Forschern gelingt genauerer Blick in biologische Proben
Bessere Bildkontraste für Mikroskope
Nur dort, wo ein Objekt beleuchtet wird, kann es auch gesehen werden: Deswegen spielt eine intelligente Beleuchtung für die moderne Mikroskopie eine entscheidende Rolle. Die gezielte Beleuchtung von bis zu ein Millimeter großen Proben ist schwierig, da der zur Beleuchtung verwendete Laserstrahl durch die Wechselwirkung mit dem Objekt seine ursprüngliche Form und Richtung verliert. Laserstrahlen werden zum Beispiel durch Hindernisse abgelenkt oder verlieren durch Streuung an vielen kleinen Partikeln ihre ursprüngliche gebündelte Form. In der aktuellen Ausgabe des Fachjournals „Nature Communications“ zeigen Florian O. Fahrbach und Prof. Dr. Alexander Rohrbach vom Freiburger Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) und dem Exzellenzcluster Centre for Biological Signalling Studies (BIOSS), wie dieses Problem umgangen werden kann und dadurch bessere Bildaufnahmen entstehen.
Bessel-Strahl, der sich auf einer Länge von einem viertel Millimeter in einem streuenden Medium ausbreitet.
Bio- und Nano-Photonik/IMTEK
Das Freiburger Forscherteam konnte bereits zeigen, dass sich spezielle holographisch geformte, selbstrekonstruierende Laserstrahlen für die Mikroskopie besonders gut eignen, da sie robuster gegen die störende Streuung sind. Diese so genannten Bessel-Strahlen können tiefer in streuende Materie wie Embryonen oder Krebszellhaufen eindringen. Ein prinzipielles Problem bei der Beleuchtung mit Bessel-Strahlen bestand jedoch bislang darin, dass der zentrale Hauptstrahl von einem ausgedehnten Ringsystem umgeben ist, was zu einem schlechten Bildkontrast führt. Nun ist es Fahrbach und Rohrbach gelungen, eine Detektionsmethode zu entwickeln, die die Stabilität des Strahls bei seiner Ausbreitung durch das Objekt ausnutzt. Dabei wird das Objekt linienweise beleuchtet und simultan mit einer Kamera wie durch eine Schlitzblende aufgenommen. Dadurch konnte der Bildkontrast um 50 Prozent gesteigert und die axiale Auflösung des dreidimensionalen Bildes um nahezu 100 Prozent verbessert werden. Bei der Untersuchung von großen, stark streuenden Untersuchungsobjekten wie Zellclustern, Embryonen, Hautgewebe, kleinen Pflanzen oder synthetischen Materialien ist diese Technik von großem Nutzen. Der Prototyp eines solchen Mikroskops wird demnächst an der Fakultät für Biologie zum Einsatz kommen. Das Forscherteam arbeitet derzeit daran, die Aufnahmegeschwindigkeit um mehr als das Hundertfache zu erhöhen.
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