AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 5/2010

Mikroskopie Liveschaltung ins Mäusehirn

Eine neue Generation hochauflösender Lichtmikroskope revolutioniert die Biologie: Erstmals können die Forscher auch molekulare Strukturen in lebenden Zellen beobachten.

C.A. Wurm/ S. Jakobs/ MPI für biophysikalische Chemie

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Stefan Hell, Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, hat zum Geburtstag ein Mikroskop bekommen. Seine knapp fünfjährigen Zwillingssöhne haben es gebastelt, mit einer Taschenlampe als Lichtquelle.

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Heft 5/2010
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Im Keller seines Instituts steht ein anderes Mikroskop, und darauf ist Hell fast ebenso stolz. Geschützt ist es durch eine Lichtschleuse, die verhindert, dass Besucher unvermittelt hereinplatzen und die empfindlichen Messungen stören, denn die brauchen beinahe völlige Dunkelheit.

Es handelt sich um ein sogenanntes Sted-Mikroskop, und Physiker Hell, 47, hat es selbst erfunden. Der besondere Clou: Eigentlich dürfte es dieses Gerät gar nicht geben.

"Ich wollte etwas Cooles machen, womit die Welt nicht rechnet", erklärt Hell. Schon als Doktorand an der Uni Heidelberg hatte er sich in den Kopf gesetzt, ein scheinbar allgemein geltendes Gesetz der Optik zu überlisten.

Erstmals formuliert im Jahre 1873, ist es unter dem Namen Abbe'sche Theorie fast in jedem Physik-Lehrbuch zu finden. Es beschreibt die Grenze optischer Mikroskope: Bei 200 Nanometer Auflösung - das ist ein fünftausendstel Millimeter - ist Schluss. Punkte, die näher zusammenliegen, verschmelzen selbst im leistungsstärksten Lichtmikroskop zu einem verwaschenen Fleck.

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Sted-Mikroskopie: Scharfer Blick in die Nanowelt

Die molekulare Welt im Innern der Zellen, so glaubte man auch noch gut hundert Jahre nach Ernst Abbe, bleibt dem Lichtmikroskop damit für immer verborgen. Mit modernen Elektronenmikroskopen kann man zwar sogar 0,1 Nanometer kleine Strukturen sichtbar machen, doch mit solchen Geräten können die Lebenswissenschaftler nur totes Gewebe untersuchen: Elektronenmikroskope funktionieren nur im Vakuum, und die Proben müssen dauerhaft fixiert sein.

Weniger als zehn Nanometer große Details sind nun sichtbar

Das grundlegende Problem aller optischen Mikroskope ist das Licht: Es schwingt, je nach Farbe, mit einer Wellenlänge von einigen hundert Nanometern. Objekte, die deutlich kleiner sind, bleiben stets unscharf.

Hell beschloss nun, in völliger Finsternis mit einem extrem feinen Lichtstrahl über seine Probe hinwegzustreichen. Punkt für Punkt wollte er sie so zum Leuchten bringen und anschließend aus all diesen Punkten das Mikroskopbild zusammensetzen.

Gelöst hatte er das Dilemma damit allerdings noch nicht. Die Kunst bestand nun darin, einen Scheinwerfer zu bauen, der möglichst punktgenau strahlt. Und auch hier stand Hell die Physik im Wege: Stärker als auf die halbe Wellenlänge lässt sich Licht selbst im besten Laser nicht bündeln.

Und doch ist es dem Forscher gelungen, die Natur zu überlisten: In raffinierter Weise legte er zwei Lichtstrahlen so übereinander, dass der eine die Wirkung des anderen zu einem großen Teil auslöscht. So kann Hell inzwischen sogar weniger als zehn Nanometer große Details sichtbar machen.

Vor gut zwei Jahren brachte Leica Microsystems das erste kommerzielle Sted-Mikroskop auf den Markt. "Das ist unser Flaggschiff-Produkt", erklärt Stefan Traeger, verantwortlich für den Bereich Life Science bei Leica.



insgesamt 15 Beiträge
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Cienne 05.02.2010
1. Cool
Sowas liest man doch gerne :) Hoffentlich können sie dadurch "fiese" Krankheiten effizienter bekämpfen.
kikolo, 05.02.2010
2. wo die guten
ach das ist ja sehr interessant ...da koennen wir vielleicht endlich mal sehen wie diese seltsame entscheidungen und gesetze in den hirnen unserer regierungen zustande kommen... wo die lobbies sitzen ...wo die kriminellen und wo die guten..
Robert Hut, 05.02.2010
3. Respekt!
Das ist es, worum es geht: scheinbar unmögliches machbar machen. Ach, könnte sich unsere Regierung nicht an solchen Menschen ein Vorbild nehmen?
gerd33 05.02.2010
4. Ein leuchtendes Beispiel ....
... dafür, dass als allgemeingültig und unumstößlich angesehene "Naturgesetze" doch zu überlisten sind. Weitere werden sicher folgen. Wie war das doch noch mit dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik?? Sagt niemals "nie"!
joachim84 05.02.2010
5. Irrefürende Titelunterschrift
"Eigentlich dürfte es die Geräte nach den Gesetzen der Physik gar nicht geben." Das klingt so, als wäre hier ein fundamentales Gesetz der Physik überlistet worden. Das ist aber gar nicht der Fall, weil ja eine andere Methodik [1] zum Einsatz kommt als bei der Fluoreszenz-Laser-Raster-Mikroskopie. Das Abbe'sche Gesetz ist fürs "herkömmliche" Anregen einer Fluoreszenz weiterhin gültig. [1] http://de.wikipedia.org/wiki/STED-Mikroskop
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