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Fluoreszenzmikroskopie

Nanometerlineale für Superauflösungs-Mikroskopie

| Autor / Redakteur: Carsten Forthmann, Philip Tinnefeld et al.* / Marc Platthaus

DNA-Origami-Nanolineale arbeiten mit allen an DNA koppelbaren Fluoreszenzfarbstoffen und decken damit, bei Bedarf auch auf ein und demselben Origami, den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums ab. Das Grundschema der meisten dieser Lineale ist ein reguläres Rechteck mit einer Breite von 70 nm und einer Länge von 100 nm.

Dieses trägt auf der Unterseite Verknüpfungsmoleküle, mit denen es spezifisch und stabil auf eine Oberfläche angebunden werden kann. Auf der Oberseite des Rechtecks sind dagegen die Farbstoffmoleküle in der gewünschten Konfiguration angebracht. So universell dieses einfache Grundschema auch ist, beschränkte es sich zunächst auf zwei Dimensionen, nämlich auf die Ebene parallel zur Oberfläche.

DNA-Origami-Technik auf 3D erweitert

Angesichts der Tatsache, dass immer mehr Superauflösungsmethoden inzwischen auch eine dreidimensionale Vermessung der Proben ermöglichen, wurden neue DNA-Origami-Strukturen entwickelt, die als Gerüst für ein dreidimensionales Nanometerlineal dienen konnten. Ein solches neu designtes DNA-Origami stellt die so genannte Nanosäule dar. Diese besteht aus einer Bodenplatte und einer darauf stehenden, 200 nm langen Säule. Die Unterseite der Bodenplatte kann analog zu den rechteckigen Origamis als Anknüpfungsstelle zur spezifischen Bindung der Struktur an die Oberfläche genutzt werden, während die, das Lineal aufbauenden, Farbstoffmoleküle an der Säule platziert werden. Auf diese Weise kann ein beliebiger Abstand zwischen 0 und 200 nm eingestellt werden [7]. Die Abdeckung aller drei Raumachsen geschieht durch die Ausnutzung der Tatsache, dass die Säule nicht senkrecht auf der Oberfläche steht, sondern mit dieser einen zufälligen Winkel zwischen 0 und 90° einnimmt (s. Abb. 4).

Dieses wird durch die vergleichsweise geringe Ausdehnung der Bodenplatte erreicht, wodurch sich nanoskopische Unebenheiten der Oberfläche auf die Orientierung der Säule übertragen und somit zu besagter Winkelverteilung führen. Dadurch sind in ein und derselben Probe Lineale für alle Raumrichtungen vorhanden, wodurch diese zur Kalibrierung aller drei Achsen eines dreidimensionalen Superauflösungsmikroskops genutzt werden kann.

Hohe Haltbarkeit ermöglicht kommerzielle Verbreitung

Für alle vorgestellten Nanometerlineale gilt, dass diese in einem relativ robusten Verfahren hergestellt werden können. Zudem können aufgrund des hohen Parallelisierungsgrades mit einem einzigen Herstellungsansatz mehrere tausend Messungen durchgeführt werden. Diese müssen nicht unbedingt zeitnah zueinander und zur Herstellung erfolgen, da sich die Strukturen bei entsprechender Lagerung über mehrere Wochen bis Monate stabil halten. Hierbei gilt allerdings, dass die Haltbarkeit mit steigender Komplexität der Struktur etwas abnimmt, d.h. dass speziell die 3D-Lineale nicht ganz die Haltbarkeit der zweidimensionalen Strukturen erreichen. Für eine noch längere Haltbarkeit und vor allem problemlose Transportierbarkeit lassen sich die Origami-Lineale auch in Polymere wie Polyvinylalkohol einbetten. Die Nanometerlineale etablieren sich inzwischen als Auflösungsstandards in dem immer weiter expandierenden Feld der optischen Superauflösungsmikroskopie und sind als solche auch kommerziell erhältlich.

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