Nobelprijs Chemie voor fluorescentiemicroscopie
De Nobelprijs voor de Scheikunde ging deze maand naar twee fysici en een fysisch chemicus. De Amerikanen Eric Betzig en William Moerner en de Roemeense Duitser Stefan Hell wisten de klassieke beperkingen van lichtmicroscopen wisten te omzeilen zorgden daarmee voor de ontwikkeling van microscopie tot nanoscopie. Daardoor kunnen wetenschappers processen in levende systemen nu bestuderen met veel meer detail dan voorheen.
De klassieke microscopie wordt beperkt door de golflengte van het gebruikte licht. Details die kleiner zijn dan de helft van die golflengte (typisch 250 nanometer) zijn met een klassieke microscoop niet in beeld te brengen. Hierdoor is het technisch onmogelijk om bijvoorbeeld virussen, eiwitten en individuele moleculen met een klassieke microscoop te bestuderen. Een elektronenmicroscoop kan dit wel, maar daarin gaan levende structuren vaak kapot.
De drie Nobelprijswinnaars droegen er elk apart aan bij dat met behulp van fluorescentietechnieken de klassieke grens van de microscopie is doorbroken en we nu kunnen spreken van nanoscopie. Dankzij hun ontdekkingen is het nu bijvoorbeeld mogelijk om eiwitten te volgen tijdens de ontwikkeling van een embryo, of in beeld te brengen hoe moleculen verbindingen maken in de hersenen.
Natuurkundige Stefan Hell, die momenteel scientific director is bij het Max Planck Instituut in Duitsland, vond in 2000 de STED-microscoop uit (STED staat voor stimulated emission depletion). Een STED-microscoop wekt met twee laserstralen eerst fluorescentie op en dooft deze vervolgens overal uit, behalve in een volume ter grootte van enkele nanometers. De microscoop verplaatst dat volume nanometer voor nanometer. Op die manier kan de microscoop het sample met super-resolutie scannen.
Experimenteel natuurkundige Betzig en fysisch chemicus Moerner werkten ieder afzonderlijk aan de microscopie van moleculen. Zij wisten de fluorescentie van moleculen afwisselend aan en uit te zetten en vervolgens foto’s te maken wanneer een molecuul fluorescent is. Door heel veel van deze foto’s over elkaar te leggen, ontstaat een super-resolutiebeeld van het molecuul. Het lukte Betzig in 2006 voor het eerst om deze techniek toe te passen.
Doordat de super-resolutie-microscooptechnieken van de Nobelprijswinnaars het mogelijk maken om zeer kleine structuren zelfs in levend weefsel te kunnen ontrafelen, staan ze aan de basis van vele doorbraken in de microbiologie.