Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einfache Methode zur Fluoreszenzmikroskopie mit verbesserter Auflösung in allen drei Raumrichtungen

07.07.2009
Fortschritt bei der bildgebenden Beobachtung von Zellen und Gewebe

Die Arbeitsgruppe Angewandte Laserphysik & Laserspektroskopie unter der Leitung von Professor Dr. Markus Sauer (Fakultät für Physik der Universität Bielefeld) hat ein neues sehr einfaches Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, biologische Strukturen in Zellen mit circa zweifach besserer Auflösung in allen drei Raumrichtungen abzubilden.

Unter Verwendung eines Standard Laser-Scanning-Fluoreszenz-Mikroskops (LSM), wie es in den Lebenswissenschaften weit verbreitet ist, kann so erstmals für Jedermann zugänglich auf einfache Art und Weise eine Auflösung von circa 130 Nanometer (nm) in zweidimensionaler ("lateraler") und 350 nm in räumlicher ("axialer") Richtung erreicht werden.

Optische Verfahren wie die Fluoreszenzmikroskopie sind ideal zur bildgebenden Beobachtung von Zellen und Gewebe geeignet, da sie es ermöglichen nicht-invasiv dreidimensionale Bilder aufzunehmen. Leider ist der optischen Mikroskopie aufgrund des Wellencharakters des Lichts und der damit verbundenen Beugung eine Auflösungsgrenze von circa der halben Wellen-länge gesetzt.

Das heißt, es ist mit gewöhnlichen lichtmikroskopischen Verfahren nicht möglich, Strukturinformation unterhalb von circa 250 nm in lateraler und circa 600-700 nm in axialer Richtung zu erhalten. Zur Verbesserung der beugungsbedingten Auflösungsgrenze wurden kürzlich neue Methoden wie die STED-Mikroskopie und die Lokalisationsmikroskopie auf Einzelmolekülebene (STORM, dSTORM, PALM) entwickelt, die routinemäßig eine Auflösung von besser als 50 nm in lateraler Richtung versprechen.

Andererseits muss hierfür ein erheblicher technischer Aufwand durch Überlagerung von verschiedenen Laserlinien oder einzelmolekülempfindliche Detektionsverfahren eingesetzt werden, die zusätzlich aufgrund der Strahlungsbelastung nur beschränkt für die Lebendzellmikroskopie eingesetzt werden können.

Es gab aber auch schon früh die Idee, Mehrphotonenanregungsprozesse zur Auflösungserhöhung zu verwenden. Während die Mehrphotonenanregungs-Mikroskopie wesentliche Vorteile beim "Sectioning", der Aufteilung in verschiedene Bildebenen, in axialer Richtung besitzt, wird die Auflösungserhöhung in lateraler Richtung aber durch die längere Anregungswellenlänge kompensiert. Den Forschern um Professor Markus Sauer ist es nun gelungen, Mehrphotonenprozesse in "lumineszierenden" (= leuchtenden) Halbleiterkügelchen, so genannten Quantenpunkten, zur Auflösungserhöhung in allen drei Raumrichtungen in einem Standardmikroskop einzusetzen und damit eine circa zweifach bessere optische Auflösung selbst in lebenden Zellen zu demonstrieren. Hierzu benutzen die Forscher ein Standard Laser-Scanning-Mikroskop. Zur Anregung wird ein einfacher Ar-Ionen-Laser benutzt.

Der Trick liegt darin, dass in manchen Quantenpunkten in Abhängigkeit von ihrem Material und der Größe drei Excitonen (strahlende Elektronen-Loch-Paare), ein so genanntes Triexciton, durch die Absorption von drei Photonen entstehen kann, das bei einer kürzeren Wellenlänge als die herkömmliche Lumineszenz der Quantenpunkte (Mono- und Biexciton) Licht emittiert. Das heißt, die Forscher detektierten die Emission der Probe einfach bei einer kürzeren Wellen-länge und erzielten so eine Auflösungserhöhung um den Faktor ?3 entsprechend einem Drei-Photonen-Prozess in allen drei Raumrichtungen. Die hier zusammengefassten Ergebnisse wurden im Fachjournal "Nano Letters" (Hennig et al., Nano Lett. 2009, 9, 2466-2470) veröffentlicht.

Der Charme des Verfahrens liegt darin, dass es jedem Forscher mit handelsüblichem Fluoreszenzmikroskop möglich ist, nun eine bessere Auflösung in allen drei Raumrichtungen auch in lebenden Zellen und Gewebe zu realisieren und - das nur durch die Verwendung von Quantenpunkten als effiziente Marker und der Detektion des Signals bei einer kürzeren Wellenlänge.

Kontakt:

Prof. Dr. Markus Sauer, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Tel.: 0521/106-5451
E-Mail: sauer@physik.uni-bielefeld.de

Torsten Schaletzke | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bielefeld.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten