Mikrokugel wird zur optischen Flüstergalerie
Dazu nutzen sie Glaskügelchen von rund 60 Mikrometern Durchmesser, was etwa der Dicke eines Haares entspricht, und Nanodrähtchen aus Gold von etwa 12 Nm Durchmesser und 42 Nm Länge. Das Golddrähtchen ist also nur etwa ein Zehntausendstel so dick wie ein Haar. Mikrokugel und Nanodrähtchen verstärken die Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen. Mittels eines Prismas koppelten die Forscher Laserlicht in die Mikrokugel ein. Das Licht wird immer wieder an der Innenseite der Kugeloberfläche reflektiert, so dass es letztlich an dessen Innenseite entlangläuft, ähnlich wie Schallwellen, die sich entlang der Wände von manchen runden Räumen ausbreiten: Flüstert eine Person an einer Seite des Gewölbes, kann sie eine andere Person an der gegenüberliegenden Seite verstehen, auch wenn sie dafür eigentlich zu weit entfernt steht. Denn die Schallwellen verlieren nicht an Intensität, während sie sich ausbreiten.
Daher bringen Vollmer und seine Kollegen Nanodrähtchen auf der Oberfläche der Glaskügelchen an. In ihnen erzeugt das vorbeikommende Licht so genannte Plasmonen: kollektive Schwingungen von Elektronen. „Die Plasmonen ziehen die Lichtwelle etwas weiter aus der Glaskugel heraus“, erklärt Vollmer. Dadurch verstärke sich die Feldstärke der Lichtwelle um mehr als den Faktor 1000. Insgesamt reicht die Verstärkung des Detektors nun aus, um einzelne Biomoleküle wie etwa DNA-Fragmente nachzuweisen. Und das haben die Erlanger Forscher auch getan. Zu diesem Zweck befestigten sie an dem Nanodrähtchen auf einem Mikrokügelchen den Teilstrang eines DNA-Moleküls, das im Zellkern stets als Doppelstrang vorliegt. Bindet nun der dazu passende, also komplementäre DNA-Teilstrang an den Köder auf dem Nanodrähtchen, so verschiebt sich die Wellenlänge des Lichts, das durch die Mikrokugel und das Nanodrähtchen verstärkt wird. Diese Verschiebung lässt sich messen.