Strukturen, die kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts sind, lassen sich nicht auflösen. Diese bisherige Lehrbuchmeinung setzt der Mikroskopie mit Licht eine Grenze bei etwa 200 Nanometern (Millionstel Millimeter). Göttinger Forscher durchbrachen nun diese Auflösungsgrenze. Mit einem geschickten optischen Aufbau lösten sie mit ihrer Fernfeld-Optik erstmals Strukturen von rund 30 Nanometern Größe auf, berichten sie im Fachblatt Physical Review Letters (Vol. 88, 163901). Damit beschränkt sich ihr Blick nicht wie bei anderen Nahfeld-Verfahren nur auf die Oberfläche von Objekten, sondern können bis zu 20 Mikrometer in ein Objekt hineinschauen. Diese Entdeckung vervielfacht nun die Genauigkeit, mit der Biologen lebende Zellen beobachten können. Auch bei der Herstellung optischer Datenspeicher und in der Mikrolithografie könnte diese Technik das Tor zu noch kleineren Schaltkreisen aufstoßen.
Für diese bahnbrechende Entdeckung kombinierten die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie zwei bekannte Techniken. Bei der so genannten stimulierten Emission (STED) markierten sie die Zellen der Bakterie Bacillus megaterium mit Farbstoff-Molekülen. Mit einem grünen, stark fokussiertem Laserpuls regten sie diese Moleküle elektronisch an. Kurz danach regt ein roter Laserpuls die Moleküle ringförmig um die Mitte des ersten Lichtflecks wieder ab. So können nur die innersten, noch angeregten Moleküle ein Fluoreszenz-Licht aussenden. Damit verbesserten die Forscher das normale Auflösungsvermögen bereits um den Faktor fünf.
Bei der zweiten Methode, der 4Pi-konfokalen Mikroskopie, nutzen die Forscher die geschickten Überlagerung von zwei Lichtwellen. Durch die Interferenz der Laserstrahlen exakt in einem winzigen Fokus lässt sich die Auflösung entlang eines senkrechten Blickwinkels zusätzlich etwa versiebenfachen. In dem neuen “STED-4Pi-Mikroskop” kombinierten die Wissenschaftler beide Methoden und können dadurch die nur 30 Nanometer dicke Membran der Bakterie als scharfe Linie erkennen.
Jan Oliver Löfken
