Doppelte Auflösung für 3D-Fluoreszenz-Mikroskope

Für die Untersuchung biologischer Proben von Blutzellen und Bakterien bis zur Entwicklung von Embryonen nutzen viele Wissenschaftler die Fluoreszenz-Mikroskope. Doch bislang wird nur ein Bruchteil der Lichtsignale mit der Mikroskop­optik aufgefangen, wodurch Auflösung und drei­dimensionale Einblicke stark begrenzt sind. Dieses Problem löste nun eine Forscher­gruppe um Yicong Wu vom National Institute of Health in Bethesda. Das Team entwickelte ein 3D-Fluoreszenz-Mikroskop, das dank drei Objektiven eine doppelt so große Auflösung der Proben erreichte als bisherige Instrumente.

Von zentraler Bedeutung für die Verdopplung der Auflösung war die Anordnung von drei Objektiven rund um eine biologische Probe. So setzten Wu und seine Kollegen ihre Probe direkt über ein Objektiv mit einer verhältnis­mäßig großen numerischen Apertur von 1,2 NA. Oberhalb der Probe richteten sie zwei weitere Objektive in einem Winkel von jeweils 45 Grad relativ zur Senkrechten mit 0,8 NA auf. Allein durch diesen Aufbau konnten sie deutlich mehr Fluoreszenz­licht bei einer Messung einfangen als mit bisher verfügbaren Fluoreszenz-Mikroskopen üblich.

Für ihre Messungen beleuchteten die Forscher ihre Proben mit Laserlicht von 488 und 561 Nanometern Wellenlänge. Nach dieser Anregung sendeten die Proben Fluoreszenz­licht aus, das sich über alle drei Objektive zeitgleich einfangen und mit drei digitalen Bild­sensoren aufnehmen ließ. Alle Bilddaten wurden mit einem Computer kombiniert, um drei­dimensionale Aufnahmen zu erhalten. Die Test­messungen zeigten, dass mit einer Auflösung von 235 x 235 x 340 Nanometern die Bild­qualität entlang aller drei Raum­achsen drastisch gesteigert werden konnte.

Nach Aufnahmen von fluoreszierenden Kügelchen mit 100 Nanometer Durchmesser, erprobten die Forscher ihre Methode auch an biologischen Proben. So konnten sie Details von Zellorganellen, Mikrotubuli im Erreger der Toxo­plasmose (Toxoplasma gondii) und Proteine in stäbchen­förmigen Bakterien (Bacillus subtilis) in wenigen Minuten Abstand in drei­dimensionalen Bilder festhalten. Von Vorteil war dabei, dass diese Methode kein intensiveres Licht benötigte, das die lebenden Mikro­organismen schädigen könnte.

Jan Oliver Löfken

DE