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Dr. Anne-Sophie Munser ist mit dem dritten Platz des Hugo-Geiger-Preises ausgezeichnet worden. Gewürdigt wurde ihre Entwicklung einer hochsensitiven Streulichtmessung, mit der Mikroorganismen, Bakterien und Antibiotikaresistenzen deutlich schneller analysiert werden können als mit herkömmlichen Verfahren. Die Technologie eröffnet vielversprechende Perspektiven, unter anderem für die Infektionsforschung. Verliehen wurde der Preis am 18. März im Rahmen des Fraunhofer-Netzwert-Symposiums in München.
Bei bakteriellen Infektionen ist Zeit ein entscheidender Faktor. Während sich Krankheitserreger rasch vermehren, dauert ihre Identifizierung in der klassischen Diagnostik oft mehrere Stunden oder sogar Tage. Besonders bei antibiotikaresistenten Erregern ist das problematisch. Mit einer photonikbasierten Messmethode hat Dr. Anne-Sophie Munser ein Verfahren entwickelt, das diesen Prozess künftig deutlich beschleunigen kann.
Für ihre Dissertation übertrug die Forscherin aus der Abteilung »Funktionelle Oberflächen und Schichten« am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF ein Verfahren aus der optischen Messtechnik auf die Zellbiologie. Dafür wurde sie am 18. März auf dem Fraunhofer-Netzwert-Symposium in München mit dem dritten Platz des renommierten Hugo-Geiger-Preises ausgezeichnet. Bereits 2024 erhielt Anne-Sophie Munser für ihre Forschung den Dr.-Ing. Siegfried Werth Preis.
Einzelne Zellen in Sekundenbruchteilen erfassen
Ihr Verfahren nutzt die sogenannte winkelaufgelöste Streulichtanalyse. Eine Methode, die herkömmlicherweise dazu genutzt wird, um feinste Defekte oder Partikel auf hochglatten Oberflächen, zum Beispiel Spiegeln oder Linsen, sichtbar zu machen. Anne-Sophie Munser nutzte diese hohe Empfindlichkeit, um statt Nanostrukturen einzelne Mikroorganismen zu erfassen.
Das Ergebnis ist eine Methode, mit der sich schon wenige Zellen schädlicher Bakterien nachweisen lassen, ohne dass sie zuvor aufwändig kultiviert werden müssen. Klassische Verfahren brauchen dafür meist große Zellmengen und entsprechend Zeit: »Statt auf Zellkolonien mit tausenden Zellen zu warten, können wir in einer mikrofluidischen Probenführung schon bei den ersten zwei bis drei Zellteilungen die relevanten mikrobiologischen Prozesse verfolgen«, erklärt die Forscherin. Mit der neuen Technologie können einzelne Zellen in Sekundenbruchteilen erfasst werden. Bakterien und ihre möglichen Resistenzen lassen sich so bereits innerhalb von rund drei Stunden identifizieren.
Bakterieneigenschaften bis in den Nanometerbereich analysieren
Für die Detektion wird ein Laserstrahl auf einzelne Zellen gerichtet. Je nach Struktur, Oberflächenbeschaffenheit und Form streuen die Zellen das Licht in unterschiedliche Richtungen. Es entsteht eine charakteristische Lichtverteilung, aus der sich Rückschlüsse auf Zelltyp, Oberflächenrauheit, Aggregationsverhalten und weitere strukturelle Eigenschaften bis in den Nanometerbereich ziehen lassen. »Man könnte sagen, jede Zelle hinterlässt durch die Streuung des Lichts eine Art optischen Fingerabdruck. Diesen nutzen wir, um Mikroorganismen schnell und präzise zu analysieren«, erklärt die Forscherin.
In ihrer Doktorarbeit konnte Dr. Anne-Sophie Munser konkret nachweisen, dass sich mit der Streulichttechnologie auch die Wirksamkeit von Antibiotika gegen verschiedene Bakterien bereits nach wenigen Stunden nachweisen lässt. Ein klarer Vorteil für eine schnellere, zielführende Behandlung.
Weiterentwicklung zum Lab-on-a-Chip-System
Darüber hinaus entwickelte die Forscherin eigene Datenauswertungsverfahren, um die neuartigen Streulichtmuster für biologische Anwendungen besser interpretieren zu können. Derzeit arbeitet ihr Team in interdisziplinärer Kooperation daran, diese Auswertung mithilfe Künstlicher Intelligenz weiter zu vereinfachen. Auch technisch wird das System weiterentwickelt: Das aktuelle Gerät ist noch etwa zwei Schuhkartons groß. Perspektivisch soll daraus ein kompaktes, transportables System entstehen, bis hin zu integrierten Lab-on-a-Chip-Lösungen.
Interdisziplinäre Anwendung
Die Schnelligkeit, mit der durch das Verfahren tausende Proben in kürzester Zeit analysiert werden können, macht die Technologie für den Einsatz in Laboren, Klinken und der Wirkstoffforschung besonders interessant. Dank einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit von Fachleuten aus Photonik, Mikrobiologie und Infektionsbiologie wird die Streulichttechnik heute bereits im Forschungsinstitut in der Wirkstoffforschung und Infektionsdiagnostik eingesetzt.
Die Streulichtanalyse eignet sich darüber hinaus auch für Anwendungen in der Lebensmittelkontrolle oder Überwachung der Trinkwasserqualität. Auch in der Stammzellendifferenzierung oder bei der Untersuchung von Biofilmen, etwa auf Implantaten oder im Dentalbereich, können solche Streulichtsensoren zukünftig eine Rolle spielen.
Über den Hugo-Geiger-Preis
Mit dem Hugo-Geiger-Preis zeichnen das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) und die Fraunhofer-Gesellschaft gemeinsam innovative Lösungsansätze von Promovierenden aus, die in enger Kooperation mit einem Fraunhofer-Institut entstanden sind. Die Einreichungen bewertet eine Jury mit Vertretern und Vertreterinnen aus Forschung und Wirtschaft. Kriterien der Beurteilung sind wissenschaftliche Qualität, wirtschaftliche Relevanz, Neuartigkeit und Interdisziplinarität der Ansätze. Die Auszeichnung wurde am 18. März im Rahmen des Fraunhofer-Netzwert-Symposiums durch den bayrischen Wirtschaftsstaatssekretär Tobias Gotthardt an die Preistragenden überreicht.
Über das Fraunhofer IOF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena betreibt anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Photonik und entwickelt innovative optische Systeme zur Kontrolle von Licht – von der Erzeugung und Manipulation bis hin zu dessen Anwendung. Das Leistungsangebot des Instituts umfasst die gesamte photonische Prozesskette vom opto-mechanischen und opto-elektronischen Systemdesign bis zur Herstellung von kundenspezifischen Lösungen und Prototypen. Am Fraunhofer IOF erarbeiten rund 500 Mitarbeitende das jährliche Forschungsvolumen von 40 Millionen Euro.
Weitere Informationen über das Fraunhofer IOF finden Sie unter: http://www.iof.fraunhofer.de
Dr. Anne-Sophie Munser
Fraunhofer IOF
Funktionale Oberflächen und Schichten
Telefon: +49 (0) 3641 807- 248
Mail: anne-sophie.munser@iof.fraunhofer.de
In ihrer Dissertation entwickelte Anne-Sophie Munser eine neuartige Streulichtmethode, mit der einze ...
Copyright: Fraunhofer IOF
Die Preistragenden mit dem bayrischen Wirtschaftsstaatsekretär Tobias Gotthardt (l.) und dem Präside ...
Quelle: Markus Jürgens
Copyright: Fraunhofer
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Medizin, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
Deutsch
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