Das Projekt ChipScope hat die wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen für einen völlig neuen Mikroskopie-Ansatz zur optischen Superauflösung entwickelt. Das von der Universität von Barcelona koordinierte Projekt hat dazu Halbleiter-Nano-Leuchtdioden-Arrays (nanoLED) realisiert. In Zukunft soll das die optische Mikroskopie revolutionieren und sie in Chipgröße, bequem, erschwinglich und allgegenwärtig verfügbar machen - nicht nur für Labore, sondern auch für den Alltag. Die Competence Unit Molecular Diagnostics des Center for Health & Bioresources hat hierfür ein Probenhandlingsystem entwickelt, das die Proben zur gewünschten Zielposition transportiert und die in den mikrofluidischen Kanälen ausgesäten Zellen mit Nährstoffen versorgt. ChipScope lief über vier Jahre bis Ende des Jahres 2020 und wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm H2020 der Europäischen Union mit knapp 4 Mio. EUR gefördert (Fördervertragsnummer 737089).
Das von der EU geförderte Projekt ChipScope unter Beteiligung der Competence Unit Molecular Diagnostics des Center for Health & Bioresources, wurde im Dezember 2020 erfolgreich abgeschlossen. Ein interdisziplinäres Team aus Forscher*innen von fünf europäischen Institutionen hat eine völlig neue Strategie zur optischen Mikroskopie erforscht.
Stefan Schrittwieser, Projektkoordinator am AIT erklärt „In der klassischen Lichtmikroskopie wird der untersuchte Probenbereich gleichzeitig beleuchtet und das von jedem Punkt gestreute Licht mit einem flächenselektiven Detektor, z.B. dem menschlichen Auge oder dem Sensor einer Kamera, aufgefangen.“ Das ist bei ChipScope anders, erklärt Schrittwieser weiter „Bei der ChipScope-Idee wird stattdessen eine strukturierte Lichtquelle mit winzigen, einzeln adressierbaren Elementen verwendet. Das Präparat befindet sich in unmittelbarer Nähe über dieser Lichtquelle. Immer dann, wenn einzelne Emitter aktiviert werden, hängt die Lichtausbreitung von der räumlichen Struktur der Probe ab, ganz ähnlich dem, was in der makroskopischen Welt als Schattenbild bekannt ist. Um ein Bild zu erhalten, wird die gesamte Lichtmenge, die durch die Probenregion durchgelassen wird, von einem Detektor erfasst, der ein Lichtelement nach dem anderen aktiviert und damit den Probenraum abtastet.“ Die Lichtelemente haben Größen im Nanometerbereich, das Bild wird so Teil für Teil aufgenommen und von einer Software wieder zum dann finalen Bild zusammengesetzt – durch dieses Herunterbrechen auf kleinste Bereiche ist ein superauflösendes Ergebnis möglich.
Um diese völlig neue Idee zu realisieren war ein Bündel an neuentwickelten Technologien notwendig. Die strukturierte Lichtquelle wurde durch nanometergroße Leuchtdioden (LEDs) realisiert, die an der Technischen Universität Braunschweig entwickelt wurden. LEDs mit einem Durchmesser von 200 nm wurden als Array mit einem Abstand von 200 nm zwischen den LEDs hergestellt. Für den Mikroskop-Prototyp entwickelte die Universität Barcelona, die das Projekt auch koordinierte, elektronische Komponenten zur direkten Ansteuerung jeder einzelnen LED, hochempfindliche Lichtdetektoren und eine eigene Imaging-Software.
Eine der wichtigsten Herausforderungen war es, die zu betrachtenden Proben, menschliche Lungenzellen, in die Nähe der strukturierten Lichtquelle zu bringen. Hier brachten die Expert*innen des AIT ihre Expertise ein und entwickelten zu diesem Zweck ein mikrofluidisches Probenhandlingsystem, bei dem ein feines System von Kanälen in eine Polymermatrix integriert wurde. Dies ermöglicht es die Probe durch eine Flüssigkeit an die Zielposition zu befördern und versorgt die in den mikrofluidischen Kanälen ausgesäten Zellen mit Nährstoffen.
Weitere Partner im ChipScope-Projekt sind ein Team der Medizinischen Universität Wien, der Universität Rom Tor Vergata, der Ludwig-Maximilians-Universität in München und der FSRM, Schweiz. Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm H2020 der Europäischen Union gefördert (Fördervertragsnummer 737089).
Projekthomepage: http://www.chipscope.eu/
Projektvorstellungsvideo: https://www.youtube.com/watch?v=BxfKJeHU33I
Mehr Informationen: https://cordis.europa.eu/project/id/737089