Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Superkontinuum-Pulsquelle für zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen in lebenden Zellen

28.06.2012
Projektkooperation: PicoQuant und Laserzentrum Hannover entwickeln neue Laserquellen.

Die mittelständische PicoQuant GmbH aus Berlin und das Laserzentrum Hannover e.V. (LZH) haben in ihrem Projekt WhiSPER³ Laserquellen entwickelt, die sich in ihrer Pulsfolge und Farbe ändern lassen. Diese sollen dazu dienen, mittels Fluoreszenzanregung Vorgänge in biologischen Zellen auf molekularer Ebene zu beobachten.


Mikroskopische Aufnahme der Zellstruktur eines Apfelschnitts. Gezeigt ist die gemessene Fluoreszenzlebensdauer in einer Falschfarbendarstellung. Die unterschiedlichen Farben (Lebensdauern) erlauben u. a. einen Rückschluss auf die jeweilige Zellumgebung. © PicoQuant GmbH

Aus dem „weißen“ Laserlicht lässt sich mittels geeigneter Optiken die jeweils für die Anwendung benötigte Farbe extrahieren. Mit einem solchen Laser ließen sich alle bedeutsamen Farbstoffe, die zur Untersuchung von lebenden Zellen eingesetzt werden, aus einer einzigen Quelle anregen, was die Komplexität entsprechender Geräte deutlich geringer und damit einfacher nutzbar machen wird.

Verstärkte Pulse: Optische Ausgangsleistung von mehreren Kilowatt

Grundlage für einen solchen „durchstimmbaren“ Laser ist zunächst die Erzeugung eines Superkontinuums, also Laserlicht, welches ein extrem verbreitertes optisches Spektrum besitzt. Dies lässt sich durch die gezielte Ausnutzung nichtlinearer Effekte in speziellen Fasern, den Photonischen Kristallfasern (PCF), erreichen.

Da nichtlineare Effekte erst bei sehr hohen Spitzenleistungen einsetzen, kommt es darauf an, möglichst kurze und intensive Pulse zu erzeugen. Um außerdem die Wiederholfrequenz frei wählbar zu gestalten, beginnt der Signalweg in diesem Projekt, anders als in existierenden Lösungen, mit einer gewinngeschalteten Laserdiode. Diese liefert mit der bei PicoQuant vorhandenen Technologie Pulse von weniger als 100 Pikosekunden Breite in einem sehr weiten Bereich an Pulswiederholfrequenzen. Die Spitzenleistung beträgt dabei jedoch nur wenige hundert Milliwatt.

Um die erforderlichen hohen Leistungsdichten zu erreichen, wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Laserzentrum Hannover ein mehrstufiger Faserverstärker entwickelt, der die optische Ausgangsleistung auf Spitzenwerte von mehreren Kilowatt anhebt. Die so verstärkten Pulse mussten dann in eine geeignete PCF eingekoppelt werden, um die gewünschten Effekte der spektralen Verbreiterung zu erzielen. Bis das Spektrum in seiner gewünschten Breite erreicht war, bedurfte es vieler Optimierungsschritte an den vielfältigen Parametern von Faserverstärker und PCF.

Wartungs- und justagefreies optisches System in geschlossenem Faseraufbau

Eine Mikrokontroller-Steuerung sorgt schließlich dafür, dass ein Betrieb bei verschiedenen Pulswiederholfrequenzen mit annähernd konstanten Ausgangsparametern möglich ist. Für ein Maximum an Zuverlässigkeit wurden spezielle Spleisstechniken entwickelt, die verschiedenartige Fasern verlustarm und dauerhaft miteinander verbinden. Damit gelang es, ein sehr heterogenes und komplexes optisches System in einem komplett geschlossenen Faseraufbau wartungs- und justagefrei zu realisieren.

Ein Funktionsmuster, das zum Projektende vorgestellt wurde, liefert ein breitbandiges Ausgangssignal mit einer Leistungsdichte von etwa 1 mW/nm. Die kürzeste Wellenlänge liegt bei 480 nm womit nahezu der gesamte sichtbare Spektralbereich abgedeckt wird.

Für die Nutzung als durchstimmbare, monochromatische Lichtquelle wird nach Superkontinuumserzeugung noch ein variabler optischer Filter mit hoher Auslöschung der benachbarten Wellenlängen benötigt. Bild 2 zeigt einen solchen Filteraufbau, basierend auf Reflexionsgittern, im praktischen Einsatz.

BMBF-Verbundprojekt WhiSPER³

Der Verbund WhiSPER³ wurde im Juli 2010 von den Projektpartnern, der PicoQuant GmbH in Berlin und dem Laserzentrum Hannover e.V., gestartet und Ende Juni 2012 erfolgreich abgeschlossen. Das Projekt wird im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Optische Technologien“ vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) mit knapp 600.000 Euro gefördert. Mit der Projektträgerschaft hat das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH beauftragt.

Pressemitteilung des BMBF-Verbundprojekts WhiSPER³ / PicoQuant GmbH

Ansprechpartner

Kristian Lauritsen
PicoQuant GmbH
Rudower Chaussee 29
12489 Berlin
E-Mail: lauritsen@picoquant.com
Tel: +49 (0)30 / 6392-6563

Daniela Metz | VDI
Weitere Informationen:
http://www.photonikforschung.de/
http://www.picoquant.com

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie