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 HaarSeit 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 - MikroskopieMöglich 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
