Die Bewegung biologisch aktiver Moleküle im Inneren von Zellen könnte schon bald mithilfe extrem kleiner Metallteilchen verfolgt werden. Wenn diese Teilchen mit einem Laser erwärmt werden, so ändert sich ihre Wechselwirkung mit Licht in charakteristischer Weise. Dieser Effekt ermöglicht die Beobachtung der Bewegung der Teilchen in komplizierten Systemen, berichten französische Forscher in Science (Band 297 Seite 1160).
Die Wissenschaftler um Brahim Lounis von der Universität von Bordeaux untersuchten in ihrer Arbeit, ob sich kleine Metallteilchen mit Durchmessern von nur wenigen Nanometern (Millionstel Millimetern) zuverlässig mittels eines Mikroskops verfolgen lassen. Dazu untersuchten sie eine Mischung aus zwei Arten von Goldteilchen mit Durchmessern von 10 und 80 Nanometern, die mit 300 Nanometer großen Plastikkugeln durchsetzt war.
Die Plastikkugeln dominierten aufgrund ihres relativ großen Durchmessers das Bild in herkömmlichen Mikroskopaufnahmen ? dort waren die kleinsten Goldkugeln praktisch unsichtbar, da sie das Licht viel weniger streuen als die Teilchen größeren Durchmessers. Lounis machte sich nun allerdings einen Trick zu Nutze, der von den besonderen Eigenschaften kleiner Metallteilchen bestimmt ist: Sie können sichtbares Licht viel stärker absorbieren als nichtmetallische Teilchen und heizen sich daher auf.
Die Aufheizung der Metallteilchen ändert nun die Eigenschaften des von ihnen gestreuten Lichts, und dies ließ sich mittels eines Interferenzverfahrens nachweisen. Die Forscher teilten einen roten Laserstrahl mittels einer Spiegelanordnung in zwei Teile und untersuchten damit die Teilchenmischung. Ein zweiter, grüner Laserstrahl tastete die Mischung gleichzeitig ab. Dies führte zu einer Aufheizung der Goldteilchen, die somit in dem Interferenzbild der beiden roten Laserstrahlen deutlich sichtbar wurden.
Lounis glaubt, dass seine Technik eine große Zukunft bei der Markierung und anschließenden Beobachtung von biologischen Molekülen haben wird. Sie würden in einem Experiment an den Metallnanoteilchen angebracht werden, und diese könnten so direkt die Bewegung der Biomoleküle im Inneren von Zellen anzeigen. Zudem sind Metallnanoteilchen im Gegensatz zu herkömmlichen Fluoreszenzmarkern chemisch stabil und ermöglichen daher Beobachtungen über lange Zeiträume hinweg.
Ein Problem könnte allerdings die Aufheizung der Teilchen darstellen. Lounis schätzt, dass der grüne Laser die Teilchen um etwa 15 Grad Celsius aufheizt, was zu einer Temperaturerhöhung von ungefähr drei Grad in einer Entfernung von 13 Nanometern führt. Dies könnte die Funktionsweise biologischer Moleküle beeinträchtigen ? sie könnten “denaturieren”. Die Forscher glauben allerdings, dass eine weitere Verfeinerung ihrer Technik mit geringeren Laserintensitäten und somit kleineren Erwärmungen auskommen kann.
Stefan Maier
