ZEISS hat ein Lichtblattmikroskop entwickelt, das es ermöglicht, biologische Proben dreidimensional und über sehr lange Zeiträume hinweg zu untersuchen. Dabei kommen die vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelten MEMS-Scanner zum Einsatz.

Das Lichtblattfluoreszenz-Mikroskopsystem Lightsheet Z.1 bietet Forschern erstmals die Möglichkeit, dynamische Prozesse in großen, lebenden Organismen optimal zu untersuchen. Gegenüber bisherigen fluoreszenzmikroskopischen Verfahren, wie beispielsweise der Konfokalmikroskopie, zeichnet sich dieses System durch eine deutlich geringere Lichtbelastung der Proben aus, was völlig neue Möglichkeiten für eine schonende Langzeituntersuchung lebender Organismen in 3D eröffnet. Die Lichblattfluoreszenzmikroskopie (Lightsheet Fluorescence Microscopy LSFM) erlaubt es, nur das relevante Volumen und nicht die gesamte Probe für ein Schnittbild des fluoreszenzmarkierten Gewebes durch einen sehr dünnen, aufgefächerten Laserstrahl, dem so genannten Lichtblatt, zu beleuchten. Damit wird der Fluoreszenzfarbstoff ausschließlich lokal zur Lichtemission angeregt. Eine senkrecht auf das Lichtblatt gerichtete Abbildungsoptik mit nachgeschalteter Kamera zeichnet das emittierte Licht effizient auf. So können Proben erstmals unter natürlichen, physiologischen Bedingungen aufgenommen und die Entwicklung ganzer Organismen über Tage hinweg dreidimensional verfolgt werden.

Um die Abbildungsqualität zu perfektionieren und unerwünschte Artefakte wie Schattenwurf lichtundurchlässiger Bestandteile der Probe im Lichtblatt zu eliminieren, kommt ein vom Fraunhofer IPMS entwickelter, resonant betriebener Microscanner zum Einsatz. Der Pivot-Scanner (oder MEMS-Scanner) mit einer Spiegelplatte von 1,2 mm Durchmesser und einer dynamisch an die gewünschte Objektvergrößerung anpassbaren mechanischen Scanamplitude im Bereich von 0,9 - 6° wird nahe seiner mechanischen Resonanz bei 23 kHz betrieben. Abhängig von der Position der Spiegelplatte ändert sich der Winkel des Lichtblatts relativ zur Probe innerhalb der Beleuchtungsebene und dementsprechend die Richtung des Schattenschlags. Dank der hohen Scanfrequenz des MEMS-Scanners ist kein zusätzlicher Aufwand zur Mittelung erforderlich, die Kamera integriert automatisch über ihrer Belichtungszeit. Gegenüber konventionellen resonant betriebenen Galvanometerscannern kann der MEMS-Scanner des Fraunhofer IPMS neben seiner geringeren Größe mit einer deutlich stabilen Schwingungsform und einer absoluten Geräuschfreiheit überzeugen. Das Scanmodul und die Ansteuerelektronik wurden ausgehend von der modularen LDC (Laser Deflection Cube)-Plattform des Fraunhofer IPMS an die Erfordernisse des Mikroskopiesystems angepasst.

Zu Carl Zeiss Microscopy
Der Unternehmensbereich Microscopy von ZEISS bietet als weltweit einziger Hersteller Licht-, Röntgen-, und Elektronenmikroskopiesysteme aus einer Hand. Ein umfassendes Portfolio ermöglicht Forschungs- und Routineanwendungen in den Bio- und Materialwissenschaften. Zum Produktspektrum gehören Licht- und Laser Scanning Mikroskope, Röntgenmikroskope, Elektronen- und Ionen-Mikroskope sowie Spektrometermodule. Software für Systemsteuerung, Bildaufnahme und -verarbeitung unterstützt den Anwender. Microscopy ist in 33 Ländern mit Vertriebsgesellschaften vertreten. Sowohl in Demozentren als auch vor Ort betreuen Applikations- und Service-Spezialisten die Kunden weltweit. Hauptsitz des Unternehmensbereichs Microscopy ist Jena. Weitere Produktions- und Entwicklungsstandorte sind in Oberkochen, Göttingen und München sowie in Cambridge, Großbritannien und in Peabody, MA sowie Pleasanton, CA in den USA. Insgesamt beschäftigt der Unternehmensbereich etwa 2.800 Mitarbeiter. Das Umsatzvolumen beläuft sich auf 650 Millionen Euro.

Kontakt
Dr. Jochen Tham, ZEISS, Microscopy
Tel. 03641 64-3949
E-Mail: jochen.tham@zeiss.com

Über Fraunhofer IPMS
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS realisiert mit 220 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ein jährliches Forschungsvolumen von 22 Millionen Euro. Mehr als zwei Drittel dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet das Fraunhofer IPMS mit Aufträgen aus der Wirtschaft und mit öffentlich finanzierten Projekten der angewandten Forschung. Im Fokus der Entwicklungs- und Fertigungsleistungen steht die industrienahe Verwertung der alleinstellenden technologischen Kompetenzen auf dem Gebiet der (optischen) Mikro-Elektromechanischen Systeme [MEMS, MOEMS]. Dabei nutzt das Fraunhofer IPMS wissenschaftliches Know-how, Applikationserfahrung und Kundenkontakte sowie moderne Anlagentechnik und Reinraum-Infrastruktur. Das Fraunhofer IPMS deckt eine breite Palette industrieller Anwendungen ab. Das Leistungsangebot reicht von der Konzeption über die Produktentwicklung bis zur Pilotserienfertigung – vom Bauelement bis zur kompletten Systemlösung.