Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »FLITS«
Das Projekt »FLITS« legt den Grundstein für eine neue Generation der High-Speed-Fluoreszenzmikroskopie. Ziel ist es, die Aufnahmezeiten großflächiger Fluoreszenzbilder drastisch zu verkürzen – bei gleichbleibend hoher Bildqualität.
In Zellbiologie, Krebsforschung und Medikamentenentwicklung müssen heute große Probenflächen, etwa ganze Mikrotiterplatten, automatisiert untersucht werden. Herkömmliche Fluoreszenzmikroskope arbeiten dabei im Stop-and-Go-Betrieb: Die Probe wird für jedes Bild angehalten, belichtet und wieder weiterbewegt. Das ist zeitaufwendig, begrenzt den Durchsatz und erschwert skalierbare, automatisierte Prozesse beispielsweise in der personalisierten Medizin oder der Qualitätskontrolle von Zell- und Gentherapeutika.
High-Speed-Mikroskopie für mehr Durchsatz
Um diese Engpässe zu überwinden, widmet sich das Forschungsprojekt »FLITS« der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Hochdurchsatz-Fluoreszenzmikroskopie. Eine Mikrotiterplatte soll künftig in wenigen Minuten statt in bis zu mehreren Stunden erfasst werden: Die Aufnahmezeit soll bei vierfacher Vergrößerung von rund 55 auf unter acht Minuten und bei zehnfacher Vergrößerung von rund 250 auf unter 20 Minuten reduziert werden – ohne Einbußen bei Schärfe, Kontrast oder Signal-Rausch-Verhältnis.
Ansatzpunkt ist ein kontinuierliches Scan-Verfahren: Die Probe bewegt sich während der Bildaufnahme gleichmäßig am Objektiv vorbei und muss nicht mehr angehalten werden. Eine spezielle TDI-Kamera (Time-Delay-Integration) belichtet jede Bildzeile mehrfach und integriert das schwache Fluoreszenzsignal über mehrere extrem kurze Belichtungen hinweg. Kurz gepulste LED-Lichtquellen und eine angepasste Beleuchtungsgeometrie sorgen dafür, dass trotz hoher Geschwindigkeit ausreichend Signal gesammelt und die Phototoxizität für lebende Proben gering gehalten wird.
Scharfe Bilder trotz Bewegung
Zusätzlich wird ein Inline-Autofokussystem entwickelt, das den Abstand zwischen Objektiv und Probe während der Bewegung in Echtzeit nachregelt. Ein optischer Abstandssensor misst kontinuierlich die Höhenlage der Probe, eine Piezo-z-Achse korrigiert den Fokus mikrometergenau. So können auch unebene oder unterschiedliche Probenformate – etwa verschiedene Mikrotiterplatten – schnell und scharf abgebildet werden, ohne zusätzliche Fokus-Scans.
Mit der im Projekt entwickelten High-Speed-Fluoreszenzmikroskopie lassen sich großflächige Zell- und Gewebeproben deutlich schneller und ressourcenschonender analysieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Hochdurchsatz-Screenings in der Wirkstoffentwicklung, die automatisierte Qualitätskontrolle in der Zell- und Gentherapie sowie Anwendungen in der Bioproduktion und der diagnostiknahen Forschung.
Das Forschungsprojekt »FLITS« setzt seinen Schwerpunkt auf Hochdurchsatz und Automatisierung in der Fluoreszenzmikroskopie und ergänzt damit bestehende Arbeiten, die bisher vor allem auf höhere Auflösung oder zusätzliche Bildkontraste fokussieren.
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »FLITS – High-Speed-Fluoreszenzmikroskopie für die Qualitätskontrolle in den Lebenswissenschaften« wird gefördert im Rahmen der Fördermaßnahme »Wissenschaftliche Vorprojekte: Photonik und Quantentechnologien (WiVoPro)«.
Förderkennzeichen: 13N17512
Projektträger: VDI beauftragt durch das BMFTR
Projektlaufzeit: 01.11.2025 - 31.10.2028
Projektleitung
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen