Das 1-Dollar-Origami-Mikroskop

Stanford-Wissenschaftler wollen mit dem "Foldscope" Bildung und Medizin ein optisches Werkzeug geben, das für wenig Geld milliardenfach in aller Welt genutzt werden könnte.

Spätestens mit dem aus Papier gefalteten Einhorn im Scifi-Thriller „Bladerunner“ ist Origami Teil der westlichen Popkultur geworden. Aus der ist es schließlich auch in den Wissenschaftsbetrieb eingewandert: Forscher bedienen sich der japanischen Papierfaltkunst inzwischen auf sehr innovative Art, um etwa molekulare Maschinen oder Weltraumteleskope zu veranschaulichen.

Manu Prakash und seine Kollegen haben nun an der Stanford Universität ein Origami-Mikroskop entwickelt. Aber diesmal ist es nicht nur ein Anschauungsobjekt, sondern ein echtes Werkzeug, um winzige Dinge sichtbar zu machen. Mit Materialkosten von unter einem Dollar könnte es Milliarden Menschen den Blick in den Mikroskosmos eröffnen, hoffen die Erfinder.

Das „Foldscope“, wie sie es nennen, lässt sich innerhalb von zehn Minuten aus einem Blatt Papier zusammenfalten. „Es bietet eine mehr als 2000-fache Vergrößerung, löst Strukturen von weniger als einem Mikrometer Größe auf, wiegt ganz wenig, passt in jede Tasche, benötigt keinen Stromanschluss und übersteht auch einen Sturz von einem dreistöckigen Gebäude, oder wenn ein Mensch versehentlich drauftritt“, verkünden Prakash und Kollegen stolz.

Bei allem Enthusiasmus ist hinzuzufügen, dass zusätzlich zu einem Blatt Papier noch einige wenige Zutaten nötig sind: eine kleine Linse (Preis: 56 US-Cent), ein 3-Volt-Knopfzelle (Preis: 6 US-Cent), dazu noch Klebeband, ein Schalter und ein paar Kleinstutensilien. Insgesamt kommen die Stanford-Konstrukteure auf Materialkosten von 97 US-Cent.

Die Nutzung ist einfach. Der Betrachter muss die Linse so nah an das Auge heranbringen, dass die Brauen das Papier berühren. Anschließend fokussiert er über die Daumen die Position der Linse und ihren Abstand zum Objekt der Betrachtung.

Die Ergebnisse sind beeindruckend. In verschiedenen Konfigurationen können Prakash und Kollegen aus ihrer Papieroptik Hellfeld- oder Dunkelfeld-Ansichten erzeugen oder gar ein Fluoreszenz-Mikroskop machen.

Die möglichen Anwendungen sind nicht nur Spielerei. Ein naheliegender praktischer Einsatz könnte in Schulklassen sein. Aber auch für die Medizin sehen die Stanford-Wissenschaftler Anwendungen, wenn je nach Krankheit verschiedene optische Filter hinzugefügt werden. Ausprobiert haben Prakash und Kollegen diese bereits bei der Vergrößerung von Parasiten wie Giardia lamblia, Leishmania donovani, Trypanosoma cruzi oder Escherichia coli. Bei Materialkosten von einem Dollar könnte man die Geräte auch als Einweg-Mikroskop nutzen, um Kontaminationen zu vermeiden.

Natürlich haben Prakash und Kollegen gleich hochfliegende Pläne. Mit Hilfe moderner Fertigungsverfahren könnten die Foldscopes in großen Stückzahlen produziert werden. In einem „Print and Fold“-Verfahren würden die flachen Teile zunächst im Rotationsdruck erstellt und anschließend zusammengefaltet. Eine Jahresproduktion von einer Milliarde Foldscopes halten die Forscher für möglich.

Verbesserungsmöglichkeiten haben sie auch schon ausgemacht. Die Linsen könnten asphärisch gefertigt werden, so dass sich optische Verzerrungen verringern.

Prakash hat das Foldscope bereits in einem TED Talk vorgestellt. Die Resonanz ist beachtlich. Doch wie bei anderen ehrgeizigen Projekten der Vergangenheit – etwa dem 100-Dollar-Laptop – sind Idee, Prototyp und öffentliche Resonanz die leichtere Übung. Die eigentliche Aufgabe wäre auch beim Foldscope, eine globale Produktion und Verbreitung hinzubekommen. Vielleicht kann One Laptop Per Child, die Organisation hinter dem 100-Dollar-Laptop, ja als Partner ihre Erfahrungen beisteuern.

Das Paper:

James Cybulski et al.: Foldscope: Origami-Based Paper Microscope, arXiv.org, 5.3.2014

Demo-Video des Zusammenbaus ()