Archiv des Monats: März 2011

Neue hochauflösende Methoden in der Fluoreszenzmikroskopie

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Pressemitteilung der Universität Heidelberg vom 01.03.2011

Heidelberger Wissenschaftler nutzen lichtunabhängigen Prozess mit chemisch schaltbarer Sonde

Mit Hilfe chemischer Verfahren können physikalische Beschränkungen in der hochauflösenden  Lichtmikroskopie umgangen werden. Forscher des Physikalisch-Chemischen Instituts und des Exzellenzclusters „CellNetworks“ der Universität Heidelberg haben eine neue Methode entwickelt, bei der anstelle von lichtabhängigen Prozessen chemische Reaktionen zum Einsatz kommen, um zelluläre Strukturen für hochauflösende lichtmikroskopische Untersuchungen zu markieren. Diese Methode ermöglicht neue Anwendungsgebiete für die Fluoreszenzmikroskopie. Die Ergebnisse wurden online in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ veröffentlicht.

Die Fluoreszenzmikroskopie ist eine weit verbreitete Methode, um Zellbestandteile zu untersuchen. Allerdings verhindert die sogenannte Beugungsgrenze detaillierte Einblicke in zelluläre Strukturen: Danach lassen sich Objekte, die weniger als 0,3 Mikrometer voneinander entfernt liegen, nicht mehr getrennt voneinander abbilden. Um diese Grenze zu umgehen, wurden neue Methoden entwickelt, zu denen beispielsweise die Stochastische Optische Rekonstruktionsmikroskopie (STORM) zählt. Dabei werden Zellstrukturen mit fluoreszierenden Farbstoffen markiert und durch Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt und sichtbar gemacht. Eine hohe Auflösung von ungefähr 0,02 Mikrometer wird erreicht, indem die Mehrzahl der Farbstoffe ausgeschaltet und nur eine geringe Anzahl angelassen wird, so dass das ausgesandte Licht benachbarter Farbstoffe nicht mehr überlagert abgebildet wird. Dieses Schalten der Farbstoffe wird ebenfalls durch Licht gesteuert. Die Position der angeschalteten Farbstoffe lässt sich über eine mathematische Analyse mit sehr hoher Präzision von ungefähr 0,003 Mikrometer bestimmen. Die mehrfache Wiederholung dieser Prozedur liefert exakte Informationen über den Aufenthaltsort aller Farbstoffe und lässt damit eine hochauflösende Rekonstruktion der untersuchten Zellstrukturen zu.

Diese Untersuchungsmethode stellt allerdings besondere Anforderungen an das Mikroskop und die eingesetzten Lichtquellen: Um die jeweiligen Farbstoffe zu schalten, werden entweder unterschiedliche Laserlinien oder hohe Lichtintensitäten oder auch beides zugleich benötigt, was bei der Untersuchung lebender Zellen problematisch werden kann. Das Team um den Heidelberger Chemiker Dr. Dirk-Peter Herten hat das Schalten von Farbstoffen mit Hilfe von Laserlicht durch einen lichtunabhängigen Prozess ersetzt. Dabei passten die Wissenschaftler eine chemische Sonde zum Nachweis von Kupferionen so an, dass diese Sonde mit ihren fluoreszierenden Eigenschaften zur Markierung von zellulären Strukturen genutzt werden kann. Bindet Kupfer(II) an diese Sonde, wird deren Fluoreszenz gelöscht. Diese Bindung des Kupfer(II)-Ions ist umkehrbar, wobei auch die Fluoreszenz der Sonde wiederhergestellt wird. Somit wird die mikroskopische Untersuchung der Zellstrukturen mit Hilfe einer umkehrbaren, das heißt reversiblen, chemischen Reaktion gesteuert.

Die Wissenschaftler haben die Methode CHIRON – chemically improved resolution for optical nanoscopy – genannt. Damit lassen sich laut Dr. Herten Mikroskopieverfahren wie STORM soweit vereinfachen, dass auf den Einsatz zusätzlicher Laserlinien und auf hohe Lichtintensitäten verzichtet werden kann. Stattdessen muss lediglich die Sonde in einer zellulären Umgebung vorliegen, der kleinste Mengen von Kupfersulfat zugegeben werden können, zum Beispiel fixierte Zellen. „Damit ergeben sich neue Anwendungsgebiete für die hochauflösende Mikroskopie, die vorher wegen technischer Beschränkungen unzugänglich waren, denn unsere Sonden lassen sich auf vielen Mikroskopen einsetzen“, erläutert Dr. Herten.

Originalveröffentlichung:
M. Schwering, A. Kiel, A. Kurz, K. Lymperopoulos, A. Sprödefeld, R. Krämer, D.-P. Herten: Far-Field Nanoscopy with Reversible Chemical Reactions / Hochauflösende Mikroskopie mit reversiblen chemischen Reaktionen. Angewandte Chemie International Edition, 15. Februar 2011, doi: 10.1002/anie.201006013

Externer Link: www.uni-heidelberg.de

Ultraschnelle Photodetektoren aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen

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Pressemitteilung der TU München vom 07.03.2011

Geschwindigkeitsbestimmung von Elektronen in nano-Photodetektoren:

Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind vielversprechende Elemente für optoelektronische Bauteile. Bisher fehlten jedoch elektronische Methoden, um die optischen und elektronischen Eigenschaften der Nanoröhrchen zeitaufgelöst zu analysieren. Ein Team von Physikern um Professor Alexander Holleitner von der Technischen Universität München (TUM) hat jetzt eine Methode entwickelt, mit der sie unmittelbar messen können, wie schnell sich Elektronen in diesen extrem kleinen Photodetektoren bewegen.

Nanoröhrchen aus Kohlenstoff haben eine Vielzahl außergewöhnlicher Eigenschaften. Sie sind vielversprechende Kandidaten für optoelektronische Bauteile. Doch bisher ist es extrem schwierig, ihre optischen und elektronischen Eigenschaften zu analysieren und zu beeinflussen. Nun gelang es Wissenschaftlern um Professor Alexander Holleitner, Physiker an der TU München und Mitglied des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM), eine Messmethode zu entwickeln, die eine zeitliche Auflösung des sogenannten Photostroms in Photodetektoren bis in den Pikosekundenbereich ermöglicht.

„Eine Pikosekunde ist ein sehr kleines Zeitintervall“, erläutert Alexander Holleitner. „Wären die Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs, so kämen sie in einer Sekunde fast bis zum Mond. In einer Pikosekunde kämen sie dagegen nur etwa einen Drittel Millimeter weit.“ Die neue Messtechnologie ist rund hundert Mal schneller als die bestehenden Methoden. So können die Wissenschaftler um Professor Alexander Holleitner nun die Geschwindigkeit der Elektronen genau messen. In den Kohlenstoff-Nanoröhrchen legen die Elektronen in einer Pikosekunde nur etwa 8 Zehntausendstel Millimeter oder 800 Nanometer zurück.

Kern des untersuchten Photodetektors sind Kohlenstoff-Röhrchen mit einem Durchmesser von nur etwa einem Nanometer, die über metallische Kontakte elektronisch eingebunden sind. Die Geschwindigkeit der Elektronen bestimmen die Physiker mit Hilfe von koplanaren Streifenleitungen, die sie über ein spezielles zeitaufgelöstes Laser-Spektroskopie-Verfahren auswerten, die Pump-Probe Technik. Hierbei werden mit einem Laserpuls Elektronen in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen angeregt und die Dynamik dieses Prozesses mit einem zweien Laser verfolgt.

Die neuentwickelte Methode liefert zahlreiche Erkenntnissen und neue Analysemöglichkeiten, die für eine Reihe von Anwendungen interessant sind. Dazu gehört vor allem die Weiterentwicklung optoelektronischer Bauteile wie nanoskalige Photodetektoren, Photoschalter und Solarzellen.

Die Arbeit wurde unterstützt aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich, NIM) und des Center for NanoScience (CeNS) an der Ludwig-Maximilians-Universität München. An der Publikation wirkten außerdem Physiker der Universität Regensburg und der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich mit.

Originalpublikation:
Time-Resolved Picosecond Photocurrents in Contacted Carbon Nanotubes, Leonhard Prechtel, Li Song, Stephan Manus, Dieter Schuh, Werner Wegscheider, Alexander W. Holleitner, Nano Letters 2011, 11 (1), pp 269-272, DOI: 10.1021/nl1036897

Externer Link: www.tu-muenchen.de

Kameras aus dem Salzstreuer

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom März 2011

Handschuhe und Rasierer für den einmaligen Gebrauch gibt es seit langem. Künftig wird es auch Einmal-Endoskope geben – für minimalinvasive Eingriffe in den menschlichen Körper. Eine neue Mikrokamera macht’s möglich. Sie ist so groß wie ein Salzkorn, liefert gestochen scharfe Bilder und lässt sich sehr kostengünstig herstellen.

Die Endoskopie hat sich in den vergangenen Jahren rasant weiterentwickelt. Mikrokameras in der Spitze von Endoskopen liefern Bilder vom Innern des menschlichen Körpers in immer höherer Auflösung. Dadurch können Tumore oft frühzeitig erkannt werden. Bisherige Endoskope haben jedoch einige Nachteile: Sie sind teuer und müssen aufgrund ihrer mehrfachen Verwendung nach jedem Gebrauch aufwändig gereinigt werden. Hilfe verspricht eine neue Mikrokamera, die das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin gemeinsam mit der Awaiba GmbH und mit Unterstützung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena entwickelt hat. »Mit unserer Technologie können Mikrokameras so preiswert produziert werden, dass Mediziner die Endoskope nach einmaligem Gebrauch entsorgen können«, sagt Martin Wilke, Wissenschaftler am IZM. Möglich wird das durch einen neuartigen Herstellungsprozess.

Digitale Kamerasysteme bestehen aus zwei Komponenten: einer Optik und einem Sensor, der das Bild in elektrische Signale umwandelt. Elektrische Kontakte am Sensor ermöglichen den Zugang zu diesen Signalen und somit zur Bildinformation. Die Kontakte liegen herstellungsbedingt zwischen Sensor und Optik. Wie auch Computerchips werden Sensoren in großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt. »Man muss sich das wie einen Bogen Briefmarken vorstellen«, sagt Wilke. »Viele tausend Briefmarken werden in einem Arbeitsschritt gedruckt. Wenn man sie verwenden will, muss man sie voneinander trennen. Statt einem Papierbogen hat man bei Bildsensoren eine kreisförmige Scheibe Silizium, einen Wafer.« Auf einen Wafer passen etwa 28 000 Bildsensoren. Die wurden bislang einzeln ausgesägt, verdrahtet und an die noch fehlende Optik montiert. Das heißt also 28 000 Mal verdrahten und noch einmal genauso oft montieren.

Diesen Prozess haben die Forscher des IZM optimiert, indem sie einen neuen Zugang zu den elektrischen Kontakten entwickelten. Das Verdrahten geht jetzt schneller und das gesamte Kamerasystem ist kleiner. Der Clou: Die Kontakte werden nicht mehr bei jedem einzelnen Bildsensor über die Seite, sondern bei allen Sensoren gleichzeitig über ihre Rückseite erreicht, während sie noch als Wafer zusammenhängen. Dadurch muss man die Optiken auch nicht mehr einzeln montieren, sondern kann sie als Optik-Wafer mit dem Bildsensor-Wafer verbinden. Erst danach wird der Wafer-Stapel in einzelne Mikrokameras zersägt. Ein weiterer Vorteil: gestochen scharfe Bilder auch bei sehr dünnen Endoskopen. Bislang mussten die darin integrierten Kamerasysteme aufgrund ihrer »Größe« geteilt werden. Die Optik befand sich an der Endoskopspitze und der Sensor am anderen Ende des Glasfaserstrangs. Die neue Mikrokamera ist klein genug für die Endoskopspitze. Sie hat eine Auflösung von 25 000 Pixel und sendet die Bildinformation über ein elektrisches Kabel durch das Endoskop. »Mit 0,7 mal 0,7 mal 1,0 Millimeter ist die Kamera so klein wie grob gemahlenes Salz – die kleinste uns derzeit bekannte Kamera«, sagt Stephan Voltz, Geschäftsführer der Awaiba GmbH.

Neben der Medizintechnik interessiert sich auch die Automobilindustrie für den Kamera-Winzling. Aktuell wird daran geforscht, mit Mikrokameras Außenrückspiegel von Fahrzeugen zu ersetzen: Auf diese Weise ließe sich der Strömungswiderstand reduzieren und der Energieverbrauch senken. Eingebaut in Armaturen könnte die Kamera außerdem die Augenbewegungen des Fahrers berechnen und so dem Sekundenschlaf vorbeugen. Stephan Voltz freut sich über die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten: »Mit dem Fraunhofer-Know-how können wir ab 2012 Einmal-Endoskope für nur wenige Euro auf den Markt bringen. Der Prototyp liegt bereits vor.«

Externer Link: www.fraunhofer.de

„Stop and go“

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Presseinformation der LMU München vom 24.02.2011

Wie die Zelle Blockaden der Genabschrift auflöst

Die Gen-Transkription steht im Zentrum allen Lebens. Dabei wird – als erster Schritt auf dem Weg zur Proteinsynthese – genetische Information in ein Botenmolekül übertragen. Das Enzym Polymerase II, kurz Pol II, ist zuständig für die Abschrift. Kommt es zu Fehlern bei diesem hochsensiblen Vorgang, kann die gesamte Transkription zum Erliegen kommen. Der LMU-Biochemiker Professor Patrick Cramer, Leiter des Genzentrums, und sein Mitarbeiter Dr. Alan Cheung konnten nun im Detail zeigen und erstmals auch im Film festhalten, was bei dieser molekularen Blockade geschieht. Sie konnten sogar beobachten wie die Genabschrift reaktiviert wird. Die Reaktivierung der Transkription kommt in allen Zellen vor und ist deswegen von grundlegender Bedeutung. „In höheren Organismen wird auf diesem Weg auch die Genaktivität von Stammzellen und Krebszellen reguliert“, betont Cramer. (Nature online, 23. Februar 2011)

„Die DNA selbst ist träge“, betont Patrick Cramer. Erst die Polymerase II erweckt das fadenförmige Molekül zum Leben, wenn die in der DNA enthaltene genetische Information in das Botenmmolekül mRNA abgeschrieben wird, um als Vorlage für die Proteinsynthese zu dienen. Weil Proteine wiederum die wichtigsten Funktionsträger der Zelle sind, kann biologisches Leben ohne Transkription nicht funktionieren.

Die Abschrift der Gene ist ein komplexer und hochsensibler Vorgang. Nicht selten kommt es zum Einbau falscher Bausteine oder zu anderen Fehlern, die die gesamte Transkription blockieren. Häufig bewegt sich Pol II dann ein kurzes Stück in die Gegenrichtung entlang der DNA, so dass der Defekt korrigiert werden kann. Problem gelöst: Die Transkription läuft weiter. Manchmal aber bewegt sich das Enzym zu weit zurück, so dass sich die mRNA verkeilt.

In diesem Fall kommt die Transkription vollständig zum Stillstand und Pol II kann erst durch den Faktor TFIIS aus der Erstarrung gelöst werden. Dieser Faktor verändert das aktive Zentrum des Enzyms so, dass der hinderliche RNA-Abschnitt abgetrennt und anschließend die Transkription fortgesetzt werden kann. Cramer und Cheung konnten nun erstmals die molekularen Details der Blockade und ihrer Reaktivierung entschlüsseln – und eben dies auf Film festhalten.

So zeigte sich unter anderem, dass TFIIS die Bindung der mRNA an Pol II löst und beim Abschneiden des eingeklemmten mRNA-Stücks hilft. „Dieser Prozess findet in allen Zellen ständig statt und ist essentiell für ihr Überleben“, sagt Cramer. „Darüber hinaus wird dieser Prozess in höheren Lebewesen auch zur Regulation der Genaktivität genutzt, gerade auch in Stamm- und Krebszellen. Insgesamt übt Pol II eine zentrale Aufgabe in der Zelle aus und steht deshalb im Mittelpunkt meiner Forschung, die zunehmend in einem systembiologischen Ansatz das transkriptionelle Netzwerk der Zelle aufklären und molekular-mechanistisch beschreiben soll.“ (göd/suwe)

Publikation:
Structural basis of RNA polymerase II backtracking, arrest, and reactivation;
Alan C.M. Cheung und Patrick Cramer
Nature online, 23. Februar 2011

Externer Link: www.uni-muenchen.de

technologiewerte.de – Börsenblick Februar 2011

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Rückblick Februar 2011

Performance

Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im Februar 2011 um circa 4% zu. Unter den Index-Top-Performern finden sich die Aktien von Q-Cells, Solarworld sowie Nordex; zu den Underperformern zählen die Papiere von Dialog Semiconductor, Evotec und Bechtle.

Ausblick März 2011

Kalender

o Adva Optical:

09.03.2011 Investoren-Roadshow mit Morgan Keegan New York

10.03.2011 Investoren-Roadshow mit Morgan Keegan Baltimore

10.03.2011 Credit Suisse Comm Equipment & Networking Conference Boston

15.03.2011 Investoren-Roadshow mit WestLB Frankfurt

16.03.2011 Investoren-Roadshow mit Deutsche Bank Zürich/Genf

17.03.2011 Investoren-Roadshow mit Deutsche Bank Edinburgh

o Aixtron:

01.03.2011 FY/2010 Ergebnis

02.03.2011 FY/2010 Roadshow London

07.-11.03.2011 FY/2010 Roadshow USA

08.-11.03.2011 FY/2010 Roadshow Europa

30.03.2011 Deutsche Bank Pan European Small & Mid Cap Conference London

o BB Biotech:

21.03.2011 Ordentliche Generalversammlung 2011

o Bechtle:

17.03.2011 Geschäftsbericht 2010

17.03.2011 Bilanzpressekonferenz Stuttgart

17.03.2011 DVFA-Analystenkonferenz Frankfurt

o Centrotherm:

23.03.2011 Veröffentlichung Geschäftsbericht 2010

o Conergy:

29.03.2011 Veröffentlichung Konzernjahresabschluss 2010

29.03.2011 Bilanzpressekonferenz / Analystenkonferenz

o Drägerwerk:

16.03.2011 Bilanzpressekonferenz Hamburg

16.03.2011 Analystenkonferenz Frankfurt

o Drillisch:

25.03.2011 Veröffentlichung Jahreszahlen 2010

o Evotec:

24.03.2011 FY 2010 Results Presentation

29.03.2011 Kempen & Co Healthcare/Life Sciences Conference Brüssel

o Freenet:

25.03.2011 Veröffentlichung Konzern-Jahresabschluss / Geschäftsbericht 2010

o Jenoptik:

24.03.2011 Veröffentlichung Geschäftsbericht 2010

25.03.2011 Analystenkonferenz zum Jahresabschluss 2010

o Kontron:

30.03.2011 Bilanzpressekonferenz

o Manz Automation:

10.03.2011 Veröffentlichung vorläufige Zahlen 2010

31.03.2011 Veröffentlichung Geschäftsbericht 2010

o Morphosys:

01.-03.03.2011 Credit Suisse Healthcare Conference London

15.-17.03.2011 Barclays Global Healthcare Conference Miami

21.-23.03.2011 BofA Merrill Lynch Biotech 1-on-1 Forum London

29.03.2011 Kempen & Co Healthcare/Life Sciences Conference Brüssel

31.03.2011 BioCapital Europe Amsterdam

o Nordex:

28.03.2011 Presse- und Analystenkonferenz Geschäftsjahr 2010

o Pfeiffer Vacuum:

29.03.2011 Gesamtergebnis 2010

o Phoenix Solar:

17.03.2011 Commerzbank Growth & Responsibility Conference Frankfurt

o Q-Cells:

29.03.2011 Veröffentlichung Geschäftsbericht 2010

o QSC:

24.03.2011 Société Générale Telecoms Conference Paris

31.03.2011 Veröffentlichung des Geschäftsberichts 2010

o Roth&Rau:

31.03.2011 Geschäftsbericht 2010

31.03.2011 Bilanzpressekonferenz

o Singulus:

31.03.2011 Bilanzpressekonferenz

31.03.2011 Analystenkonferenz

o SMA Solar:

16.03.2011 Commerzbank Growth & Responsibility Conference Frankfurt

31.03.2011 Veröffentlichung Geschäftsbericht SMA Gruppe 2010 und Einzelabschluss SMA AG 2010

31.03.2011 Analyst Conference Call

31.03.2011 Bilanzpressekonferenz

o Software AG:

09.03.2011 UBS Technology Conference London

17.03.2011 Roadshow Helsinki

18.03.2011 Roadshow Oslo

29.03.2011 HSBC Equity Conference Paris

o Solarworld:

24.03.2011 Veröffentlichung Konzernbericht 2010

24.03.2011 Bilanzpressekonferenz Jahresabschluss 2010

24.03.2011 Analystenkonferenz Jahresabschluss 2010

25.03.2011 Internationale Telefonkonferenz

o Stratec:

08.03.2011 Veröffentlichung Konzern-/Jahresabschluss 2010

08.03.2011 Bilanzpresse- und Analysten-Telefonkonferenz

o United Internet:

24.03.2011 Jahresabschluss 2010

24.03.2011 Presse- und Analystenkonferenz