Um aktuelle Forschungen und neue Trends der modernen Elektronenmikroskopie geht es bei der MC2023, der „Microscopy Conference“ vom 26. Februar bis zum 2. März 2023 in Darmstadt. Fünf spannende Kongresstage zeigen aktuelle Anknüpfungen an die rasanten analytischen Fortschritte der letzten 20 Jahre. Die kreative Wissenschaft eröffnet mit der Kombination der Bereiche Lebenswissenschaften, Materialwissenschaften und Methoden-Technologie immer wieder neue Möglichkeiten, das Leben, aber auch die anorganische Materie besser zu verstehen. Die Interdisziplinarität der breit aufgestellten MC 2023 bietet mit dem Austausch führender Wissenschaftler in jedem Spezialbereich und international renommierten Experten gleichzeitig den Blick über den Tellerrand, um andere Aspekte kennenzulernen. Die Kongresspräsidentin Prof. Dr. Ute Kolb, Mainz, Darmstadt, gibt im Interview erste Einblicke in Schwerpunkte und Highlights des hochkarätigen Kongresses.
Blick in den Nanokosmos, um die Natur, Werkstoffe und Materialen

Das wissenschaftliche Programm der MC2023 umfasst jeweils sieben thematische Sitzungen zu den Bereichen Life Sciences, Materialwissenschaften und Methoden-Technologie. Was sind die besonderen Schwerpunkte?

Ute Kolb: Die Elektronenmikroskopie eröffnet ein breites Spektrum an Möglichkeiten, um aktuelle Fragen unserer Zeit zu beantworten. Insbesondere im Bereich der Life Sciences ermöglicht sie uns, biologische und medizinische Prozesse besser zu verstehen. Zum Beispiel ist es entscheidend, die Struktur eines Virus zu kennen, um es erfolgreich bekämpfen zu können. In der Materialwissenschaft konzentrieren wir uns darauf, die Struktur funktionaler Materialien zu charakterisieren, um Prozesse in den Bereichen Energie und Umwelt zu optimieren und um Werkstoffe effizienter und langlebiger zu machen. Durch die Nutzung der Elektronenmikroskopie in beiden Bereichen entstehen Synergien, da viele der Techniken und Methoden, die in der Life-Science-Forschung entwickelt wurden, auch in der Materialwissenschaft eingesetzt werden können, und umgekehrt. Der Bereich „Instrumentierung und Methoden“ stellt die neuesten Entwicklungen vor.

Die Elektronenmikroskopie hat sich rasant weiterentwickelt und bietet verschiedenen Forschungsrichtungen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Wo gibt es neue Entwicklungen und aktuelle Trends?

Ute Kolb: Die Verbesserung der Instrumentierung treibt nicht nur bestehende Methoden voran, sondern ist oft die Voraussetzung für neue Methoden. Beispielsweise hat eine neue Generation von Detektoren, die Elektronen unmittelbar und ohne Verluste detektieren können, es ermöglicht signifikante Fortschritte in "In-situ"/operando-Methoden zu machen. So ist es immer besser möglich, Prozesse in Batterien und Brennstoffzellen während der Reaktionen direkt zu beobachten und die Entwicklung neuer Energiespeicher- und -erzeugungssysteme voranzutreiben. Weiterhin stellen die beteiligten Firmen neu konzipierte Geräte im Bereich 4D-STEM, zur Analyse von Materialstrukturen in vier Dimensionen, und dedizierte Elektronendiffraktometer vor, die es erlauben, die atomare Struktur eines einzelnen Nanopartikels schonend aufzuklären. Eine weitere wichtige Entwicklung ist die Korrelative Mikroskopie, bei der die Elektronenmikroskopie mit anderen bildgebenden Techniken kombiniert wird, um eine umfassendere Charakterisierung von Proben zu ermöglichen. Auch tomographische Methoden, die die räumliche Verteilung von Partikeln, Defekten oder chemischen Verbindungen in einem Material oder biologischen Gewebe visualisieren, werden intensiv optimiert.

Welche Rolle spielen KI und die fortschreitende Automatisierung?

Ute Kolb: Automatisierung und KI gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie den Probenaufbereitungsprozess vereinfachen und standardisieren sowie den Probenwechsel und die
Datenaufnahme steuern können. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit und Effizienz von Experimenten verbessert und die eigentliche Datenanalyse und -interpretation rückt in den Fokus. KI unterstützt das Experiment zusätzlich, indem sie die automatische Identifizierung von Strukturen in der direkten Datenaufnahme oder über die Analyse großer Datenmengen ermöglicht. Gerade die 4D-STEM Methode, die, gekoppelt mit in-situ-Experimenten, das Materialverhalten in Echtzeit zeigt, profitiert von diesen neuen Techniken. Der im Rahmen der MC2023 stattfindende Workshop zu Daten Management beschäftigt sich auch mit diesen Themen.

Die MC2023 wird als umfassendes Forschungsforum aktuelle Entwicklungen in allen Bereichen vorstellen. Welche Rolle spielt der internationale wissenschaftliche Austausch mit Nachwuchswissenschaftlern?

Ute Kolb: Der internationale wissenschaftliche Austausch mit Nachwuchswissenschaftlern spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der wissenschaftlichen Zusammenarbeit und des Wissenstransfers. Durch den Austausch von Ideen und Wissen können Nachwuchswissenschaftler neue Perspektiven auf ihre Forschungsthemen erhalten und ihre eigenen Fähigkeiten und Kenntnisse verbessern. Der wissenschaftliche Austausch ist eine tragende Säule der Forschung. Nur im gemeinsamen Diskurs ist es möglich, neue Ideen zu entwickeln und umzusetzen. Das war zwar auch in Zeiten der Pandemie online möglich, doch die Vernetzung, die man in den persönlichen Gesprächen auf einer Tagung erreicht, hat eine andere Qualität. Da gerade für die Karriere junger Wissenschaftler dieser Austausch essentiell ist und gefördert werden soll, gibt es im Rahmen der MC2023 das „Young Microscopist symposium“.

Der Bereich Lebenswissenschaften ist ein wichtiger Tagungsschwerpunkt. Auf welchen neuen Forschungsperspektiven liegt der Fokus?

Ute Kolb: In den Life sciences geht es nicht nur um die Erforschung von Viren, sondern auch um das tiefere Verständnis der Zusammenhänge in unserem Körper. Daher ist es besonders wichtig, die biologischen Systeme hierarchisch zu charakterisieren. Ein Schwerpunkt sind die Entwicklungen in den korrelativen Methoden und bei der tomographischen Abbildung. Sowohl die Automatisierung als auch die Nutzung der KI eröffnet gerade in diesem Bereich eine Möglichkeit, durch die Aufnahme von großen Datensätzen sich daraus ergebende Probleme wettzumachen. Die Empfindlichkeit der biologischen oder medizinischen Proben zwingt zur Präparation beziehungsweise Messung unter Cryo-Bedingungen. Ein besonderes Augenmerk liegt daher auf der Vermeidung von Materialveränderungen durch Präparation und Messung.

Auch im Bereich der Materialwissenschaften bietet die MC2023 wieder ein breites Spektrum. Welche besonderen Schwerpunkte in Forschung und Anwendung werden in den Sitzungen präsentiert?

Ute Kolb: Die Themengebiete im Bereich der Materialwissenschaften decken die wichtigsten funktionalen Materialklassen ab und reichen von der Katalyse über energierelevante Materialien bis hin zu Keramiken und Baustoffen. Über die strukturelle Charakterisierung der Materialien hinaus liegt der Schwerpunkt immer mehr auf der Beobachtung von Vorgängen bei der aktiven Nutzung von Bauteilen und auf den darauf beruhenden Materialveränderungen. Die Elektronenmikroskopie unterstützt dabei nicht nur die Forschung an energierelevanten Themen, sondern unterstützt die Suche nach alternativen Baustoffen, um so die Reduzierung des CO2-Austoßes beispielsweise in der Zementproduktion und Nutzung voranzutreiben.

Die Vorträge renommierter Plenarredner zur MC2023 werden mit Spannung erwartet. Was sind besondere Highlights?

Ute Kolb: Besonders freue ich mich auf die Rede von Prof. Rose, der an der TU Darmstadt als Pionier im Bereich der Linsenfehlerkorrektur geforscht hat. Viele neue Entwicklungen bei der hochauflösenden Abbildung, aber auch die rasante Entwicklung im Bereich der Rastermethoden wären ohne diese Korrektoren nicht möglich. Außerdem werden sechs weitere Plenarredner ihre neuesten wissenschaftlichen Forschungsergebnisse vortragen. Im Life science Bereich beleuchtet Prof. Dr. Ralf Bartenschläger, Heidelberg, die Rolle der Elektronenmikroskopie bei der Bekämpfung der Pandemie und Prof. Peijun Zhang, PhD, Oxford/GB, spricht über die Entwicklung und Optimierung von zwei- und dreidimensionalen Abbildungsmethoden. Die Vorträge von Prof. Dr. Mathieu Kociak, Paris/FR und Prof. Dr. Sarah Haigh, Manchester/Großbritannien, sind im Bereich der Materialwissenschaften angesiedelt und behandeln Methodenentwicklungen im Bereich Spektroskopie und In-situ Abbildung. Themenbereiche, die von den Vorträgen der diesjährigen Preisträger Prof. Dr. Vincenzo Grillo, Gattatico/IT (Ernst-Ruska-Preis) und Prof. Philip E. Batson, Piscataway, NJ/USA (Harald Rose Lecture (HRL)) ebenfalls adressiert werden.

Hochauflösende Elektronenmikroskopie ermöglicht es, molekulare Vorgänge in Zellen besser zu verstehen. Inwiefern ist dieses komplexe Themengebiet auch in der medizinischen Forschung entscheidend?

Ute Kolb: Die hochauflösende Elektronenmikroskopie hat in der medizinischen Forschung eine entscheidende Bedeutung, da sie es ermöglicht, molekulare Vorgänge in Zellen und Geweben in bisher unerreichter Detailgenauigkeit zu untersuchen. Durch diese Technologie können wichtige Erkenntnisse über die Funktionsweise von Zellen und Geweben gewonnen werden, um ein besseres Verständnis von Krankheiten zu erlangen. Die Elektronenmikroskopie kann beispielsweise dazu beitragen, die Struktur von Viren und Bakterien oder auch von Krebszellen zu untersuchen und damit die Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten gegen Infektionskrankheiten oder neue Krebstherapien zu unterstützen. Ein weiteres Beispiel ist die Erforschung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson. Durch die Elektronenmikroskopie können die Strukturen von Proteinen und anderen Molekülen im Gehirn untersucht werden, die mit diesen Erkrankungen in Zusammenhang stehen.

Welche besonderen Wünsche und Ziele verbinden Sie als Tagungspräsidentin mit der MC2023? Worauf freuen Sie sich besonders?

Ute Kolb: Ich freue mich, dass die MC2023 in Darmstadt wieder als Präsenzveranstaltung stattfinden kann. So kann der wissenschaftliche Diskurs in vielfältiger Ausprägung über Plenarvorträge, Microsymposien, Luncheon sessions der Industrie und nicht zuletzt den Diskussionen in der Postersessions und über private Gespräche stattfinden. Ich bin sehr gespannt auf die aktuellsten Entwicklungen neuer Geräte und Techniken, die im Vorfeld der Tagung bereits angekündigt wurden. Ich wünsche allen eine erfolgreiche und inspirierende MC2023!

Wir bedanken uns sehr herzlich für diese Einblicke in den spannenden Kongress!

Alle Informationen zur MC2023 und das wissenschaftliche Programm gibt es unter www.microscopy-conference.de. Pressevertreter sind herzlich eingeladen, um sich über die aktuellen Trends und Entwicklungen zu informieren und zu berichten. Gern vermitteln wir Gesprächspartner für Interviews! Akkreditierungen bitte über die Kongress-Homepage oder den Pressekontakt.