Von Dr. Doğan D. Demircioğlu
Nanoskopie? Nie gehört. Liegt sicherlich darin, dass diese hochauflösenden Mikroskope eine noch relativ junge Entwicklung sind.
Mikroskope gehören zu den bahnbrechendsten Erfindungen der Neuzeit. Ohne diese Geräte wären zahlreiche Entdeckungen innerhalb der Biologie nicht möglich gewesen. Mit Hilfe der u.a. durch niederländische Linsenmacher Ende des 16. Jahrhunderts entwickelten ersten Lichtmikroskope, deren Linsen durch den ebenfalls niederländischen Naturforscher Antoni Van Leeuwenhoek stark verbessert wurden, konnten zum ersten Mal Einzeller (sogenannte Protozoen), aber auch Bakterien sichtbar gemacht und somit in die geheimnisvolle Welt des Mikrokosmos eingetaucht werden.
Technisch gesehen machen Mikroskope nichts anderes als das Licht, welches sich seinen Weg durch ein Objekt bahnt, durch die spezielle Anordnung von diversen Linsen zu brechen und dadurch zu vergrößern. Wer mehr zu den physikalischen Prinzipien der Lichtmikroskope erfahren möchte, der kann dies sehr verständlich beschrieben hier nachlesen.
Allerdings sind klassische Lichtmikroskope physikalischen Grenzen bezüglich der optischen Auflösung unterworfen, dem sogenannten Abbe-Limit. Dieses begrenzt die mögliche optische Auflösung eines klassischen Lichtmikroskops. Will man also zwei nebeneinander liegende Punkte als einzelne Punkte wahrnehmen, so dürfen diese nicht näher als die halbe Wellenlänge des genutzten Lichts zusammenliegen. Da blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400 Nanometern (nm) die unterste Grenze des Lichtspektrums darstellt, welches wir wahrnehmen können, liegt das Abbe-Limit somit bei 200 nm.
Das Überwinden dieser Grenze aber würde ungeahnte neue Erkenntnisse aus Gebieten wie der Zellbiologie oder Chemie liefern, wäre es doch dann möglich Moleküle in Echtzeit beobachten zu können. Genau dies hatten Forscher um Prof. Dr. Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie und seine US-Kollegen Eric Betzig und William Moerner durch die Entwicklung des STED-Mikroskops möglich gemacht, wofür sie dann auch den Nobelpreis für Chemie im Jahre 2014 bekamen. Auflösungen bis zu 20 nm und live Bilder aus dem Inneren einer Zelle wurden nun möglich. Wie genau die fluoreszenz-basierte STED-Mikroskopie funktioniert veranschaulicht dieses sehr informative Video der Max-Planck-Gesellschaft.
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Im Prinzip sehr simpel: möchte man bestimmte Moleküle hochaufgelöst beobachten, so markiert man diese zuerst mit einem Fluoreszenz-Farbstoff, welcher an dieses Molekül bindet und bei Bestrahlung mit einem Laser in einer bestimmten Farbe aufleuchtet. Liegen die Moleküle nun jedoch sehr nah beieinander, so leuchten sie nun natürlich alle auf, was aber zu einem einzigen Lichtfleck führt und man nichts erkennt.
Der Trick ist nun einige der Moleküle wieder auszuknipsen und somit die Intensität der noch übrig gebliebenen Moleküle zu senken und somit die Auflösung zu erhöhen. Erreicht wird dies durch einen zweiten, doghnut-förmigen Laser, sprich einem Laser, der ringförmig strahlt und die in der Mitte des Lasers befindlichen Moleküle unberührt, sprich angeknipst lässt. Ein geniales Prinzip.
Dank Wissenschaftlern wie den zuvor genannten und vielen anderen, die Ihre Zeit in die Verbesserung der sogenannten Nanoskopie steckten, erlebte die Grundlagenforschung einen enormen Aufwind. Da Stillstand Wissenschaftlern fremd ist, ging auch die Entwicklung der Nanoskopie weiter. Mit dem MINFLUX getauften System, an dem ebenfalls Prof. Hell beteiligt ist, geht die Reise weiter in die Tiefen des Mikrokosmos, nun auf unfassbare 2.1 nm bzw. 1.2 nm Auflösung.
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