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Optische Mikroskopie MEMS-Spiegel für die Genforschung

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Eine spezielle Kombination von Optik und Genetik soll es künftig ermöglichen, die Expression von einzelnen Genen in Zellen oder Organen von Modellorganismen gezielt zu beeinflussen. So soll im Rahmen der Genforschung sehr viel präziser als bisher die Wirkung spezifischer Gene auf die Entwicklung von Organismen studiert werden können.

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Schneller, programmierbarer Mikrospiegel-Array-Chip für die optische Mikroskopie
Schneller, programmierbarer Mikrospiegel-Array-Chip für die optische Mikroskopie
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Dresden – 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.

Expression einzelner Gene gezielt beeinflussen

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 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. Das System soll auch genutzt werden, um mittels lichtaktiver Ionen Kanäle in Nervenzellen zu aktivieren und so die Wirkungsweise einzelner neuronaler Netzwerke in Gehirngewebe zu 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. Ein erster Systemdemonstrator und neueste Forschungsergebnisse werden nun auf der Fachkonferenz und Ausstellung Photonics Europe in Brüssel vom 15. - 16. April 2014 am gemeinsamen Messestand 224 der Öffentlichkeit präsentiert.

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