Anwendung der Mach-Zehnder Durchlicht Mikroskopinterferometrie in der Biologie

Dr. Joachim Jahnke, Prof. Dr. Ursula B. Priefer

Anwendung der Mach-Zehnder Durchlicht Mikroskopinterferometrie in der Biologie

Daniel Mahlmann (Dipl.-Phys.) hatte Anfang 2006 am Lehrstuhl Technologie Optischer Systeme (TOS) der RWTH begonnen, das Konzept zum Bau automatisierter Mach-Zehnder Mikroskop-Interferometer zu entwickeln. Seit 2007 ist die Abteilung für Ökologie des Bodens Anwender der Gerätemodifikationen hin zur Automation auf Basis eines Mach-Zehnder Interferenzmikroskopes für Durchlicht (LEITZ, 1960-70iger Jahre) einerseits und der kontinuierlich optimierten Bildaufnahme- und Auswertesoftware andererseits. Der entscheidende Vorteil der Methode für unsere Forschung ist die Möglichkeit, gezielt an einzelnen lebenden Zellen ohne Beeinflussung der Zellen durch Farbstoffe in wenigen Minuten die Trockenmasse und -verteilung in der Zelle über die interferometrische Dichtebestimmung zu ermitteln oder die Veränderungen der Zelldichteverteilung in Abhängigkeit von den Wachstumsbedingungen einer einzelnen Zelle über längere Zeit zu verfolgen.

Schwerpunkte unserer Forschung unter Anwendung der Interferometrie sind vor allem Analysen der Biomasseverteilung in von Algen dominierten Biofilmen der Bodenoberfläche sowie die Abhängigkeit der Biomasse (als Trockenmasse oder umgerechnet als Kohlenstoff) der einzelnen, lebenden Algenzelle bzw. der Zellvolumeneinheit von den Wachstumsbedingungen (Temperatur, Licht, Nährstofflimitierung, Bodeneigenschaften etc.). Die Bildserie zeigt 1. das Hellfeldbild eines auf einem Objektträger aufgewachsenen Biofilms u.a.  mit einem Bündel von Blaualgenfäden (Microcoleus) in der von den Zellen gebildeten Gallerte, 2. das Bild im homogenen Interferenzfeld und 3. Planktonalgenarten im Hellfeld und die entsprechenden Auswertungsbilder. Angegeben sind hier die Trockenmassewerte (dw) pro Biovolumeneinheit.