Kurzbeschreibung
Optical Tweezers System (Momentum-Based Force Detection, TIMSOM Architecture)
Das Optical-Tweezers-System ist eine hochauflösende Einzelpartikel-Manipulations- und Kraftmesseinrichtung zur quantitativen Untersuchung mechanischer Prozesse auf Mikro- und Nanoskalen. Die Anlage basiert auf einer infraroten Laserfalle zur kontaktfreien Manipulation von Mikropartikeln (z. B. funktionalisierte Beads, Zellkomponenten) in wässrigen Medien.
Die Kraftmessung erfolgt momentum-basiert über die Analyse der Impulsänderung des gestreuten Lichts im Rückfokalbereich (Back Focal Plane Detection). Dadurch wird die optische Kraft direkt und kalibrierungsunabhängig vom Fallenweg erfasst. Das System erlaubt Kraftauflösungen im Pikonewton-Bereich bei hoher zeitlicher Bandbreite.
Durch die implementierte TIMSOM-Architektur (Time-Interleaved Measurement of Scattering and Motion) werden Kraft und Partikelposition unabhängig voneinander gemessen. Dies ermöglicht dynamische Experimente unter aktiver Fallenmodulation, einschließlich oszillatorischer Mikrorheologie, Kraft-Clamp-Messungen und frequenzabhängiger Materialcharakterisierung.
Das System eignet sich für Anwendungen in Zellmechanik, Membranbiophysik, aktiver und passiver Mikrorheologie, Protein- oder Polymermechanik sowie für die Untersuchung viskoelastischer Eigenschaften biologischer Materialien.
Die Kombination aus direkter Kraftmessung, hoher zeitlicher Auflösung und unabhängiger Positionsdetektion erlaubt eine quantitative Bestimmung komplexer mechanischer Antwortfunktionen und Materialparameter in linearen wie nichtlinearen Regimen.
Ansprechperson
Verena Ruprecht
Research Services
Research Services
Derzeit werden keine standardisierten Research Services im Sinne einer offenen Serviceplattform angeboten. Die Nutzung der Optical-Tweezers-Infrastruktur erfolgt projektbasiert im Rahmen wissenschaftlicher Kooperationen.
Interessierte Forschende, Einrichtungen oder Unternehmen werden gebeten, bei Interesse an einer Zusammenarbeit oder Nutzung der Infrastruktur direkt Kontakt mit Prof. Verena Ruprecht (Universität Innsbruck) aufzunehmen, um mögliche Kooperationsformen, experimentelle Machbarkeit und Rahmenbedingungen zu klären.
Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur
Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur
Die Optical-Tweezers-Infrastruktur wird in unserer Arbeitsgruppe routinemäßig für quantitative mechanobiologische Untersuchungen eingesetzt. Die methodische Expertise umfasst sowohl instrumentelle Weiterentwicklung (u.a. in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Sensocell) als auch eigenständige experimentelle Anwendungen und Datenanalyse.
Die Gruppe verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Durchführung dynamischer Kraftmessungen, oszillatorischer Mikrorheologie, Kraft-Clamp-Experimenten sowie frequenzabhängiger mechanischer Charakterisierung biologischer Proben. Die TIMSOM-Architektur ermöglicht dabei die unabhängige Messung von Kraft und Position auch unter aktiver Fallenmodulation, was insbesondere für nichtlineare und zeitabhängige Systeme relevant ist.
Anwendungsbereiche umfassen zelluläre und nukleäre Mechanobiologie, die Untersuchung mechanischer Eigenschaften während der Embryonalentwicklung, die Rolle mechanischer Regulation bei Alterungsprozessen, Mechanismen der Zellmigration (einschließlich Immunzellmigration), sowie mechanische Aspekte der Tumorinvasion und Metastasierung. Darüber hinaus werden viskoelastische Eigenschaften komplexer biologischer Materialien im linearen und nichtlinearen Regime untersucht.
Die Forschungsinfrastruktur ist in bestehende experimentelle Plattformen (u. a. hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie) integriert und erlaubt kombinierte mechanische und bildgebende Analysen.
Die Expertise umfasst Versuchsdesign, Kalibrierung, frequenzbasierte Datenauswertung, Modellierung mechanischer Antwortfunktionen sowie die Interpretation im Kontext biologischer Fragestellungen. Dadurch eignet sich die Infrastruktur besonders für kooperative Projekte an der Schnittstelle von Biophysik, Zellbiologie und Materialwissenschaften.
Derzeit bestehen keine standardisierten öffentlich zugänglichen Nutzungsbedingungen für diese Forschungsinfrastruktur. Der Zugang zur Optical-Tweezers-Infrastruktur erfolgt projektbasiert im Rahmen wissenschaftlicher Kooperationen.
Interessierte Forschende, Einrichtungen oder Unternehmen werden gebeten, bei Interesse an einer Nutzung oder Zusammenarbeit direkt mit Prof. Verena Ruprecht (Universität Innsbruck) Kontakt aufzunehmen, um mögliche Kooperationsformen, Zugangsbedingungen, technische Machbarkeit, zeitliche Planung sowie gegebenenfalls institutionelle oder vertragliche Rahmenbedingungen abzuklären.