In natürlicher Umgebung

Neu installiertes Mikroskop bietet weltweit einzigartige Untersuchungsmethode

18. Juni 2021

Mit einem Elektronenmikroskop können kleinste Strukturen und sogar einzelne Atome abgebildet werden. Problematisch waren bislang biologische Proben, denn ohne das allgegenwärtige Wasser verändern sie ihre Struktur, und das im Elektronenmikroskop normalerweise herrschende Vakuum lässt dies verdampfen. Daher war die Untersuchung solcher Proben bisher schwierig. Das neu am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) installierte Kryo-Transmissions-Elektronenmikroskop friert die zu untersuchenden Biomoleküle mitsamt dem umgebenden Wasser ein und ermöglicht damit Einblicke in die chemischen Bestandteile der molekularen Biologie.

Katharina Landfester (links) und Ingo Lieberwirth freuen sich auf die ersten Messungen mit Hilfe des neuen Kryo-Elektronenmikroskops

Ein Elektronenmikroskop nutzt Elektronen, um ein vergrößertes Bild einer Probe zu erzeugen. Es erreicht dabei eine extrem hohe Auflösung, die es ermöglicht, sogar die Atome in der untersuchten Probe abzubilden. Damit dies jedoch funktioniert, muss die untersuchte Probe gewissen Anforderungen genügen: So darf sich beispielsweise die Probe im Vakuum des Mikroskops nicht verändern. Insbesondere Wasser, welches für die strukturelle Integrität biologischer Moleküle essentiell ist, würde im Vakuum des Elektronenmikroskops sofort verdampfen und damit zu drastischen Veränderungen der untersuchten Struktur führen.  

Am Max-Planck-Institut für Polymerforschung wurde nun ein neues Elektronenmikroskop installiert, bei dem die Probe bei -190 °C schockgefroren wird – ein sogenanntens „Kryo“-Elektronenmikroskop (von griechisch „kryos“: kalt). Das Ergebnis: Das Wasser kann nicht mehr verdampfen und damit können biologische Systeme in ihrer „natürlichen“ Umgebung untersucht werden. 

Zusätzlich wurde das am MPI-P installierte Mikroskop mit einem Energiespektrometer kombiniert und ist damit weltweit einzigartig. Das Spektrometer misst die Energie der Elektronen und erlaubt damit einen Rückschluss auf die in der Probe vorhandenen Atome zu ziehen. Damit können die Forscher:innen am MPI-P die chemische Zusammensetzung der untersuchten Moleküle mit nahezu atomarer Auflösung messen.

Das 5 Millionen Euro teure Mikroskop wird die verschiedenen, bereits am MPI-P vorhandenen Mikroskopieverfahren ergänzen und vor allem zur Strukturaufklärung von Biomolekülen beitragen. Insbesondere werden mit dem neuen Mikroskop bisher ungelöste Fragestellungen an der Grenze zwischen molekularer Biologie und Materialwissenschaft in Angriff genommen. 

Video des Aufbaus

Zeitraffer des Aufbaus des neuen Elektronenmikroskops

„Wir sind gespannt auf die Ergebnisse, die wir mit diesem Mikroskop erzielen können“, so Ingo Lieberwirth, Gruppenleiter und Verantwortlicher für das Mikroskop im Arbeitskreis von Katharina Landfester. „Vor allem im Bereich des Einsatzes von Nanopartikeln für medizinische Anwendungen werden wir neue Einblicke in die Wirkungsweise dieser Nanoteilchen erlangen, um damit die Grundlage für neuartige Medikamente zu schaffen“.

Das Mikroskop wird am 25. Juni offiziell eingeweiht. Die Installation des Mikroskops ist inzwischen beendet und die Arbeiten zu dessen Inbetriebnahme haben bereits begonnen. Mit den ersten Messungen kann daher in den nächsten Wochen gerechnet werden.

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