Forschung & Entwicklung

Bertha-Benz-Preis 2020

Digitales Lasermikroskop revolutioniert die Diagnostik tief liegender Gewebeschichten und könnte bei der Erkennung von Schilddrüsenerkrankungen helfen.

Für ihre Dissertation ‚Investigation of aberration correction and axial scanning in microscopy employing adaptive lenses‘ zeichnet die Daimler und Benz Stiftung Frau Dr.-Ing. Katrin Philipp mit dem Bertha-Benz-Preis 2020 aus. Der Ingenieurin gelang es, ein digitales Lasermikroskop zu entwickeln, das insbesondere bei der Untersuchung tieferliegender Gewebeschichten – etwa bei Veränderungen in der Schilddrüse – völlig neuartige Diagnosemöglichkeiten eröffnet. Dank der Nutzung einer in Kooperation mit der Professur für Mikroaktorik am IMTEK der Universität Freiburg entwickelten adap-tiven Linse stellt das von Philipp entwickelte und gebaute Mikroskop einen Paradigmenwechsel in der Biomedizin dar.

Bislang gelangten viele optische Verfahren bei tiefen Gewebeuntersuchungen an ihre Grenzen, da Abbildungsfehler die Bildqualität erheblich beeinträchtigten. Philipp realisierte erstmals unter Nutzung einer neuartigen adaptiven Linse ein Mikroskop, das durch die Korrektur von Aberrationen hochauflösende Bilder ermöglicht und überdies einen kompakten und einfach bedienbaren Aufbau aufweist. „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“, erläutert Philipp.

Mit dem neuartigen Mikroskop gelang es Philipp, Fluoreszenzaufnahmen aus den Schilddrüsen von Zebrabärblingsembryonen zu machen, ohne dass die Tiere 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 im Rahmen ihrer Dissertation entwickelte Mikroskop einen entscheidenden Vorteil: Im Gegensatz zum bisherigen methodischen Goldstandard der aufwendigen Probenpräparation und anschließenden Zerlegung der Tiere in dünne Scheibchen 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 Unter-suchung, wie sich Umweltgifte auf die Entwicklung eines Organismus auswirken.

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.

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 mit 10 000 Euro dotierten Bertha-Benz-Preis aus. Die Stiftung möchte dadurch junge Ingenieurinnen in ihrer Berufswahl bestärken.

von mn

Originalveröffentlichung:

[K. Philipp, F. Lemke, S. Scholz, U. Wallrabe, M. C. Wapler, N. Koukourakis, J. W. Czarske, Diffraction-limited axial scanning in thick biological tissue with an aberration-correcting adaptive lens, Scientific Reports 9 (2019), DOI: 10.1038/s41598-019-45993-4]

www.daimler-benz-stiftung.de

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