Holographie-Mikroskop mit Raspberry Pi bauen

Im Projekt HolMOS haben wir ein günstiges 3D-Mikroskop auf Basis des Raspberry Pi entwickelt, mit dem sich etwa lebende Zellen dreidimensional vermessen lassen.

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Von
  • Tobias Beckmann
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Während man bei herkömmlichen Mikroskopen seine Proben oft färben und präparieren muss, ist die Vorarbeit bei 3D-Mikroskopen auf Basis der digitalen Holographie überflüssig. Mit digital-holographischen Mikroskopen lassen sich etwa durchsichtige Objekte wie lebende Nervenzellen live beobachten. So können mit unserem 3D-Mikroskop HolMOS biologische Prozesse nicht nur gefilmt, sondern an jedem Kamerabild auch Messungen in allen drei Dimensionen durchgeführt werden.

Um mit einem Mikroskop digital-holographisch zu messen, wird das Licht eines Lasers von einem Strahlteiler aufgeteilt – während ein Teil des Lichts durch die Probe direkt auf eine Kamera fällt, wird der andere Teil über einen Spiegel als Referenzlicht in die Kamera geleitet. Aus dem Zusammentreffen der Lichter und den Verformungen ihrer Wellen kann man das durchleuchtete Objekt rekonstruieren und berechnen. Messmethoden, die die Überlagerung verschiedener Wellen nutzen, werden Interferometrie genannt. Einfache Mikroskope lassen dagegen nur einen Lichtstrahl durch die Probe fallen und ermöglichen keine Rückschlüsse auf die Höhe.

Unser Projekt zeigt, wie man mit einfachen Mitteln ein 3D-Mikroskop aufbaut, und heißt digital-holographisches Mikroskop für Open Science (HolMOS). Drei Jahre haben Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Physikalische Messtechnik (IPM) mit Schülerinnen und Schülern Freiburger Schulen gemeinsam daran gearbeitet. Herzstück sind der Einplatinenrechner Raspberry Pi sowie die günstige Raspi-Kamera. Die Materialkosten für den Nachbau liegen bei rund 175 Euro. Anleitung, Software und 3D-Druckdateien sind unter Open-Source-Lizenz kostenlos veröffentlicht worden. Neben dem Aufbau haben wir auch den Praxis-Einsatz des Mikroskops in der Schule erprobt. Wer nicht das ganze holographische Mikroskop nachbauen möchte, kann die Anleitung nutzen, um sich ein normales, günstiges Mikroskop auf Raspberry-Pi-Basis zu bauen.

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