Konfokales Laser-Scanning Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554545121

Für unsere interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von Physik, Nanotechnologie und Biologie benötigen wir ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop, welches mehrfarbige in-situ Bildgebung über einen breiten Spektralbereich mit höchster räumlicher Auflösung, Sensitivität und Geschwindigkeit ermöglicht. Das 2. Physikalische Institut (Hauptantragsteller) mit Forschungsschwerpunkt auf der DNA-Nanotechnologie und der zellulären Biomimikry, wird die konfokale Mehrfarben-Mikroskopie und verbundene Varianten der Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS), der fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) und des Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) einsetzen, um die strukturellen und dynamischen Eigenschaften von DNA-basierten Nanostrukturen und zellulären Nachahmungen zu charakterisieren. Hierzu zählen die Assemblierung von komplexen DNA-Origamis, die Diffusion von DNA-Origami und SUVs auf Lipidmembranen, der (gerichtete) Transport von Gütern durch Membranen oder auf zellulären Nachbildungen, die durch mechanischen Stress induzierte Verformungen von zellulären Nachbildungen sowie die mechanischen Bewegungen von DNA-basierten Nanostrukturen. Die zelluläre Nachahmungen bestehen typischerweise aus DNA-Origami-Nanostrukturen sowie kleinen, großen und riesigen unilamellaren Vesikeln, die sich leicht mit nahezu frei wählbaren Fluoreszenzfarbstoffen markieren lassen. Die Biophysikgruppe am Institut für Biomaterialien und Biomolekulare Systeme wir die hochauflösende konfokale Mehrfarben-Mikroskopie einsetzen, um den Prozess der Translokasen-der äußeren-Membran-(TOM)-vermittelten Proteintranslokation zu untersuchen. Insbesondere werden FRET, FRAP, fortgeschrittene FCS und FCCS eingesetzt, um die Bildung, Bindung und Inkorporation von TOM-Transmembranproteinkanälen in der Membran und ihre dynamische Funktionalität zu untersuchen. Die in-situ Mehrfarben-Mikroskopie unserer Proben erfordert höchste räumliche Auflösung bei exzellenten Signal-zu-Rauschen (zur Auflösung von DNA-Origamis, unilamellaren Vesikeln und zelluläre Nachbildungen, die mit wenigen Fluorophoren markiert sind), FRET, FRAP, fortgeschrittene FCS und FCCS (zur Untersuchung der Struktur- und Diffusionseigenschaften), einen breiten Spektralbereich (um eine große Anzahl von Fluorophoren zur Markierung verschiedener elementarer Bausteine einsetzen zu können) und schnelle Aufnahmegeschwindigkeiten (um Bewegungen im Nanometerbereich aufzulösen und die Messzeit für mehrfarbige 3D-Stapel oder Zeitreihen zu verkürzen). Ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop, das diese vielseitigen Funktionen in einem einzigen Gerät vereint, ist derzeit an der Universität Stuttgart nicht verfügbar. Wir sind daher auf die Anschaffung eines solchen Instruments angewiesen, um neue Erkenntnisse über die strukturellen und funktionellen Eigenschaften unserer DNA-basierten Nanoarchitekturen und zellulären Nachbildungen sowie über die Transportprozesse durch biologische Membranen gewinnen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Konfokales-Laser-Scanning-Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiterin: Professorin Dr. Laura Na Liu