05.09.2019 - Georg-August-Universität Göttingen

Ein „Lineal" für Moleküle

Verfahren mit Graphen bietet zehnfach verbesserte optische Auflösung

Forscher der Universität Göttingen haben ein neues Verfahren entwickelt, das die speziellen Eigenschaften von Graphen nutzt, um mit fluoreszierenden (lichtemittierenden) Molekülen elektromagnetisch zu interagieren. Mit diesem Verfahren können Wissenschaftler erstmals extrem kleine Distanzen in der Größenordnung von 1 Ångström genau und reproduzierbar optisch messen. Das Team bestimmte so die Dicke von Lipid-Doppelschichten, dem Stoff, der die Membranen lebender Zellen bildet.

Das Forschungsteam der Universität Göttingen unter der Leitung von Prof. Dr. Jörg Enderlein verwendete ein einziges Graphenblatt, nur eine Atomschicht dick (0,34 nm), um die Emission von lichtemittierenden (fluoreszierenden) Molekülen zu variieren, wenn sie sich dem Graphenblatt näherten. Die ausgezeichnete optische Transparenz von Graphen und seine Fähigkeit, die Emission der Moleküle durch den Raum zu beeinflussen, machten es zu einem äußerst empfindlichen Werkzeug zur Messung der Entfernung einzelner Moleküle vom Graphenblatt. Die Methode ist so genau, dass selbst kleinste Abstandsänderungen von etwa 1 Ångström aufgelöst werden können. Dies konnten die Wissenschaftler zeigen, indem sie einzelne Moleküle über einer Graphenschicht absetzten. Sie konnten dann ihre Entfernung bestimmen, indem sie deren Lichtemission vermaßen und auswerteten. Dieses Vorgehen bietet ein äußerst empfindliches und präzises „Lineal" für die Bestimmung einzelner Molekülpositionen im Raum. Mit diesem Verfahren wurde die Dicke von einzelnen Lipiddoppelschichten gemessen, die aus zwei Schichten von Fettsäurekettenmolekülen bestehen und eine Gesamtdicke von nur wenigen Nanometern aufweisen.

„Unser Verfahren hat ein enormes Potenzial für die Superauflösungsmikroskopie, da es uns ermöglicht, einzelne Moleküle mit Nanometerauflösung nicht nur lateral wie bei früheren Verfahren, sondern auch mit ähnlicher Genauigkeit entlang der dritten Richtung zu lokalisieren, was eine echte dreidimensionale optische Abbildung auf der Längenskala von Makromolekülen ermöglicht", sagt Arindam Ghosh, Erstautor der Studie.

„Dies wird ein leistungsfähiges Werkzeug mit zahlreichen Anwendungen sein, um Entfernungen mit Sub-Nanometer-Genauigkeit in einzelnen Molekülen, molekularen Komplexen oder kleinen zellulären Organellen aufzulösen", ergänzt Enderlein, korrespondierender Autor und Leiter des Dritten Physikalischen Instituts (Biophysik), an dem die Arbeit geleistet wurde.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Graphen
  • Moleküle
  • Superauflösungsmikroskopie
Mehr über Uni Göttingen
  • News

    Ein Pigment aus dem alten Ägypten für die moderne Mikroskopie

    Ägyptisch Blau ist eines der ältesten künstlich hergestellten Farbpigmente. Es ziert beispielsweise die Krone der weltberühmten Büste der Nofretete. Aber das Pigment kann noch mehr. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Dr. Sebastian Kruss vom Institut für Physikalische Chemi ... mehr

    Wie sich die Zelle selber schützt

    Weil bestimmte Anteile der Zelle, die eine Übersetzung der Erbsubstanz enthalten, vom Zellkern in einen anderen Teil der Zelle wandern, werden sie vom Zugriff von Zellmaschinen, den sogenannten Spleißosomen, geschützt. Geschieht dies nicht, ist die gesamte Zelle in Gefahr und es können Kreb ... mehr

    Neuartiges Mikroskopieverfahren macht „dunkle Seite“ der Zelle sichtbar

    „Und man siehet die im Lichte. Die im Dunkeln sieht man nicht.“ Wie in der Dreigroschenoper von Bertold Brecht galt bisher auch in der Zelle: Nur was im Licht ist, wird gesehen. Forscher der Universität Göttingen sind nun einen Schritt weitergegangen: Mit einem neuartigen Mikroskopieverfahr ... mehr