3D-Mikroskopie: Laser dreht Proben kontaktfrei

Bislang war es technisch kaum umsetzbar, hochempfindliche Proben unter dem Mikroskop berührungslos in alle Richtungen zu drehen. Ein neues laserbasiertes Verfahren des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) löst dieses Problem nun, indem es mikroskopisch kleine Objekte wie Zellen kontaktlos in allen drei Raumrichtungen bewegt. Der Laser erzeugt dafür minimale Temperaturunterschiede im Flüssigkeitsmedium, welche sanfte Strömungen auslösen und so die Probe rotieren lassen. Das schützt das empfindliche Untersuchungsmaterial und liefert präzisere 3D-Bilder, was einen wichtigen Schritt für die medizinische Grundlagenforschung bedeutet.

Diese Technologie hilft beispielsweise in der Krebsforschung: Um menschliche Zellen präzise zu analysieren, reichen herkömmliche, scharfe Schichtaufnahmen oft nicht aus, da sie in der Tiefe ungenau sind. Für ein verlässliches 3D-Modell müssen die Objekte aus verschiedenen Blickwinkeln fotografiert und anschließend zusammengesetzt werden. Das neue Verfahren des KIT ermöglicht diese notwendige Drehung nun auf vollkommen schonende Weise.

Drehen ohne Berührung

Das Team um Professor Moritz Kreysing und Dr. Fan Nan vom Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT nutzt einen Laser, um die Trägerflüssigkeit der Probe punktuell zu erwärmen. Die dadurch entstehenden feinen Strömungen ermöglichen es, freischwebende mikroskopische Objekte gezielt zu bewegen – ganz ohne den Einsatz mechanischer Mikro-Werkzeuge wie winziger Pipetten, Nadeln oder Greifer. „Wir manipulieren die Probe nicht direkt“, sagt Nan. „Stattdessen steuern wir die Bewegung der umgebenden Flüssigkeit so, dass sich das Objekt von selbst ausrichtet.“ Während lasergetriebene Strömungen bislang nur für Bewegungen in einer Ebene bekannt waren, gelingen nun auch kontrollierte Drehungen im Raum: Ein schnelles Abtasten mit dem Laser erzeugt eine schraubenförmige Strömung, die Objekte sanft rotieren lässt – vergleichbar mit einem Papierschiffchen in einem kleinen Strudel.

Nutzen für Medizin und Technik

Die dreidimensionale Kontrolle ermöglicht es, Zellstrukturen aus unterschiedlichen Blickwinkeln deutlich besser zu erfassen. „Wenn sich Proben genauer ausrichten lassen, sehen wir mehr Details“, sagt Kreysing. „Das ist eine zentrale Voraussetzung, um biologische Strukturen und Prozesse besser zu verstehen.“ Laut Kreysing könnte diese Methode langfristig auch für die kontaktfreie Mikromanipulation, die mikroskopische Robotik oder die präzise Fertigung im Kleinstmaßstab an Bedeutung gewinnen.

Quelle

Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE) (05/2026)