NBPM

Visualisierung kleinster Bausteine des Lebens

Die Forschungseinheit Nanoscopic Bioparticle Manipulation (NBPM) unter der Leitung von Prof.in Dr. Maria Dienerowitz beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger optischer Verfahren, um die kleinsten Bausteine des Lebens sichtbar zu machen – von Zellen über Bakterien und Viren bis hin zu einzelnen Molekülen. Ziel ist es, diese hochspezialisierten Techniken, die derzeit nur in der Forschung genutzt werden, für den Einsatz in der medizinischen Diagnostik zugänglich zu machen.

Forschungsschwerpunkte

NBPM konzentriert sich darauf, transparente Nanopartikel (bioNPs), die typischerweise zwischen 5 und 500 Nanometer groß sind, ohne Markierungen oder Farbstoffe sichtbar zu machen. Diese sogenannten label-freien Verfahren sind besonders wichtig, da sie die Proben schonen und längere Beobachtungszeiten ermöglichen, ohne dass chemische Zusatzstoffe verwendet werden müssen.

Ein Hauptziel der Forschung ist es, die Empfindlichkeit der optischen Systeme so zu erhöhen, dass selbst einzelne Nanopartikel zuverlässig detektiert und voneinander unterschieden werden können. Hierzu werden maßgeschneiderte optische Komponenten entwickelt, die Streuverluste minimieren und so eine genauere Erkennung ermöglichen.

Optische Fallen und KI-gestützte Analysen

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung ist die Entwicklung von optischen Fallen, um Nanopartikel in Flüssigkeiten präzise festzuhalten und über längere Zeiträume zu beobachten. Dies geschieht mithilfe von Laserlicht, das die Teilchen in einer Art „Lichtfalle“ fixiert, ohne sie zu beschädigen. Zusätzlich setzt NBPM auf den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI), um die enorme Menge an Bilddaten automatisch auszuwerten und die Erkenntnisse für diagnostische Anwendungen nutzbar zu machen.

Anwendungen in der Biomedizin

Die Forschungsergebnisse der NBPM-Einheit sollen dazu beitragen, neue Diagnosemethoden zu entwickeln, die in klinischen Anwendungen eingesetzt werden können. Beispielsweise sollen optische Systeme entwickelt werden, mit denen Bakterien und Viren in Patientenproben schnell und zuverlässig unterschieden werden können. Langfristig soll die Technologie so weit miniaturisiert werden, dass sie in tragbaren Geräten, wie in Endoskopen, eingesetzt werden kann.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Die Forschungseinheit arbeitet eng mit anderen Expertengruppen zusammen, um die Erkenntnisse aus der Optikforschung mit praktischen Anforderungen der Biomedizin zu verbinden. So wird mit Partnern aus den Bereichen Optikentwicklung und medizinische Bildgebung zusammengearbeitet, um Diagnosesysteme zu entwickeln, die direkt in der klinischen Praxis angewendet werden können.

Zukunftsvision

Das Langzeitziel der NBPM-Forschung ist es, Technologien zu entwickeln, die es ermöglichen, biologische Nanopartikel zuverlässig und in Echtzeit zu analysieren – ohne komplizierte Markierungsverfahren und mit minimalem Eingriff in die Probe. Diese Entwicklungen könnten eine neue Ära in der medizinischen Diagnostik einläuten, in der schnelle und präzise Analysen von Krankheitserregern und Zellen möglich werden.