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Physik: Mit Röntgenblitzen ins Zellinnere blicken

Ultrakurze, extrem intensive Röntgenpulse entfalten eine zerstörerische Wirkung. Doch kurz davor ermöglichen sie hoch aufgelöste Bilder. Dieser Trick funktioniert sogar mit lebenden Zellen.
RöntgenlaserLaden...

Die Lichtmikroskopie ist aus der biologischen Forschung nicht wegzudenken. Viele Details im Inneren von Zellen sind damit aber noch immer verborgen, denn optische Gesetze begrenzen die Auflösung. Bei sichtbarem Licht beträgt diese rund 200 Nanometer, etwa die halbe Wellenlänge. Kleinere Strukturen verschwimmen.

Biologen würden deshalb gern die deutlich kurzwelligere Röntgenstrahlung verwenden. Sie lässt sich beispielsweise mit so genannten Synchrotronen erzeugen – riesigen Anlagen, in denen Elektronen beschleunigt werden. In den Kurven geben die Teilchen einen Teil ihrer Bewegungsenergie als Strahlung ab. Wenn spezielle Magnetstrukturen sie auf besonders enge Zickzackbahnen zwingen, senden sie Röntgenstrahlung mit Wellenlängen aus, die kleiner als ein zehntel Nanometer sein können. Damit werden im Prinzip sogar einzelne Atome sichtbar.

Doch die Wellenlänge allein macht noch keine guten Aufnahmen. Eine weitere wichtige Größe ist die Intensität – es muss genug Strahlung das Objekt treffen, um in der Kamera ein klares Bild zu erzeugen. Das allerdings führt zu einem Dilemma, wenn man eine lebende Zelle mit Röntgenstrahlen beobachten will: Sehr intensive Strahlung zerstört häufig die Probe, noch bevor ausreichend Licht den Detektor erreicht hat. ...

Mai 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Mai 2015

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  • Quelle

van der Schot, G. et al.: Imaging Single Cells in a Beam of Live Cyanobacteria with an X-ray Laser. In: Nature Communications 6, 5704, 2015