Multi-Spiegel für Optogenetik
MEMS-Chip besteht aus vielen Tausend Mikrospiegeln, die sich separat steuern lassen.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden haben einen programmierbaren, mikro-elektromechanischen (MEMS-) Chip entwickelt, der Licht unterschiedlichster Wellenlänge ultraschnell und mikrometergenau ablenken kann. Eingesetzt in ein Lichtmikroskop vermag die Technologie parallel mehrere Regionen, die kleiner als eine einzelne Zelle sein können, gezielt zu beleuchten und so spezifische, lichtsensitive Moleküle als Ensemble anzuregen. Unter Verwendung eines zweiten Chips gelingt es außerdem, nicht nur die Regionen genau auszuwählen, sondern auch die Bestrahlungswinkel, unter denen diese beleuchtet werden. Dadurch lassen sich auch verdeckte Objekte, die als Struktur erscheinen, noch präziser hervorheben und die zahlreichen, ungewünschten Umgebungseffekte deutlich reduzieren.
Abb.: Schneller, programmierbarer Mikrospiegel-Array-Chip für die optische Mikroskopie (Bild: Fraunhofer IPMS)
Der einzelne Chip besteht aus einer Matrix von 65.536 separaten Mikrospiegeln, die jeder für sich individuell und stufenlos gekippt werden können. Durch eine Steuerung der Auslenkung dieser Spiegel ist es möglich, Einfallswinkel und Intensität des Lichtes mit bis zu 1000 Wechseln pro Sekunde über die gesamte Matrixfläche zu verteilen. Um den Nutzen dieser MEMS-Technologie für den Einsatz in Lichtmikroskopen zu erproben, haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS sich mit dem Hersteller optischer Systeme IN-VISION Digital Imaging Optics GmbH aus Österreich sowie mit Wissenschaftlern des Institut Pasteur Maladies Infectieuse aus Frankreich zusammengetan.
Das Ziel der französischen Konsortialführer ist es, mit dieser Kombination von Optik und Genetik gezielt die Expression von einzelnen Genen in Zellen oder Organen von Zebrafisch-Embryonen und Fruchtfliegenlarven zu beeinflussen. Durch diesen Eingriff ist es möglich, sehr viel präziser als bisher die Wirkung spezifischer Gene auf die Entwicklung von Organismen zu studieren. Mit Hilfe dieses Systems wollen die Wissenschaftler auch über lichtaktive Ionen bestimmte Kanäle in Nervenzellen aktivieren und so die Wirkungsweise einzelner neuronaler Netzwerke in Gehirngewebe erforschen.
Die Forschungskooperation zwischen Fraunhofer und dem Institut Pasteur wird vom Deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie der Französischen Nationalen Forschungsagentur im Rahmen des Inter Carnot Fraunhofer-Programms unterstützt. Einen ersten Systemdemonstrator und neueste Forschungsergebnisse präsentieren die Wissenschaftler auf der Fachkonferenz und Ausstellung Photonics Europe in Brüssel vom 15. bis 16. April 2014 am gemeinsamen Messestand 224.
Fh.-IPMS / DE
