Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue, offene Software für hochauflösende Mikroskopie

21.03.2016

Bielefelder Physiker berichten in „Nature Communications“ über ihre Neuentwicklung

Mit ihren Spezialmikroskopen können Experimentalphysiker bereits einzelne Moleküle beobachten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtmikroskopen müssen die rohen Bilddaten mancher ultrahochauflösender Geräte aber erst bearbeitet werden, damit ein Bild entsteht.


Die Aufnahme zeigt eine Leberzelle vor und nach der Auswertung der Daten durch die an der Universität Bielefeld entwickelten Software.

Foto. Universität Bielefeld


Die Aufnahme zeigt eine Leberzelle vor und nach der Auswertung der Daten durch die an der Universität Bielefeld entwickelten Software.

Foto. Universität Bielefeld

Für die ultrahochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, die auch an der Universität Bielefeld in der biophysikalischen Forschung zum Einsatz kommt, haben nun Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik eine neue, offene Softwarelösung entwickelt, um Rohdaten schnell und effizient bearbeiten zu können. Der Bielefelder Physiker Dr. Marcel Müller berichtet in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift „Nature Communications“ über die frei zugängliche, neue Software. Der Artikel erscheint am 21. März.

Herkömmliche Lichtmikroskopie kann nur eine definierte untere Auflösungsgrenze erreichen, die durch die Beugung des Lichts auf circa 1/4 eines Mikrometers beschränkt ist. Die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht es, Bilder mit einer Auflösung deutlich unter dieser physikalischen Grenze zu erhalten.

Für die Entwicklung dieser für die biomedizinische Forschung wichtigen Schlüsseltechnologie wurden die Physiker Stefan Hell, Eric Betzig und William Moerner 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Aktuell nutzen Forschende in diesem Bereich unter anderem die strukturierte Beleuchtung, um eine erhöhte Auflösung zu erzielen.

Dies ist momentan eines der am weitesten verbreiteten Verfahren, um dynamische Prozesse in lebenden Zellen darzustellen und abbilden zu können. Diese Methode erreicht eine Auflösung von 100 Nanometern mit hoher Bildrate, gleichzeitig werden die Proben beim Messen geschont. Diese Methode der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie wird auch in der Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik an der Bielefelder Fakultät für Physik erfolgreich eingesetzt und weiterentwickelt, zum Beispiel um die Funktion der Leber oder Ausbreitungswege des HI Virus zu untersuchen.

Die mit dieser Methode aufgenommenen Rohbilder können allerdings nicht sofort von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern genutzt werden. „Die Mikroskopie-Methode erfordert eine sehr aufwändige, mathematische Bildrekonstruktion der aufgenommenen Daten. Erst hierdurch entsteht aus den im Mikroskop aufgenommenen Rohdaten ein hochauflösendes Bild“, erläutert Professor Dr. Thomas Huser, Leiter der Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik.

Da dieser Schritt ein mathematisch komplexes Verfahren benutzt, das bisher nur wenigen Forschern zugänglich war, gab es bislang keine offene, für alle Forschenden einfach verfügbare Softwarelösung. Huser bewertet das als große Hürde, um die Technologie nutzen und weiterentwickeln zu können. Diese Lücke füllt nun die in Bielefeld entwickelte Software.

Dr. Marcel Müller aus der AG Biomolekulare Photonik ist es gelungen, eine solch universell einsetzbare Software zu erstellen. „Forschende weltweit arbeiten am Bau neuer, schnellerer und empfindlicherer Mikroskope zur strukturierten Beleuchtung, vor allem zur zweidimensionalen Abbildung lebender Zellen. Für die notwendige Nachverarbeitung müssen sie nun nicht mehr aufwendig eigene Lösungen entwickeln, sondern können direkt unsere Software nutzen, und dank der quelloffenen Verfügbarkeit auch auf ihre Probleme anpassen“, erklärt Müller.

Die Software steht der weltweiten Forschungsgemeinschaft frei als „open source“-Lösung zur Verfügung und wurde schon kurz nach ihrer Ankündigung von Forschenden vor allem in Europa und Asien mehrfach angefordert und installiert. „Wir haben bereits viele positive Rückmeldungen bekommen“, sagt Marcel Müller. „Das spiegelt auch den Bedarf für diese Neuentwicklung wider.“

Originalveröffentlichung:
M. Müller, V. Mönkemöller, S. Hennig, W. Hübner, and T. Huser, Open source image reconstruction of super-resolution structured illumination microscopy data in ImageJ, Nature Communications, 2016

Kontakt:
Professor Dr. Thomas Huser, Universität Bielefeld
AG Biomolekulare Photonik, Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-5451
E-Mail: thomas.huser@physik.uni-bielefeld.de

Dr. Marcel Müller, Universität Bielefeld
AG Biomolekulare Photonik, Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-5449
E-Mail: mmueller@physik.uni-bielefeld.de

Weitere Informationen:

http://www.fairsim.org

Sandra Sieraad | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bielefeld.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Tanzende Elektronen verlieren das Rennen
22.09.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik
21.09.2017 | Forschungszentrum MATHEON ECMath

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften