Bildgebung in Forschung und Biomedizin Altes Pigment für neue Mikroskopie

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Ägyptisch Blau ist eines der ältesten künstlich hergestellten Farbpigmente. Es ziert beispielsweise die Krone der weltberühmten Büste der Nofretete. Aber das Pigment kann noch mehr. Ein internationales Forschungsteam hat auf Basis des Ägyptisch Blau-Pigments ein neues Nanomaterial hergestellt, das ideal für Anwendungen in der Bildgebung mittels Nahinfrarot-Spektroskopie und Mikroskopie geeignet ist.

Göttingen – Schon die Krone der weltberühmten Büste der Nofretete ziert ein wahrhaft königliches blau. Ägyptisch Blau wird das blaue anorganische Mineralpigment genannt. Es wird wegen seines seltenen natürlichen Vorkommens meist künstlich hergestellt. Doch es kann noch mehr als blau erscheinen und schmücken. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Dr. Sebastian Kruss vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Göttingen hat auf Basis des Ägyptisch Blau-Pigments ein neues Nanomaterial hergestellt, das ideal für Anwendungen in der Bildgebung mittels Nahinfrarot-Spektroskopie und Mikroskopie geeignet ist.

„Blaue“ Nanoschichten für Forschung und Biomedizin

Mikroskopie und optische Bildgebung sind wichtige Werkzeuge in der Grundlagenforschung und in der Biomedizin. Dabei kommen Substanzen zum Einsatz, die nach Anregung Licht freisetzen können. Mit diesen Fluorophoren werden sehr kleine Strukturen in Proben angefärbt und in modernen Mikroskopen aufgelöst.

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Die meisten Fluorophore leuchten im für Menschen sichtbaren Bereich des Lichts. Im angrenzenden Bereich, dem nahen Infrarot (NIR) mit einer Wellenlänge ab 800 Nanometern, dringt das Licht noch tiefer in Gewebe ein, störende Begleiterscheinungen sind seltener. Bislang gibt es allerdings nur wenige NIR-Fluorophore.

Dem Forschungsteam ist es nun gelungen, aus Körnern von Calcium-Kupfer-Silikat, auch als Ägyptisch Blau bekannt, extrem dünne Schichten herauszulösen. Diese Nanosheets sind 100.000 Mal dünner als ein menschliches Haar und fluoreszieren im NIR. „Wir konnten zeigen, dass auch die kleinsten Nanosheets extrem stabil sind, hell leuchten und nicht ausbleichen“, so Dr. Sebastian Kruss. „Sie sind damit für die optische Bildgebung ideal.“

Pigment aus dem alten Ägypten für die moderne Mikroskopie

Die WissenschaftlerInnen testeten ihre Anwendung für die Mikroskopie in Tieren und Pflanzen. Sie verfolgten zum Beispiel die Bewegung von einzelnen Nanosheets, um in der Fruchtfliege mechanische Prozesse und die Struktur des Gewebes um Zellkerne herum sichtbar zu machen. Außerdem integrierten sie die Nanosheets in Pflanzen und konnten diese auch ohne Mikroskop erkennen, was Anwendungen in der Agrarindustrie verspricht. „Mit ihrem Einsatz für modernste Mikroskopie-Methoden sind in Zukunft neue Erkenntnisse in der biomedizinischen Forschung zu erwarten “, so Kruss.

An der Studie waren WissenschaftlerInnen des Instituts für Physikalische Chemie, des 3. Physikalischen Instituts, des Instituts für Entwicklungs-Biochemie und des Instituts für Geologie sowie der Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie der Universitätsmedizin Göttingen und der University of California Riverside beteiligt.

Originalpublikation: Selvaggio et al.: Exfoliated near infrared fluorescent silicate nanosheets for (bio)photonics. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-020-15299-5

* R. Bielke: Georg-August-Universität Göttingen, 37073 Göttingen

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