Die Lichtmikroskopie ist nach wie vor eines der wichtigsten Instrumente der Zellbiologie. Mit einer normalen Linse kann man Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich allerdings nicht auf einen beliebig kleinen Punkt bündeln, sondern nur auf ein Beugungsscheibchen mit einem Durchmesser, welcher der halben Wellenlänge entspricht. Das sind günstigstenfalls 200 Nanometer. Mit sehr aufwendigen Methoden lassen sich zwar auch kleinere Details abbilden; das Resultat hat mit einem mikroskopischen Bild aber nur wenig gemein. Nun konnten Wissenschaftler um Heinrich Leonhardt von der Universität München mit der „3D structured illumination microscopy (3D-SIM)“ erstmals auch plastische mehrfarbige Bilder von Strukturen unterhalb der Beugungsgrenze erzeugen.

Während eine herkömmliche zweidimensionale Aufnahme aus einzelnen sehr feinen Bildpunkten aufgebaut wird, gewinnt das neuartige Verfahren durch eine spezielle Beleuchtungstechnik zusätzliche Informationen. „Wir bestrahlen unsere Proben mit einem bekannten, sehr feinen Muster aus Licht“, erklärt Leonhardt den Trick. „Das führt zu Interferenzen mit den Strukturen der Probe, die sich als Schattenmuster zeigen.“ Ähnliches ist in anderem Zusammenhang als Moiré bekannt. Aus den Interferenzen lassen sich mit einem leistungsfähigen Computer Details rekonstruieren, die nur etwa 100 Nanometer messen. Das entspricht einer Verdopplung der sonst erreichbaren Auflösung.

Die Münchner Forscher demonstrierten die Leistungsfähigkeit ihrer Methode am Kern einer Mäusezelle. Dabei konnten sie unter anderem Details der Kernhülle erkennen, die bisher nicht lichtmikroskopisch sichtbar waren. Um mehrfarbige Bilder zu erhalten, markierten sie die diversen Zellstrukturen mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen. Für dreidimensionale Aufnahmen wiederholten sie das Verfahren stufenweise in verschiedenen Ebenen der Zelle.

Lars Fischer