Forschung

Ultraschnelle 3D-Bilder von Nanostrukturen

16.04.2019 - Proteinstrukturen von Viren lassen sich mit neuem Verfahren deutlich schneller analysieren.

Linsenlose Mikroskopie mit Röntgenstrahlen ist in der Bildgebung ein vielversprechender Ansatz. Sie bietet die Möglichkeit, komplexe dreidimensionale Strukturen, wie sie in der Natur häufig vorkommen, dynamisch zu untersuchen. Während zweidimensionale Aufnahmen bereits schnell und effizient erstellt werden können, sind 3D-Aufnahmen bisher noch eine Herausforderung. In der Regel wird von einem Objekt aus Hunderten von Einzelaufnahmen rechnerisch ein dreidimensionales Bild erzeugt. Das bedeutet einen hohen zeitlichen Aufwand, große Datenmengen und hohe Strahlungssummen.

Ein internationales Forscherteam konnte diesen Prozess jetzt deutlich beschleunigen. Die Wissenschaftler entwickelten ein Verfahren, bei dem von einem Objekt mit einem einzelnen Laserimpuls zwei Aufnahmen aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen aufgenommen werden können, welche dann zu einem räumlichen Bild zusammengesetzt werden. Ähnlich wie das menschliche Gehirn aus den zwei leicht unterschiedlichen Bildern der beiden Augen ein Stereobild formt. Das Verfahren des computergestützten räumlichen Sehens ist im Bereich des maschinellen Sehens und der Robotik bereits etabliert. Hier wird es erstmals im Bereich der Bildgebung mit Röntgenstrahlen eingesetzt.

„Unser Verfahren ermöglicht 3D-Rekonstruktionen im Nanometerbereich mit einer einzigen Aufnahme, welche sich aus zwei Bildern mit unterschiedlichem Blickpunkt zusammensetzt“ erläutert Milutin Kovacev von der Uni Hannover, einer der beteiligten Forscher. Die Wissenschaftler erwarten, dass das Verfahren großen Einfluss auf die 3D-Strukturabbildung von einzelnen Makromolekülen haben wird und sehen Anwendungsmöglichkeiten in Biologie, Medizin und Industrie. So könnte zukünftig etwa die Proteinstruktur eines Virus schnell und mit wenig Aufwand untersucht werden. Die Proteinstruktur hat einen entscheidenden Einfluss auf Funktion und Verhalten eines Virus und spielt bei medizinischen Diagnosen eine entscheidende Rolle.

LUH / RK

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