Öffnet sich aktuell womöglich ein neues Kapitel in der Betrachtung des Mikrokosmos? Forscher der Universität Tokio haben eine verbesserte Form der Mittelinfrarot-Mikroskopie entwickelt, die es ermöglicht, die Strukturen innerhalb lebender Bakterien mit einer bisher unerreichten Klarheit zu sehen.
Forscher zeigen sich überrascht
Die neue Methode, die in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht wurde, erreicht eine räumliche Auflösung von 120 Nanometern (1 Nanometer ist ein Millionstel Millimeter). „Diese erstaunliche Auflösung ist ungefähr 30 Mal besser als die von konventionellen Mittelinfrarot-Mikroskopen“, erklärt Professor Takuro Ideguchi vom Institut für Photonikwissenschaften und Technologie an der Universität Tokio.
Die Forscher nutzten eine Technik namens „synthetische Apertur“, bei der mehrere Bilder aus verschiedenen beleuchteten Winkeln kombiniert werden, um ein klareres Gesamtbild zu erstellen. Anstatt eine Probe zwischen zwei Linsen einzuklemmen, platzierten sie diese auf einer Siliziumplatte, die sichtbares Licht reflektierte und Infrarotlicht durchließ. Dies ermöglichte die Verwendung einer einzigen Linse und eine bessere Beleuchtung der Probe mit Mittelinfrarotlicht, was zu einem detaillierteren Bild führte.
„Wir waren überrascht, wie klar wir die intrazellulären Strukturen von Bakterien beobachten konnten. Die hohe räumliche Auflösung unseres Mikroskops könnte es uns ermöglichen, beispielsweise antimikrobielle Resistenzen zu studieren, die ein weltweites Problem darstellen“, so Ideguchi weiter.
Zukunftsweisende Anwendungen
Die Wissenschaftler hoffen, durch ihre neue Technik die Tür zu weiteren Verbesserungen in der Mittelinfrarot-basierten Bildgebung öffnen zu können. So könnte durch die Verwendung einer besseren Linse und einer kürzeren Wellenlänge des sichtbaren Lichts die räumliche Auflösung sogar unter 100 Nanometer fallen. Hiermit könnten verschiedene Zellproben untersucht werden, um diverse biomedizinische Probleme anzugehen. Denn bislang stoßen selbst die leistungsstärksten Geräte bei der Betrachtung von Viren, Proteinen und Molekülen an ihre Grenzen. „So müssen beispielsweise bei Fluoreszenzmikroskopen mit Superauflösung die Proben mit Fluoreszenz markiert werden. Dies kann manchmal giftig für die Proben sein, und eine längere Lichtexposition während der Betrachtung kann die Proben ausbleichen, sodass sie nicht mehr brauchbar sind“, schreiben die Forscher in einer Pressemitteilung. „Elektronenmikroskope können ebenfalls sehr beeindruckende Details liefern, aber die Proben müssen in ein Vakuum gebracht werden, sodass lebende Proben nicht untersucht werden können“.
Mit der neuen Form der Mikroskopie können sowohl chemische als auch strukturelle Informationen über lebende Zellen gewonnen werden, ohne dass diese gefärbt oder beschädigt werden müssen. Allerdings können hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie Bilder auf einige zehn Nanometer eingrenzen. Bis dahin ist es für die Ingenieure noch ein weiter Weg.
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