Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, das die 3D-Mikroskopie empfindlicher Proben grundlegend verändert: Ein Laser erzeugt kleinste Temperaturunterschiede im Flüssigkeitsmedium, die sanfte Strömungen auslösen und mikroskopisch kleine Objekte wie Zellen kontaktfrei in alle drei Raumrichtungen drehen.
Bisherige Mikroskopietechniken liefern in einer Ebene zwar extrem scharfe Bilder, in der Tiefe bleiben Abbildungen jedoch häufig ungenau. Um vollständige 3D-Modelle zu erstellen, müssen Proben aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen werden – was eine kontrollierte Drehung erfordert. Das neue KIT-Verfahren ermöglicht diese Drehung auf vollkommen schonende Weise und eröffnet damit neue Möglichkeiten für die medizinische Grundlagenforschung.
Laserinduzierte Strömungen statt mechanischer Werkzeuge
Professor Moritz Kreysing und Dr. Fan Nan vom Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT setzen einen Laser ein, um die Flüssigkeit, in der die Probe schwimmt, punktuell zu erwärmen. Diese lokale Erwärmung erzeugt feine Strömungen, die freischwebende mikroskopische Objekte gezielt bewegen – ganz ohne mechanische Hilfsmittel wie Pipetten, Nadeln oder Greifer. „Wir manipulieren die Probe nicht direkt“, erläutert Nan. „Stattdessen steuern wir die Bewegung der umgebenden Flüssigkeit so, dass sich das Objekt von selbst ausrichtet.“
Lasergetriebene Strömungen waren in der 3D-Mikroskopie bisher nur für Bewegungen in einer einzigen Ebene bekannt. Durch schnelles Abtasten mit dem Laser entsteht nun eine schraubenförmige Strömung, die Objekte sanft rotieren lässt – ähnlich einem Papierschiffchen, das sich in einem kleinen Strudel von selbst dreht. Damit sind erstmals kontrollierte Drehungen im dreidimensionalen Raum möglich.
Anwendungspotenzial in Medizin und Mikrorobotik
Die dreidimensionale Kontrolle über die Probenausrichtung ermöglicht es, Zellstrukturen aus verschiedenen Blickwinkeln genauer zu erfassen. „Wenn sich Proben genauer ausrichten lassen, sehen wir mehr Details“, sagt Kreysing. „Das ist eine zentrale Voraussetzung, um biologische Strukturen und Prozesse besser zu verstehen.“ Für die medizinische Grundlagenforschung – etwa bei der Untersuchung menschlicher Krebszellen – bedeutet das einen erheblichen Zugewinn an Bildqualität und Aussagekraft.
Langfristig sieht Kreysing das Verfahren auch jenseits der 3D-Mikroskopie als relevant an: kontaktfreie Mikromanipulation, mikroskopische Robotik sowie präzise Fertigung im Kleinstmaßstab sind mögliche Anwendungsfelder.
Originalpublikation: Fan Nan, Weida Liao, Adrián Puerta, Josephine Spiegelberg, Elena Erben, Ralf Mikut, Stephan Allgeier, Martin Wegener, Eric Lauga & Moritz Kreysing: Helical opto-thermoviscous flows drive out-of-plane rotation and particle spinning in a highly viscous micro-environment. Light Sci Appl, 2026. DOI 10.1038/s41377-026-02303-8.
