Forschern am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) ist mit der Brillouin-Mikroskoptechnologie ein großer Durchbruch auf dem Gebiet der Bildgebung gelungen. Sie haben die Geschwindigkeit und den Durchsatz von Brillouin-Mikroskopen um das Tausendfache gesteigert, die Beobachtung lichtempfindlicher biologischer Proben effizienter gemacht und ein leistungsstarkes Werkzeug für die Erforschung der Biowissenschaften bereitgestellt. Ein entsprechender Artikel wurde am 20. in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

„Brillouin-Streuung“ bedeutet, dass Licht, wenn es auf eine Substanz trifft, mit den thermischen Schwingungen interagiert, die natürlicherweise im Inneren der Substanz auftreten, dabei Energie austauscht und die Frequenz oder Farbe des Lichts leicht verändert. Die Messung des Streulichtspektrums kann die innere Struktur und die physikalischen Eigenschaften von Materie aufdecken.

Erst zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurde das Prinzip der „Brillouin-Streuung“ auf die nicht-invasive Echtzeit-Bildgebungstechnologie in der Biologie angewendet. Bisher konnten Wissenschaftler mit Brillouin-Mikroskopen jeweils nur einen Pixel des beobachteten Objekts sehen. Im Jahr 2022 erweiterte das EMBL-Prevedel-Team das Sichtfeld erstmals auf eine Zeile mit 100 Pixeln. Die Entwicklung dieser Technologie hat die Bildgeschwindigkeit und -auflösung deutlich verbessert und Lichtschäden reduziert. Der britische „Guardian“ wählte diese Leistung zu einer der zehn besten Wissenschaftsnachrichten des Jahres.

Diesmal verbesserten die Forscher die Brillouin-Mikroskoptechnologie und machten sie etwa 1.000-mal schneller und 1.000-mal effizienter. Gleichzeitig haben neue Mikroskopiemethoden das Spektrum der beobachtbaren Materialien erweitert, von der Betrachtung nur einer Linie entlang des Beobachtungsobjekts bis hin zur Betrachtung einer vollständigen Ebene von etwa 10.000 Pixeln. Dadurch können Wissenschaftler schnell genug 3D-Bilder aufnehmen, um lebende Organismen zu beobachten.

Robert Prevedel, korrespondierender Autor des Artikels und Leiter des EMBL-Teams, sagte, dass dieser Fortschritt auf dem Gebiet der mechanischen Bildgebung oder Brillouin-Bildgebung von großer Bedeutung sei und ein neues „Fenster“ für Wissenschaftler zur Erforschung des Lebens öffne.

Diese Methode wird ein leistungsstarkes Instrument zur Frühdiagnose von Krebs, Arteriosklerose, Alzheimer und anderen Krankheiten sein. Es wird auch die Art und Weise revolutionieren, wie Wissenschaftler die mechanischen Veränderungen in Zellen während der normalen Entwicklung messen und verfolgen, und das Verständnis der Wissenschaftler für die Bedeutung mechanischer Kräfte in der Biologie erheblich verbessern.