Von Abbe bis zum Nobelpreis 2014

Physik in den Biowissenschaften

Camp in den Herbstferien: 25. -30.10.2015Camp: Von Abbe bis zum Nobelpreis 2014 - Physik in den Biowissenschaften

Dozentinnen:

Dr. Christina Lumme, Fachbereich PhysikE-Mail: c.lumme@xlab-goettingen.de

Dr. Kristina Wiege, Fachbereich BiologieE-Mail: k.wiege@xlab-goettingen.de

14 Oberstufenschülerinnen und -schüler ab 16 Jahren können an dem 5-tägigen Camp teilnehmen. Experi-mentiert wird zur mikroskopischen Darstellung biolo-gischer Objekte. Durch Vorträge und Laborbesuche in Forschungseinrichtungen bekommen die Teilnehmer Einblicke in die Wissenschaft.

Die Schüler sind zusammen in einem Gästehaus un-tergebracht. Zum Mittagessen bietet sich die nahege-legene Mensa der Universität an. In Verbindung mit einem Rahmenprogramm ist täglich ein gemeinsames Abendessen geplant.

Ein Eigenbeitrag von 80 Euro sowie die Kosten für An- und Abreise und das Mittagessen sind selbst zu tragen. Kosten für Kursgebühren, Abendessen und Unterkunft trägt die Stiftung.

Fragen und Bewerbungsunterlagen schicken Sie per E-Mail an Frau Lumme oder Frau Wiege.

Bewerbungsunterlagen:Ein tabellarischer Lebenslauf, das letzte Zeugnis und Empfehlungsschreiben eines naturwissenschaftlichen Fachlehrers sind digital einzuschicken.

XLABGöttinger Experimentallabor für junge Leute e.V.

Justus-von-Liebig-Weg 837077 Göttingen

Tel.: 0551 / 39 12 872Fax.: 0551 / 39 12 951

E-Mail: xlab@xlab-goettingen.de

http://www.xlab-goettingen.de

Eine gemeinsame Veran-staltung der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung und des XLAB – Göttinger Experimentallabor für junge Leute e. V.

Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie(Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut)

In den Biowissenschaften (Life Sciences) arbeiten die na-turwissenschaftlichen Disziplinen eng zusammen. Arbeits-gruppen aus der Biologie, Physik und Chemie forschen weltweit gemeinsam. Interdisziplinäre Forschungszentren wurden gegründet, von denen das Göttinger Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie eines der ersten war. Insbesondere die Physik und Chemie leisten einen großen Beitrag zur biowissenschaftlichen Grundlagenfor-schung. Im interdisziplinären Ferien-Camp „Physik in den Biowissenschaften“ beschäftigen sich Schülerinnen und Schüler exemplarisch mit der Mikroskopie.

Physikalische Grundlagen

Angefangen bei der Frage „Was ist eigentlich Licht?“ bis hin zur Erklärung der Auflösungsgrenze eines Lichtmikro-

skops nach Ernst Abbe lernen die Teilnehmer wichtige physikalische Eigenschaften von Lin-sen, Strahlengänge und komplexe Beugungs-erscheinungen kennen. Selbstjustierte optische Aufbauten helfen, die

einzelnen Komponenten eines Mikroskops zu verstehen.

Hellfeld-Lichtmikroskopie

Darstellung von Chromosomen

Die DNA von Säugerzellen wird während der Mitose zu einer transportfähigen Form, den Chro-mosomen, gepackt. Um diesen Komplex zu untersuchen, wird er mit hochauflösender Hellfeld-Lichtmikroskopie dargestellt. Die Teilnehmer präparieren im Labor Chromosomen aus eukaryotischen Zellkulturzellen. Nach der Behandlung mit speziellen Lösungen werden die Zellen auf einen Objektträger getropft, sodass sie aufplatzen und sich die Chromosomen auf der Oberfläche verteilen. Die mikroskopische Darstellung der angefärbten Chromoso-men ist der erste Schritt zur Erstellung eines Karyogramms oder für weitere humangenetische Untersuchungen.

Fluoreszenzmikroskopie

Darstellung von Zellstrukturen

Zellorganellen und andere Strukturen von Säugerzellen können im Hellfeld-Lichtmikroskop nicht sicher identifiziert werden. Ist es das Ziel, definierte Strukturen in der Zelle nachzuweisen oder sogar deren dynamische Veränderung während eines Experimentes zu analysieren, so kommt die Fluoreszenzmikroskopie zum Einsatz. Es handelt sich um

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eine spezielle Form der Lichtmikroskopie, bei der Fluoreszenzfarbstof-fe die interessierenden Strukturen markieren. Camp-Teilnehmer be-handeln die Zellen in mehreren Arbeitsschrit-ten mit unterschiedli-

chen Reagenzien, färben Zytoskelett und Zellkern mit zwei verschiedenen spezifischen Farbstoffen an und un-tersuchen die Strukturen mit dem Fluoreszenzmikroskop.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

Maximale Auflösung

Durch den Einsatz von Elektronen anstelle von Licht er-möglicht ein Elektronenmikroskop eine sehr viel höhere Auflösung (derzeit etwa 0,3 nm) als ein klassisches Licht-mikroskop. Dadurch können Strukturen innerhalb von Zellen oder Geweben detaillierter dargestellt werden. In einem For-schungslabor der Abteilung Neuro-biology am MPI für biophysikalische Chemie erlernen die Teilnehmer die aufwändige Probenpräparation und sind an der Messung von Pro-ben aus der aktuellen Forschung beteiligt.

Stimulated Emission Depletion (STED)-Mikroskopie

Auflösung über die Beugungsgrenze hinaus

Die STED-Mikroskopie ist ein Beispiel dafür, dass ein Gebiet wie die Lichtmikroskopie, die seit langem als vollständig erforscht galt, noch einmal revolutioniert werden kann: Durch die geschickte Anwendung bekannter physikali-

scher Phänomene kann das Auf-lösungsvermögen eines Fluores-zenzmikroskops bis weit jenseits der Abbe’schen Beugungsgrenze gesteigert werden. Anders als bei der Elektronenmikroskopie können mit der STED-Mikroskopie auch lebende Proben analysiert werden, sogar winzige Strukturen

im Gehirn einer lebenden Maus. In der Abteilung Nano-Biophotonik am MPI für biophysikalische Chemie werden die Teilnehmer mit den physikalischen Grundlagen dieser innovativen Mikroskopie-Methode vertraut gemacht. Im Labor werden sie Zellpräparate erstellen und hochaufge-löste Bilder im STED-Mikroskop aufnehmen.

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