Mini-Mikroskope mit Tiefenblick

Das Institut für Halbleiter­technik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der TU Braunschweig, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungs­projekts ChipScope. Ziel der Forschungs­arbeiten ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit wollen die Wissenschaftler das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachten. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchs­vollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projekt­partner haben sich eine Anwendung herausgegriffen. Zum Projektende sollen sich anhand medizinischer Labor­untersuchungen Zell­veränderungen veranschaulichen lassen, die bei idiopathischer Lungen­fibrose, kurz IPF, auftreten. Diese Zell­veränderungen lassen sich mit dem neuen Mikroskop im Inneren der lebenden Zellen und in Echtzeit beobachten. Bei IPF handelt es sich um eine aggressive und schnell fortschreitende Lungen­krankheit, der weltweit jährlich eine halbe Million Menschen zum Opfer fallen.

Die neuen Mikroskope werden kostengünstig und einfach benutzbar sein. Dies wird Forschung z.B. in der Medizin, der Biologie und Bio­technologie sowie vielen anderen Fach­gebieten unterstützen und beschleunigen. Auch für Entwicklungs­länder wird das kompakte Mikroskop sehr interessant werden, da dann direkt vor Ort kostengünstige höchst­auflösende Mikroskopie möglich wird, um zum Beispiel Krankheits­erreger zu identifizieren. In nicht allzu ferner Zukunft könnten ChipScope-Mikroskope auch in Consumer Electronics eingebaut werden, so wie heute die Smartphone-Kameras.

Zellbestandteile, DNA-Moleküle oder Proteine sind wesentlich kleiner als die Wellenlänge von Licht und lassen sich daher mit diesen konventionellen Mikroskopen nicht beobachten. Im Forschungs­projekt ChipScope soll eine neue Generation optischer Mikroskope zur Erforschung der Nanowelt realisiert werden. Ziel ist es, sehr kleine LEDs mit nur fünfzig Nanometern Durchmesser, tausendmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars, zu entwickeln und als Lichtquellen für ein neues Mikroskop zu verwenden. Der grund­legende Unterschied zu konventionellen optischen Mikroskopen besteht darin, dass die Beleuchtung durch extrem kleine, individuell ansteuerbare Lichtquellen erfolgt, und nicht mittels eines breiten Beleuchtungs­feldes und winzigen Detektoren in der Kamera. Dies ermöglicht die Rekonstruktion eines Durchlicht­bildes und somit hoch­auflösende optische Mikroskopie in Echtzeit von extrem kleinen Strukturen wie Bakterien oder von Vorgängen innerhalb lebender Zellen.

Das ChipScope-Projekt läuft von Januar 2017 bis Dezember 2020. Partner sind kleine und mittelere Unternehmen, Universitäten und Forschungs­institute aus fünf europäischen Ländern: Die TU Braunschweig, die Universität Tor Vergata in Rom, die Firma Expert Ymaging in Barcelona, das Austrian Institute of Technology AIT in Wien, die Medizinische Universität Wien sowie die Schweizerische Forschung für mikro­technische Forschung FSRM. Koordiniert wird das Projekt von der Universität Barcelona.

TU Braunschweig / DE