Leica Microsystems
Die Leica Microsystems GmbH ist ein weltweit führender Entwickler und Hersteller von innovativen optischen High-Tech-Präzisionssystemen für die Analyse von Mikrostrukturen. In den Bereichen Mikroskopie, konfokale Lasermikroskopie und entsprechende Bildanalyse, Probenvorbereitung mikroskopischer Objekte sowie Medizintechnik gehört Leica Microsystems zu den Marktführern. Die Gesellschaft fertigt eine breite Palette von Produkten und Systemlösungen für eine Vielzahl von Anwendungen, die eine mikroskopisch visuelle Darstellung, Messung und Analyse erfordern.
Mit Hilfe des sichtbaren und unsichtbaren Lichts und hochleistungsfähiger optischer Technologien werden durch Instrumente und Systeme von Leica Microsystems Wissenschaft und Technik, Forschung und Industrie immer wieder neue Erkenntnisse über das Leben und seine kleinsten Bausteine, über die Strukturen und Eigenschaften von Werkstoffen und deren technologischen Funktionen gewonnen. In der medizinischen und industriellen Forschung, in der klinischen Praxis, in der Qualitätsprüfung, in der Kriminal-und Umwelttechnik kommen die Hightech-Präzisionssysteme und deren verwandte Technologien zum Einsatz. Die Innovationskraft von Leica Microsystems baut auf eine Tradition in Forschung, Entwicklung und Produktion von mehr als 150 Jahren und den engen Kontakt zu den Kunden in aller Welt auf.
Mit 8 Produktionsstätten in 6 Ländern, Vertriebs- und Servicegesellschaften in 19 Ländern und einem internationalen Händlernetzwerk ist das Unternehmen in mehr als 100 Ländern tätig und erwirtschaftete mit rund 3.200 Beschäftigten einen Umsatz von 597 Mio. US$ im Jahr 2005. Sitz des internationalen Managements ist Wetzlar, Deutschland. Seit 2005 gehört das Unternehmen zur Danaher Corp.[1].
Geschäftsbereiche:
Mikroskopie Systeme - Optische Mikroskopie[1]
Breite Produktpalette von Compound- und Stereo-Mikroskopen sowie von kompletten Applikationslösungen zum Visualisieren, Vermessen und Analysieren von Mikrostrukturen in der klinischen und nicht-klinischen Forschung, in der industriellen und medizinischen Anwendung sowie in der Ausbildung.
Mikroskopie Systeme - Imaging Systems[2]
Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und Bildanalysesysteme sowie die dazugehörige Software für hochauflösende 3-D-Darstellung und neue Lösungen für die Bereiche Life Sciences und Materialkunde.
Specimen Preparation (Probenvorbereitung) [3] und (Histologie) [4]
Komplettanbieter für die klinische Histo- und Zytopathologie, die biomedizinische Forschung und die industrielle Qualitätskontrolle. Das Angebot umfasst Geräte, Systeme und Verbrauchsmaterialien zum Gewebeinfiltrieren und Einbetten, Ultramikrotome, Mikrotome, Kryostate sowie Färbe- und Eindeckautomaten.
Medical Equipment (Medizinische Geräte)[5]
Operationsmikroskope für die Mikrochirurgie in der Neurologie, Augenheilkunde, Zahnheilkunde und im HNO-Bereich für Krankenhäuser und Ambulanzzentren.
Produktionsstandorte
Deutschland: Wetzlar, Mannheim, Nussloch
UK: Cambridge
Österreich: Wien
Schweiz: Heerbrugg
Asien Pazifik: Singapur, Shanghai, China
Geschichte
Leica Microsystems – aus Tradition innovativ
Innovationen am laufenden Band kennzeichnen die Geschichte von Leica Microsystems: Mit bahnbrechenden Entwicklungen hat das internationale Unternehmen bereits mehrfach Technologiegeschichte geschrieben. Im 19. Jahrhundert noch ein Familienunternehmen in Wetzlar, gehört Leica Microsystems als Entwickler und Hersteller optischer Hightech-Präzisionssysteme heute dem amerikanischen, börsennotierten Konzern Danaher Corporation. Bis heute ist das Unternehmen jenen Grundsätzen treu geblieben, die einst Ernst Leitz I zum Erfolg führten: Enge Kooperation mit Kunden, Teilhabe an wissenschaftlichen Entwicklungen und deren unmittelbare zukunftstechnologische Umsetzung. Auf diese Weise entstehen im Hause Leitz und später Leica Microsystems herausragende Produkte, etwa das erste volltaugliche Binokularmikroskop, das erste Vergleichsmakroskop für kriminalistische Zwecke oder das erste Fluoreszenzmikroskop der Welt.
Bereits dreimal hat Leica Microsystems den begehrten Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft – ehemals Innovationspreis der Deutschen Industrie – für Meilensteine in der optischen Entwicklung erhalten: im Jahre 1984 für das Akustomikroskop ELSAM und 2002 für das DUV-Objektiv für die Fotomasken- und Waferherstellung. Nur drei Jahre später, 2005, krönt der Innovationspreis erneut eine Produktentwicklung von Leica Microsystems: das High-end Fluoreszenzmikroskop Leica TCS 4PI. Das TCS 4PI ermöglicht erstmals, Strukturen und Prozesse innerhalb lebender Zellen in einer Auflösung von bis zu 100 Nanometer dreidimensional zu untersuchen und abzubilden.
Leitz wird zur Weltmarke
Ernst Leitz I, der 1869 das optische Institut von Carl Kellner in Wetzlar übernimmt, verfügt sowohl über physikalisches Verständnis als auch über unternehmerische Qualitäten. Er führt die Serienproduktion in den Wetzlarer Werkstätten ein: Die Absatzzahlen steigen nach 1871 rapide an, und bald sind die Instrumente von Leitz auf dem Weg zu einer Weltmarke. Stets sucht Leitz den Kontakt zu den Anwendern und konstruiert die Mikroskope im Hinblick auf die spezifischen Anforderungen seiner Kunden. Dieses Prinzip zieht sich wie ein roter Faden von der Frühzeit des Unternehmens bis in die Gegenwart. Es werden Mikroskope für biomedizinische Anwendungen und für industrielle Untersuchungen, beispielweise für die Mineralogie, gefertigt. 1880 erreicht das Unternehmen bereits eine Jahresproduktion von 500 Geräten. 1887 wird das 10.000ste Mikroskop verschickt, vier Jahre später das 20.000ste und bereits im Jahre 1899 das 50.000ste fertiggestellt. Der Bakteriologe Robert Koch erhält 1907 das 100.000ste Mikroskop des Unternehmens – der Beginn einer Tradition, die die Wetzlarer Werke eng mit berühmten Forschern und Nobelpreisträgern verbinden soll. Paul Ehrlich, Begründer der Chemotherapie, erhält das 150.000ste Mikroskop, Nobelpreisträger Gerhard Domagk, der Entdecker der Sulfonamide, das 400.000ste Leica-Instrument.
Aus Ernst Leitz wird Leica Microsystems
Anfang der siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts entwickelt sich eine Kooperation mit dem Schweizer Optikunternehmen Wild Heerbrugg, die 1986 zur Gründung des Wild Leitz Konzerns führt.
Nur wenige Jahre später, im Jahre 1990, erfolgt eine weitere Zusammenführung mit der Cambridge Instruments Gruppe, die ihrerseits bereits traditionsreiche Unternehmen unter ihrem Dach vereint: neben Cambridge Instruments selbst den Heidelberger Mikrotomiehersteller Jung, den Wiener Optikfabrikanten Reichert sowie den gesamten Mikroskopiebereich der nordamerikanischen Optikunternehmen Bausch & Lomb und American Optical und somit die ganze nordamerikanische Mikroskopindustrie. Bausch & Lomb ist auf Charles Spencer zurückzuführen, der bereits 1846 erstmals Mikroskope auf den Markt gebracht hat.
In den späten neunziger Jahren entstehen aus der Leica Gruppe die drei voneinander unabhängigen Optikunternehmen Leica Microsystems, Leica Camera und Leica Geosystems. Nach gut sieben Jahren im Besitz der Investmentgesellschaft LM Investments S.à r.l. wird Leica Microsystems im Juli 2005 vom US-amerikanischen, an der New Yorker Börse notierten Konzern Danaher Corporation gekauft.
Leica Microsystems – ein globales Unternehmen
Heute ist Leica Microsystems mit acht Produktionsstätten in sechs Ländern, Vertriebs- und Serviceorganisationen in 19 Ländern, Vertriebspartnern in über 100 Ländern und rund 3200 Beschäftigten eine internationale Technologiegruppe, die den Bezug zu ihren tiefen Traditionslinien nie verloren hat. Denn bei aller Vielfalt der Produkte, Produktionsstandorte und Geschäftsbereiche bildet die Lichtmikroskopie nach wie vor einen Schwerpunkt des Unternehmens, auf dem viele weitere Aktivitäten aufbauen.
Die Untersuchung mit einem Lichtmikroskop, wie es in Wetzlar, Singapur oder Shanghai gefertigt wird, ist nicht nur in Schule und Studium, sondern auch in klinischen Labors und industriellen und biomedizinischen Forschungseinrichtungen der Ausgangspunkt, um den Geheimnissen des Mikrokosmos auf die Spur zu kommen.
Meilensteine der Optik
Den Weg der Mikroskopentwicklung bestimmt die gelungene Synthese von Mikroskopie und Fotografie: Eine Pionierleistung der Technikgeschichte ist beispielsweise die Entwicklung der legendären Kleinbildkamera Leica durch Oskar Barnack.
Im Jahre 1913 stellt die Firma Ernst Leitz ein erstes volltaugliches Binokularmikroskop vor. 1925 folgt das erste Polarisationsmikroskop.
Bereits im Jahre 1931 entsteht das erste Vergleichsmakroskop für kriminalistische Zwecke – ein spektakulärer Einsatz moderner Technologie zur kriminalistischen Beweisführung.
1932 bringt das Unternehmen die Auflichtfluoreszenz auf den Markt, drei Jahre später das von Max Berek entwickelte Photometer.
Die Nachkriegszeit knüpft an diese Tradition an, steht nun allerdings im Zeichen der Elektronik: Bereits im Jahre 1953 wird die Mikroskopoptik mit Hilfe der EDV berechnet.
Das erste Fluoreszenzmikroskop und die Green Fluorescent Proteines
Die Fluoreszenzmikroskopie hat bei Leica eine lange Tradition. Das heute zu Leica Microsystems gehörende Wiener Unternehmen Reichert war 1911 das erste der Welt, das ein Fluoreszenzmikroskop entwickelte – eine heute aus der biomedizinischen Forschung nicht mehr wegzudenkende Methode. Ein fluoreszierender Stoff wird genetisch an ein zu untersuchendes Enzym gekoppelt. Dieser visualisiert die für das menschliche Auge meist unsichtbaren intrazellulären Phänomene. Ein Durchbruch wird in der Zellbiologie erreicht, als es gelingt, kleinste Zellstrukturen mit den so genannten „Green Fluorescent Proteines“ – kurz GFP, CFP, YFP, RFP u.a. – darzustellen.
Die DNA des im Jahre 1994 in einer grün fluoreszierenden Qualle entdeckten GFP wird an Gensequenzen gekoppelt in die Zelle eingeschleust. Daraus resultiert ein fluoreszierendes Protein, das den Umwandlungsprozess von der DNA zur Aminosäure zum funktional gefalteten Protein unbeschädigt übersteht: Es fluoresziert und lässt die Verfolgung aktiver Prozesse in der lebenden Zelle zu.
Hören, was keiner sehen kann:
Akustomikroskop empfängt reflektierenden Schall.
Die Fledermaus orientiert sich in ihrer Umwelt mit Hilfe von Ultraschallwellen im Frequenzbereich von zehn bis 120 Kilohertz. Sie sendet kurze Impulse aus und empfängt den an Hindernissen reflektierenden Schall. Auf diese Weise erkennt sie nicht nur Hindernisse in ihrer Flugbahn, sondern auch Beute. „Beute“ für das weltweit erste in Serie hergestellte Ultraschallmikroskop sind Defekte in Materialen. Insbesondere auch die, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, die das Akustomikroskop aber „hört“ und für das Auge sichtbar macht.
Die Arbeitsweise dieses Mikroskops, das im Jahre 1984 mit dem Innovationspreis der deutschen Industrie ausgezeichnet wird, ist dieselbe wie die der Fledermaus. Der Frequenzbereich allerdings ist wesentlich höher: Er reicht von zehn Megahertz bis zwei Gigahertz. Das Akustoobjektiv des Ernst Leitz Scanning Akustomikroskops ELSAM erzeugt und sendet Schallimpulse und empfängt deren Reflexechos. Die Echos werden anschließend in Videosignale überführt und als Bildpunkte auf einem Monitor sichtbar gemacht.
Von der Diagnostik bis zur Behandlung
In der klinischen Diagnostik wird eine Gewebeprobe in mehreren Schritten vorbereitet, bevor der Histologe oder Pathologe sie unter dem Mikroskop begutachtet. Mit Mikrotomen und Kryostaten etwa werden dünne Schnitte von biologischem Gewebe hergestellt und anschließend mit Spezialfarbstoffen angefärbt, um gut- oder bösartige Gewebeveränderungen erkennbar zu machen. Im Jahre 2003 führt Leica die erste vollautomatische Färbestation in den Markt ein, eine intelligente und flexible Lösung für Zytologie- und Pathologielabors. Die Mikrotomie beschränkt sich nicht auf Biologie und Medizin, sondern wird ebenso in der Industrie für das Schneiden von Kunststoffen, Folien oder Spritzgussteilen, Autoblechen, Leder, Nahrungsmitteln und anderen Dingen eingesetzt.
In der Herstellung von ultradünnen Schnitten für die Elektronenmikroskopie greift Leica in Wien auf ein Erfahrungspotential von Jahrzehnten zurück: Eines der ersten Ultramikrotome wird dort von Professor Hellmuth Sitte entwickelt und seit den fünfziger Jahren von Leica produziert. Bis heute ist der Wiener Geschäftsbereich Weltmarktführer
in der Probenpräparation für die Transmissionselektronenmikroskopie.
Auch Leica-Operationsmikroskope setzen Standards und sind vielfältig einsetzbar: Vornehmlich in der Neurochirurgie oder in der Augenchirurgie werden Operationsmikroskope von Leica Microsystems unmittelbar am Patienten verwendet.
Unmögliches möglich machen:
Mikroskopobjektiv mit unbegrenzter Lebensdauer
Die Wafer- und Fotomaskenprüfung stellt immer höhere Anforderungen an die optische Auflösung der Objektive. Die miniaturisierten Strukturen auf Wafern und Chips können nur mit tiefem ultravioletten Licht auf einer Wellenlänge von 248 Nanometern oder weniger abgebildet werden. Der bei herkömmlichen Objektiven verwendete Kitt zwischen den einzelnen Linsen hält dem ultravioletten Licht jedoch nur eine begrenzte Zeit stand: Er trübt schnell ein – das teure Objektiv muss durch ein neues ersetzt werden.
Leica Microsystems entwickelt 2001 ein höchstauflösendes Mikroskopobjektiv für die Halbleiterindustrie und macht damit möglich, was die Fachwelt für ausgeschlossen gehalten hat: das DUV-Objektiv in „Airspace Technology“, das ohne Kitt auskommt und somit eine unbegrenzte Lebensdauer hat. Für das revolutionäre Mikroskopobjektiv wird das Unternehmen 2002 erneut mit dem 12 Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft in der Kategorie Mittelstand ausgezeichnet. Im Jahr darauf überzeugt Leica Microsystems den Markt mit digitalen Mikroskopen für die biomedizinische Forschung und Anwendungen in der Industrie.
Bildanalyse und –verarbeitung lebender Zellen
Bereits im Jahre 1967 hat die Bildanalyse ihre Premiere bei Leica Microsystems erlebt – eine neue Qualität im Prozess der Visualisierung mikroskopischer Strukturen. Dieses Verfahren liefert eine genaue und schnelle quantitative Analyse eines Bildes. Bildinformationen werden lokalisiert, in eine digitale Form umgewandelt und anschließend verarbeitet und analysiert. Heute entwickelt das Unternehmen hochmoderne Bildanalysesysteme. Diese werden unter anderem in der zytogenetischen Forschung zur Lokalisierung von Genen eingesetzt, die für Erbkrankheiten verantwortlich sind. Bildanalysesysteme auf dem neuesten Stand der Technik helfen, die Effizienz der Krebsbehandlung zu steigern. Die neueste Entwicklung im Bereich Bildanalyse und –verarbeitung ermöglicht eine schnelle und zugleich schonende Aufnahme lebender Zellen.
Eines haben Leica High-end Produkte der Zukunft gemeinsam: die Leica Application Suite, kurz LAS. Diese Software bietet eine einheitliche Bedienoberfläche mit immer gleichen und leicht bedienbaren Funktionen für spezifische, hochkomplexe Applikationen. In Zeiten, da Elektronik und Software in der Mikroskopie immer wesentlicher werden, ist die homogene Software- und Applikationslandschaft für den Anwender ein entscheidender Vorteil.
Kleinste Strukturen in drei Dimensionen – die konfokale Laser Scanning Mikroskopie
Eine lichtmikroskopische Untersuchung schafft es nicht immer, alle Informationen einer Probe zu ermitteln. Ägyptische Papyri beispielweise haben oft ihre Lesbarkeit aufgrund eines schlechten Erhaltungszustandes verloren. Selbst mit Hilfe von Stereomikroskopen können Experten die jahrtausendealten, mit Tinte geschriebenen Texte nicht immer zweifelsfrei entziffern. Durch die konfokale Laser Scanning Mikroskopie lässt sich ein Zugang zur Bedeutung der Schriften allerdings wiederherstellen. Konfokal bedeutet frei übersetzt „mit dem Fokus“ betrachtet, so dass nur noch die optisch scharfe Fokusebene gesehen wird.
Die Konfokaltechnologie eliminiert alle unscharfen Bildinformationen aus anderen Fokusebenen. Je dünner dabei die Fokusebene ist, desto schärfer sind auch die Abbildungen. Dabei wird das Untersuchungsobjekt durch einen Lichtpunkt abgetastet und optisch in dünne Schnitte zerlegt. Aus diesen Schnitten lassen sich anschließend dreidimensionale Rekonstruktionen berechnen. Das Ergebnis ist ein tiefenscharfes Bild, das sich im Computer drehen, von allen Seiten betrachten und vermessen lässt.
Bezogen auf das Papyrus-Beispiel können in verschiedenen Fokusebenen optische Schnitte schwer lesbarer Stellen vorgenommen werden, die anschließend – wie in der Computertomographie – zu einer dreidimensionalen Rekonstruktion genutzt werden. Selbst wenn keine Tintenreste mehr auf dem Papyrus vorhanden sind, lassen sich Eindrücke des Schreibgriffels nachweisen: Tiefer oder höher liegende Strukturen, die bisher nur unscharf oder gar nicht abgebildet wurden, treten plötzlich hervor.
Konfokalsysteme der Zukunft
Vornehmlich jedoch etabliert sich das Konfokalmikroskop als Fluoreszenzmikroskop in der Biomedizin, insbesondere in der Grundlagenforschung, wo eine immer höhere Auflösungskraft zu neuen Erkenntnissen führt. Vor rund fünfzehn Jahren noch ein spektakuläres, aber anfälliges und serviceintensives Hightech-System, treibt Leica Microsystems die Weiterentwicklung des Konfokalmikroskops voran. Heute ist das einstige Ausnahmegerät breit genutzter Standard geworden und setzt in seiner jüngsten Version Leica TCS SP5 als Breitband-Konfokalsystem neue Maßstäbe. Zusätzlich unterstützt der neue dynamische akusto-optische Strahlenteiler AOBS multispektrale Bildaufnahmen für mehrfach gefärbte Proben.
Auch diese Leica-Entwicklung schafft den Weg in die Endrunde des Innovationspreises! Vorläufiger Gipfel der Innovation jedoch ist das Leica TCS 4PI, ein Hightech-Fluoreszenzmikroskop, mit dem erstmals Zellen bis zu einer Größe von 100 Nanometern dargestellt werden können. Dieses neue Mikroskopieverfahren, erfunden von Professor Stefan Hell, Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, und von Leica Microsystems zur Anwendungsreife gebracht, macht das Studium kleinster innerzellulärer Details in lebenden Zellen möglich. Es öffnet der Grundlagenforschung neue Türen für die Entwicklung wirksamer Medikamente gegen viele Krankheiten.
Die Belohnung für Leica Microsystems im Jahr 2005: zum dritten Mal der Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft!
Vorstoß zu den Bausteinen des Lebens
Aufgrund der Wellennatur des Lichts kann ein Objektiv dieses Licht nicht in einem Punkt, sondern nur in einem Lichtfleck konzentrieren. Je kleiner der Lichtfleck, desto höher ist die Auflösung. Die Aufgabe eines Objektivs besteht darin, die Beleuchtung des Objektes effizient zu gestalten. Dabei wird die einfallende zweidimensionale Lichtwelle in eine dreidimensionale Kugelwelle umgewandelt, die auf den Fokuspunkt zuläuft. Da jedoch diese Kugelwelle nicht völlig rund wie eine Kugel ist, hat der Lichtfleck eine längliche Form. Die Folge ist, dass 3D-Strukturen insbesondere entlang der optischen Achse weniger gut getrennt werden können und verzerrt sind.
4Pi: Der volle Raumwinkel einer echten Kugelwelle
Beim 4Pi-Mikroskop werden zwei gegenüberliegende hochwertige Objektive verwendet, um mittels Interferenz eine nahezu vollständige Kugelwelle zu erzeugen. Dieses Prinzip gibt dem Mikroskop seinen Namen „4PI“ – angelehnt an den vollen Raumwinkel einer echten Kugelwelle. Auf das Anregungslicht in der Fluoreszenzmikroskopie angewandt, führt dies zu einem 3- bis 7-mal engeren Fokus entlang der Achse des Mikroskops.
Mit der neuen 4Pi-Technologie können mikroskopisch kleine Strukturen mit einer Detailschärfe und einem Zugewinn an struktureller Information räumlich dargestellt werden wie bisher mit keinem anderen kommerziellen Lichtmikroskop der Welt. Die Wissenschaft ist dank dieser zusätzlichen Informationen in der Lage, das Verständnis für Prozesse in lebenden Zellen und Zellorganellen zu erweitern und zu vertiefen, um zu neuen Erkenntnissen über Strukturen und deren Interaktionen zu gelangen. Der Gewinner des Innovationspreises 2005, das Leica TCS 4PI, ermöglicht enorme Fortschritte in der Entwicklung von Medikamenten gegen Krankheiten, die auf Proteinbasis entstehen, wie beispielweise die Alzheimer-Erkrankung, Diabetes mellitus oder Malaria.
Verbindung von Innovation und Tradition
„Mit dem Anwender für den Anwender.“ Die Philosophie von Ernst Leitz I ist bis heute der Leitsatz für Leica Microsystems’ Innovationserfolg. Leica bietet seinen Kunden maßgeschneiderte Lösungen zum dreidimensionalen Sichtbarmachen, Vermessen, Analysieren und Darstellen kleinster Strukturen.
Dass Leica dreimal mit dem Innovationspreis gekürt wurde und einmal unter den Finalisten rangierte, bestätigt seine Technologieführerschaft. Dass Anwender von Leica-Systemen ihrerseits Pionierleistungen in ihren eigenen Forschungsgebieten vollbringen und wissenschaftliche Lorbeeren ernten, bestätigt Leicas ausgefeilten und systematischen Innovationsprozess: Alle Entwicklung beginnt mit dem Kunden – alle Entwicklung endet mit dem Kunden.
Durch intensiven Austausch mit den Anwendern in universitären und anderen Forschungseinrichtungen kann Leica wissenschaftliche Entwicklungen unmittelbar in Zukunftstechnologien umsetzen. So wird, was bereits für die Pioniere Carl Kellner und Ernst Leitz als Ausgangspunkt für die Qualität ihrer Instrumente galt, bis heute praktiziert.
Weblinks
Quellen
- ↑ heise online Danaher übernimmt Leica Microsystems