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3D-Mikroskopie empfindlicher Proben Laser dreht Proben unter dem Mikroskop

Quelle: Pressemitteilung Karlsruher Institut für Technologie KIT 2 min Lesedauer

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Karlsruher Institut für Technologie KIT - Forschungs- zentrum Karlsruhe GmbH
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Proben live unter dem Mikroskop drehen, ohne sie zu berühren. Das gelingt mit einem neuen laserbasierten Verfahren des Karlsruher Instituts für Technologie. Es ermöglicht, mikroskopisch kleine Objekte wie Zellen kontaktlos in alle Raumrichtungen zu drehen und die Probe zu bewegen. Das liefert genauere 3D-Bilder – ein wichtiger Schritt für die medizinische Grundlagenforschung.

Ein Laser dreht empfindliche Zellproben unter dem Mikroskop kontaktfrei.(Bild: Fan Nan, KIT)
Ein Laser dreht empfindliche Zellproben unter dem Mikroskop kontaktfrei.
(Bild: Fan Nan, KIT)

Wer am Strand eine Muschel findet oder den besten Apfel am Marktstand sucht, nimmt die Objekte typischerweise in die Hand, um sie von allen Seiten aus zu betrachten. Eine Rundumansicht wäre auch in der Mikroskopie oftmals wünschenswert. Wollen Mediziner etwa menschliche Krebszellen untersuchen, liefern moderne Mikroskope zwar extrem scharfe Bilder in einer Ebene – vergleichbar mit einem Foto. In der Tiefe sind die Abbildungen jedoch oft ungenau.

Um dem abzuhelfen, müssen Proben aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und die Einzelbilder zu einem 3D-Modell zusammengesetzt werden. Dafür müssen Untersuchungsobjekte gedreht werden. Doch hochempfindliche Proben unter dem Mikroskop ohne Berührung in alle Richtungen zu drehen, war bislang technisch kaum umzusetzen.

Nun haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) eine neue Methode entwickelt, mit der sich 3D-Mikroskopie durchführen lässt.

Drehen ohne Berührung

Das Team um Professor Moritz Kreysing und Dr. Fan Nan vom Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT nutzt einen Laser, um die Flüssigkeit, in der die Probe schwimmt, punktuell zu erwärmen. Dadurch entstehen feine Strömungen, mit denen freischwebende mikroskopische Objekte gezielt bewegt werden können –ohne mechanische Mikro-Werkzeuge wie winzige Pipetten, Nadeln oder Greifer. „Wir manipulieren die Probe nicht direkt“, sagt Nan. „Stattdessen steuern wir die Bewegung der umgebenden Flüssigkeit so, dass sich das Objekt von selbst ausrichtet.“

Zwar waren lasergetriebene Strömungen bereits bekannt, aber nur für Bewegungen in einer Ebene. Nun sind auch kontrollierte Drehungen im Raum möglich: Durch schnelles Abtasten mit dem Laser entsteht eine schraubenförmige Strömung, die Objekte sanft rotieren lässt – ähnlich wie ein Papierschiffchen, das sich in einem kleinen Strudel selbst dreht.

Nutzen für Medizin und Technik

Durch die dreidimensionale Kontrolle lassen sich Zellstrukturen besser aus verschiedenen Blickwinkeln erfassen. „Wenn sich Proben genauer ausrichten lassen, sehen wir mehr Details“, sagt Kreysing. „Das ist eine zentrale Voraussetzung, um biologische Strukturen und Prozesse besser zu verstehen.“ Langfristig könnte die Methode auch für kontaktfreie Mikromanipulation, mikroskopische Robotik oder präzise Fertigung im Kleinstmaßstab relevant werden, vermutet der Forscher.

Originalpublikation: Fan Nan, Weida Liao, Adrián Puerta, Josephine Spiegelberg, Elena Erben, Ralf Mikut, Stephan Allgeier, Martin Wegener, Eric Lauga & Moritz Kreysing: Helical opto-thermoviscous flows drive out-of-plane rotation and particle spinning in a highly viscous micro-environment. Light Sci Appl, 15, Article number: 231 (2026); DOI: 10.1038/s41377-026-02303-8.

(ID:50850117)

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