Innovation: Ein Fluoreszenzmikroskop fürs Smartphone

Ein Team von Physiker:innen der Universität Freiburg hat ein Patent für ein Fluoreszenzmikroskop angemeldet, das direkt über ein einfaches Smartphone betrieben wird. Dieses äußerst erschwingliche und handliche Gerät soll schnelle medizinische Tests ermöglichen, insbesondere auch außerhalb von Krankenhäusern. Das Fluoreszenzmikroskop selbst ist seit über einem Jahrhundert in Biologie und Medizin unverzichtbar ist. Es macht lebende Zellen sichtbar, dient der Gehirnkartierung oder der Untersuchung von Krankheiten wie Krebs und Alzheimer. Im Gegensatz dazu stehen jedoch die Nachteile herkömmlicher Mikroskope. Sie sind schwer, unhandlich, benötigen eine stabile Stromversorgung und sind empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Staub und Feuchtigkeit. Das erschwert ihren Einsatz im Feld oder durch ungeschultes Personal.

Die Leistungsfähigkeit von Smartphones

Um Fluoreszenzmikroskope breiter zugänglich zu machen, entwickelte Guillermo Pedro Acuna die Idee, die Vielseitigkeit von Smartphones zu nutzen. Der Spezialist erklärt: „Diese bieten mehrere Vorteile“, nämlich, „sie werden in Serie hergestellt und sind daher kostengünstig, verfügen über hervorragende Bildsensoren und eine hohe Rechenleistung.“ Aufgrund dieser Eigenschaften kommen Smartphones zunehmend in der Medizin zum Einsatz. ein Beispiel ist die Gesundheitsüberwachung oder acuh schnelle Diagnosen vor Ort, ohne dass die Proben in ein Labor gesendet werden müssen.

Ein hochpräzises Taschenmikroskop

Nach demselben Prinzip existieren bereits seit etwa zehn Jahren Fluoreszenzmikroskope, die mit Smartphones gekoppelt werden können. Obwohl ihre Empfindlichkeit kontinuierlich verbessert wurde, war die Erkennung einzelner Moleküle bislang ausgeschlossen. Um diese „Kurzsichtigkeit“ zu überwinden, schlug Morgane Loretan vor, eine Technik der Superauflösungsmikroskopie anzuwenden. Diese ermöglicht die präzise Lokalisierung einzelner Moleküle. Die Forscherin, die für diese Arbeit mit dem Preis Innovation Challenge 2023 geehrt wurde, erklärt erfreut: „Mit dieser Methode konnten wir Bilder mit einer Lokalisierungsgenauigkeit von 86 Nanometern – also 0,000086 Millimetern – erzeugen, was einer elffach höheren Auflösung entspricht.“

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Dieses innovative Gerät ist bereits realisiert und nicht nur eine theoretische Idee. Die Freiburger Forschenden haben ihr Fluoreszenzmikroskop sehr kompakt gestaltet. Es wiegt lediglich 1,2 Kilogramm, ist kaum größer als ein Schuhkarton. Es ist einfach zu bedienen, kostengünstig und kann an jedes Smartphone mit Kamera angeschlossen werden. Morgane Loretan erklärt den potenziellen medizinischen Nutzen: „Um nur ein Beispiel zu nennen: Mit unserem Mikroskop kann ein Arzt oder eine Ärztin sehr schnell feststellen, ob die Symptome der Patient_innen durch Bakterien oder Viren verursacht werden“, wodurch „der unnötige Einsatz von Antibiotika vermieden“ werden könnte. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen jedoch weit: Das Team hält es für möglich, das Freiburger Fluoreszenzmikroskop zur Analyse von Krebszellen, zur Beobachtung frischer Gewebeproben oder zur Messung gefährlicher Substanzen in der Umwelt einzusetzen.

Medizinische Diagnostik überall

Ein entscheidender Vorteil ist, dass diese Tests durch die Nutzung von Smartphones überall durchgeführt werden können, selbst an Orten ohne medizinische Infrastruktur. Die gewonnenen Ergebnisse können anschließend an entfernte Server übermittelt und dort mit leistungsstarken Tools, wie etwa Künstlicher Intelligenz, ausgewertet werden. Die Autor_innen der Studie schlussfolgern: „Das könnte die medizinische Diagnostik und Prävention revolutionieren – indem sie schneller, verlässlicher und für viele Menschen gleichzeitig zugänglich wird.“

Quelle

Universität Freiburg (Schweiz) (12/2025)