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Nanoskopie auf dem Chip Neue Mikroskopie-Entwicklung ermöglicht super-aufgelöste Bilder

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Die Forschung dringt immer tiefer in den Mikrokosmos ein. Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch „Nanoskopie“ genannt, mit herkömmlichen Mikroskopen ermöglicht. Mit einem speziellen Chip gelingen so simultane Aufnahmen von mehr als 50 Zellen mit Nanometer-Genauigkeit.

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Das Nanoskopie-Verfahren auf dem Chip ist auch mit herkömmlichen Mikroskopen möglich.
Das Nanoskopie-Verfahren auf dem Chip ist auch mit herkömmlichen Mikroskopen möglich.
(Bild: Universität Bielefeld / Matthias Simonis )

Bielefeld, Tromsø/Norwegen – Bei der Nanoskopie wird die Position einzelner fluoreszierender Moleküle mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern bestimmt. Aus diesen Informationen lassen sich dann Bilder mit einer Auflösung von ungefähr 20 bis 30 Nanometern, und damit etwa zehn Mal schärfer als in der herkömmlichen Mikroskopie, erstellen. Bislang mussten für diese Methode teure Spezialgeräte genutzt werden. Das neuartige „Nanoskopie auf dem Chip“-Verfahren ist von den Universitäten Bielefeld und Tromsø zum Patent angemeldet. Die Studie dazu haben die Forscher kürzlich veröffentlicht.

Herzstück: Der photonische Wellenleiter-Chip

Dr. Mark Schüttpelz von der Universität Bielefeld und Dr. Balpreet Singh Ahluwalia (Universität Tromsø) haben den photonischen Wellenleiter-Chip erfunden. Professor Dr. Thomas Huser und Robin Diekmann aus der Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik an der Universität Bielefeld haben das neue Konzept mitrealisiert. Durch die Erfindung kann der experimentelle Aufwand nun reduziert werden: Eine Probe wird direkt auf einem etwa Objektträger-großen Chip beleuchtet. Das Signal wird senkrecht dazu mit einem Objektiv und einer Kamera erfasst. Die gewonnenen Messdaten lassen sich als super-aufgelöste Bilder rekonstruieren, die verglichen mit Ergebnissen der herkömmlichen Lichtmikroskopie deutlich höher aufgelöst sind.

Neue Darstellungsmöglichkeit: Die Standardauflösung (links), Hochauflösung und Superauflösung mittels Chip-Verfahren (Mitte, rechts).
Neue Darstellungsmöglichkeit: Die Standardauflösung (links), Hochauflösung und Superauflösung mittels Chip-Verfahren (Mitte, rechts).
(Bild: Universität Bielefeld / Robin Diekmann )

Mehr als 50 Zellen simultan darstellen

Während die etablierte Nanoskopie lediglich in der Lage ist, Bruchteile von Zellen bis hin zu wenigen Zellen simultan sichtbar zu machen, lassen sich durch die Nutzung der photonischen Chips nun mehr als 50 Zellen super-aufgelöst in einer Aufnahme abbilden. „Die Erfindung des neuen Chip-Verfahrens ist ein Paradigmen-Wechsel in der Mikroskopie und ermöglicht nun eine größere Verbreitung der Nanoskopie in Wissenschaft, Forschung und der Anwendung im Alltag“, sagt Dr. Mark Schüttpelz.

Bisherige Nanoskopie-Verfahren seien extrem komplex, teuer und brauchten intensiv geschulte Anwender. Diese Einschränkungen hätten bisher einen Einzug der Nanoskopie in Standardlabore der Biologie und Medizin – auch in Krankenhäuser und Analyselabore – verhindert, und nur in weltweit hochspezialisierten Einrichtungen ermöglicht, heißt es von den Wissenschaftlern.

Originalpublikation: Diekmann R., Helle Ø.I., Øie C.I., McCourt P., Huser T.R., Schüttpelz M., Ahluwalia B.S.: Chip-based wide field-of-view nanoscopy, Nature Photonics, veröffentlicht am 24. April 2017

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