09.10.2014, 11:20 Uhr | 0 |

Revolution der Lichtmikroskopie Deutscher erhält Nobelpreis für Bau eines Supermikroskops

Der Deutsche Stefan Hell und die US-Amerikaner Eric Betzig und William Moerner bekommen den Chemie-Nobelpreis für eine wissenschaftliche Revolution: Dank ihrer Forschungen können heute mit Lichtmikroskopen Strukturen in lebenden Zellen untersucht werden, die bis vor wenigen Jahren als nicht darstellbar galten.

Das Mikroskop STED (Stimulated Emission Depletion) von Stefan Hell
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Nobelpreisträger Stefan Hell mit den Super-Mikroskop STED (Stimulated Emission Depletion): Der Mikroskop kann erstmals winzigste Strukturen in lebenden Zellen sichtbar machen. Ein Lichtblick für Forscher, die sich beispielsweise mit der Parkinson-Erkrankung beschäftigen. 

Foto: dpa/Jochen Lübke

Es ist eine physikalische Erkenntnis, die mehr als 100 Jahre niemand zu bezweifeln wagte. Die Erkenntnis, dass „die Unterscheidungsgrenze für zentrale Beleuchtung doch niemals über den Betrag der ganzen, und für äußerste schiefe Beleuchtung niemals über den der halben Wellenlänge des blauen Lichts um ein Nennenswertes hinausgehen wird“. Was der deutsche Physiker Ernst Abbe im Jahr 1873 beschrieb, hieß praktisch: Unterhalb dieser Größe, die 0,2 Mikrometern entspricht, kann kein Lichtmikroskop eine Struktur darstellen. Noch einfacher gesagt: Ein scharfes Bild ist nicht drin.

Die drei Träger des Chemie-Nobelpreises 2014 haben Abbes Auflösungsgrenze im Grunde auch nicht widerlegt – sie haben sie umgangen. Auf unterschiedlichen Wegen und unabhängig voneinander erreichten die US-Amerikaner Eric Betzig und William Moerner sowie der Deutsche Stefan Hell das Ziel, Strukturen im Nanobereich unter dem Mikroskop deutlich sichtbar zu machen.

Moleküle beginnen zu leuchten 

Eigentlich ein Gebiet der Physik, sollte man meinen. Die Forscher bekamen aber den Nobelpreis für Chemie, weil sie chemische Eigenschaften der Untersuchungsobjekte nutzten – das Prinzip der Fluoreszenz. Sie brachten einzelne Moleküle zum Leuchten und erzeugen jeweils ein Bild davon. Da die Moleküle in unterschiedlichen Farben leuchten, lässt sich aus einer Reihe von Aufnahmen ein Gesamtbild herstellen.

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Der deutsche Forscher Stefan Hell am Max-Planck-Institut in Göttingen hinter dem von ihm entwickelten Mikroskop STED (Stimulated Emission Depletion): Für den Bau eines Supermikroskops erhalten Hell sowie zwei US-Amerikaner den Chemie-Nobelpreis. 

Foto: Donnert/Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie/dpa

Hell arbeitet dagegen mit zwei Lasern, die gleichzeitig bestimmte Fluoreszenzen an- und abschalten. Die entscheidende Voraussetzung für beide Methoden lieferte Moerner schon vor über 20 Jahren, als ihm die Messung der Lichtaufnahme von Molekülen gelang.

Hilfe für Alzheimer- und Parkinsonforschung

Das Ergebnis ist in beiden Fällen ein Blick in den Nanobereich der beobachteten Strukturen innerhalb lebender Zellen. In der medizinischen Forschung können so beispielsweise die Proteine untersucht werden, die bei der Entstehung von Alzheimer und Parkinson eine Rolle spielen.

Wissenschaftler können mit den Nanoskopen heute auch die Art und Weise beobachten, wie Moleküle Synapsen im Gehirn erzeugen, oder die Entwicklung eines Embryos in einem befruchteten Ei auf der kleinsten denkbaren Ebene verfolgen. „Nanoskopie wird heute weltweit genutzt und bringt jeden Tag wichtige Erkenntnisse für die Menschheit“, erklärt das Nobelkomitee.

Stefan Hell, der aus Rumänien stammt, nutzt seine eigene Entwicklung auch für die angewandte Forschung, etwa am Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Parallel arbeitet er am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen. Die drei Forscher erhalten ihre mit insgesamt 870.000 Euro dotierte Auszeichnung traditionsgemäß am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel.

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Von Werner Grosch
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