Ein bahnbrechendes Open-Source-Instrument, das von europäischen Forschern entwickelt wurde, verspricht, die Fluoreszenz- und Elektrolumineszenz-Bildgebung zu revolutionieren und den Zugang zu modernsten Techniken in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen zu demokratisieren. Dieses neue Lumineszenzmakroskop, ausführlich beschrieben in der Zeitschrift Optics Express, bietet eine flexible, kostengünstige Alternative zu teuren, maßgeschneiderten Laboraufbauten, die oft für die fortgeschrittene Lichtmikroskopie erforderlich sind.
Das innovative Gerät, das vom DREAM-Projekt unterstützt wird, verbindet Erschwinglichkeit nahtlos mit Präzision und Vielseitigkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bildgebungsinstrumenten, die durch starre optische Konstruktionen eingeschränkt sind, ermöglicht dieses „Makroskop“ Forschern die Programmierung komplizierter Beleuchtungssequenzen und die präzise Steuerung mehrerer Wellenlängen, was eine Hochgeschwindigkeitsbildgebung und zeitaufgelöste Analyse ermöglicht. Wichtig ist, dass es ein breites Spektrum an Probentypen aufnehmen kann, von empfindlichen Pflanzengeweben bis hin zu komplexen optoelektronischen Geräten.
Barrieren in der Lumineszenzbildgebung abbauen
Lumineszenzbildgebung ist in der modernen Wissenschaft unverzichtbar geworden und enthüllt die verborgenen Funktionsweisen von Molekülen und lebenden Organismen, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Die Implementierung anspruchsvoller Beleuchtungsprotokolle erfordert jedoch häufig spezielle Kenntnisse in Optik, Elektronik und Softwareentwicklung – ein Hindernis für viele Forscher.
„Unser Ziel war es, diese Hürde zu beseitigen“, erklärte Dr. Ian Coghill von der École Normale Supérieure in Paris, einer der Hauptautoren der Studie. „Wir haben ein System geschaffen, das jeder problemlos replizieren kann, ohne dass eine Expertenschulung erforderlich ist.“
Das Forschungsteam hat einen revolutionären Schritt getan, indem es einen völlig offenen Zugang zu allen wesentlichen Ressourcen bereitgestellt hat: umfassende CAD-Dateien, detaillierte Montageanweisungen, Kalibrierungsprotokolle und benutzerfreundliche Steuerungssoftware auf Python-Basis. Durch die Verwendung leicht verfügbarer Komponenten, von denen viele 3D-gedruckt sind, kann das gesamte System für weniger als 25.000 € gebaut werden – ein Bruchteil der Kosten vergleichbarer kommerzieller Aufbauten. Dies senkt die finanzielle Eintrittsbarriere erheblich und ermöglicht es kleineren Labors und interdisziplinären Teams, Forschung zu betreiben, die bisher nur großen Institutionen mit umfangreichen Ressourcen zugänglich war.
Ein vielseitiges Werkzeug für verschiedene Bereiche
Der modulare Aufbau des Makroskops bietet Platz für ein breites Spektrum an Beleuchtungsquellen vom ultravioletten bis zum nahinfraroten Wellenlängenbereich (405–740 nm) und ermöglicht eine synchronisierte Bildgebung mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Bildern pro Sekunde. Forscher können die Lichtmodulationssequenzen mithilfe sinusförmiger, gepulster Muster oder benutzerdefinierter Designs anpassen, um das dynamische Verhalten photoaktiver Systeme präzise zu untersuchen.
Die Forscher haben bereits seine breite Anwendbarkeit in verschiedenen Bereichen nachgewiesen:
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Pflanzenphysiologie: Verfolgung der Herbizidaufnahme in Thaliana-Pflanzen und Messung der Photosyntheseaktivität mithilfe dynamischer Fluoreszenztechniken.
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Proteinphotophysik: Unterscheidung verschiedener Arten reversibel photoschaltbarer fluoreszierender Proteine anhand ihrer einzigartigen „kinetischen Fingerabdrücke“ durch fortschrittliche Bildgebungsmethoden wie RIOM (Rectified Imaging under Optical Modulation).
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Optoelektronische Geräte: Kartierung der frequenzabhängigen Elektrolumineszenz in Solarzellen und LEDs, um Aufschluss über Ladungstransport- und Rekombinationsprozesse innerhalb dieser Geräte zu geben.
„Diese Beispiele kratzen nur an der Oberfläche dessen, was möglich ist“, bemerkt Dr. Ludovic Jullien, leitender Autor und Koordinator des DREAM-Projekts. „Durch die Kombination offener Hardware mit programmierbarer Beleuchtung wollen wir sowohl Grundlagenforschung als auch praktische Innovation in Bereichen von Pflanzenbiologie und Photonik bis hin zu erneuerbaren Energien fördern.“
Getreu seinem Open-Science-Ethos hat das DREAM-Projekt alle Build-Dateien, Analyseskripte und experimentellen Daten auf Zenodo frei zugänglich gemacht. Die Forscher ermutigen die wissenschaftliche Gemeinschaft, diese Plattform anzupassen, zu modifizieren und zu erweitern.
„Das ist mehr als nur ein Prototyp“, betont Dr. Coghill. „Es ist eine offene Grundlage – ein Sprungbrett für jeden, der die faszinierende Welt der dynamischen Photophysik erkunden möchte.“
