Forscher bewegen Zellen mit verstärkten optischen Pinzetten

6. September 2015, 13:02
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Wiener Wissenschafter bündeln ansonsten störendes Streulicht und setzen es als kräftige Unterstützung ein

Wien – Um Moleküle zu halten oder zu bewegen nutzen Forscher die minimalen Impulskräfte von Licht. Diese sogenannten "optische Pinzetten" versagten allerdings bei größeren Objekten wie Zellen – bis jetzt. In Wien tätige Biophysiker konnten nun mit australischen Kollegen das Streulicht bündeln und damit die Pinzette verstärken, berichten sie im Fachblatt "Nature Photonics".

"Licht hat zwar keine Masse, aber dennoch einen Impuls", erklärte Michael Taylor, der am Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien forscht. Jedes Mal, wenn es etwa eine Wand anstrahlt oder von einem Spiegel reflektiert wird, drücke es ein wenig gegen die Oberfläche. "Dieser Effekt heißt 'Strahlungsdruck' und ist so klein, dass man ihn im täglichen Leben nicht bemerkt", sagte er. Doch in der Mikrowelt habe er großen Einfluss.

Mit optischen Pinzetten hatte man zum ersten Mal eine direkte "Angriffsmöglichkeit" für mikroskopisch kleine Objekte, so der Forscher. "Man kann damit zum Beispiel einen DNA-Strang packen, daran ziehen, und beobachten, wie er sich streckt", erklärte er.

Licht-Pinzetten mit Grenzen

Doch bei Dingen, die größer als etwa einen Mikrometer sind, stieß dieses Werkzeug an seine Grenzen, wie etwa bei Zellen oder Flüssigkeitströpfchen von Aerosolen. Erstens brauche man dafür stärkere Haltekräfte, zweitens zerstreut sich das Licht bei größeren Objekten in komplexe hell-dunkel Muster, anstatt wie bei winzigen Dingen auf einfache Art gebeugt zu werden. "Den selben Effekt kann man bei der Lichtstreuung im Nebel erkennen, wenn man Regenbogen und Glorien sieht", so Taylor.

Die Forscher konnten diesen lästigen Effekt in einen Vorteil verwandeln. Das Partikelchen, das von der optischen Pinzette gehalten werden soll, benutzten sie als Strahlteiler, der das Licht aus verschiedenen Richtungen bündelt. "Damit konnten wir die Haltekraft um das Zwanzigfache steigern, und die Messungen, wie stark das Teilchen vibriert, um das Hundertfache verbessern", so Taylor. Allzu spezielle Ausstattung sei dafür nicht nötig. "Man braucht bloß 'holographische optische Pinzetten', die schon in vielen Labors weltweit genutzt werden", erklärte er.

Werkzeuge mit vielfachen Anwendungsmöglichkeiten

Mit den nunmehr kräftigeren optischen Pinzetten könne man nun nicht nur Zellen "angreifen", sondern auch eine Reihe von neuen Experimenten anpacken, wie etwa Schwerkrafttests in der Mikrometerwelt, Studien an Aerosolen, und vielleicht Mikroroboter entwickeln, die von Lichtimpulsen bewegt werden. (APA/red, 6.9.2015)

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