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Biomedizin: Tanz der Moleküle zeigt lebendiges Bild der Zelle

Atome und Moleküle halten niemals still. In Gasen schwirren sie wild durcheinander. Auch in Flüssigkeiten können Moleküle frei umherschwimmen und sich zusätzlich um ihre Achse drehen. Selbst wenn sie in Festkörpern eingeschlossen sind, vibrieren sie fortwährend. Bei diesem Tanz gibt die Quantenmechanik den Takt vor; denn Moleküle können nicht beliebig schnell vibrieren oder rotieren, sondern nur in bestimmten "Gängen", die separaten Energieniveaus entsprechen. Der Wechsel von einem Niveau zum anderen geht mit der Aufnahme oder Abgabe eines genau definierten Energiebetrags einher – gewöhnlich in Form von elektromagnetischer Strahlung.

Wissenschaftler benutzen dieses Phänomen schon seit Langem in der Spektroskopie. Indem sie messen, bei welcher Wellenlänge eine Probe Licht absorbiert oder freisetzt, können sie die enthaltenen Verbindungen anhand der spezifischen Schwingungen ihrer Moleküle identifizieren. Dabei ergibt sich jedoch nur ein Mittelwert für die gesamte durchstrahlte Region. Die kleinräumige Verteilung oder eventuelle Wanderung der Moleküle lässt sich nicht feststellen.

Die Arbeitsgruppe von Sunney Xie an der Harvard University in Cambridge (Massachusetts) hat nun eine etwas kompliziertere Version der Rotations- und Schwingungsspektroskopie so weiterentwickelt, dass sie auch detaillierte räumliche Informationen liefert und für die medizinische Bildgebung taugt (Science, Bd. 322, S. 1857). Es handelt sich um ein Verfahren, das nach seinem Entdecker Chandrasekhara Venkata Raman benannt ist und auf der Lichtstreuung beruht. Fällt ein dünner Lichtkegel in einen dunklen Raum, können wir ihn in der Regel sehen, obwohl die Strahlen eigentlich an uns vorbeigehen. Das liegt daran, dass Staubteilchen einen Teil des Lichts ablenken. Das Streulicht hat dabei dem Anschein nach die gleiche Farbe – und damit Energie – wie der eigentliche Strahl, der sich geradeaus an uns vorbeibewegt...

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