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Nano-CT im ersten Praxistest: Zerstörungsfreier Blick ins Gewebe

Die Computertomographie ist in Krankenhäusern eine Standardprozedur. Für extrem kleine Untersuchungsgegenstände war sie aber bislang nicht geeignet. An der Munich School of BioEngineering wurde ein Nano-CT-System entwickelt, das selbst von kleinsten Gewebeproben hochauflösende Aufnahmen liefert.

Nano-CT-Aufnahmen eines Stummelfüßer-Beins: Die Außenansicht (links) und der Blick ins Gewebe mit eingefärbten Muskelfasern (rechts) Bildquelle: © Müller, Pfeiffer / TUM

Nano-CT-Aufnahmen eines Stummelfüßer-Beins: Die Außenansicht (links) und der Blick ins Gewebe mit eingefärbten Muskelfasern (rechts)

Bei einer CT-Analyse wird der Untersuchungsgegenstand mit Röntgenstrahlen durchleuchtet. Ein Detektor misst aus verschiedenen Winkeln, wieviel Strahlung jeweils absorbiert wird. Aus mehreren solcher Messungen lassen sich dreidimensionale Bilder des Körperinneren errechnen. Bei Objekten, die so klein sind, wie beispielsweise die 0,4 Millimeter langen Beinchen von Stummelfüßern, stieß das Verfahren allerdings bislang an seine Grenzen.

Für hochaufgelöste Aufnahmen wurde Strahlung aus Teilchenbeschleunigern benötigt – Großanlagen, von denen es in ganz Europa nur wenige Dutzend gibt. Ansätze, die für normale Labore geeignet sind, hatten mit niedriger Auflösung zu kämpfen oder die Proben mussten aus bestimmten Materialien sein und durften eine gewisse Größe nicht überschreiten.

Hohe Auflösung durch neue Röntgenquelle

Das Nano-CT-System der Munich School of BioEngineering (MSB)* basiert auf einer neu entwickelten Röntgenquelle, die einen besonders fokussierten Strahl erzeugt, und verzichtet auf Röntgenoptiken.  In herkömmlichen Anwendungen bündeln diese – ähnlich wie es Linsen mit Licht tun – den Röntgenstrahl, sorgen aber auch für verschiedene Einschränkungen.

In Kombination mit einem extrem rauscharmen Detektor liefert das MSB-Gerät Bilder, die fast die Auflösung eines Rasterelektronenmikroskops erreichen, erfasst aber auch Strukturen unter der Oberfläche.»Unser System bietet entscheidende Vorteile gegenüber CTs mit Röntgenoptiken«, sagt TUM-Wissenschaftler Mark Müller. »Wir können Tomographien von wesentlich größeren Proben durchführen und sind zudem flexibler in Bezug auf die zu untersuchenden Materialien.«

Einblick in die Evolution von Insekten & Co.

Diese Eigenschaften kamen dem Team um Prof. Georg Mayer, Leiter des Fachgebiets Zoologie der Universität Kassel, gelegen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen die evolutionäre Entwicklung von Gliederfüßern (Arthropoden), zu denen etwa Insekten, Spinnen und Krebse gehören.

Ihr aktueller Forschungsgegenstand sind allerdings die nächsten Verwandten der Arthropoden: die Stummelfüßer (Onychophoren), die man sich grob als Würmer mit Beinen vorstellen kann. Je nach Art werden sie bis zu 20 cm lang.

»Unser Ziel bei der Entwicklung des Nano-CT-Systems ist es, nicht nur biologische Proben wie das Stummelfüßer-Bein untersuchen zu können«, sagt Franz Pfeiffer, Professor für Biomedizinische Physik an der TUM, Direktor der MSB und Fellow des TUM Institute for Advanced Study (TUM-IAS). In Zukunft sollen damit auch biomedizinische Untersuchungen möglich werden.

So könnte man beispielsweise Gewebeproben untersuchen, um zu prüfen, ob es sich bei ihnen um bösartige Tumore handelt. »Ein zerstörungsfreier und dreidimensionaler Blick in Gewebe mit einer Auflösung, wie sie die Nano-CT ermöglicht, kann zudem neue Einsichten in die mikroskopische Entstehung von Volkskrankheiten wie Krebs liefern.« (me)

* Gegründet 2015, ist die Munich School of BioEngineering (MSB) ein fakultätsübergreifendes Integratives Forschungszentrum mit Promotionsrecht, verankert in der Grundordnung der Technischen Universität München (TUM).

 

Mit dem an der MSB entwickelten Nano-CT-Gerät lassen sich sehr kleine Objekte durchleuchten – etwa die Beinchen eines Stummelfüßers. Bildquelle: © Sena Oliveira / Universität Kassel

Mit dem an der MSB entwickelten Nano-CT-Gerät lassen sich sehr kleine Objekte durchleuchten – etwa die Beinchen eines Stummelfüßers.