Gesundheit : Im Blitzlichtgewitter

Berliner Physiker fotografieren Nanoteilchen

Paul Janositz

„Nano“ symbolisiert Hoffnung. Selbstreinigende Lacke, widerstandsfähige Textilien, verbesserte Medikamente, das verspricht die Nutzung der kleinen Teilchen. Doch sie sind so winzig, etwa zehntausend Mal feiner als ein menschliches Haar, dass sie nur mit ausgeklügelter Technik sichtbar gemacht werden können. Oft müssen die bildgebenden Verfahren jedoch mit Strahlung arbeiten, die das Objekt bei der Aufnahme zerstört.

Ein pfiffiges Verfahren haben jetzt Physiker der Technischen Universität Berlin als Teil eines internationalen Teams entwickelt. Dabei wird das Bild erzeugt, bevor die Probe zu Schaden kommt. Wie Autoren um Thomas Möller und Christoph Bostedt vom Institut für Optik und Atomare Physik online im Fachjournal „Nature Physics“ schreiben, gelingen die Bilder mit Röntgenpulsen von etwa 25 Femtosekunden Dauer. Femto bedeutet ein Millionstel eines Milliardstels.

Die Experimente fanden am Deutschen Elektronen-Synchroton (Desy) in Hamburg statt. Mit der „Flash-Imaging“ Methode sollen vor allem die Strukturen biologischer Substanzen wie Viren oder Zellen geklärt werden. Auch Makromoleküle sind im Visier, die sonst zur Strukturaufklärung als Kristalle vorliegen müssen. Beim Femto-Blitzlicht-Verfahren ist dies nicht nötig. Man braucht allerdings große Anlagen, die äußerst intensive Laser für Röntgenstrahlung produzieren.

Die erfolgreichen Experimente am Desy wurden durch einen neuen Typ, den „Freie-Elektronen-Laser für weiche Röntgenstrahlung“ (Flash), möglich. Die Forscher schossen den Lichtblitz auf eine dünne Membran. Die Probe wurde dadurch auf rund 60 000 Grad Celsius aufgeheizt und verdampfte sofort. Mit dem ultrakurzen Laserpuls gelang jedoch die Aufnahme, bevor die Strahlung die Probe zerstörte. Mittlerweile sind die TU-Physiker noch weitergekommen.

„Jetzt können wir Strukturen abbilden, die nur elf Nanometer groß sind“, sagt Bostedt. Das Ziel sei es, in die Größenordnung von Atomen (Zehntel Nanometer) zu kommen. Dann lässt sich der räumliche Bau von Proteinen aufklären, der deren biologische Funktion bestimmt.

Um Strahlung mit noch höherer Energie zu bekommen, bedarf es noch größerer Röntgenlaser, Ein europäisches Projekt möchte bis 2011 eine drei Kilometer lange Anlage in Hamburg bauen. Die Universität Stanford bei San Francisco will ähnliches bereits 2009 erreichen. Auch der Berliner Elektronenspeicherring für Synchrotonstrahlung (Bessy) plant den Bau eines Röntgenlasers.

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