Computergestützte Mikroskopie jenseits des Beugungslimits 

Unsere Forschung

Wir entwickeln und nutzen moderne lichtmikroskopische Verfahren, um biomedizinische Prozesse im Submikrometer- und Nanometerbereich sichtbar zu machen. Im Zentrum stehen Methoden mit räumlicher Auflösung jenseits des klassischen Beugungslimits, darunter lineare und nichtlineare strukturierte Beleuchtung, stochastische Rekonstruktionsmikroskopie sowie interferometrische Ansätze. Licht dient dabei als zerstörungsfreier Sensor, um dynamische Prozesse in biologischen Systemen präzise zu untersuchen. 

Ein wesentliches Profilmerkmal unserer Forschungsabteilung ist die enge Verknüpfung von experimenteller Mikroskopie mit rechnergestützter Bildrekonstruktion. Neue mikroskopische Verfahren werden gemeinsam mit modellbasierten und maschinell lernenden Auswertealgorithmen entwickelt. Dazu zählen Methoden der Fluoreszenzpolarisationsmikroskopie ebenso wie markerfreie bildgebende Ansätze, etwa auf Basis der Raman-Streuung. Die Kombination von Hardwareentwicklung, GPU-gestützter Datenverarbeitung und Software in quelloffenen Programmiersprachen ermöglicht eine quantitative und reproduzierbare Analyse komplexer Bilddaten. 

Die Forschung ist an biologischen und medizinischen Fragestellungen ausgerichtet. Wir kooperieren eng mit den Lebens- und Gesundheitswissenschaften, um Instrumente und Methoden für die Anwendung zu optimieren, insbesondere für die Erforschung von Infektionen. Darüber hinaus entwickeln wir kostengünstige, modulare und offene Mikroskopsysteme, die den Zugang zu leistungsfähiger Bildgebung erleichtern und die Reproduzierbarkeit biologischer Experimente unterstützen. 

Forschungsschwerpunkte

Superauflösende
Fluoreszenzmikroskopie 

Fluoreszenzbasierte Mikroskopie mit höchster räumlicher Auflösung, einschließlich linearer und nichtlinearer strukturierter Beleuchtung (SIM), Einzelmoleküllokalisierungsmikroskopie (SMLM), ISM-STED (Image Scanning Microscopy Combined with Stimulated Emission Depletion Microscopy) und interferometrischer Verfahren zur Analyse nanoskaliger Strukturen 

Polarisations- &
anisotrope Bildgebung

Zweidimensional polarisationsaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie zur Untersuchung anisotroper Strukturen und molekularer Ordnung in biologischen Systemen mit nanoskaliger Infrarotbildgebung (photo-induced force microscopy: PiFM)

Computational Imaging
& Bildrekonstruktion

Entwicklung modellbasierter und maschinell lernender Algorithmen für Bildverarbeitung, Rekonstruktion und quantitative Analyse mikroskopischer Daten

Smart- & Hochdurchsatz-
Mikroskopie 

Integration von Hard- und Software zu automatisierten, adaptiv rekonfigurierbaren Mikroskopiesystemen

Multimodale & hyperspektrale Bildgebung

Weiterentwicklung der hyperspektralen Raman-Mikroskopie zur erweiterten chemischen und strukturellen Charakterisierung

Entwicklung kohärenter
Bildgebungsverfahren 

Entwicklung neuer Ansätze zur optischen Kohärenztomographie (OCT)/Holoskopie sowie Ptychographie an kohärent in der Probe erzeugter zweiten harmonischen Strahlung

Kooperationen und Netzwerke

Die Forschungsabteilung Mikroskopie ist eng in nationale und internationale Forschungsnetzwerke eingebunden und arbeitet interdisziplinär mit Partnern aus Biologie, Medizin und Physik zusammen. So brachte sie ins Exzellenzcluster Balance of the Microverse ihre Expertise in hochauflösender, quantitativer Bildgebung und computergestützter Auswertung ein und war an den Sonderforschungsbereichen NOA und Polytarget an der Universität Jena beteiligt.

Am Leibniz-Zentrum für Photonik in der Infektionsforschung (LPI) entwickeln wir mikroskopische Verfahren und Bildrekonstruktionsmethoden zur Untersuchung pathogen-assoziierter Prozesse weiter. Enge Kooperationen mit biologischen und medizinischen Forschungsgruppen ermöglichen es, neue Methoden frühzeitig an relevanten Fragestellungen zu validieren und die Lichtmikroskopie als Schlüsseltechnologie für biomedizinische Forschung zu stärken.

Innerhalb des Leibniz-IPHT kooperieren wir vor allem mit den Abteilungen Spektroskopie/Bildgebung zur Raman-Bildgebung, Nanobiophotonik für Plasmonen-Assays, Faserforschung und -technologie im Bereich der kohärenten Bildgebung sowie Biophysikalische Bildgebung mit Fokus auf hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie.

Ausgewählte Projekte

Hochauflösende Analyse retinaler Veränderungen

HiResi4RPE: Charakterisierung von pathogenen Organellen retinaler Pigmentepithelzellen mittels hochauflösender Fluoreszenzlebensdauer- und Infrarotspektroskopie-Bildgebung

Die Rolle des Mikrobioms in biologischen Rhythmen

Nematostella: Evolutionäre zelluläre Grundlagen der Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom und Schlaf

Innovative molekulare Assays für die Schnelldiagnostik

LPI BT5: Erfassung von Plasmonenresonanzverschiebung in molekularen Bindunsassays durch Einsatz von integralfeld Kameratechnologie

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