Die diesjährigen Träger des Chemie-Nobelpreises, Eric Betzig, Stefan Hell und William Moerner, entdeckten Prinzipen, mit denen das Auflösungslimit der Lichtmikroskopie unter 200 Nanometer gedrückt werden konnte.

Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften scheint in diesem Jahr davon abgegangen zu sein, vornehmlich Greise mit dem Nobelpreis zu bedenken. Nach dem vergleichsweise jugendlichen Alter der meisten der diesjährigen Preisträger in Medizin und Physik, sind auch zwei der drei heurigen Chemie-Laureaten erst 1960 oder später geboren.

Dementsprechend sind auch ihre Entdeckungen und liegen nicht bereits Jahrzehnte zurück. 1999 realisierte Stefan W. Hell, damals am European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, das erste STED-Mikroskop, das sich des Prinzips der „Stimulated Emission Depletion“ bedient. Dabei wird ein Laserstrahl dazu benutzt, Moleküle zur Fluoreszenz anzuregen, ein weiterer dient dazu, die Fluoreszenz überall außer in einem nur wenige Nanometer großen Volumen zu löschen. Durch schrittweises Abtasten der zu untersuchenden Probe kann ein Bild erzeugt werden, das weit unter dem Beugungslimit des Lichts liegt.

Stefan Hell

Bild: Stefan Hell/B. Schuller/ CC BY-SA 3.0 

Einzelne Moleküle zum Leuchten bringen

Erst 2006 gelang Eric Betzig ähnliches mittels einer anderen Verfahrens:  Die sogenannte „Einzelmolekülmikroskopie“ (englisch „Single-Molecule Microscopy“) beruht darauf, die Fluoreszenz einzelner Moleküle an- und abzuschalten – ein Prinzip, das William Moerner gefunden hatte. Bildet man eine bestimmte Fläche viele Male hintereinander ab und lässt dabei immer nur einige wenige Moleküle aufleuchten, erhält man aus der Summe dieser Abbildungen ein bis in den Nanometerbereich aufgelöstes Bild.

Durch die Erfindungen der diesjährigen Chemie-Laureaten wurde es möglich, mittels optischer Mikroskopie in die Welt einzelner Moleküle vorzudringen und so beispielsweise direkt Vorgänge an Synapsen oder Protein-Wechselwirkungen zu studieren.

William Moerner

Bild: Kevin Lowder/ CC BY-SA 3.0