In Situ Mikroskopie - Informationstechnik in der Biotechnologie

Wir entwickeln ein hochauflösendes In-situ-Mikroskop (ISM) für suspendierte und bewegte Mikropartikel. Es bildet bewegte Mikropartikel ab, ohne sie zu berühren, also „im Fluge“. Dies wird erreicht durch eine Blitz-Belichtung über Lichtfaser und durch eine berührungsfreie Probendefinition durch optische Schärfentiefe. Mechanische Probenahme sowie Präparation entfallen also komplett.

Das Instrument kann in situ dampfsterilisiert werden. Insbesondere ist es daher prädestiniert zur Abbildung und Vermessung von Mikroorganismen in Bioreaktoren. Auch Kristallite in chemischen Reaktoren oder die Größenverteilung von Luftblasen können vermessen werden. Das ISM generiert eine Live-Übertragung direkt aus der Suspension mit bis zu 10 Bildern pro Sekunde. Daraus werden mit Hilfe automatischer Bildverarbeitung Messwerte in Echtzeit extrahiert, die aufgrund der großen Menge unkorrelierter Bilddaten nur eine geringe statistische Unsicherheit aufweisen.

Insgesamt realisieren wir auf diese Weise eine in-situ-mikroskopische Zytometrie für die Biotechnologie. In Echtzeit werden außer der Konzentration auch morphologische Parameter und - im Fall tierischer Zellen - die Vitalität bestimmt. Hinsichtlich seiner optischen Auflösung und der großen Frequenz statistisch unabhängiger Bilder (10 Bilder pro Sekunde) ist dieses ISM konkurrenzlos.

Ansprechpartner
Prof. Dr. rer. nat. Hajo Suhr
Tel.: (06 21) 292-6557
Fax: (06 21) 292-6454
Hajo Suhr


Ausgewählte Publikationen:

Hajo Suhr and Alois M. Herkommer (2015): In situ microscopy using adjustment-free optics. Journal of Biomedical Optics 20(11):116007. doi: 10.1117/1.JBO.20.11.116007.

WalterThiemo Dunkel, Philipe Ambrozio Dias, Erika Lizette de Leon Gallegos, Viola Tacke, Andreas Schielke, Tobias Hesse, Diego Andrés Sierra Fajado, Hajo Suhr, Philipp Wiedemann, Martin Denecke (2015): In situ microscopy as a tool for the monitoring of filamentous bacteria: a case study in an industrial activated sludge system dominated by M. parvicella. Water Science & Technology, Available Online, DOI: 10.2166/wst.2015.612

Belini VL,Wiedemann P, Suhr H (2013): In situ microscopy: A perspective for industrial bioethanol production monitoring. J Microbiol Methods 93, 224–232

Wiedemann, P., Guez, J.S., Wiegemann, H.B., Egner, F. et al., Suhr,H.: In situ microscopic cytometry enables noninvasive viability assessment of animal cells by measuring entropy states. Biotechnol Bioeng 2011, 108, 2884-2893.

Wiedemann, P., Guez, J.S., Cassar, J.P., Egner, F., et al., Suhr,H.: Optical Sampling in-situ Microscopy for on-line Monitoring of Animal Cell Cultures. IFAC-PapersOnline, Computer Applications in Biotechnology 2010, 11(1), 197-202.

Wiedemann, P., Worf, M., Wiegemann, H.B., Egner, F. et al., Suhr,H.: On-line and real time cell counting and viability determination for animal cell process monitoring by in situ microscopy. BMC Proc 2011, 5 Suppl 8, P77.

Guez, J.S., Cassar, J.P., Wartelle, F., Dhulster, P. et al., Suhr,H.: Real time in situ microscopy for animal cell-concentration monitoring during high density culture in bioreactor. J Biotechnol 2004, 111, 335-343.

Camisard, V., Brienne, J.P., Baussart, H., Hammann, J. et al. Suhr,H.: Inline characterization of cell concentration and cell volume in agitated bioreactors using in situ microscopy: application to volume variation induced by osmotic stress. Biotechnol Bioeng 2002, 78, 73-80.

Suhr, H., Wehnert, G., Schneider, K., Bittner, C. et al.: In situ microscopy for on-line characterization of cell-populations in bioreactors, including cell-concentration measurements by depth from focus. Biotechnol Bioeng 1995, 47, 106-116.

Prinzipskizze In-Situ Mikroskopie
ISM am Glasbioreaktor mit suspendierten Jurkat-Zellen