Forscher haben eine neue laserbasierte Methode entwickelt, mit der mikroskopische Proben berührungslos in alle drei Raumrichtungen gedreht werden können.
Bisher war es eine große technische Herausforderung, äußerst empfindliche mikroskopische Proben berührungslos in alle Richtungen zu drehen. Forscher amhaben nun eine laserbasierte Methode entwickelt, mit der sich winzige Proben wie Zellen ohne physischen Kontakt frei in allen drei Dimensionen drehen lassen.
Bei dieser Technik werden mithilfe eines Lasers kleine Temperaturunterschiede in der umgebenden Flüssigkeit erzeugt. Diese Temperaturänderungen erzeugen sanfte Flüssigkeitsströme, die die Probe bewegen und drehen. Da der Prozess eine direkte Handhabung vermeidet, trägt er zum Schutz empfindlicher Materialien bei und verbessert gleichzeitig die QualitätGenauigkeitder dreidimensionalen Bildgebung, ein wichtiger Fortschritt für die medizinische Grundlagenforschung.
Verbesserung der 3D-mikroskopischen Bildgebung
Moderne optische Mikroskope können sehr detaillierte Bilder in einer einzigen flachen Ebene aufnehmen, ähnlich wie ein Foto. Allerdings bleibt es schwierig, die Tiefe genau aufzuzeichnen.
Um präzise dreidimensionale Modelle zu erstellen, müssen Wissenschaftler Bilder aus mehreren Winkeln aufnehmen und diese kombinieren. Dazu muss die zu untersuchende Probe rotiert werden. Die neue KIT-Methode ermöglicht dies auf viel schonendere Weise als bisherige Techniken.
Das Forscherteam um Professor Moritz Kreysing und Dr. Fan Nan am Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT erhitzt mit einem Laser kleine Bereiche der die Probe umgebenden Flüssigkeit. Die daraus resultierende Flüssigkeitsbewegung ermöglicht es Forschern, schwebende mikroskopische Objekte mit hoher Präzision zu führen, ohne mechanische Werkzeuge wie winzige Nadeln, Pipetten oder Greifer zu verwenden.
„Wir manipulieren die Probe nicht direkt“, sagt Nan. „Stattdessen steuern wir die Bewegung der umgebenden Flüssigkeit, sodass sich das Objekt selbst ausrichtet.“
Mögliche Anwendungen über die Mikroskopie hinaus
Wissenschaftler untersuchen seit Jahren lasergesteuerte Flüssigkeitsströme, frühere Ansätze erlaubten jedoch nur Bewegungen innerhalb einer einzigen Ebene. Das neue System kann auch eine kontrollierte Rotation in drei Dimensionen erzeugen. Durch schnelles Scannen des Lasers erzeugen die Forscher eine spiralförmige Strömung, die mikroskopisch kleine Objekte langsam dreht, ähnlich einem kleinen Papierboot, das sich in einem Miniatur-Whirlpool dreht.
Diese dreidimensionale Kontrolle ermöglicht Forschern eine klarere Sicht auf Zellstrukturen aus mehreren Perspektiven. „Wenn Proben genauer ausgerichtet werden können, sehen wir mehr Details“, sagt Kreysing. „Dies ist eine wichtige Voraussetzung für ein besseres Verständnis biologischer Strukturen und Prozesse.“
Laut Kreysing könnte die Technik letztendlich nicht nur für die biologische Bildgebung nützlich sein, sondern auch für die berührungslose Mikromanipulation, die mikroskopische Robotik und die ultrapräzise Fertigung in extrem kleinen Maßstäben.
Referenz: „Helikale opto-thermoviskose Strömungen treiben Out-of-Plane-Rotation und Partikeldrehung in einer hochviskosen Mikroumgebung an“ von Fan Nan, Weida Liao, Adrián Puerta, Josephine Spiegelberg, Elena Erben, Ralf Mikut, Stephan Allgeier, Martin Wegener, Eric Lauga und Moritz Kreysing, 11. Mai 2026,Licht: Wissenschaft und Anwendungen.
DOI: 10.1038/s41377-026-02303-8
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Moderne optische Mikroskope können sehr detaillierte Bilder in einer einzigen flachen Ebene aufnehmen, ähnlich wie ein Foto. Allerdings bleibt es schwierig, die Tiefe genau aufzuzeichnen.
Um präzise dreidimensionale Modelle zu erstellen, müssen Wissenschaftler Bilder aus mehreren Winkeln aufnehmen und diese kombinieren. Dazu muss die zu untersuchende Probe rotiert werden. Die neue KIT-Methode ermöglicht dies auf viel schonendere Weise als bisherige Techniken.
Das Forscherteam um Professor Moritz Kreysing und Dr. Fan Nan am Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT erhitzt mit einem Laser kleine Bereiche der die Probe umgebenden Flüssigkeit. Die daraus resultierende Flüssigkeitsbewegung ermöglicht es Forschern, schwebende mikroskopische Objekte mit hoher Präzision zu führen, ohne mechanische Werkzeuge wie winzige Nadeln, Pipetten oder Greifer zu verwenden.
„Wir manipulieren die Probe nicht direkt“, sagt Nan. „Stattdessen steuern wir die Bewegung der umgebenden Flüssigkeit, sodass sich das Objekt selbst ausrichtet.“
Mögliche Anwendungen über die Mikroskopie hinaus
Wissenschaftler untersuchen seit Jahren lasergesteuerte Flüssigkeitsströme, frühere Ansätze erlaubten jedoch nur Bewegungen innerhalb einer einzigen Ebene. Das neue System kann auch eine kontrollierte Rotation in drei Dimensionen erzeugen. Durch schnelles Scannen des Lasers erzeugen die Forscher eine spiralförmige Strömung, die mikroskopisch kleine Objekte langsam dreht, ähnlich einem kleinen Papierboot, das sich in einem Miniatur-Whirlpool dreht.
Diese dreidimensionale Kontrolle ermöglicht Forschern eine klarere Sicht auf Zellstrukturen aus mehreren Perspektiven. „Wenn Proben genauer ausgerichtet werden können, sehen wir mehr Details“, sagt Kreysing. „Dies ist eine wichtige Voraussetzung für ein besseres Verständnis biologischer Strukturen und Prozesse.“
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Referenz: „Helikale opto-thermoviskose Strömungen treiben Out-of-Plane-Rotation und Partikeldrehung in einer hochviskosen Mikroumgebung an“ von Fan Nan, Weida Liao, Adrián Puerta, Josephine Spiegelberg, Elena Erben, Ralf Mikut, Stephan Allgeier, Martin Wegener, Eric Lauga und Moritz Kreysing, 11. Mai 2026,Licht: Wissenschaft und Anwendungen.
DOI: 10.1038/s41377-026-02303-8
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