Kaum hat Professor Stefan Hell Ende 2016 mit MinFlux das schärfste Lichtmikroskop der Welt vorgestellt, da meldet sich die Konkurrenz zu Wort. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben STEDD entwickelt. Dieses Mikroskop beruht ausgerechnet auf STED, das Hell, Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen, erfunden hat. Es ist auch die Basis von MinFlux, das gewissermaßen eine Krezuung mit einer US-Entwicklung ist. Das ergab ein noch besseres Bild.


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Eine Krebszelle unter dem Mikroskop: Das STED-Bild (links) weist einen niedrig aufgelösten Untergrund auf; beim STEDD-Bild (rechts) ist der Untergrund unterdrückt, sodass die Strukturen besser zu erkennen sind. (Abbildung: APH/KIT).

Computer errechnet die scharfen Bilder

Die Karlsruher gingen einen anderen Weg. Sie modifizierten STED so, dass der Hintergrund unterdrück wird. Die Ebene, auf die es ankommt, hebt sich dadurch besonders hervor. Zudem ist das Bild noch schärfer. Beides ist besonders wichtig, wenn es um biologische Moleküle und Zellstrukturen geht, die besonders dicht gepackt sind.

STEDD (Stimulated Emission Double Depletion) tastet die Moleküle mit einem kreisförmigen Laserstrahl ab. Dieser regt die Atome, auf die er trifft, dazu an, zu fluoreszieren, also ihrerseits Licht abzustrahlen. Nur in der Mitte bleibt es dunkel. Aneinandergereiht ergeben die Punkte ein Bild, das allerdings nicht direkt sichtbar ist, sondern per Computer errechnet wird.


Zweiter Laserstrahl im Einsatz

Das „Double“ (doppelt) im Kürzel für das neuartige Mikroskop steht für eine Verdoppelung des Laserstrahls. In kurzem Abstand folgt dem ersten ein zweiter Strahl. „Beim STEDD-Verfahren werden zwei Bilder aufgenommen“, sagt Gerd Ulrich Nienhaus, Professor am Institut für Angewandte Physik und am Institut für Nanotechnologie des KIT. „Zum ersten und zum zweiten Bild tragen jeweils Photonen bei, die vor beziehungsweise nach dem Eintreffen des STED2-Strahls registriert werden.“ Das Bild entsteht wieder rein rechnerisch, in dem die Daten des ersten und zweiten Bildes voneinander abgezogen werden. Ergebnis ist ein höchstaufgelöstes, untergrundfreies Bild.

Elektronenmikroskope sind ungeeignet

Welches Mikroskop nun das schärfere Bild liefert ist nicht überliefert. Beide dürften bei speziellen Anforderungen besser oder weniger gut geeignet sein, sich also ergänzen. Vor allem Biologen schätzen die hoch auflösenden Mikroskope. Sie können Details in lebenden Körperzellen und in Mikroorganismen, etwa Krankheitserregern, sichtbar machen. Mit dem so gesammelten Wissen lassen sich beispielsweise neue Medikamente entwickeln. Elektronenmikroskope liefern zwar ähnlich scharfe Bilder. Für lebende Zellen oder Mikroorganismen sind sie allerdings ungeeignet. Die Proben müssen in ein Vakuumgefäß eingeschlossen werden. Das überleben sie nicht.

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