Der dritte Entwicklungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der Nanoskopie, die unser Verständnis biologischer und materieller Systeme durch die Überwindung physikalischer Grenzen klassischer Mikroskopie revolutioniert. Dieser Entwicklungsschwerpunkt vereint cutting-edge Technologien zur Visualisierung und Analyse nanoskaliger Strukturen mit direktem Anwendungsbezug für Industrie und Forschung. Superauflösende Verfahren wie STED, PALM und STORM durchbrechen die Beugungsgrenze und ermöglichen Auflösungen bis 20 nm, essentiell für die molekulare Zellbiologie und Wirkstoffforschung. Die Lebendzell-Nanoskopie erweitert diese Möglichkeiten durch Echtzeit-Beobachtung dynamischer Prozesse in lebenden Systemen, wobei photoschonende Verfahren und optimierte Fluorophore zelluläre Vorgänge minimal-invasiv sichtbar machen.
Die Integration komplementärer Techniken erschließt neue Analysedimensionen: Die Kopplung von AFM mit Raman-Spektroskopie oder Fluoreszenzmikroskopie liefert simultane Information über Topographie, chemische Zusammensetzung und biologische Funktionalität. In der Materialwissenschaft ermöglicht dies die präzise Charakterisierung von 2D-Materialien, Nanokompositen und deren Grenzflächen.
Korrelative Nanoskopie-Workflows kombinieren Elektronen- und Lichtmikroskopie für umfassende Strukturanalysen vom Mikro- bis zum Nanometerbereich. KI-gestützte Bildanalyse automatisiert dabei Datenauswertung und Mustererkennung, beschleunigt Forschungsprozesse und erschließt bisher verborgene Zusammenhänge in komplexen Datensätzen. Dieser Schwerpunkt adressiert zentrale Herausforderungen in Medizintechnik, Halbleiterindustrie und Biotechnologie und schafft neue Grundlagen für innovative Produkte und Dienstleistungen im Nanoskopie-Sektor.
Entwicklungsbedarfe
- Miniaturisierung der Nanoskopie auf Chip-Basis für kostengünstige Hochdurchsatz-Anwendungen
- Entwicklung multimodaler Sensorsysteme kombinierend optische, elektrochemische und mechanische Detektionsprinzipien
- Integration von Machine-Learning-Algorithmen für Echtzeit-Datenanalyse und Mustererkennung
- Entwicklung wartungsfreier, selbstkalibrierender Sensorsysteme für Langzeitmessungen