Mikrospiegel-Array-Chip für die optische Mikroskopie
Genforschung mit MEMS-Spiegel
Wenn es darum geht, sehr kleine biologische Strukturen zu studieren, ist die optische Mikroskopie immer noch Mittel der Wahl, allerdings ist die Objektbeleuchtung häufig problematisch. Dem soll ein spezieller Spiegelchip abhelfen.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben einen programmierbaren, mikro-elektromechanischen Chip entwickelt, der Licht unterschiedlichster Wellenlänge schnell und mikrometergenau ablenken kann. Eingesetzt in ein Lichtmikroskop vermag die Technologie parallel mehrere Regionen, die kleiner als eine einzelne Zelle sein können, gezielt zu beleuchten und so spezifische, lichtsensitive Moleküle als Ensemble anzuregen.
Unter Verwendung eines zweiten Chips gelingt es außerdem, nicht nur die Regionen genau auszuwählen, sondern auch die Bestrahlungswinkel, unter denen diese beleuchtet werden. Dadurch lassen sich auch verdeckte Objekte, die als Struktur erscheinen, noch präziser hervorheben und die zahlreichen, ungewünschten Umgebungseffekte deutlich reduzieren.
Der einzelne Chip besteht aus einer Matrix von 65536 separaten Mikrospiegeln, die jeder für sich individuell und stufenlos gekippt werden können. Durch eine Steuerung der Auslenkung dieser Spiegel ist es möglich, Einfallswinkel und Intensität des Lichtes mit bis zu 1000 Wechseln pro Sekunde über die gesamte Matrixfläche zu verteilen. Um den Nutzen dieser MEMS-Technologie für den Einsatz in Lichtmikroskopen zu erproben, haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS sich mit dem Hersteller optischer Systeme IN-VISION Digital Imaging Optics aus Österreich sowie mit Wissenschaftlern des Institut Pasteur Maladies Infectieuses aus Frankreich zusammengetan. Das Ziel der französischen Konsortialführer ist es, mit dieser Kombination von Optik und Genetik gezielt die Expression von einzelnen Genen in Zellen oder Organen von Zebrafisch-Embryonen und Fruchtfliegenlarven zu beeinflussen. Durch diesen Eingriff ist es möglich, sehr viel präziser als bisher die Wirkung spezifischer Gene auf die Entwicklung von Organismen zu studieren. Das System soll auch genutzt werden, um mittels lichtaktiver Ionen Kanäle in Nervenzellen zu aktivieren und so die Wirkungsweise einzelner neuronaler Netzwerke in Gehirngewebe zu erforschen.
Die Forschungskooperation zwischen Fraunhofer und dem Institut Pasteur wird vom Deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie der Französischen Nationalen Forschungsagentur im Rahmen des Inter Carnot Fraunhofer-Programms unterstützt.
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