Dr. Anne-Sophie Munser ist mit dem dritten Platz des Hugo-Geiger-Preises ausgezeichnet worden für ihre Entwicklung einer hochsensitiven Streulichtmessung, mit der Mikroorganismen, Bakterien und Antibiotikaresistenzen deutlich schneller analysiert werden können als mit herkömmlichen Verfahren. Die Technologie eröffnet vielversprechende Perspektiven, unter anderem für die Infektionsforschung.
Bei bakteriellen Infektionen ist Zeit ein entscheidender Faktor. Während sich Krankheitserreger rasch vermehren, dauert ihre Identifizierung in der klassischen Diagnostik oft mehrere Stunden oder sogar Tage. Besonders bei antibiotikaresistenten Erregern ist das problematisch. Mit einer photonikbasierten Messmethode hat sie ein Verfahren entwickelt, das diesen Prozess künftig deutlich beschleunigen kann. Für ihre Dissertation übertrug die Forscherin ein Verfahren aus der optischen Messtechnik auf die Zellbiologie.
Einzelne Zellen in Sekundenbruchteilen erfassen
Durch die innovative Nutzung der winkelaufgelösten Streulichtanalyse – einer Methode, die herkömmlicherweise feinste Defekte auf optischen Oberflächen wie Spiegeln aufspürt – hat Dr. Munser ein hochsensitives Verfahren zur Erfassung einzelner Mikroorganismen entwickelt. Anstatt auf die zeitintensive Kultivierung großer Zellmengen zu warten, lassen sich schädliche Bakterien und deren Resistenzen damit bereits innerhalb von drei Stunden identifizieren. Die Forscherin erklärt den entscheidenden Vorteil der mikrofluidischen Probenführung: „Statt auf Zellkolonien mit tausenden Zellen zu warten, können wir in einer mikrofluidischen Probenführung schon bei den ersten zwei bis drei Zellteilungen die relevanten mikrobiologischen Prozesse verfolgen“. Dank dieser Technologie werden einzelne Zellen in Sekundenbruchteilen erfasst, was den Diagnoseprozess massiv beschleunigt.
Bakterieneigenschaften bis in den Nanometerbereich analysieren
Das neue Verfahren nutzt einen Laserstrahl, der auf einzelne Zellen gerichtet wird, um deren spezifische Lichtstreuung zu analysieren. Je nach Struktur und Form der Zelle entsteht eine charakteristische Lichtverteilung, die präzise Rückschlüsse auf Zelltyp und Oberflächeneigenschaften bis in den Nanometerbereich erlaubt. „Man könnte sagen, jede Zelle hinterlässt durch die Streuung des Lichts eine Art optischen Fingerabdruck. Diesen nutzen wir, um Mikroorganismen schnell und präzise zu analysieren“, erklärt die Forscherin. Sie wies nach, dass diese Technologie auch die Wirksamkeit von Antibiotika bereits nach wenigen Stunden bestimmt. Dies bietet einen entscheidenden Zeitvorteil für eine schnellere und zielführende medizinische Behandlung.
Weiterentwicklung zum Lab-on-a-Chip-System
Um die neuartigen Streulichtmuster präzise für biologische Anwendungen zu interpretieren, entwickelte Dr. Munser spezialisierte Datenauswertungsverfahren. In interdisziplinärer Zusammenarbeit arbeitet ihr Team aktuell daran, diese Analyse durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz weiter zu vereinfachen. Auch die Hardware wird konsequent optimiert: Während das derzeitige System noch etwa die Größe zweier Schuhkartons hat, ist das langfristige Ziel die Entwicklung eines kompakten, transportablen Geräts bis hin zu hochintegrierten Lab-on-a-Chip-Lösungen.
Interdisziplinäre Anwendung
Die enorme Geschwindigkeit, mit der das Verfahren tausende Proben analysiert, prädestiniert die Technologie für Labore, Kliniken und die Wirkstoffforschung. Dank interdisziplinärer Kooperation in Photonik und Mikrobiologie wird die Streulichttechnik bereits heute in der Infektionsdiagnostik am Forschungsinstitut eingesetzt. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren für die Lebensmittelkontrolle, die Überwachung der Trinkwasserqualität sowie für die Stammzellendifferenzierung. Zukünftig könnten solche Sensoren zudem eine Schlüsselrolle bei der Untersuchung von Biofilmen spielen, etwa im Dentalbereich oder auf Implantaten.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF (03/2026)