Im Lichtkegel des Chemie-Nobelpreises

In das Innere einer lebenden Zelle sehen, um sie zu verstehen – mit dem hochauflösenden Lichtmikroskop ist das möglich. Bislang jedoch nur für Experten auf diesem Gebiet. „ALS ComBi“ hat die Benutzerfreundlichkeit der Messtechnik im Fokus.

„ALSComBi“, sagt Carsten Hille, „ist seinem Ziel bedeutend näher gerückt.“ Der Name ist Programm: ALS steht für „Angewandte Lasersensorik“ (Applied Laser Sensing), das „ComBi“ für „komplexe Biosysteme“ (Complex Biosystems). Im Kern geht es dem interdisziplinären Forscherteam darum, laserbasierte Messtechniken, die den Einblick in lebende Zellen ermöglichen, weiterzuentwickeln und zu optimieren.

Carsten Hille ist Nachwuchsgruppenleiter am Lehrstuhl Physikalische Chemie der Universität Potsdam. Hier am Institut für Chemie ist die vom Bundesforschungsministerium geförderte InnoProfile-Transfer-Initiative angesiedelt. Im Lichtkegel des Chemie-Nobelpreises, den der Göttinger Wissenschaftler-Kollege Stefan Hell 2014 für die Entwicklung eines hochauflösenden Lichtmikroskops erhielt, gestalten die sieben jungen Nachwuchswissenschaftler um Carsten Hille ein attraktives und anziehendes Forschungsfeld. Physik-, Chemie- und Biologiestudenten schreiben auf dem innovativen Gebiet der Lasersensorik ihre Bachelor- oder Masterarbeiten.

Die Wissenschaftler Carsten Hille und André Klauss an ihrem Messaufbau.

Die Wissenschaftler Carsten Hille und André Klauss (v.l.) an ihrem Messaufbau. Der räumliche Lichtmodulator ist in das Lichtmikroskop integriert.

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Der Computer formt das Licht

„Wir sprechen hier von Lichtmikroskopen, die Partikel mit einer optischen Auflösung von wenigen Nanometern abbilden“, betont Carsten Hille und weist darauf hin, dass die Handhabung solcher Geräte höchste Perfektion erfordere. Es sei darum auch ein Ziel der Forschung, die Messtechnik so weit zu optimieren, dass sie ebenso von Wissenschaftlern genutzt werden könne, die sich nicht so gut in der Mikroskopie auskennen.

SLM sind drei Buchstaben auf dem Weg dorthin: Spatial Light Modulator. Der räumliche Lichtmodulator ähnelt dem Flüssigkristallbildschirm von Mobiltelefonen, ist nur stark verkleinert und spiegelnd. Der Laserstrahl, der darauf trifft, wird durch die Flüssigkristalle in seiner Form verändert. „Durch das Übereinanderlegen zweier Strahlen unterschiedlicher Form ist es möglich ein hochaufgelöstes 3D-Bild aus dem Inneren einer Zelle zu erzeugen. Bislang brechen, bündeln und teilen optische Bauteile wie Spiegel und Linsen den Lichtstrahl. Das übernimmt jetzt der Computer“, erklärt André Klauss die vereinfachende Innovation in der Lichtmikroskopie.

Der räumliche Lichtmodulator ähnelt dem Flüssigkristall-Bildschirm von Mobiltelefonen, ist nur stark verkleinert und spiegelnd. Er ist ein kleines Gerät, das optisch einem Mikroskop ähnelt.

Der räumliche Lichtmodulator ähnelt dem Flüssigkristall-Bildschirm von Mobiltelefonen, ist nur stark verkleinert und spiegelnd.

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Der Biophysiker studierte und promovierte an der Freien Uni Berlin und reagierte auf eine Ausschreibung des Potsdamer Forschungsprojektes, weil ihn die anwendungsorientierte Arbeit mit den Industriepartnern interessiert. Mit der HOLOEYE Photonics AG beispielsweise wurden die Lichtmodulatoren optimiert. Die PicoQuant GmbH baut optische Systeme für Messungen unter anderem in biologischem Gewebe. Beide Berliner Unternehmen sind maßgeblich am Aufbau des Applikationslabors beteiligt.

Spielwiese für Wissenschaft und Industrie

Dieser „Ort der Anwendungen“ soll vor allem von Kleinen und Mittelständischen Unternehmen der Region Berlin-Brandenburg für eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten genutzt werden. Carsten Hille bezeichnet das Labor als Spielwiese, weil hier die Messaufbauten unter Anleitung qualifizierten Personals selber erstellt werden können.

Auch andere wissenschaftliche Einrichtungen interessieren sich für ALSComBi. Das benachbarte Max-Planck-Institut in Potsdam-Golm erforscht in Zusammenarbeit mit ALSComBi magnetotaktische Bakterien. „In deren Innerem befindet sich eine Kette magnetischer Partikel. Mit diesem Kompass können sie sich am Magnetfeld der Erde orientieren“, sagt André Klauss. Zu beobachten, wie das funktioniert, ist für die Wissenschaftler ein spannendes Thema – sowohl für die Biologen als auch für die, die die Messinstrumente dafür entwickeln.