Tomographische Brechungsindexmessung mittels adaptiver, faseroptischer Zellrotation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405616934

Das Ziel ist es, ein neuartiges Mehrkernfaser-Zellrotationssystem (MCF-OCR) für die tomographische Messung des Brechungsindexes zu untersuchen und anzuwenden. Das MCF-OCR-System wurde bereits erfolgreich für markierungsfreie Krebszelluntersuchungen eingesetzt, die auf einem Rekonstruktionsalgorithmus mit künstlicher Intelligenz basieren. Es hat sich gezeigt, dass die MCF-OCR-Tomographie eine isotrope Auflösung bietet, die für die Krebsuntersuchung wichtig ist. Bisher wurden jedoch nur einzelne Zellen untersucht. Die optische Manipulation und Tomographie großer biologischer Proben wie Zellcluster, Organoide und Embryonen bleibt eine Herausforderung. In der zweiten Phase des Projekts werden wir untersuchen, ob ein neues Zweistrahl-Fallendesign mit einer maßgeschneiderten Version des Born-Mehrfachstreuungsalgorithmus eine markierungsfreie hochauflösende Tomographie großer biologischer Proben mit einem Durchmesser von mehr als 100 Mikrometern ermöglicht. Im Vergleich zur faseroptischen Manipulation von Zellen erfordert die Manipulation großer biologischer Proben die Erzeugung eines größeren Drehmomentes. Es soll die Stabilität der optischen Fallen durch die Einführung einer adaptiven Technik verbessert werden. Darüber hinaus wird die MCF auch für die Lichtfeldabbildung verwendet, um die Brechungsindexverteilung der Zelle zu messen, und räumlich optimierte Lichtfelder für die Fallenstrahlen zu erzeugen. Der Paradigmenwechsel basiert auf dem Born-Algorithmus für Mehrfachstreuung, wodurch erstmals eine hochauflösende, dreidimensionale, markierungsfreie, isotrope Brechungsindex-Rekonstruktion von Organoiden ermöglicht wird, die für die Untersuchung der Ursache von Krankheiten eine große Rolle spielt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Nektarios Koukourakis
• Kooperationspartner: Professor Shwetadwip Chowdhury