Ob Dachdecker, Klempner oder Uhrenmacher: Jeder Handwerker ist nur so gut wie sein Werkzeug. In der Forschung ist das nicht anders. Viele wissenschaftliche Erkenntnisse beruhen auf der Entwicklung entsprechender Instrumente. Ob Galileo Galilei, der 1610 mit einem Fernrohr ins All blickte, oder Robert Hooke, der mit seinem selbstgebauten Mikroskop kleinste Strukturen untersuchte und den Begriff "Zelle" prägte. Seitdem sind die Werkzeuge, mit denen Wissenschaftler die Welt untersuchen, immer präziser und sensibler geworden.

Eine jüngere Entwicklung aus dem Forscher-Werkzeugkasten ist die optische Pinzette : Sie verwendet Laser , um kleinste Partikel zu fangen und zu bewegen . Das klingt nach einem Spielzeug und ist amüsant anzuschauen , erleichtert den Forschern aber die Arbeit. Wie eine echte Pinzette ist auch die optische Pinzette bestens geeignet für die ganz kleinen Details.

Noch verwenden Wissenschaftler die Laserzange vor allem in der Grundlagenforschung . Vor 25 Jahren gelang  die erste Anwendung . Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Eigenschaften einzelner Zellen zu untersuchen. Indische Forscher vergleichen etwa rote Blutkörperchen von gesunden Menschen mit jenen von Malaria-Patienten . Sie fangen dafür einzelne Blutzellen mit der Pinzette ein und analysieren deren Struktur – am lebenden Beispiel. Mittels ihrer Forschung wollen sie untersuchen, wie der Malaria-Erreger Zellen verändert und was die Medizin dagegen tun kann. Mittlerweile ist bekannt, dass die Blutkörperchen von Menschen mit Malaria anders fließen und weniger auf Sauerstoff ansprechen. Dabei dienen die roten Blutkörperchen vor allem dem Gastransport.

Die Grundbausteine des Lebens untersuchen

Mit der optischen Pinzette können die Wissenschaftler die Kräfte messen, die in den Grundbausteinen des Lebens wirken. So ist es etwa möglich, die Transportvorgänge in der Zelle zu untersuchen. Hier tummeln sich Moleküle, die Stoffe von A nach B liefern, und dadurch die Infrastruktur der Zelle aufrechterhalten. Eine Fehlfunktion kann hier verschiedene Krankheiten wie Nierenleiden , chronische Atemwegsinfektionen oder neuronale Leiden auslösen. Mit dem Laserstrahl lässt sich die Ladung des zellulären Lieferservices festhalten. Die Forscher messen dann die Kraft, mit der die Transportmoleküle versuchen, sich loszureißen. Die Experimente geben Aufschluss über grundlegende Zellmechanismen.

Die Kräfteverhältnisse, die optische Pinzetten detektieren, liegen im Piconewton-Bereich . Ein Newton entspricht der Kraft, die man aufwenden muss, um eine Tafel Schokolade in der Hand zu halten. Ein Piconewton ist ein Billionstel dieser Kraft – alles, was darüber liegt, ist zu schwer für die Lasertechnik. "Ein Pantoffeltierchen würde vielleicht einen kleinen Ruck spüren, könnte aber durch den Laserstrahl hindurchschwimmen", sagt Andy Sischka, ein Physiker von der Universität Bielefeld.

Dass Licht etwas einfangen oder ziehen kann , klingt skurril. Ermöglicht wird dieses durch einen Laserstrahl, der mit einer Mikroskoplinse fokussiert wird. Die Kraft wirkt zwar auch auf das Objekt, etwa ein Blutplättchen oder Bakterium, in der Summe aller Kräfte wird das Teilchen aber immer zur Stelle der höchsten Intensität, in den Strahlmittelpunkt, gezogen . Optische Pinzetten werden deshalb auch optische Fallen genannt: Einmal gefangen, kann ein Partikel nicht mehr so leicht entfliehen.