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Hell, Stefan W.
Stefan W. Hell
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Abteilung Optische Nanoskopie

Das Auflösungsvermögen der Lichtmikroskopie – so stand es bis vor kurzem in allen Lehrbüchern – ist durch die Beugung auf ungefähr die halbe Lichtwellenlänge begrenzt. Herkömmliche optische Mikroskope können Details, die näher beieinander liegen als ~200 Nanometer, nicht getrennt darstellen. Stefan Hell und Mitarbeiter haben diese über 100 Jahre alte Grenze durchbrochen durch ihre Entwicklung neuartiger Fluoreszenzmikroskope, deren Auflösung nicht mehr durch die Beugungsgrenze gegeben ist. Hierdurch legten sie auch die Grundlage für ein neues Forschungsfeld: höchstauflösende Fluoreszenzmikroskopie, zunehmend auch bekannt als „Nanoskopie“ [1].

Stefan Hells Abteilung entwickelt Lichtmikroskopie mit einer räumlichen Auflösung bis hinunter zu wenigen Nanometern, insbesondere (aber nicht alleinig) für die Bildgebung in lebenden Zellen und Geweben. Zu den bekannten Methoden zählen die STED- und RESOLFT-Mikroskopie, wie auch Konzepte für das stochastische Schalten einzelner Moleküle wie die GSDIM-Mikroskopie. Um die Beugungsgrenze auszuhebeln, nutzen alle diese Methoden einen reversiblen Übergang oder Schaltvorgang eines fluoreszenzfähigen Markermoleküls zwischen einem hellen signalgebenden und einem dunklen Zustand. In Kombination mit der ebenfalls in dieser Gruppe entwickelten 4Pi-Mikroskopie, einem anderen Konzept mit zwei kombinierten Objektiven, kann die Auflösung in allen drei Raumrichtungen bis zur Nanoskala verbessert werden. Da die höchstauflösenden Konzepte fundamental auf den Übergängen zwischen Molekülzuständen aufbauen, werden neue Markermoleküle benötigt, die optisch in mindestens zwei Zuständen präpariert werden können. Daher ist die Gruppe auch ein wichtiger Akteur in der chemischen Synthese und Anwendung von Methoden und Techniken zur Molekülmarkierung, um insbesondere die Schalteigenschaften der Marker weiter zu verbessern.       

Aktuell verbessern Physiker, Chemiker und Biologen in dieser interdisziplinären Gruppe Auflösung, Kontrast, Aufnahmegeschwindigkeit und Einsetzbarkeit der optischen Nanoskopie. Das hervorragende biomedizinische Forschungsumfeld in Heidelberg und darüber hinaus ermöglicht Zusammenarbeiten (Beispiel in [2]) mit Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen der molekularen Physiologie und Pathologie. 

 

[1] Hell S.W. "Far-Field Optical Nanoscopy." Science 316, 1153-1158 (2007).

[2] Chojnacki J., Staudt T., Glass B., Bingen P., Engelhardt J., Anders M., Schneider J., Müller B., Hell S.W., Kräusslich H.-G. "Maturation-Dependent HIV-1 Surface Protein Redistribution Revealed by Fluorescence Nanoscopy." Science 338, 524-528 (2012).

 
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