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Oberfläche einer Molekülschicht

Chemienobelpreis für "Nanoskopie"-Forscher

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an die US-Amerikaner Eric Betzig und William E. Moerner sowie an den Deutschen Stefan W. Hell. Sie werden für ihre Beiträge ausgezeichnet, die der Lichtmikroskopie die Nanodimension eröffnet haben.

Auszeichnung 08.10.2014

"Lange Zeit wurde die optische Mikroskopie von einer vermuteten Begrenzung aufgehalten: dass sie nie eine bessere Auflösung haben kann als die Wellenlänge von Licht", erklärte das Nobelpreiskomitee. "Mit Hilfe fluoreszierender Moleküle haben die Chemienobelpreisträger von 2014 das auf geniale Weise umgangen."

Die Auszeichnung ist heuer mit acht Millionen schwedischen Kronen (870.000 Euro) dotiert. Der Preis wird am 10. Dezember, dem Todestag von Alfred Nobel, verliehen.

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Ö1-Sendungshinweise

Die Ö1-Journale und Ö1-"Wissen aktuell" berichten in der "Nobelpreiswoche" von 6. bis 10. Oktober über alle Auszeichnungen. In science.ORF.at gibt es ebenfalls einen aktuellen Nobelpreisschwerpunkt.

Physikalisches Limit umgangen

1873 formulierte der deutsche Physiker Ernst Abbe eine Theorie der Auflösungsgrenze von optischen Mikroskopen. Diesem Grundsatz folgend könnten Lichtmikroskope nie eine bessere Auflösung als 0,2 Mikrometer, ungefähr die halbe Wellenlänge des Lichts, erreichen.

Was sich als unwahr herausstellen sollte: Die drei ausgezeichneten Forscher konnten nämlich das sogenannte Abbe-Limit mit Hilfe fluoreszierender Moleküle unterschreiten - das hat der Lichtmikroskopie ungeahnte Anwendungen beschert, wie das Nobelpreislomitee betonte:

Wissenschaftler könnten damit etwa die Wege von einzelnen Molekülen in lebenden Zellen verfolgen, zusehen, wie Moleküle Synapsen zwischen Gehirnzellen schaffen, Proteine ausfindig machen, die bei Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer eine wichtige Rolle spielen, und einzelne Proteine in befruchteten Eiern beobachten, wenn sich diese teilen und zu einem Embryo entwickeln.

Porträts der Chemie-Nobelpreisträgern 2014

APA/EPA/STANFORD UNIVERSITY/JOCHEN LUEBKE/MATT STALEY/HOWARD HUGHES MEDICAL

Die Laureaten: William Moerner, Stefan Hell, Eric Betzig

Das Komitee hat mit seiner Entscheidung zwei verschiedene Fluoreszenzmikroskopie-Methoden ausgezeichnet: Das sogenannte STED-Mikroskop ("Stimulated Emission Depletion") wurde von Hell im Jahr 2000 entwickelt.

Dabei kommen zwei Laserstrahlen zum Einsatz: Einer regt ein fluoreszierendes Molekül zum Leuchten an, ein zweiter, ringförmiger lässt nur den in der Mitte sichtbaren Bereich des vom Molekül ausgesandten Lichts übrig, der deutlich unter der Auflösungsgrenze und damit im Nanometer-Bereich bleibt (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter).

"Ein Heureka-Moment"

"Als ich die Idee dazu hatte, war das schon ein Heureka-Moment", sagte der 1962 in Arad (Rumänien) geborene Hell, Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie, vor zwei Jahren bei einem Vortrag in Österreich. Er ist auch Abteilungsleiter am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg.

Mikroskopische Aufnahme einer Nervenzelle

Donnert, Hell; Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Die STED-Mikroskopie (im Kreis) liefert hier etwa zehnmal schärfere Bilder als ein herkömmliches Mikroskop (außen). Zu sehen: Details einer Nervenzelle.

"Ich konnte es nicht glauben", so Hell am Mittwoch nach der Zuerkennung des Preises. "Glücklicherweise erkannte ich die Stimme von Staffan Normark wieder, deshalb realisierte ich, dass es wahr ist. Aber ich habe eine Weile gebraucht." Der Ständige Sekretär der schwedischen Wissenschaftsakademie hatte dem Preisträger die Nachricht am Telefon mitgeteilt.

"Ich bin wie gelähmt"

Betzig und Moerner schufen unabhängig voneinander die Grundlagen für die zweite Methode, die "Einzelmolekül-Mikroskopie". Diese beruht darauf, die Fluoreszenz einzelner Moleküle ein- und ausschalten zu können. Durch mehrmaliges Beobachten der Probe mit jeweils unterschiedlich leuchtenden Molekülen entsteht nach und nach ein Bild mit einer Auflösung im Nanobereich.

Betzig, der 1960 in Ann Arbor (US-Bundesstaat Michigan) geboren wurde und am Janelia Farm Research Campus des Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (Virgina) arbeitet, hat diese Methode erstmals 2006 angewandt. "Glücklich, aber vor allem überrascht", reagierte er auf die Auszeichnung. "Ich schaue seit einer halben Stunde auf meinen Computer, aber könnte genau so gut ins Nichts gucken. Ich bin wie gelähmt", so der Wissenschaftler, der sich gerade für einen Vortrag in München aufhält.

Moerner, 1953 in Pleasanton (US-Bundesstaat Kalifornien) geboren, arbeitet an der Stanford University (Kalifornien).

Die bisherigen Nobelpreise

Am Montag wurde der Medizinnobelpreis dem norwegischen Ehepaar May-Britt und Edvard Moser sowie dem britisch-amerikanischen Forscher O'Keefe (USA/Großbritannien) zuerkannt. Sie hatten herausgefunden, wie der Orientierungssinn funktioniert.

Gestern erhielten die Japaner Isamu Akasaki und Hiroshi Amano sowie der US-Amerikaner Shuji Nakamura den Nobelpreis im Fach Physik für die Entwicklung blauer Leuchtdioden (LEDs).

Im Vorjahr ging der Chemienobelpreis an den in Wien geborenen US-Chemiker Martin Karplus sowie seine beiden US-Kollegen Michael Levitt und Arieh Warshel. Sie wurden für die Schaffung von Grundlagen für Computermodelle geehrt, die zum Verständnis und zur Vorhersage chemischer Prozesse verwendet werden.

science.ORF.at/APA/dpa

Die Chemienobelpreise der letzten Jahre: