Forschung & Entwicklung

Superauflösende Mikroskopie in Millisekunden

Bisher waren superauflösende Mikroskopietechniken deutlich langsamer als herkömmliche Verfahren, da mehr oder feinere Bilddaten aufgenommen werden mussten. Nun wurde das superauflösende Verfahren SR-SIM weiterentwickelt.

Wissenschaftler der Universität Bielefeld, des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien und der Friedrich-Schiller-Universität Jena zeigten, dass SR-SIM auch in Echtzeit sowie mit einer sehr hohen Bildfrequenz möglich ist. „Erst dadurch wird diese Art von Mikroskopie für die Anwendung in der Biologie oder Medizin auch wirklich nützlich. Denn das Problem ist bisher: Mikroskope, die eine ausreichend hohe Auflösung bieten, können Informationen nicht in der entsprechenden Geschwindigkeit darstellen“, sagt Professor Thomas Huser, der die Arbeitsgruppe Biomolekulare Physik an der Universität Bielefeld leitet.

SR-SIM steht für ‚Super-resolved Structured Illumination Microscopy‘ und ist ein fluoreszenzmikroskopisches Verfahren. „Im Unterschied zu herkömmlichen fluoreszenzmikroskopischen Verfahren werden die Präparate bei SR-SIM nicht gleichmäßig, sondern über ein feines, gitterförmiges Muster beleuchtet. Diese spezielle Technik ermöglicht die viel höhere Auflösung“, erklärt Huser.

Das Verfahren verläuft in zwei Schritten: Das vom Präparat abgestrahlte Licht wird zunächst in mehreren Einzelbildern aufgenommen. Aus diesen Rohdaten wird im Anschluss das fertige Bild auf einem Computer rekonstruiert. Die Forscher haben daher daran gearbeitet, das Verfahren schneller zu machen. Das Mikroskop ist nun so ausgelegt, dass die Rohdaten schneller erzeugt werden. Zudem nimmt auch die Bildrekonstruktion dank des Einsatzes von Parallelrechnerverfahren auf modernen Grafikkarten deutlich weniger Zeit in Anspruch.

Für ihre Studie haben die Wissenschaftler das neue Verfahren an biologischen Zellen getestet und die Bewegungen von Mitochondrien aufgezeichnet – etwa einen Mikrometer kleine Zellorganellen. Sie konnten ungefähr 60 Einzelbilder pro Sekunde erzeugen. Zwischen Messung und Bild liegen weniger als 250 ms, daher erlaubt die Technik Echtzeitaufnahmen, so die Forscher

von mn

Originalveröffentlichung:

[A. Markwirth, M. Lachetta, V. Mönkemöller, R. Heintzmann, W. Hübner, T. Huser, M. Müller, Video-rate multi-color structured illumination microscopy with simultaneous real-time reconstruction. Nat. Commun. 10 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-12165-x]

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