Krebs unterm Diamantmikroskop

Lebende Zellen lassen sich dank Fluoreszenz-Marker detailliert unter dem Mikroskop zählen und analysieren. Eine Alternative zu diesen Markern bieten paramagnetische Nanopartikel, die etwa an Krebszellen andocken können. Um mit diesen Markern hochaufgelöste Aufnahmen von Zellkulturen zu erhalten, entwickelten amerikanische Forscher der Harvard University in Cambridge nun ein Quanten-Diamant-Mikroskop. Damit war es erstmals möglich, auch Zellen über einen deutlich größeren Blickbereich als bisher zu beobachten.

Zentraler Bauteil des neuen Lichtmikroskops war ein Diamant-Chip, der wie ein magnetisch-sensitives Deckglas funktionierte. Laut Ronald L. Walsworth und seinen Kollegen konnte dieser Diamant-Chip problemlos in ein herkömmliches Mikroskop integriert werden, um es um eine magnetische Bildgebung mit einem Mikrometer Auflösung zu erweitern. Vor allem für die Analyse von Krebszellen in wenig transparenten Medien wie Blut oder Zellgewebe ist dieses Verfahren interessant, da sich der Kontrast der Zellsignale zum Hintergrund deutlich erhöhen ließe.

Für ihre Messungen nutzten Walsworth und Kollegen eine monokristalline Diamantschicht mit einer Fläche von vier Quadratmillimetern. In diese mit einem CVD-Verfahren gefertigte Schicht implantieren sie Stickstoff-Ionen, um zahlreiche Stickstoff-Fehlstellen im Kristallaufbau zu erzeugen. Die Diamant-Schicht benetzten sie dann mit einer Flüssigkeit, in der zuvor Krebszellen mit magnetischen Nanopartikeln markiert wurden. Den benetzten Diamant-Chip setzten die Forscher zusätzlich einem homogenen Magnetfeld von 400 Gauss aus.

Lag nun eine markierte Krebszelle in direkter Nähe zu einer Stickstoff-Fehlstelle, wirkte die Fehlstelle als ein empfindlicher Magnetfeldsensor. Für den Nachweis des an eine Krebszelle angedockten magnetischen Nanopartikels setzten die Forscher die Probe zusätzlich einem Mikrowellenfeld aus. Dabei kam es zu einer Zeeman-Aufspaltung der Emissionslinie. Angeregt mit einem Laser bei 532 Nanometer Wellenlänge sendete die Stickstoff-Fehlstelle Fluoreszenz-Licht aus, dass sich über die Mikroskopoptik mit einem digitalen Bildchip aufzeichnen ließ.

Die Testmessungen zeigten, das sich magnetisch markierte Krebszellen mit Mikrometer-Auflösung über einen relativ großen Bildbereich von einem Quadratmillimeter sehr gut nachweisen ließen. Diese Erweiterung zu herkömmlichen Verfahren in der Fluoreszenz-Mikroskopie könnte für medizintechnische Untersuchungen von großer Bedeutung sein. So arbeitet das Spin-Off-Unternehmen Quantum Diamond Technologies in Somerville daran, dieses Bildgebungsverfahren möglichst rasch zur Marktreife zu treiben.

Jan Oliver Löfken

PH