Die Entdeckung der STED-Mikroskopie erhielt schon 2004 in einem EU-Ideenwettbewerb unter mehr als 250 Projekten die höchste Priorität. 2006 bekam der Erfinder Stefan Hell den "Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation", und dieses Jahr war er einer der drei Finalisten in der Kategorie "Lebenswerk" von Europas wichtigstem Innovationspreis "European Inventor of the Year 2008". Der Preis zeichnet Erfinder und ihre Erfindungen aus, "die innerhalb und außerhalb Europas einen maßgeblichen Beitrag zum technischen Fortschritt und damit zur wirtschaftlichen Stärkung Europas geleistet haben". Er wurde gemeinsam von der Europäischen Kommission und dem Europäischen Patentamt ins Leben gerufen und wird durch eine unabhängige internationale Jury vergeben.

1000-mal dünner als ein Haar
Seit der Erfindung des Mikroskops durch Ernst Abbe im 17. Jahrhundert galt es als unumstößlich, dass Lichtmikroskope niemals Dinge sichtbar machen könnten, die weniger als eine halbe Wellenlänge auseinander liegen. Bei Verwendung von blauem Licht entspräche das einer maximalen Auflösung von rund 200 Nanometern. Die Abteilung NanoBiophotonik am Göttinger MPI hat aber gezeigt, dass in der für die Biologie eminent wichtigen Fluoreszenzmikroskopie die Beugungsgrenze aufgehoben werden kann. Erstes Beispiel dafür war die STED - (Stimulated Emission Depletion) Mikroskopie, die zur Zeit Auflösungen von 50 nm liefert und vor kurzem sogar experimentell 16 nm auflösen konnte - Strukturen, die etwa 1000-mal dünner sind als ein menschliches Haar.

Die STED - Mikroskopie
Möglich wird die größere Auflösung in der STED-Mikroskopie durch eine Verbesserung der bekannten Fluoreszenz-Mikroskopie, bei der ein Laserstrahl Farbstoffmoleküle in der Probe zur Licht-Emission anregt. Die STED-Technik arbeitet dabei mit einem zweiter Laserstrahl, der die Probe unmittelbar nach dem ersten Lichtblitz trifft. Dieser zweite Strahl versetzt die angeregten Farbstoffmoleküle wieder in ihren Ruhezustand (depletion), noch bevor sie begonnen haben, Fluoreszenzlicht auszusenden. Legt man den zweiten Laserstrahl nun ringförmig um den ersten Anregungslaser, beginnen nur noch wenige Moleküle im Laserspot zu leuchten. Durch die kontrollierte Anregung und Entladung am Rand der Laserstrahlen wird der Fluoreszenzeffekt neutralisiert und der Rest bleibt dunkel. So wird die Auflösung der punktweisen Oberflächenabtastung deutlich gesteigert. Die Abstimmung der beiden Laser bestimmt dabei die Größe des Mittelpunktes, und damit die Auflösung.

STED ist dabei eine Variante eines grundlegenden Konzeptes, das die Beugungsgrenze aufhebt, indem es optische Übergänge zwischen zwei Zuständen eines Fluoreszenzmarkers verwendet. Damit können trotz Beugung mit sichtbarem Licht und normalen Objektiven molekulare Auflösungen erzielt werden. Die Erforschung des Potentials dieses Konzepts war zentraler Gegenstand der Arbeiten von Stefan W. Hell. STED gilt als eine Schlüsseltechnologie, die ganz neue Anwendungsfelder in der Biotechnologie und Medizin eröffnen wird.

Live aus der Zelle!
Die STED - Technologie erlaubte bisher nur die Untersuchung toter Zellen. Nun wird die Untersuchung auch auf lebende Zellen übertragen. Unter dem Namen "Nanolive" soll in den kommenden drei Jahren ein Lebendzell-STED-Mikroskops realisiert werden. Dazu sind sowohl neue Mikroskope, als auch neue Fluoreszenzfarbstoffe und fluoreszierende Proteine als Marker nötig. Neben Einzelbildern, wird es dann auch "Videos" aus lebenden Zellen geben, um dynamische Prozesse innerhalb oder zwischen einzelnen Zellen sichtbar zu machen. Vor kurzem "drehte" die Gruppe um Stefan Hell mit einem STED-Mikroskop das erste Live-Video aus einer lebenden Nervenzelle mit 65 Nanometern Auflösung. In Echtzeit waren so erstmals Einblicke in die Prozesse der Signalübertragung zwischen Nervenzellen möglich.


Hintergrund zum "European Inventor of the Year"
Mit dem Innovationspreis "European Inventor of the Year" werden Erfinder und ihre Erfindungen ausgezeichnet, "die innerhalb und außerhalb Europas einen maßgeblichen Beitrag zum technischen Fortschritt und damit zur wirtschaftlichen Stärkung Europas geleistet haben". Der Preis wurde gemeinsam von der Europäischen Kommission und dem Europäischen Patentamt ins Leben gerufen und wird durch eine unabhängige internationale Jury vergeben. Die diesjährige Preisverleihung findet am 6. Mai 2008 im Rahmen des Europäischen Patentforums in Ljubljana, Slowenien, statt. Die Ehrung erfolgt durch den Slowenischen Staatspräsidenten Danilo Türk und die Europäische Patentsamtspräsidentin Alison Brimelow.

Zu Prof. Stefan W. Hell
Prof. Stefan W. Hell, Jahrgang 1962, studierte Physik in Heidelberg. Nach seiner Promotion 1990 in Heidelberg verfolgte er seine Ideen zunächst als "freier Erfinder", schlug dann aber als Postdoktorand am Heidelberger European Molecular Biology Laboratory (EMBL) die wissenschaftliche Karriere ein. Als Leiter der Laser Microscopy Group der Universität Turku, Finnland, entwickelte er das Grundprinzip der STED-Mikroskopie, die er ab 1996 als Nachwuchsgruppenleiter und ab 2002 als Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie weiterentwickelte. Er ist Leiter der Abteilung NanoBiophotonik am Institut. Stefan Hell ist wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck-Gesellschaft und Honorarprofessor für Experimentalphysik an der Georg-August-Universität Göttingen. Er erhielt zahlreiche Preise und Auszeichnungen, darunter den Preis der "International Commission for Optics (ICO)" (2000), den Helmholtz-Preis (2002), den "Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten" (2006) sowie den Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis (2008).

Kontakt
Prof. Dr. Stefan W. Hell,
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie,
Tel. +49 551 201-2500, -2503,
Fax +49 551 201-2505,
E-Mail: shell@gwdg.de