Suchen

Lasermikroskop: Schärfere Bilder mit flexibler Linse

Redakteur: Kristin Rinortner

Durchbruch bei bildgebenden medizinischen Verfahren: Ein digitales Lasermikroskop eröffnet bei der Untersuchung tieferliegender Gewebeschichten völlig neuartige Diagnosemöglichkeiten. Die Technik ist hinsichtlich Aufbau und Handhabung relativ einfach.

Firmen zum Thema

Lasermikroskop: Das von Dr. Katrin Philipp entwickelte digitale Mikroskop erlaubt auch präzise Aufnahmen in tief liegenden Gewebeschichten. Für ihre herausragende Dissertation wird sie mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 ausgezeichnet.
Lasermikroskop: Das von Dr. Katrin Philipp entwickelte digitale Mikroskop erlaubt auch präzise Aufnahmen in tief liegenden Gewebeschichten. Für ihre herausragende Dissertation wird sie mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 ausgezeichnet.
(Bild: TU Dresden)

Dr. Katrin Philipp (TU Dresden) hat ein digitales Lasermikroskop entwickelt und gebaut, das insbesondere bei der Untersuchung tieferliegender Gewebeschichten – etwa bei Veränderungen in der Schilddrüse – völlig neuartige Diagnosemöglichkeiten eröffnet. Das Mikroskop läutet damit einen Paradigmenwechsel in der Biomedizin ein.

Abbildungsfehler beeinträchtigen die Bildqualität

Bislang gelangten viele optische Verfahren bei tiefen Gewebeuntersuchungen an ihre Grenzen, da Abbildungsfehler die Bildqualität erheblich beeinträchtigten. Katrin Philipp, die am Lehrstuhl für Mess- und Sensorsystemtechnik (Prof. Jürgen Czarske) der TU Dresden tätig ist, realisierte mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ein neuartiges Mikroskop. Dabei nutzt sie eine adaptive Linse, die an der Universität Freiburg am Lehrstuhl für Mikroaktorik entwickelt wurde.

Das Schlüsselelement ihrer Forschung ist die Abberationskorrektur. Je kleiner die Objekte sind, desto häufiger tritt eine sphärische Abberation auf. Dadurch reicht die Auflösung in tieferen Schichten eines dreidimensionalen Untersuchungsobjektes nicht mehr aus, um ein scharfes, kontrastreiches Bild zu erzielen.

Dieser Effekt wird im smarten Lasermikroskop mithilfe der adaptiven Linse und einer iterativen Software automatisch korrigiert. Erstmals können nun hochauflösende Bilder in tiefen Gewebeschichten mit einer minimalistischen adaptiven Optik erfasst werden, wodurch ein kompakter und einfach bedienbarer Aufbau ermöglicht wird. Damit wird auch eine Demokratisierung von computerbasierten Lasermikroskopen anvisiert.

Neuartige bildgebende medizinische Verfahren möglich

„Mit dieser Technologie könnten in Zukunft neuartige bildgebende medizinische Verfahren entstehen, die zum einen eine schnellere, einfachere und kostengünstigere Diagnostik ermöglichen, zum anderen entfällt die aufwendige chemische oder mechanische Präparation der untersuchten Proben“, so Philipp.

Für ihre Dissertation „Investigation of aberration correction and axial scanning in microscopy employing adaptive lenses“ zeichnete die Daimler und Benz Stiftung Philipp mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 aus.

Mit dem neuartigen Mikroskop gelang es ihr, Fluoreszenzaufnahmen aus den Schilddrüsen von Zebrabärblings-Embryonen aus dem Helmholtz-Zentrum Leipzig vorzunehmen, ohne dass die Fische getötet werden mussten.

Da diese Fischart ein weitverbreitetes Modellsystem für die Entwicklung und die Anlagerung schädlicher Umweltgifte in der Schilddrüse auch beim Menschen darstellt, bietet das „smarte Mikroskop“ einen entscheidenden Vorteil: Im Gegensatz zum bisherigen methodischen „Goldstandard“ der aufwändigen Probenpräparation und anschließenden Zerlegung der Tiere in dünne Scheibchen (englisch „slicing“), kann die Messung an einem lebenden Organismus unter Betäubung erfolgen und so prinzipiell die zeitliche Entwicklung an derselben Probe nachverfolgt werden. Dies ermöglicht eine genauere Untersuchung, wie sich Umweltgifte auf die Entwicklung eines Organismus auswirken.

Fortschritte in der Lasermikroskopie

Das neue Verfahren beruht auf einer sowohl theoretisch als auch experimentell ausgesprochen anspruchsvollen Forschungsarbeit. Es wurde ein international sichtbarer Fortschritt für die Lasermikroskopie erreicht, der eine besondere ingenieurwissenschaftliche Leistung an der Schnittstelle von Biologie, Mikrosystemtechnik und Messtechnik darstellt.

Die Ergebnisse wurden 2019 in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht (Scientific Reports, vol. 9, p. 9532, 2019). Die Forschungsarbeit wurde an der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden eingereicht und mit „summa cum laude“ bewertet.

Der Bertha-Benz-Preis

Um die öffentliche Aufmerksamkeit für die Leistungen von Frauen in den Ingenieurwissenschaften zu erhöhen, zeichnet die Daimler und Benz Stiftung seit 2009 jährlich eine Ingenieurin, die in Deutschland eine herausragende Promotion abgeschlossen hat, mit dem Bertha-Benz-Preis aus.

Bertha Benz glaubte nicht nur gemeinsam mit ihrem Ehemann an seine Vision vom „pferdelosen Wagen“, sondern war ihm – dies ist heute kaum noch bekannt – auch in technischen Fragen eine Ansprechpartnerin auf Augenhöhe. In Anerkennung dieser Persönlichkeit und ihrer visionären Leistung vergibt die Stiftung den mit 10.000 Euro dotierten Bertha-Benz-Preis.

Die Stiftung möchte junge Ingenieurinnen durch den Preis in ihrer Berufswahl bestärken. Der Bertha-Benz-Preis 2020 wird aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie erstmals nicht öffentlich verliehen.

(ID:46699521)