Das "Great Unified Microscope" kann sowohl mikro- als auch nanoskalige Strukturen erkennen
Forscher vereinen zwei herkömmliche Techniken, die bisher entweder für Beobachtungen im Mikro- oder im Nanobereich verwendet wurden
Forschende der Universität Tokio um Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura und Takuro Ideguchi haben ein neues Mikroskop entwickelt, das Signale über einen vierzehnmal größeren Helligkeitsbereich erfassen kann als gängige Hochleistungsgeräte. Die Beobachtungen erfolgen vollständig markierungsfrei, also ohne zusätzliche Farbstoffe, was die Zellen schont und die Methode für Langzeitmessungen und damit für Test- und Qualitätskontrollanwendungen in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie interessant macht. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Seit dem 16. Jahrhundert treiben Mikroskope die Wissenschaft voran, doch moderne Spitzenanwendungen erfordern immer empfindlichere und zugleich spezialisiertere Technik. Bisher mussten Forschende dabei häufig einen Kompromiss eingehen: Die sogenannte quantitative Phasenmikroskopie nutzt vorwärts gestreutes Licht und eignet sich vor allem für größere, komplexe Zellstrukturen, während die interferometrische Streuungsmikroskopie rückwärts gestreutes Licht nutzt und damit selbst kleinste Partikel bis auf Protein-Größe sichtbar macht, jedoch ohne den „Gesamtüberblick“ über die Zelle.
Das Team aus Tokio wollte diesen Kompromiss auflösen, indem es das Licht aus beiden Richtungen gleichzeitig auswertet und so ein breites Spektrum an Teilchengrößen und Bewegungen in einem Bild sichtbar macht. Um das neue System zu testen, beobachteten die Forschenden den programmierten Zelltod und nahmen Bilder auf, die Informationen aus vorwärts- und rückwärtslaufendem Licht enthalten. Die größte Herausforderung bestand darin, diese beiden Signalarten sauber aus einem einzigen Bild zu trennen, das Rauschen gering zu halten und ein „Vermischen“ der Informationen zu vermeiden.
Mit der neuen Technik können nun sowohl die Bewegung größerer Zellstrukturen als auch von nanoskaligen Partikeln quantitativ erfasst werden. Aus dem Vergleich von vorwärts- und rückwärtsgestreutem Licht lassen sich zudem Größe und Brechungsindex einzelner Partikel ableiten – also, wie stark sie Licht ablenken. In Zukunft wollen die Forschenden noch kleinere Objekte wie Exosomen und Viren untersuchen und besser verstehen, wie lebende Zellen Schritt für Schritt in den Tod übergehen.
Originalquelle: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/en/press/10974/
Publikation: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65570-w
