Ein Mikroskop für Viren

Eine neue Methode zur schnellen und genauen Bestimmung von Virenkonzentrationen nutzt Sekundärstrahlung von Plasmonen.

Eine Hülle aus Proteinen, ein wenig Erbgut und ein paar Enzyme: Viren sind so einfach gebaut, dass sie nicht einmal eindeutig den Lebewesen zugerechnet werden können. Nachweisen kann man die winzigen Krankheitserreger in der Regel nur mit indirekten Methoden – für gewöhnliche Lichtmikroskope sind sie zu klein. Doch nun haben Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS) in Dortmund eine Art Viren-Mikroskop gebaut. Mit dem Gerät können sie in Echtzeit verfolgen, wie sich die Virus-Partikel auf einer Oberfläche absetzen.

„Damit haben wir eine schnelle und sehr empfindliche Methode für die Messung von Virenkonzentrationen entwickelt“, erklärt Alexander Zybin, der am ISAS im Projektbereich Materialanalytik arbeitet.

Grundlage für das Viren-Mikroskop ist ein bekanntes physikalisches Phänomen: Freie Elektronen in einem Metall können zu kollektiven Schwingungen angeregt werden, die sich in etwa wie Teilchen verhalten. Diese Quasi-Teilchen bezeichnet man als Plasmonen. An Stellen, an denen Partikel auf der Metallschicht binden, erzeugen diese Plasmonen so genannte Sekundärstrahlung. Zybin regt seine Plasmonen mit einem Laser an, der durch ein Prisma auf eine Goldschicht gelenkt wird. Die Probe, in der die Viren schwimmen, gelangt über eine winzige Flusszelle auf die Goldschicht.

Wie ein Stein, den man ins Wasser wirft, erzeugt jedes gebundene Teilchen konzentrische Plasmonenwellen, die ein Detektor auffängt. Zybins Gerät macht 20 Bilder in der Sekunde, fasst allerdings jeweils 10 Aufnahmen zu einer zusammen. Auf dem Bildschirm erscheinen die gebundenen Partikel als helle Flecken auf grauem Hintergrund.

Noch müssen die Wissenschaftler die Flecken von Hand zählen, doch wenn die passende Software fertig ist, glaubt Zybin, wird die Methode sich schnell durchsetzen. Sie ist nicht nur schneller, sondern auch deutlich sensitiver als herkömmliche Verfahren zur Messung von Virenkonzentrationen: Proben mit 10.000 Viren pro Milliliter messen die Forscher in etwa einer halben Stunde. Eine der Standardmethoden, der so genannte ELISA-Test, dauert dagegen mehrere Stunden – und versagt außerdem bei Konzentrationen von unter 100.000 Viren pro Milliliter. „Für Messungen mit einer solchen Virenkonzentration bräuchten wir nur zwei bis drei Minuten“, so Zybin.

Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften / AL