Preiswerte Alternative zu High-End-Geräten: Thüringer Forscher entwickeln Mikroskop-Baukastensystem „UC2“ mit Teilen aus dem 3D-Drucker

Mikroskope für die biologische Bildgebung kosten sehr viel Geld, befinden sich oftmals nur in spezialisierten Labors und erfordern in ihrer Bedienung hoch qualifiziertes Personal. Ein junges Forscherteam des Leibniz-Instituts für Photonische Technologie (Leibniz IPHT) in Jena, der Friedrich-Schiller-Universität und des Universitätsklinikums Jena haben jetzt mit „UC2“ einen optischen Werkzeugkasten entwickelt, um Mikroskope für „ein paar Hundert Euro“ zu bauen.

Technische Details

Das Baukastensystem liefert hochauflösende Bilder, die mit kommerziellen, teuren Mikroskopen mithalten können. Das UC2 (You See Too) Baukastensystem nutzt Open-Source-Blaupausen, 3D-gedruckte Komponenten und die Smartphone-Kamera. Je nachdem, was erforscht werden soll, lässt sich das Baukastensystem kombinieren. Von der Langzeitbeobachtungen lebender Organismen im Inkubator bis hin zu einem Werkzeugkasten für die Optik-Ausbildung bietet das UC2-Baukastensystem viele Möglichkeiten. In einer Arbeit mit dem Titel „A Versatile and Customizable Low-Cost 3D-Printed Open Standard for Microscopic Imaging“ wurde das System im Fachmagazin Nature Communications vorgestellt.

Aufbau

Das UC2-System besteht aus einem einfachen, mit 3D-Druck hergestellten Würfel mit einer Kantenlänge von 5 Zentimetern, der Linsen, LEDs oder Kameras aufnimmt. Mehrere Würfel in eine magnetische Rastergrundplatte gesteckt, ergeben geschickt angeordnet ein leistungsfähiges optisches Instrument. Eine technische Ausbildung wird für die Anwendung nicht vorausgesetzt. Jeder kann das optische Werkzeug für seine Fragestellung modifizieren und erweitern. Das UC2-System ermöglicht Anwendungsbereiche für die biomedizinische Forschung, für die herkömmliche Mikroskope nicht geeignet sind.

Helge Ewers, Professor für Biochemie an der Freien Universität Berlin und der Charité, erforscht mit dem UC2-Werkzeugkasten Krankheitserreger und erklärt:

„Mit dem UC2-System können wir kostengünstig ein hochwertiges Mikroskop herstellen, mit dem wir lebende Zellen in einem Inkubator beobachten können.“

Einfach und unkompliziert

Ein kommerzielles Mikroskop, das sehr teuer ist, lässt sich nicht so einfach aus einem kontaminierten Labor entfernen. Es muss aufwendig gereinigt werden. Das UC2-Mikroskop kann nach dem Einsatz unkompliziert recycelt werden.

„Mit unserer Methode ist es möglich, schnell das richtige Werkzeug zusammenzustellen, um bestimmte Zellen abzubilden”, erklärt Benedict Diederich. “Wird zum Beispiel eine rote Wellenlänge als Anregung benötigt, installiert man einfach den entsprechenden Laser und wechselt den Filter. Wird ein inverses Mikroskop benötigt, stapelt man die Würfel entsprechend. Mit dem UC2-System können Elemente je nach gewünschter Auflösung, Stabilität, Dauer oder Mikroskopiemethode kombiniert und direkt im ‚Rapid Prototyping‘-Verfahren getestet werden“.

Die Forscher veröffentlichen die Baupläne und Software auf dem frei zugänglichen Online-Repository GitHub (auf Github ansehen), um das System allen zugänglich zu machen. Jeder kann es nach Bedarf umbauen, modifizieren und erweitern. Mit dem Nutzerfeedback wollen sie das System nach und nach verbessern. Auch die Forscher der University of Houston veröffentlichten 2017 ihre Anleitung zum Aufbau eines DIY-Mikroskops mit Smartphone und 3D-Drucker.