Spinning-Disk Konfokalmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563666758

Komplexe, dreidimensional ablaufende, nicht-stationäre Prozesse sind in den Selbstorganisationsprozessen lebender Materie und der Hydrodynamik komplexer Fluide allgegenwärtig. Der vierdimensionale Charakter (x-y-z-t) solcher Prozesse erschwert deren experimentelle Erfassung, da keine Dimension vernachlässigt werden kann: Symmetriebrechung verhindert die Reduktion auf zwei räumliche Dimensionen, die Nicht-Stationarität erfordert eine kontinuierlich hohe Zeitauflösung. Mit Hilfe des hier beantragten Gerätes sollen dynamische, dreidimensionale Prozesse in weicher und lebender Materie erforscht werden. Dies lässt sich anhand zweier Beispiele konkretisieren: (i) Tropfen komplexer, mehrphasiger Flüssigkeiten zeigen aufgrund von hydrodynamischen Instabilitäten zeitlich variable dreidimensionale Konvektionsmuster, die für die Wechselwirkung der Tropfen mit ihrer Umgebung ausschlaggebend sind. (ii) Mikrobielle Lebewesen, insbesondere fädige Cyanobakterien, aggregieren zu komplexen dreidimensionalen Kolonien mit dynamischer und adaptiver Morphologie, was auf der Motilität und Responsivität der Individuen und ihrer Verschlaufung im Kollektiv ähnlich einer Polymerschmelze beruht. Um den zeitlichen Ablauf komplexer dreidimensionaler Bewegungen experimentell messbar zu machen, ist in beiden Fällen eine zeitaufgelöste dreidimensionale Beobachtung auf mikroskopischer Skala notwendig. Um solche dreidimensionalen Prozesse in verschiedenen experimentellen Systemen zu erforschen, wird ein Spinning-Disk Konfokalmikroskop beantragt, mit dem verschiedene Bildebenen in schneller Abfolge erfasst werden können. Das System besteht aus einem automatisierten inversen Forschungsmikroskop, das mit verschiedenen Beobachtungsmodi (Hellfeld & Fluoreszenz) ausgestattet ist, einer Spinning-Disk-Einheit mit zwei schnellen, sensitiven Kameras, welche auch für Weitfeldbeobachtung einsetzbar sind, einer Lasereinheit mit verschiedenen Laserlinien zur Fluoreszenzanregung sowie einem Hochleistungs-Steuerrechner. Zur Datenanalyse mit Hilfe neuronaler Netze wird ein Grafikprozessor-Server als Zubehör beantragt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Spinning-Disk Konfokalmikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Konstanz
• Leiter: Professor Dr. Stefan Karpitschka