Ein Highlight der in diesem Jahr an der Ruhr-Uni stattfindenden Bunsentagung für Physikalische Chemie war der Vortrag von Prof. Dr. Stefan Hell, Göttinger Chemie-Nobelpreisträger des Jahres 2014, am vergangenen Donnerstag im Audimax. Ausgezeichnet wurde er zusammen mit Eric Betzig und William E. Moerner für seine Arbeiten im Bereich der superhochauflösenden Mikroskopie. Seinen Schwerpunkt stellte dabei die bahnbrechende, sogenannte Stimulated-emission-depletion-(STED)-Mikroskopie dar, die die Beobachtung von molekularen Prozessen in Echtzeit ermöglicht.

Die konventionelle, optische Mikroskopie ist durch eine Auflösungsgrenze gekennzeichnet, da es anhand von herkömmlicher Lichtmikroskopie technisch nicht möglich ist, Objekte kleiner als ca. 200 Nanometer (Nm) darzustellen. Hell aber hat das Unmögliche möglich gemacht, indem er umgedacht hat: Warum die Mikroskopie nicht mal von der Seite des Objekts, der chemischen „beleuchten“?

Ein (Licht-)Donut

Bereits Ende der 80er Jahre hatte er erstmals die Idee, die chemischen Eigenschaften der beobachteten Moleküle so zu verändern, dass sie unter dem Mikroskop sichtbar werden. Die Grundlagen dazu beziehungsweise zur STED-Mikroskopie entwickelte er während seines Aufenthalts an der Universität Turku in Finnland: Wie bei der konventionellen Fluoreszenzmikroskopie, bei der Fluoreszenzfarbstoffe mit Licht einer Wellenlänge angeregt werden und damit selbst Licht abstrahlen, werden auch bei der STED-Mikroskopie die Strukturen mit einem Laser angeregt. Allerdings regt bei diesem Verfahren noch ein zweiter Laser in Form eines Donuts Moleküle wieder ab, die sich nicht im Zentrum des Anregungsbereichs des ersten Lasers befinden. Dadurch entsteht ein räumlich eingeschränkter Bereich fluoreszierender Moleküle, der kleiner ist als 200 Nm.

Medizinischer Vorteil bei Alzheimer & Co.

Es findet eine optische Trennung der Moleküle in Form eines „An-und-Aus-Spiels“ statt, das durch die Trennschärfe die Auflösung unter der Beugungsgrenze ermöglicht. Da im Gegensatz zu den bisherigen Mikroskopie-Verfahren keine Präparation der Probe im Vorhinein nötig ist, lassen sich mit dieser Variante auch lebende Zellen beobachten. Damit sind auch einige Herausforderungen innerhalb der Medizin überwunden worden: Dank der Nanoskopie können nun Moleküle beim Ausbilden von Synapsen im Gehirn beobachtet sowie Proteinansammlungen, die neurologische Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Chorea Huntington verursachen, erkennbar gemacht werden.