Nanodrähte erleuchten winzige Zellstrukturen

Mittels einer "optischen Pinzette" wollen amerikanische Forscher künftig lebende, biologische Proben zerstörungsfrei untersuchen.

Berkeley (USA) - Lichtmikroskope können kein Objekt genauer anzeigen als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Doch die Nahfeldmikroskopie schlägt diesem Lehrbuchwissen ein Schnäppchen. Um winzige Nanostrukturen optisch auflösen zu können, muss lediglich die Lichtquelle klein genug sein. Amerikanische Forscher nutzten dazu filigrane Kristalle aus Kaliumniobat. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, könnten damit auch lebende, biologische Proben zerstörungsfrei untersucht werden.

Der Trick der Forscher von der University of California in Berkeley: Sie brauchen ihre winzige Lichtquelle nicht mehr mit einem Draht anzuschließen, sondern halten sie mit Lichtwellen in einer stabilen Position. Infrarotes Laserlicht ist für eine solche optische Pinzette geeignet. Zudem hat das verwendete Material die Eigenschaft, aus zwei infraroten Lichtteilchen ein einziges grünes Photon zu erzeugen. Diese Konversion führt zu einer grünen Lichtquelle, die selbst in wässriger Umgebung ohne weitere Anschlüsse zum Leuchten angeregt werden kann.

In ersten Versuchen beleuchteten die Forscher noch keine Zellen, sondern feinste Linien aus Gold. Diese sind nur 20 Nanometer breit und damit viel kleiner als die Wellenlänge des grünen Lichts mit 531 Nanometern. Fährt nun der leuchtende Nanodraht über die Goldlinien hinweg, verändert sich die Intensität des Lichts auf der Rückseite der Probe. Mit einem hoch empfindlichen Detektor nahmen die Wissenschaftler diese Lichtsignale auf und erhielten nach einer Bearbeitung im Computer ein hochaufgelöstes Bild der Goldlinien mit einer Genauigkeit von bis zu zehn Nanometern.

Untersuchungen an lebenden, biologischen Objekten können nun folgen. "Wenn das wirklich funktioniert, ist das ein großes Plus", beurteilt Warren Zipfel, Biologe an der Cornell University diese Entwicklung. Neben der Analyse von winzigen, biologischen Strukturen können sich die Forscher aber auch Anwendungen in der optischen Informationstechnologie und für kryptographische Verfahren vorstellen.