Nano-Sicht mit Laser-Licht – Wie man einzelne Moleküle durch ihr Leuchten finden und verfolgen kann

Freitag, 27. März 2020, 17 bis 17:45 Uhr

 

Zielgruppe

Kinder von acht bis zwölf Jahren

Veranstalter

Zentrale Studienberatung

Veranstaltungsort

Hörsaal H01 (Erdgeschoss), Hörsaalzentrum C.A.R.L., Claßenstraße 11, 52072 Aachen

 

Einzelne Moleküle sind extrem klein: ihre Größe liegt im Nanometer-Bereich, was einem Millionstel Millimeter entspricht und zirka 50.000 mal kleiner als der Durchmesser eines Haares ist. Um einzelne Moleküle sehen zu können, benötigt man daher Hilfsmittel wie Mikroskope mit sehr starken Vergrößerungen. Aber selbst dann bleiben die meisten Moleküle unsichtbar, da sie farblos beziehungsweise dunkel sind.

Glücklicherweise gibt es Moleküle, die Licht aussenden, wenn man sie beleuchtet. Dieses als Fluoreszenz bezeichnete Phänomen ermöglicht es uns, einzelne Moleküle sichtbar zu machen und deren Bewegung verfolgen zu können, wenn man die dafür nötige Ausrüstung besitzt: intensive Lichtquellen/Laser, Mikroskope mit komplexen optischen Komponenten und Kameras, die einzelne Lichtteilchen (Photonen) detektieren können. Doch selbst damit stoßen Forschende an eine physikalische Grenze: das sogenannte Beugungslimit verschlechtert die Auflösung von kleinen (Nano-)Strukturen um ein bis zu 300-faches. Das ist in etwa so, als würde man vergeblich versuchen, durch eine starke Brille zu lesen. Auch hier sind die Buchstaben so verschwommen, dass man deren einzelne Linien nicht getrennt wahrnehmen und auflösen kann. Somit gibt es also keine Möglichkeit, Nano-Strukturen optimal zu sehen. Oder kann man die Physik manchmal doch überlisten?

Gemeinsam wollen wir herausfinden, warum Moleküle fluoreszieren und wie man es damit schaffen kann, einzelne Moleküle zu sehen. Was bringt es uns überhaupt, den Aufwand zu betreiben, einzelne Moleküle zu beobachten? Warum kann man im Mikroskop durch immer stärkere Vergrößerung nicht immer besser auflösen? Wie konnten Forschende diese physikalisch undurchdringbare Grenze geschickt umgehen? Und warum revolutionierte dies die Mikroskopie so stark, dass 2014 sogar der Nobelpreis der Chemie an drei Pioniere auf dem Gebiet vergeben wurde?

 

Der Dozent

Professor Dominik Wöll studierte Chemie an den Universitäten Konstanz und Christchurch (Neuseeland). Seine Dissertation zur Verbesserung der photolithographischen Herstellung von DNA-Chips fertigte er ebenfalls in Konstanz an, bevor er sich in Leuven (Belgien) mit der Einzelmolekülmikroskopie vertraut machte. Anschließend baute er als unabhängiger Nachwuchswissenschaftler am Zukunftskolleg der Universität Konstanz und seit 2014 als Juniorprofessor an der RWTH Aachen University seine eigene Arbeitsgruppe auf.

Zusammen mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern entwickelt Dominik Wöll neue Methoden, um die Struktur von und Dynamik in sogenannter weicher Materie im Nanometerbereich zu visualisieren und damit neue Einsichten in diese spannenden Systeme zu gewinnen. Insbesondere bei Polymermaterialien sollen die gewonnenen tiefgreifenden Erkenntnisse auf der Nanoskala und deren Zusammenhang mit den makroskopischen Eigenschaften zum Design neuer beziehungsweise verbesserter Werkstoffe führen.