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Zukunftspreis 2006 : Forschung jenseits optischer Grenzen

  • Aktualisiert am

Schaffte, was lange als unmöglich galt: Stefan Hell überwand das „Beugungslimit” Bild: dpa

Der Göttinger Forscher Stefan Hell hat in diesem Jahr den Zukunftspreis verliehen bekommen. Er hat ein Lichtmikroskop entwickelt, mit dem lebende Zellen dreidimensional in einer bisher nicht möglichen Schärfe dargestellt werden können.

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          Für manchen Kollegen mag Stefan Hell ein Außenseiter gewesen sein, da sich der Forscher vom Max Planck Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen doch seit vielen Jahren mit solch scheinbar „altmodischen Dingen“ wie Lichtmikroskopen beschäftigt. Doch ihm ist gelungen, was vielen nicht möglich schien. Mit seinen Ideen überwand er eine physikalische Grenze, die seit 120 Jahren als unumstößlich galt: Das „Beugungslimit“ des Thüringer Physikers Ernst Abbe. Danach sollten sich Details, die kleiner sind, als die halbe Wellenlänge des verwendeten sichtbaren Lichts, nicht scharf abbilden lassen.

          Doch Stefan Hell hat die natürliche Schranke überwunden. Für sein neuartiges Lichtmikroskop hat ihn der Bundespräsident an diesem Donnerstagabend in Berlin mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Die mit 250.000 Euro dotierte Auszeichnung ist dieses Jahr zum zehnten Male vergeben worden. Mit Hells Verfahren sei es nun möglich, lebende Zellen dreidimensional in einer Schärfe sichtbar zu machen, die bisher nicht möglich schien, heißt es in der Begründung. Damit ließen sich künftig Krankheiten schon in der Zelle erkennen und dort angehen.

          Hell'sche Lichtmikroskop zeigt schärfere Bilder

          Die Wellenlänge des Lichts erstreckt sich von 400 bis 800 Nanometern. Mit gewöhnlichen Lichtmikroskopen können Strukturen, die kleiner sind als 200 Nanometer, nicht mehr scharf abgebildet werden. Mit Hells Mikroskop können nun Objekte untersucht werden, die nur noch ein zwanzig Nanometer messen - ein Bereich der bislang der Elektronenmikroskopie vorbehalten war. Allerdings lassen sich damit keine lebenden Zellen abzubilden. Zudem ist man auf nur zwei Dimensionen beschränkt.

          Das Mikroskop des Göttinger Forschers erinnert kaum mehr an die robusten kompakten Instrumente, die man aus dem Mikroskopierkurs des Biologieunterrichts kennt. Sein Herzstück bilden zwei Laserstrahlen, die so miteinander zur Überlagerung gebracht werden, daß der effektive Brennfleck des Mikroskops nur noch einen Durchmesser von 15 Nanometer hat. Somit erhält man Bilder, die schärfer sind, als es das Abbesche Gesetz erlaubt. Ein Vorteil: Mit dem Hell'schen Lichtmikroskop können intakte Zellen und die ihn ihnen ablaufenden Prozesse betrachtet werden. Das sei eine wichtige Voraussetzung dafür, die Ursache von Krankheiten zu ergründen von Krebs und Parkinson bis Alzheimer und Grippe. Schon bald, so glaubt der Göttinger Physiker, könne sei Verfahren in der medizinischen Grundlagenforschung angewendet werden, von der Erforschung von Krankheiten bis zur Entwicklung von Arzneien. Auch bei der Herstellung und Prüfung von Halbleiterbauteilen dürfte man von Hells Mikroskop profitieren.

          Begeisterungsfähige Freude an der Physik

          Stefan Hell hat mit seiner Erfindung wie nur wenige Forscher die Anforderungen des vom damaligen Bundespräsidenten Roman Herzog angeregten Zukunftspreises erfüllt: Aus einer Idee heraus, ein Verfahren zu entwickeln, das schon bald den Weg in die breite Anwendung findet. So soll Hells Lichtmikroskop im kommenden Jahr für etwa 800.000 Euro auf den Markt kommen.

          Der Hersteller ist die Firma Leica Mikrosysteme. Neben dem Mikroskop waren noch ein Infrarot-Nachtsichtgerät für Autofahrer, ein verbesserter Herzschrittmacher für Parkinson-Patienten und eine Art Pinzette aus Laserlicht nominiert. Bundespräsindent Köhler gab sich bei der Übergabe des Preises euphorisch. Er habe, so sagte er, wieder das Gefühl wie im Sommer, als „das Land der Ideen“ und „die Welt zu Gast bei Freunden“ während der Fußball-WM die Stimmung im Land beflügelte. Wer Stefan Hell kennt, schätzt seine besondere Fähigkeit, quer zu denken und Widerstände zu überwinden. Er hat eine begeisterungsfähige Freude an der Physik und eine Risikobereitschaft - ebenso wie Wissenschaftsorganisationen, die ihn förderten, obwohl seine Ideen jeder gängigen Lehrmeinung zu widersprechen schienen. Zu ihnen zählt die Max-Planck-Gesellschaft.

          Max-Planck-Institut zeigt Grenzüberschreitungen

          Der 43 Jahre alte Hell leitet die Abteilung Nano-Biophotonik des Max-Planck-Instituts in Göttingen. Der Name des 1971 gegründeten Instituts zeigt Grenzüberschreitungen, derer es bedarf für Spitzenleistungen in den Naturwissenschaften mit Forschungen im Dreieck von Chemie, Physik und Biologie. Zu den Gründungsvätern des Instituts zählte der Chemie-Nobelpreisträger Manfred Eigen. Vor sieben Jahren erhielten zwei Forscher des Instituts am Faßberg schon einmal den Zukunftspreis.

          Buchstäblich Grenzen überschreiten muß Hell allein schon, wenn er zu seinem Labor geht. Vor dem Eintritt in den Raum passiert er eine Lichtschleuse, die verhindert, daß normales Tageslicht in den Innenraum eindringt. Seine Begeisterung für Physik fand Stefan Hell nach eigenem Bekunden beim Studium und der Promotion in Heidelberg, den Zugang zu seinem jetzigen Forschungsgebiet bei einem Aufenthalt im finnischen Turku. Die für seine Forschungen notwendigen Arbeitsbedingungen fand er aber erst im Göttinger Institut, wo die Grenzen klassischer Disziplinen und „normalen“ Denkens überschritten werden. Das zeigen allein schon die dort ansässigen Forschungszweige, die die Neurobiologie, die Biochemie die Molekularbiologie und die Physikochemie überspannen.

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