Was sind Fluorophore und Laser?
Um zu verstehen, warum Laser so nützlich sind, sollte man zunächst wissen, was ein Fluorophor ist. Stellen Sie sich ein Fluorophor als mikroskopisch kleinen, im Dunkeln leuchtenden Farbstoff vor. Wenn Licht einer bestimmten Farbe darauf fällt, beispielsweise blaues Licht, absorbiert der Fluorophor diese Energie und sendet sofort Licht einer anderen Farbe aus, beispielsweise grünes Licht. Dieser Vorgang wird als Fluoreszenz bezeichnet.
Wissenschaftler markieren winzige Strukturen in Zellen mit Fluorophoren, damit sie unter einem Mikroskop sichtbar werden. Damit eine solche Markierung jedoch hell und klar fluoresziert, ist eine geeignete Lichtquelle erforderlich. Hier kommt ein Laser zum Einsatz.
Vorteil 1: Reine Farbe (Monochromasie)
Herkömmliche Glühlampen und sogar die Sonne geben weißes Licht ab, das eine ungeordnete Mischung aller Farben des Regenbogens ist. Selbst eine gewöhnliche blaue LED emittiert einen etwas breiteren Bereich verschiedener Blautöne.
Bei einem Laser ist das anders. Er gibt genau eine reine Farbe ab, also eine einzelne Wellenlänge.
Dies ist äußerst wichtig, da Fluorophore sehr selektiv reagieren. Sie besitzen eine bestimmte bevorzugte Lichtfarbe, bei der ihre Fluoreszenz am stärksten ist. Ein Laser liefert genau diese optimale Farbe und keine anderen Wellenlängen, sodass das Fluorophor optimal angeregt wird. Noch wichtiger ist, dass sich das äußerst reine Laserlicht nicht unbeabsichtigt mit der Fluoreszenzfarbe überlagert, die die Wissenschaftler messen möchten.
Vorteil 2: Hohe Leistung und Helligkeit (Intensität)
Für ein helles Leuchten ist eine helle Lichtquelle erforderlich. Laser können eine sehr große Lichtenergie in einem sehr kleinen Strahl bündeln.
Bei Verwendung eines leistungsstarken Lasers wird den Fluorophoren viel Energie direkt zugeführt. Dadurch emittieren sie ein wesentlich stärkeres, helleres Fluoreszenzsignal. Diese hohe Helligkeit ist entscheidend, wenn Wissenschaftler sehr schwache Signale untersuchen oder nur eine sehr geringe Anzahl von Fluorophoren zur Verfügung steht.
Vorteil 3: Präzise Fokussierung (Kollimation)
Haben Sie schon einmal im Dunkeln eine gewöhnliche Taschenlampe eingeschaltet? Das Licht breitet sich in einem breiten Kegel in alle Richtungen aus. Wenn Sie versuchen, ein winziges Ziel anzuleuchten, geht der größte Teil des Lichts verloren.
Laserstrahlen breiten sich nicht auf; sie bleiben auf einer geraden Linie eng gebündelt. Daher lässt sich ein Laserstrahl mit Linsen auf einen mikroskopisch kleinen, punktförmigen Fleck fokussieren. So können Wissenschaftler mit Lasern in Mikroskopen winzige Details innerhalb einer einzelnen Zelle Punkt für Punkt beleuchten, ohne die gesamte Probe auszuleuchten und dadurch das Bild unscharf zu machen.
Vergleich von Lasern mit anderen Lichtquellen
Bevor Laser weitverbreitet waren, verwendeten Wissenschaftler helle Lampen, etwa Halogen- oder Quecksilberlampen, oder LEDs.
- Lampen werden heiß, verschwenden viel Energie und erzeugen ein ungeordnetes Farbgemisch. Wissenschaftler müssen dicke Glasfilter verwenden, nur um unerwünschte Farben zu blockieren.
- LEDs sind deutlich besser und kostengünstiger als Lampen, erreichen jedoch weder die spektrale Reinheit eines Lasers noch dessen Fähigkeit, auf einen mikroskopisch kleinen Punkt fokussiert zu werden.
Fazit
Obwohl sie teurer als herkömmliche Lichtquellen sind, eignen sich Laser hervorragend für die Arbeit mit Fluorophoren. Mit ihrer vollkommen reinen Farbe, enormen Helligkeit und punktgenauen Präzision ermöglichen Laser die Darstellung der mikroskopischen Welt mit einer Klarheit und Detailgenauigkeit, die keine andere Lichtquelle erreicht.
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