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Interview mit dem Chemie-Nobelpreisträger Stefan Hell : Ein Heureka habe ich oft erlebt

  • Aktualisiert am

Stefan Hell vor seinem STED-Mikroskop Bild: AP

Wer an unumstößlichen Gesetzen rüttelt, hat es schwer. Das hat der Nobelpreisträger bitter erfahren müssen. Doch am Ende triumphierte seine Idee vom Supermikroskop.

          Jede Erfindung hat ihre Initialzündung. Was war Ihre?

          Ich war Doktorand in Heidelberg in den achtziger Jahren und sollte mich mit der Konfokal-Mikroskopie auseinandersetzen. Ich sollte testen, wie gut man sie für die Vermessung von lithographischen Mikrostrukturen auf Computerchips verwenden kann. Ich war etwas halbherzig dabei, denn das Thema war mir letztendlich zu technisch. Eigentlich hatte ich was physikalisch Grundlegenderes machen wollen. Deshalb habe ich angefangen, nachzudenken, ob es nicht was Tolles gibt, was man mit optischer Mikroskopie, dieser Physik des 19. Jahrhunderts, noch machen kann. Und dann kam mir die Idee, dass es ziemlich fundamental und „cool“ wäre, die Beugungsgrenze zu knacken. Und zwar bei einem Lichtmikroskop, das mit herkömmlicher Optik arbeitet. Die Situation, das ich nicht ganz so glücklich mit meiner Situation war, die Ambition, und auch der Spaß, den ich daran hatte, über etwas Fundamentales nachzudenken – diese Mischung führte mich zu dem Thema.

          Die Selektion des Themas ist ja schon ein kreativer Akt.

          Ja, das darf man nicht vergessen. Ich hatte das Bauchgefühl, dass es irgendein physikalisches Phänomen, zumindest einen physikalischen Effekt geben muss, der es erlaubt die Auflösung zu verbessern, auch mit herkömmlich fokussiertem Licht. Ich fing an, über alle möglichen Sachen nachzudenken und in Physikbüchern zu stöbern. Erst fand ich nur die Möglichkeit die Tiefenauflösung zu erhöhen, indem man zwei Objektive miteinander koppelt, was in die 4Pi-Mikroskopie mündete. Erste Experimente in diese Richtung habe ich dann am EMBL gemacht. Doch erst an der Universität Turku in Finnland – ich war dort Postdoc, weil ich in Deutschland nicht Fuß fassen konnte – änderte sich die Situation. Als ich in dem Buch „The Quantum Theory of Light“ von Rodney Loudon das Kapitel über die stimulierte Emission las, hatte ich die Erleuchtung. Meine Güte, warum regt man die Moleküle bei der Fluoreszenz immer an und nicht ab, warum hält man sie nicht einfach dunkel, fragte ich mich. Wenn ich zwei Punkte nicht trennen kann, weil beide leuchten, dann mache ich eben einen dunkel. Und dann siehst du den anderen Punkt. Das war die Initialzündung für die STED-Mikroskopie.

          Wie würden Sie mit wenigen Sätzen das Prinzip Ihres Supermikroskops erklären?

          Als man früher zwei Objekte voneinander trennen wollte, musste man dafür sorgen, dass man das Licht möglichst scharf bündelt. Und je feiner man das Licht fokussierte, desto besser konnte man zwei Objekte voneinander trennen. Dadurch bin ich natürlich in der Auflösung durch die Beugung begrenzt. Bei der STED-Mikroskopie trennt man zwei benachbarte Objekte, die man mikroskopieren will dadurch, dass man sie mit zwei Laserstrahlen in zwei verschiedene Zustände packt – dunkel und hell. Bei dem einen Objekt ist die Fluoreszenz angeschaltet, bei dem anderen ausgeschaltet. Und das Objekt das leuchtet, kann ich dann nachweisen. Oder anders formuliert, wenn ich das einfallende Licht bündele, dann treffe ich viele Moleküle. Aber wenn ich dafür sorge, dass alle Moleküle dunkel sind, außer einem, oder wenigen, dann kann ich das eine, oder die wenige, die leuchten, von den anderen trennen. Ich muss nur wissen, wo es ist.

          Das Prinzip der Einzellmolekül-Mikroskopie

          Und diese Information erhalten sie über die Position des Laserstrahls.

          Genau. Der legt nämlich genau fest, wo die Moleküle leuchten dürfen und wo sie dunkel sein müssen.

          Erinnern sie sich noch daran, als Sie die erste Aufnahme mit „Sub-Abbe“-Auflösung vor Augen hatten? Was war ihre Reaktion?

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