 µm. | © Jale Schneider und Jasmin Zahn, Abteilung Optische Nanoskopie, Deutsches Krebsforschungszentrum

Seit einigen Jahren wachsen die Möglichkeiten dieser Technik rasant an, da die sogenannte Beugungsgrenze der Auflösung in der klassischen optischen Mikroskopie dank neuer Ansätze überwunden werden kann. Auch mit Licht werden nun Objekte im Nanometerbereich sichtbar – die Auflösung nähert sich damit immer mehr der des Elektronenmikroskops.

Nachdem der Nobelpreis in Chemie 2014 „für die Entwicklung der super-auflösenden Fluoreszenzmikroskopie“ mit Stefan Hell den Pionier dieser Entwicklung ehrte (den Preis erhielt er zusammen mit seinen amerikanischen Kollegen Eric Betzig und W.E. Moerner), wollte Hell neben der räumlichen Auflösung auch die zeitliche an die Grenzen des Möglichen führen.

Eine hohe zeitliche Auflösung ist immer dann wichtig, wenn Vorgänge so schnell ablaufen, dass nur mit einer ganzen Serie von Bildern zu erkennen ist, was im Detail vor sich geht. Dauert das einzelne Bild zu lange, verwischt die Bewegung wie bei der fotografischen Aufnahme eines schnellen Autos mit zu langer Belichtungszeit. Idealerweise nimmt man möglichst schnell eine hohe Zahl von Bildern in direkter Abfolge auf.

Während ihrer Doktorarbeit bei Stefan Hell entwickelte Jale Schneider unter Betreuung von Johann Engelhardt ein neues, technisch anspruchsvolles Verfahren, mit dem die Laserstrahlen in der STED-Methode die Probe in bisher nicht gekannter Geschwindigkeit abtasten können – in den beschriebenen Experimenten bewegt sich der Laserfokus 4000 mal schneller als bisher. Das rapide aufgebaute Bild macht diesen STED-Ansatz zum derzeit mit Abstand schnellsten Nanoskopie-Verfahren weltweit.

So konnten hochaufgelöste Aufnahmen von schnell ablaufenden dynamischen Vorgängen gewonnen werden: Darunter die Bewegung von Vesikeln in Nervenzellen von Fliegenlarven (siehe Bild) und von AIDS-Viruspartikeln vor und während der Aufnahme in die Zelle. Diese Anwendungsbeispiele gehen auf den langjährigen intensiven Austausch von Hells Heidelberger Arbeitsgruppe mit den Labors von Hans-Georg Kräusslich (Universitätsklinikum Heidelberg) und Stephan Sigrist (Freie Universität Berlin) zurück.
Die konsequente Weiterentwicklung von STED und verwandten Technologien sowie ihre Anwendung in der medizinischen Forschung ist Hauptziel der Abteilung Optical Nanoscopy am Heidelberger DKFZ. Stefan Hell ist außerdem Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen.

J. Schneider, J. Zahn, M. Maglione, S.J. Sigrist, J. Marquard, J. Chojnacki, H.-G. Kräusslich, S.J. Sahl, J. Engelhardt, S.W. Hell: Ultrafast, temporally stochastic STED nanoscopy of millisecond dynamics. Nature Methods 2015, 10.1038/nmeth.3481

Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Krebsinformationsdienstes (KID) klären Betroffene, Angehörige und interessierte Bürger über die Volkskrankheit Krebs auf. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg hat das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg eingerichtet, in dem vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik übertragen werden. Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums ist ein wichtiger Beitrag, um die Chancen von Krebspatienten zu verbessern. Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren.

Ansprechpartner für die Presse:

Dr. Stefanie Seltmann
Leiterin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42-2854
F: +49 6221 42-2968
E-Mail: S.Seltmann@dkfz.de

Dr. Sibylle Kohlstädt
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42 2843
F: +49 6221 42 2968
E-Mail: S.Kohlstaedt@dkfz.de

E-Mail: presse@dkfz.de

Weitere Informationen:

http://www.dkfz.de

Dr. Stefanie Seltmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Usutu-Virus verringert Amselpopulation im Ausbruchsgebiet
22.11.2017 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

nachricht 26 neue Zwergfrösche aus Madagaskar
22.11.2017 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Autonomes Fahren – und dann?

22.11.2017 | Verkehr Logistik

Material mit vielversprechenden Eigenschaften

22.11.2017 | Materialwissenschaften

Forscherteam am IST Austria definiert Funktion eines rätselhaften Synapsen-Proteins

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie