Schärfer sehen als das Abbesche Limit erlaubt
Physiker der Universität Jena haben mit Kollegen aus Israel ein numerisches Verfahren zur Verbesserung der Auflösung von Mikroskopen entwickelt.
Jedes Mikroskop – auch das Allerbeste – hat ein Auflösungslimit. Wie der Physiker Ernst Abbe bereits Ende des 19. Jahrhunderts beschrieb, werden Punkte, die näher aneinanderliegen als die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts, in der mikroskopischen Aufnahme nicht mehr getrennt abgebildet.
Mit Hilfe neuartiger Verfahren wie beispielsweise optischer Rasternahfeldmikroskopie oder Fluoreszenzmikroskopie gelingt es bereits dieses Abbesche Limit zu unterlaufen. „Allerdings haben diese den Nachteil, über die Probe scannen zu müssen und daher nicht in Echtzeit arbeiten zu können“, sagt Alexander Szameit von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
Wissenschaftler des Technion-Israel Institute of Technology in Haifa haben in enger Zusammenarbeit mit Szameit und seinen Kollegen vom Institut für Angewandte Physik einen anderen Weg eingeschlagen. Sie schlagen eine rein mathematische Methode vor, die das Auflösungsvermögen jedes Mikroskops etwa um den Faktor zehn verbessern kann.
Für den hochauflösenden Einblick in die Nanowelt benötigen die Physiker keine neuartige Optik im Mikroskop. „Wir haben einen numerischen Algorithmus entwickelt, mit dessen Hilfe aus den vorliegenden mikroskopischen Daten ein deutlich höher aufgelöstes Bild berechnet werden kann“, sagt Alexander Szameit. Voraussetzung dafür ist das Wissen, dass das abzubildende Objekt aus einer begrenzten Anzahl an Punkten besteht – es sich also nicht einfach um ein „Rauschen“ handelt. „Anhand des Algorithmus errechnet der Computer die fehlenden Bildinformationen, welche dann die ursprüngliche Abbildung ergänzen“, erläutert der Jenaer Physiker.
In der vorliegenden Arbeit haben die Wissenschaftler lichtmikroskopische Aufnahmen von Proben bearbeitet, deren nur 100 Nanometer kleine Details zunächst lediglich unscharf und verschwommen abgebildet waren. Nach der Bearbeitung am Computer waren diese Details klar und deutlich zu sehen, obwohl sie mit ihrer Größe deutlich unter der Auflösungsgrenze für grünes Licht von 260 Nanometern lagen.
Die Idee für das innovative Verfahren stammt aus der Arbeitsgruppe um Mordechai Segev vom Israel Institut of Technology in Haifa. Alexander Szameit hat dort von 2009 bis 2011 als Postdoc geforscht und arbeitet bis heute mit den dortigen Kollegen zusammen.
U. Jena / PH
