Bei der hochauflösenden 3D-Mikroskopie bewirken die begrenzte laterale und axiale Auflösung herkömmlicher Methoden Limitationen. Eine schnelle, nanometergenaue 3D-Darstellung lebender Zellen oder größerer Organismen ist derzeit mit keiner fluoreszenzbasierten hochauflösenden Mikroskopietechnik möglich. Die Wissenschaftler des Instituts für Angewandte Optik und Biophysik (IAOB) der Universität Jena und der Sektion Translationale Neuroimmunologie der Universitätsklinikum Jena stellten sich in dem abgeschlossenen IGF-Projekt "Nanoskopie mit wiederholbaren Speckle-Mustern zur 3D-Rekonstruktion" (NanoSpeck3D) dieser Problematik.
Im Projekt konnte ein Mikroskopiemodul mit einer hochfrequenten, Speckle-basierten Beleuchtung realisiert werden und erfolgreich in bestehende kommerzielle Mikroskope integriert werden. Zur raum-zeitlichen Rekonstruktion wurde eine Korrelations-Software für die hochaufgelösten Aufnahmen der Proben mit den Speckle-Mustern entwickelt. Die hierfür entwickelten Algorithmen für die Auswertung und die Analyse-Protokolle sind auch auf andere Nanomaterialien und Partikeltypen übertragbar. Mit der entwickelten spektroskopischen 3D-Bildgebung konnten Nanopartikel hinsichtlich Größe, Morphologie und optische Eigenschaften auf neuartige Weise charakterisiert werden. So konnte auch das Partikelverhalten in biologischen Umgebungen dreidimensional und mit hoher Sensitivität erfasst werden, sodass sich Rückschlüsse auf deren Stabilität, Aggregationsverhalten und Interaktion mit Zellen ziehen lassen. Weiterhin konnten erste Lebendzell-Messungen an intrazellulären Vesikeln durchgeführt werden.
Die Projektergebnisse können in verschiedenen Bereichen, wie der Biomedizin, in der Neuroforschung für schnellste, hochauflösende Analysen subzellulärer Strukturen, in der Zellbiologie für Echtzeit-Monitoring von Organellen sowie in der Pathologie für eine verbesserte Diagnostik, verwendet werden. Die Projektergebnisse können jedoch auch für die Inspektion von Mikrochips und Wafern in der Halbleiterbranche, für hochauflösende Endoskopie- und Diagnosesysteme und die Analyse nanoskaliger Strukturen in der Materialwissenschaft genutzt werden. Ein Unternehmen nutzte das entwickelte System bereits für die Prüfung eines neuen 3D-Testtargets mit fluoreszierenden Punkten in definierter Tiefe.
Die F.O.M. hat für dieses 30-monatige Projekt IGF-Fördermittel in Höhe von 448.779 Euro eingeworben, die zu 100 % an die beiden Institute weitergeleitet wurden. Das Projekt wurde durch das BMWE aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Ausführliche Informationen zu diesem erfolgreich abgeschlossenen Projekt finden Sie auf der Projektwebseite und in der Erfolgsnote.