Raster-Ionenstrom-Mikroskop

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Aufbau des Raster-Ionenstrom-Mikroskops

Ein Raster-Ionenstrom-Mikroskop (englisch scanning ion-conductance microscope, SICM) ist ein Mikroskop, dass elektrisch nicht-leitende Proben mit Hilfe eines Ionenstroms abbildet.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Über metallische Elektroden wird eine Spannung an eine Elektrolytlösung gelegt, die die zu untersuchende Probe enthält. Durch die Spannung induziert, fließt ein schwacher Ionenstrom (ca. 1 nA) durch die Spitze einer elektrolytgefüllten Glasnanopipette (Innendurchmesser ca. 100 nm) und weiter an der Probe vorbei bis zur Badelektrode. Nähert sich nun die Spitze der Pipette der Probe, versperrt die Probe immer mehr den Weg der Ionen und der Ionenstrom nimmt ab. Der Ionenstrom wird ständig sehr präzise gemessen. Hat nun der Ionenstrom um einen vorher festgelegten Prozentsatz abgenommen, stoppt eine Automatik die Annäherung der Pipette. Alle drei Raumkoordinaten dieses Stopp-Punktes werden gespeichert und die Pipette wird zurückgezogen. An einem anderen Punkt über der Probe wird die Pipette nun erneut der Probe genähert, bis der Ionenstrom wieder um den festgelegte Prozentsatz abgenommen hat und die Position des nächsten Stopp-Punktes gespeichert werden kann. Aus vielen so gewonnenen Stopp-Positionen wird ein dreidimensionales Bild der Probe erstellt.

Die hier beschriebene Art, die Probe Punkt für Punkt zu vermessen, wird Hopping-Mode genannt. Es gibt noch weitere Arten die Probe zu vermessen, z. B. den Continuous-Mode. SICM funktioniert nach dem Prinzip der Rastersondenmikroskopie und nutzt als Sonde den Ionenstrom.

Vor- und Nachteile[Bearbeiten]

SICM erlaubt es, biologische Proben, wie lebende Zellen, ohne mechanischen Kontakt abzubilden. Es sind dabei keine aufwendigen und möglicherweise invasiven Färbemethoden nötig. SICM ist darum für biologische und medizinische Studien wichtig, bei denen hohe räumliche Auflösung nötig ist und die untersuchten Proben nicht durch mechanischen Kontakt gestört werden sollen, um die Beobachtungen nicht zu verfälschen. Beispielsweise konnten mit SICM erstmals das ungestörte Wachstum und der Formwandel von wichtigen, sehr kleinen Membran-Ausstülpungen lebender Zellen (Mikorvilli) gefilmt werden.[1] Mit keiner anderen Mikroskopietechnik wäre das möglich gewesen. Auch das Eindringen virusähnlicher Partikel in Zellen konnte an lebenden Zellen erstmals mit SICM – in Kombination mit Fluoreszenzmikroskopie – gefilmt werden.[2]

Nachteilig an der Methode ist, dass Hohlräume und der Pipettenspitze unzugängliche Positionen der Probeoberfläche mit SICM nicht untersucht werden können. Des Weiteren ist SICM eine sehr junge Methode und darum noch wenig verbreitet. Die ersten Geräte wurden Ende der 1980er Jahre von Forschergruppen selbst gebaut. Erst seit 2006 sind Raster-Ionenstrom-Mikroskope kommerziell verfügbar (Hersteller Ionscope Ltd., Großbritannien).

Literatur[Bearbeiten]

  •  P. K. Hansma, B. Drake, O. Marti, S. A. Gould, C. B. Prater: The scanning ion-conductance microscope. In: Science. 243, Nr. 4891, 1989, S. 641–643, doi:10.1126/science.2464851, PMID 2464851.
  •  Yuri E. Korchev u. a.: Hybrid Scanning Ion Conductance and Scanning Near-Field Optical Microscopy for the Study of Living Cells. In: Biophysical Journal. 78, Nr. 5, 2000, S. 2675–2679, doi:10.1016/S0006-3495(00)76811-1, PMID 10777763, PMC 1300856 (freier Volltext).

Einzelnachweis[Bearbeiten]

  1.  Julia Gorelik u. a.: Dynamic assembly of surface structures in living cells. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, Nr. 10, 2003, S. 5819–5822, doi:10.1073/pnas.1030502100.
  2.  J. Gorelik u. a.: Scanning surface confocal microscopy for simultaneous topographical and fluorescence imaging: Application to single virus-like particle entry into a cell. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 99, Nr. 25, 2002, S. 16018–16023, doi:10.1073/pnas.252458399.