Samstagsvorlesungen

14. November 2026, 10:30 Uhr
KI für die Nanowelt: Wie Computer lernen, was Mikroskope nicht zeigen
Prof. Dr. Christian Franke, Institut für Angewandte Optik und Biophysik
Seit Ernst Abbe wissen wir, dass ein Lichtmikroskop zwei Objekte nicht mehr trennen kann, wenn sie enger beieinander liegen als etwa die halbe Wellenlänge des Lichts. Mehr als hundert Jahre galt diese Grenze als unüberwindbar. Heute blicken wir mit hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie auf wenige Nanometer genau in eine biologische Zelle hinein, also etwa ein Zehntausendstel eines Haardurchmessers.  
Damit beginnen die eigentlichen Schwierigkeiten. Wer viele Bestandteile einer Zelle gleichzeitig sichtbar machen will, braucht viele Farbstoffe, und die verfügbaren Farben sind schnell aufgebraucht. Wer eine lebende Zelle über Stunden beobachten will, muss sie beleuchten, und genau dieses Licht schädigt sie - wie Sonnenbrand in der Nanowelt.
An beiden Stellen kommt heute maschinelles Lernen und "künstliche Intelligenz" ins Spiel. Wir können neuronalen Netzen beibringen, viele unterschiedliche Zellstrukturen allein an ihrer feinen inneren Textur zu unterscheiden, ganz ohne zusätzliche Farbe. Und sie rekonstruieren aus extrem lichtschwachen Aufnahmen Bilder, für die man sonst ein Vielfaches an Belichtung benötigen würde. Der Vortrag zeigt, wie solche Verfahren funktionieren, was sie in der biomedizinischen Forschung bereits leisten und wo ihre Grenzen liegen. Am Ende steht die Frage, die uns am meisten beschäftigt: Wann darf man einem Bild trauen, das ein Computer mitberechnet hat?

05. Dezember 2026, 10:30 Uhr
Weltraumbasierte Klimaforschung mittels Nanophotonik
Dr. Falk Eilenberger, Institut für Angewandte Physik und Fraunhofer IOF Jena
Auch wenn der menschengemachte Klimawandel ein gesichertes wissenschaftliches Faktum ist, sind menschengemachte weltumspannende und zeitnah verfügbare Daten zu unserer Atmosphäre nicht in dem Maße verfügbar, wie es Forscher:innen bräuchten, um noch präzisere Vorhersagen über das Verhalten unseres Klimas machen zu können. Wie viel CO2 wird wo in die Atmosphäre emittiert und wie verteilt es sich im globalen Wettersystem? Wie viel Wärme strahlt die Erde in den Weltraum ab? Welche Spurengase sind wo in unserer Atmosphäre zu finden? Kann ich heute Abend auch mit Asthma joggen gehen?
Diese Fragen werden von einer ganzen Reihe neuer, europäischer Satelliten beantwortet. Mit an Bord: nanophotonische Spektrometer und diamantene Strahlteiler aus Jena. Diese ermöglichen die Mission durch die Kombination wissenschaftlicher Ergebnisse aus der Nanophotonik mit der wahrscheinlich präzisesten Fertigungstechnologie für optische Systeme, die es derzeit gibt.

19. Dezember 2026, 10:30 Uhr
Bakterien und Viren: Unsichtbare Welt mit großer Wirkung
Prof. Dr. Christian Eggeling, Institut für Angewandte Optik und Biophysik und Leibniz-IPHT
Prof. Dr. Ralf Ehricht, Institut für Physikalische Chemie und Leibniz-IPHT
Bakterien und Viren sind für das bloße Auge unsichtbar – und doch bestimmen sie unser Leben in vielerlei Hinsicht. Sie besiedeln unseren Körper, erfüllen wichtige Aufgaben und sind zugleich Auslöser von Krankheiten, Epidemien und zunehmenden Antibiotikaresistenzen. Doch was sind Bakterien und Viren eigentlich? Wie verbreiten sie sich, wie entstehen Infektionen und wie können wir sie sichtbar machen? In dieser gemeinsamen Vorlesung nehmen der Mikrobiologe Ralf Ehricht und der Biophysiker Christian Eggeling Sie mit in die faszinierende Welt dieser winzigen Organismen. Sie zeigen, wie moderne Mikrobiologie und modernste Mikroskopiemethoden heute Einblicke ermöglichen, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren, und wie diese Erkenntnisse dazu beitragen, Krankheitserreger besser zu verstehen und neue Wege für Diagnose und Behandlung zu eröffnen.

23. Januar 2027, 10:30 Uhr
Hochauflösende chemische Bildgebung von Zelloberflächen: Rasterkraftmikroskopie mit Infrarotlaser
Dr. Daniela Täuber, Institut für Physikalische Chemie und Leibniz-IPHT
Die Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum sind das wohl bekannteste Beispiel für die gequantelte Lichtabsorption in Atomen. Auch die Absorption von Wärmestrahlung in Kunststoffen und Biomolekülen erfolgt in diskreten Absorptionsbanden, passend zur Anregung spezifischer Schwingungszustände im Molekül. Mit leistungsstarken Infrarotlasern lassen sich einzelne Schwingungszustände gezielt anregen. Die Wellenlängen im mittleren Infrarot (IR) liegen allerdings zwischen 3 und 13 µm, d.h. beugungsbegrenzte Mikroskopie kann Strukturen unter 1 µm nicht auflösen. Mit einem Rasterkraftmikroskop lassen sich Oberflächen mithilfe einer sehr feinen Messspitze abtasten. Kombinationen von Infrarotanregung mit einem Rasterkraftmikroskop unter Ausnutzung verschiedener physikalische Prinzipien ermöglichen eine hochauflösende chemische Bildgebung. Beispielsweise lässt sich die Absorption in der untersuchten Oberfläche auch im mittleren Infrarot durch plasmonische Nahfelder an Metallspitzen verstärken. Bei den sog. AFM-IR-Methoden wird die IR-Absorption in der Oberfläche über die mechanische Kraftwirkung detektiert, was eine räumliche Auflösung chemischer Kontraste im Größenbereich einzelner Moleküle ermöglicht. 
Dieser Vortrag demonstriert auf anschauliche Weise die präzise Funktionsweise dieser Technologie. Dabei wird auch auf konkrete Anwendungen eingegangen. Vorgestellt werden zum Beispiel die Ergebnisse einer Modellstudie, in der mithilfe der photoinduzierten Rasterkraftmikroskopie mit IR-Anregung (PiF-IR) die chemische Anbindung eines Antibiotikums auf der Oberfläche einzelner Bakterien hochaufgelöst abgebildet werden konnte. Ebenso gibt der Vortrag den Zuhörerinnen und Zuhörern Einblicke in ein aktuelles gemeinsames Forschungsprojekt mit der Augenklinik, bei dem mittels PiF-IR das Verständnis der altersbedingten Makuladegeneration und damit die Therapie von Altersblindheit verbessert werden soll.

Rückblick: Samstagsvorlesungen 2025/26 (Aufzeichnungen)

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