Mit Bessel-Strahlen zum Durchblick
Die selbstrekonstruierenden Laserstrahlen können mit einer neuen Methode die Mikroskopie von dichten Proben verbessern.
Für die moderne Mikroskopie spielt intelligente Beleuchtung eine entscheidende Rolle. Die gezielte Beleuchtung von bis zu Millimeter großen Proben stößt jedoch oft an Grenzen, da der verwendete Laserstrahl durch die Wechselwirkung mit dem Objekt seine ursprüngliche Form und Richtung verliert. Laserstrahlen werden zum Beispiel durch größere Hindernisse abgelenkt oder sie verlieren durch Streuung an vielen kleinen Partikeln ihre ursprüngliche gebündelte Form.
Abb.: Fluoreszenz-Aufnahmen von Eiern der Drosophila-Fliege mit Gauß-Strahlen (a, c) und Bessel-Strahlen (b, d), wobei (a, b) im Scanning-Modus und (c, d) im von den Forschern entwickelten „Confocal line“-Modus aufgenommen wurden. (Bild: F. Fahrbach, Nat. Commun.)
Vor etwas mehr als einem Jahr zeigten Florian Fahrbach und Alexander Rohrbach vom Institut für Mikrosystemtechnik Imtek in Freiburg und dem Centre for Biological Signalling Studies (bioss) der Universität Freiburg, dass spezielle holographisch geformte Laserstrahlen hier Abhilfe schaffen können, da sie robuster gegen Störungen durch Streuung sind. Diese Bessel-Strahlen können sich selbst rekonstruieren und tiefer in streuende Materie wie z.B. Embryonen oder Krebszellhaufen eindringen.
Ein prinzipielles Problem beim Einsatz von Bessel-Strahlen in der Mikroskopie bestand jedoch bislang darin, dass der zentrale Hauptstrahl von einem ausgedehnten Ringsystem umgeben ist. Das führt zu einem schlechten Bildkontrast. Nun ist es den Forschern aus Freiburg gelungen, eine Detektionsmethode zu entwickeln, die die Stabilität des Strahls bei seiner Ausbreitung durch das Objekt ausnutzt.
Dabei wird das Objekt zeilenweise beleuchtet und simultan mit einer Kamera durch eine Schlitzblende aufgenommen. Mit diesem Trick, der perfekt zu dem eigenwilligen Bessel-Strahl passt, konnte der Bildkontrast um 50 Prozent gesteigert werden. Außerdem verbesserten die Forscher die axiale Auflösung des dreidimensionalen Bildes um nahezu 100 Prozent. Bei der Untersuchung von großen, stark streuenden Medien wie Zellclustern, Embryonen, Hautgewebe, kleinen Pflanzen oder synthetischen Materialien kann diese Technik künftig ihre Vorteile ausspielen, so die Forscher.
A. Rohrbach/F. Fahrbach / PH
