Ashburn. Forscher um Nobelpreisträger entwickeln neue Mikroskopietechnik. Sie ist zudem sehr schnell

Eine ausgefeilte Mikroskopiertechnik liefert Live-Bilder aus lebenden Zellen mit zuvor unerreichter Detailschärfe. Die Entwickler um Nobelpreisträger Eric Betzig vom Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (US-Staat Virginia) können mit ihrem Verfahren noch 62 Nanometer kleine Details erkennen und eine Aufnahme in einer Drittelsekunde machen, wie das Institut mitteilt. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter. Die Wissenschaftler stellen ihr Supermikroskop im Fachblatt „Science“ vor.

Für gewöhnliche optische Mikroskope gilt eine universelle Grenze der Detailschärfe: Nach den Gesetzen der klassischen Optik lassen sich keine Strukturen mehr erkennen, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts. So ergibt sich eine klassische Auflösungsgrenze von etwa 200 Nanometern für optische Mikroskope. Mit verschiedenen Tricks ist es Forschern jedoch gelungen, diese Grenze zu durchbrechen. Supermikroskope nutzen durch geschickte Beleuchtung und Fluoreszenztechniken optische Überlagerungseffekte, sogenannte Interferenzen, um daraus feinere Details rechnerisch zu rekonstruieren.

Für die Entwicklung solcher Techniken waren die US-Forscher Betzig und William Moerner sowie der Deutsche Stefan Hell im vergangenen Jahr mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet worden. Betzig hat mit seinem Team nun die sogenannte SIM-Technik (Structured Illumination Microscopy) auf zwei Weisen verbessert. Zum einen nutzten sie ein Objektiv mit besonders großer Blendenöffnung. Zum anderen verbesserten sie ein Verfahren, das fluoreszierende Markierungen in der Zelle verwendet. Diese fluoreszierenden Marker, künstlich eingebrachte Proteine, lassen sich mit Licht ein- und ausschalten. Bisher wurden für eine verbesserte Auflösung alle Marker auf einmal eingeschaltet und gleich darauf die meisten wieder ausgeschaltet. Nur die Marker im dunkelsten Bereich der ausschaltenden Lichtwelle fluoreszierten weiter. Mindestens 25 solcher Aufnahmen waren nötig, um ein detailscharfes Bild zu generieren.

So lässt sich zwar die Auflösung steigern, aber das Verfahren ist nicht sehr schnell, wie Betzig erläutert. Er kam auf die Idee, mit bestimmten Lichtmustern jeweils nur einen Teil der fluoreszierenden Marker für die Einzelaufnahmen ein- und auszuschalten. „Das funktioniert, und es geht sehr schnell“, erläutert Betzig. Die nötigen 25 Aufnahmen ließen sich so in etwa einer Drittelsekunde gewinnen.

Auf diese Weise haben die Wissenschaftler etwa in einem Video festgehalten, wie Strukturproteine sich neu aufbauen, wenn sich eine Zelle bewegt.