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Produktmanagerin Karin Schwab erläutert das Besondere an sCMOS-Kameras

Wie Forscher von den neuesten Entwicklungen in der Sensortechnologie profitieren können

Produktmanagerin Karin Schwab

Frau Dr. Schwab, Mikroskopkameras mit sCMOS-Sensoren sind in der biowissenschaftlichen Forschung immer beliebter geworden. Warum eigentlich?

sCMOS-Kameras haben gegenüber Kameras mit anderen Sensortypen zwei entscheidende Vorteile: Sie sind erstens empfindlicher und können zweitens eine viel höhere Aufnahmegeschwindigkeit erreichen als die meisten anderen Mikroskopkameras. CCD-Kameras, zum Beispiel, leisten hervorragende Dienste bei der alltäglichen Bildgebung wie Standard-Zeitreihenaufnahmen lebender Zellen. Aber Forscher stehen oft vor dem Problem, dass ihre Kamera schwache Signale nicht detektiert. Oder dass ihnen möglicherweise aufgrund der Bildwiederholraten ihrer CCD-Kamera etwas in ihren Proben entgehen. sCMOS-Kameras bieten hier die Sensitivität und die Aufnahmegeschwindigkeit um mehr Details erfassen zu können.

sCMOS-Kameras gibt es schon seit einiger Zeit. Warum hat Leica Microsystems gerade jetzt die erste Leica sCMOS-Kamera auf den Markt gebracht?

Im Sensormarkt findet gerade der Wechsel von der zweiten auf die dritte Generation der sCMOS-Sensoren statt. Dieser Schritt bringt ungeheure Verbesserungen: Mit den Sensoren der dritten Generation lassen sich Proben unter nahezu nativen Bedingungen aufnehmen, weil sie so sensitiv sind. Solch ein Sensor der dritten Generation ist das Herzstück der Leica DFC9000. Er erzielt eine Quanteneffizienz von bis zu 82 % – das ist eine Verbesserung des Höchstwertes um 14 % gegenüber der zweiten sCMOS-Sensorgeneration. Das heißt, bis zu 82 % der Photonen, die bei einer Wellenlänge von 580 nm auf den Sensor treffen, werden in Elektronen konvertiert – ein außergewöhnlicher Wert. Ich finde, jetzt ist der perfekte Zeitpunkt, um die erste Leica sCMOS-Kamera auf den Markt zu bringen.

Was bedeutet die hohe Sensitivität für die Nutzer dieser Kamera?

Das bedeutet, dass Wissenschaftler ganz nah an das Geschehen in der Zelle heranrücken, dass sie sich dem annähern, was wirklich in der Zelle geschieht.

In der Fluoreszenz-Bildgebung lebender Zellen gibt es ein großes Dilemma: Forscher müssen Zellen verändern und dazu bringen, fluoreszierende Proteine zu exprimieren. Die Gefahr dabei ist, dass Zellen Phänomene zeigen, die sie ohne diesen Einfluss nicht, oder nicht in diesem Umfang zeigen würden. Das können zum Beispiel massiv überexprimierte GFP-gekoppelte Proteine sein oder sehr starke Abbauprozesse eben dieser Proteine. Ein weiterer Faktor ist Stress: Beleuchtet man Zellen, kann das zu Stress führen – die Zellen können unter dem Licht leiden und vielleicht auch Schaden nehmen.

Mit einer sehr empfindlichen Kamera, die bei kurzen Belichtungszeiten große Mengen an Fluoreszenzlicht über einen großen Dynamikbereich einfängt, können Wissenschaftler einerseits ihre Zellen vor Phototoxizität schützen. Andererseits müssen sie sich auch keine überexprimierenden Zellen anschauen, um überhaupt ein Signal erfassen zu können.

Auf Internetseite steht, die Leica DFC9000 biete ein Sehfeld von 19 mm über das komplette Imaging-System. Könnten Sie das erläutern?

Die Sensordiagonale der Leica DFC9000 misst 19 mm. An einem Mikroskopsystem mit einem 19-mm-Kameraport lässt sich daher ein Sehfeld von 19 mm über das komplette System hinweg erzielen. So können Wissenschaftler mehr sehen und benötigen weniger Bilder für Tile-Scans oder Mosaike.

Leica Forschungsmikroskope wie das inverse Leica DMi8 oder das aufrechte Leica DM6 B haben einen vollständig optisch korrigierten 19-mm-Kameraport. Das ist besonders für Forscher interessant, die ein Mikroskopsystem mit Kamera von einem Lieferanten beziehen möchten.

Was wird uns der Kameramarkt als nächstes bieten? Wohin entwickelt sich der Markt?

Die Entwicklung von Kamerasensoren geht rapide vonstatten. Das liegt unter anderem daran, dass Mobiltelefonhersteller die Entwicklung und ständige Verbesserung der Kamerasensoren vorantreiben. Mikroskopkameras sind dagegen eher ein Nischenmarkt, aber wir profitieren von der Entwicklung des Massenmarkts.

CCD-Mikroskopkameras werden in der näheren Zukunft erfolgreich bleiben, ich denke, über die nächsten fünf bis sieben Jahre. Sie sind in vielen Labors verlässliche Arbeitstiere, die zuverlässig gute Bilder machen. CMOS- und sCMOS-Sensoren werden sich ebenso weiterentwickeln – ich erwarte, dass sie hinsichtlich der Rauschreduzierung und Empfindlichkeit verbessert werden. Gerade auf Letzteres freue ich mich sehr, denn die Belichtungszeit weiter zu reduzieren ist der beste Weg, um Zellen zu schonen. Und wer will das nicht?

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Paramecium expressing GFP-Epiplasmin and Cy5-polyglycylated Tubulin. Nucleus stained with Hoechst 33258 (blue). Acquired with the Leica DFC9000 camera and processed with LAS X software. Specimen courtesy of Dr. A. Aubusson-Fleury; CGM-CNRS, France

Leica DMi8 Inverted Microscope with Leica DFC9000 Microscope Camera