4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (2) (entfernen)
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Maintaining and modulating mechanical anisotropy is essential for biological processes. However, how this is achieved at the microscopic scale in living soft matter is not always clear. Although Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy can probe the mechanical properties of materials, spatiotemporal mapping of mechanical anisotropies in living matter with BLS microscopy has been complicated by the need for sequential measurements with tilted excitation and detection angles. Here we introduce Brillouin light scattering anisotropy microscopy (BLAM) for mapping high-frequency viscoelastic anisotropy inside living cells. BLAM employs a radial virtually imaged phased array that enables the collection of angle-resolved dispersion in a single shot, thus enabling us to probe phonon modes in living matter along different directions simultaneously. We demonstrate a precision of 10 MHz in the determination of the Brillouin frequency shift, at a spatial resolution of 2 µm. Following proof-of-principle experiments on muscle myofibres, we apply BLAM to the study of two fundamental biological processes. In plant cell walls, we observe a switch from anisotropic to isotropic wall properties that may lead to asymmetric growth. In mammalian cell nuclei, we uncover a spatiotemporally oscillating elastic anisotropy correlated to chromatin condensation. Our results highlight the role that high-frequency mechanics can play in the regulation of diverse fundamental processes in biological systems. We expect BLAM to find diverse applications in biomedical imaging and material characterization.
Bakterielle Biofilme stellen in medizinischen und industriellen Bereichen ein ernsthaftes Problem dar. Eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen liegt in der zunehmenden Resistenz von Bakterien gegen Biozide, die bei antimikrobiellen Behandlungen eingesetzt werden, z.B. durch übermäßigen Einsatz in Medizin, Industrie und Landwirtschaft oder durch Reinigung und Desinfektion in Privathaushalten. Daher sind neue effiziente bakterienabweisende Strategien, die den Einsatz von Bioziden vermeiden, dringend erforderlich.
Ein vielversprechender Weg zur Erzielung bakterienabweisender Oberflächen liegt in der berührungslosen und aseptischen großflächigen Laserbearbeitung von technischen Oberflächen. Maßgeschneiderte Oberflächentexturen, ermöglicht durch verschiedene Laserbearbeitungsstrategien, die zu topographischen Skalen im Bereich von Nanometern bis Mikrometern führen, können eine Lösung für diese Herausforderung darstellen.
In dem Vortrag wird ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik bei der subtraktiven Texturierung von Laseroberflächen zur Kontrolle der Biofilmbildung bei verschiedenen Bakterienstämmen und in unterschiedlichen Umgebungen gegeben. Auf der Grundlage spezifischer Eigenschaften von Bakterien und laserbearbeiteten Oberflächen werden die Herausforderungen antimikrobieller Oberflächendesigns erörtert und zukünftige Richtungen aufgezeigt.