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Optische Fallen

Flexible Pinzette aus Licht erlaubt erstmals In-vivo-Analyse von Gewebe

| Autor / Redakteur: Daniel Siegesmund* / Dr. Ilka Ottleben

Tomáš Čižmár forscht seit November 2017 am Leibniz-IPHT an neuen Methoden zur Kontrolle der Lichtleitung in optischen Fasern.
Tomáš Čižmár forscht seit November 2017 am Leibniz-IPHT an neuen Methoden zur Kontrolle der Lichtleitung in optischen Fasern. (Bild: Sven Döring/Leibniz-IPHT)

Eine neuartige Pinzette aus Licht dringt erstmalig in lebende Organismen ein, ohne sie zu beschädigen. Ein Forscherteam leitete dazu erstmals die Lichtbündel optischer Fallen durch haarfeine optische Glasfasern. Die neue Licht-Pinzette soll helfen, zelluläre Abläufe in vivo zu beobachten und Krankheiten besser zu verstehen.

Jena– Optische Fallen sind hochkonzentrierte Lichtbündel, mit denen sich mikroskopisch kleine Objekte wie Zellen oder DNA festhalten, bewegen und untersuchen lassen. Solche Pinzetten aus Licht sind nicht neu. Aufgrund ihrer relativ großen Optiken konnten Forscher Biomoleküle und deren Funktion bislang nur außerhalb der Zelle, also nicht in ihrer natürlichen Umgebung, untersuchen.

Dem Wissenschaftler-Team um Tomáš Čižmár, der vor Kurzem von der Universität im schottischen Dundee ans Leibniz-Institut für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) wechselte ist es jetzt zum ersten Mal gelungen die Lichtbündel durch haarfeine optische Glasfasern zu leiten. Eine Technologie, die an die „Strahlenkanonen“ aus dem Kinofilm Ghostbusters erinnert. Die multimodalen Fasern können aufgrund ihres geringen Durchmessers in lebende Gewebe und Organismen eindringen, ohne sie dabei zu beschädigen.

Zellbestandteile und einzelne Moleküle in vivo beobachten

„Wir haben nun die Möglichkeit in bisher unerreichbare Geweberegionen vorzudringen und dort Zellbestandteile oder einzelne Moleküle in ihrer natürlichen, komplexen Umgebung zu beobachten. Wir hoffen damit zelluläre Abläufe, besonders solche die zur Entstehung von Krankheiten führen, in Zukunft besser zu verstehen“ beschreibt Čižmár eine mögliche Anwendung der Technologie.

Die vorgestellten Forschungsarbeiten zeigen, dass sich mit Hilfe von Licht und faserbasierten optischen Fallen dreidimensional angeordnete Mikroobjekte in Echtzeit und mit nanometergenauer Ortsauflösung beliebig positionieren lassen. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für weitere Forschungsprojekte, mit dem Ziel haarfeine endoskopische Fasersonden für die Bildgebung in schwer zugänglichen Regionen lebender Organismen zu entwickeln.

Die Autoren des Artikels, der am 4. Dezember in Nature Photonics veröffentlicht wurde, sind ein internationales Wissenschaftler-Team aus Dundee (Schottland), Brno (Tschechien), des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts in Erlangen und des Leibniz-IPHT in Jena.

Originalveröffentlichung: Ivo T. Leite, Sergey Turtaev, Xin Jiang, Martin Šiler, Alfred Cuschieri, Philip St. J. Russell & Tomáš Čižmár: Three-dimensional holographic optical manipulation through a high-numerical-aperture soft-glass multimode fibre, Nature Photonics (2017) doi:10.1038/s41566-017-0053-8

* D. Siegesmund: Leibniz-Institut für Photonische Technologien, 07745 Jena

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