Start für ein ganz besonderes Projekt: Miniaturisierte Lichtmikroskope in Chip-„Größe“ sollen bald in das Innere von lebenden Zellen blicken können. Und das weit unter der Grenze des Möglichen von bisherigen Mikroskopen.
Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope sind das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt. Mit dabei auch zwei Partner aus Österreich.
Einsatzmöglichkeiten unabsehbar
Das neu zu entwickelnde und nur wenige Millimeter große Mikroskop wird äußerst vielfältige zukünftige Einsatzmöglichkeiten aufweisen. Die Projektpartner haben sich eine Anwendung herausgegriffen. Anhand medizinischer Laboruntersuchungen sollen zum Projektende Zellveränderungen veranschaulicht werden, die bei idiopathischer Lungenfibrose, kurz IPF, auftreten. Diese Zellveränderungen können mit dem neuen Mikroskop im Inneren der lebenden Zellen und in Echtzeit beobachtet werden. Bei IPF handelt es sich um eine aggressive und schnell fortschreitende Lungenkrankheit, der weltweit jährlich 500.000 Menschen zum Opfer fallen.
Die neuen Mikroskope werden kostengünstig und einfach benutzbar sein. Dies wird Forschung z.B. in der Medizin, der Biologie und Biotechnologie sowie vielen anderen Fachgebieten unterstützen und beschleunigen. Auch für Entwicklungsländer wird das kompakte Mikroskop sehr interessant werden, da dann direkt vor Ort kostengünstige höchstauflösend mikroskopiert werden kann, um zum Beispiel Krankheitserreger zu identifizieren. In nicht allzu ferner Zukunft könnten ChipScope-Mikroskope auch in Consumer Electronics eingebaut werden, so wie heute die Smartphone-Kameras.
Warum neue optische Mikroskope?
Was wir heute mit konventionellen optischen Mikroskopen sehen können, wird von physikalischen Gesetzen, genauer gesagt der Wellenlänge des Lichts, limitiert. Sie beträgt etwa ein halbes tausendstel Millimeter. Zellbestandteile, DNA-Moleküle oder Proteine sind jedoch wesentlich kleiner und können daher mit diesen konventionellen Mikroskopen nicht beobachtet werden.
Anspruchsvolle Projektziele
- Im Forschungsprojekt ChipScope soll eine neue Generation optischer Mikroskope zur Erforschung der Nanowelt realisiert werden. Ziel ist es, sehr kleine LEDs mit nur 50 Nanometern Durchmesser, das ist tausendmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars, zu entwickeln und als Lichtquellen für ein neues Mikroskop zu verwenden. Der grundlegende Unterschied zu konventionellen optischen Mikroskopen besteht darin, dass die Beleuchtung durch extrem kleine, individuell ansteuerbare Lichtquellen erfolgt, und nicht mittels eines breiten Beleuchtungsfeldes und winzigen Detektoren in der Kamera. Dies ermöglicht die Rekonstruktion eines Durchlichtbildes und somit hochauflösende optische Mikroskopie in Echtzeit von extrem kleinen Strukturen wie Bakterien oder von Vorgängen innerhalb lebender Zellen.
Rasterelektronenmikroskop zeigt eine 3D-LED aus Galliumnitrid. | Bild: Johannes Ledig/TU Braunschweig
Interdisziplinäres Projektteam: Hoch spezialisiert
Das ChipScope-Projekt läuft seit Anfang 2017 bis Dezember 2020. Partner sind kleine und mittlere Unternehmen, Universitäten und Forschungsinstitute aus fünf europäischen Ländern: Die Technische Universität Braunschweig, die Universität Tor Vergata in Rom, die Firma Expert Ymaging in Barcelona, das Austrian Institute of Technology AIT in Wien, die Medizinische Universität Wien sowie die Schweizerische Forschung für mikrotechnische Forschung FSRM. Koordiniert wird das Projekt von der Universität Barcelona.
Kontakt:
Dr. Thorben Dammeyer
LENA-Geschäftsführer
Technische Universität Braunschweig
Institut für Halbleitertechnik
Hans Sommer Straße 66
D-38106 Braunschweig
Tel.: 0531 391-3801