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Forschungsabteilung Mikroskopie

Wissenschaftliches Profil

Mithilfe moderner mikroskopischer Methoden lassen sich biomedizinische Mechanismen im Submikrometerbereich sichtbar machen. Die Entwicklung neuer Methoden und Instrumente für die Lichtmikroskopie und die Weiterentwicklung bekannter Techniken sind Arbeitsschwerpunkte unserer Forschungsabteilung. Dabei machen wir es uns zunutze, dass Licht sich ideal als zerstörungsfreier Sensor eignet, um Methoden zu entwickeln, Materialien zu charakterisieren und Lebensprozesse zu untersuchen. Enge Kooperationen mit biologischen und medizinischen Forschungsgruppen ermöglichen die individuelle und anwendungsorientierte Optimierung mit dem Ziel, biomedizinische Vorgänge besser zu verstehen. Damit einher geht die Entwicklung computergestützter Bildrekonstruktionsverfahren basierend auf Programmen wie Matlab, Python und auf GPU- (graphics processing unit) Programmierung in CUDA (Compute Unified Device Architecture). Ein Ziel ist z.B. die dynamische Darstellung von Rezeptorfunktionen oder polymikrobieller Infektionen in Echtzeit.

Wir nutzen moderne Techniken, wie z.B. Mikroskopie mit räumlicher Auflösung jenseits des Abbe-Beugungslimits, und arbeiten an der Entwicklung von günstigen, aber leistungsstarken Mikroskopen für Ausbildung und Forschung unter Verwendung von modernen 3D-Druck-Verfahren (useetoo.org), sowie an Algorithmen zur Bildauswertung.

Abbildung 1: Aktinfilamente (rot) und Zellkern (blau) einer Hela-Zelle, aufgenommen mit normaler Fluoreszenzmikroskopie (oben) und SIM (unten).
Abbildung 2: UC2 – Modulares Optik-System für Forschung und Bildung aus dem 3D Drucker.
Abbildung 3: Absorption und Fluoreszenz von verschiedenen Defekten/Verunreinigungen im selben Kristalltyp (Saphir) unter Fern-UV Laserstrahlung.

Forschungsthemen

  • Fluoreszenzmikroskopie mit höchster Auflösung
  • Alternative mikroskopische Methoden
  • Entwicklung neuartiger Algorithmen für die Bildverarbeitung
  • Hochsensitive Detektion kleinster Verluste in optischen Materialien und Beschichtungen

Anwendungsbereiche

  • Einsatz von optischer Mikroskopie, z. B. moderner höchstauflösende Fluoreszenzmikrokopie (SIM, dSTORM, etc.) für biomedizinische Fragestellungen
  • Hyperspektrale Raman-Bildgebung für die medizinische Forschung
  • Lösung von inversen Problemen in der Mikroskopie (z. B. Bild-Dekonvolution und Rekonstruktion von 3D-Bildern) mit neuronalen Netzwerken
  • Günstige Mikroskope für Forschung und Bildung mittels 3D-Druck und Smartphones
  • Materialcharakterisierung im industriellen Umfeld
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