Fortgeschrittene Mikroskopie
Nichtlineare Mikroskopie in biologischem Gewebe
Nichtlineare Mikroskopie bildet das Innere lebender Organismen mit submikrometer Auflösung in Millimetertiefe ab.
Produktbeschreibung
Was ist nichtlineare Mikroskopie in Gewebe?
Die nichtlineare Mikroskopie ist eine leistungsfähige Technik zur Bildgebung im Inneren lebender Organismen mit submikrometer Auflösung in Millimetertiefe. In Verbindung mit genetisch kodierten Calcium-Indikatoren und Opsinen hat die Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie (MPEF) die Neurobildgebung revolutioniert und wird zu einem Standardwerkzeug in den Neurowissenschaften. Markerfreie Methoden wie die Erzeugung der zweiten und dritten Harmonischen (SHG und THG) sowie kohärente Anti-Stokes- und stimulierte Raman-Streuung (CARS und SRS) wurden zu ultrasensitiven strukturellen und chemischen Bildgebungstechniken weiterentwickelt.
Wie der Kontrast entsteht
Die nichtlinearen optischen Prozesse der nichtlinearen Mikroskopie erfordern hohe Lichtintensitäten, die bei niedriger mittlerer Leistung erreicht werden können, wenn ultrakurze Lichtpulse eng fokussiert werden. Diese Eigenschaft wird genutzt, um optisches Sektionieren zu ermöglichen und den Bildkontrast tief in streuenden Geweben zu verbessern. Multiphotonen-Anregung tritt auf, wenn zwei oder mehr Photonen gleichzeitig in der Nähe eines Moleküls passieren und ihre kombinierte Energie zur Anregung genutzt wird, was zu Fluoreszenz führt. Das gleichzeitige Eintreffen mehrerer Photonen kann auch zur Harmonischenerzeugung führen – Strahlung mit der doppelten oder dreifachen Frequenz des Anregungslasers. Die Harmonischenerzeugung ist ein intrinsischer markerfreier Kontrast, der durch die molekulare Ordnung und Homogenität der Probe bestimmt wird und zu deren Charakterisierung dient.
Drei- und Vierphotonen-Bildgebung
Die höherordrige, drei- und vierphotonenangeregte Fluoreszenzmikroskopie (3PEF und 4PEF) verdient besondere Aufmerksamkeit, da sie Bildgebung in Tiefen ermöglicht, die mit konventionellen Mikroskopietechniken nicht erreicht werden können, insbesondere in stark streuenden Proben wie dem Gehirn. Vor allem können moderne Laserquellen bei den erforderlichen Wiederholraten betrieben werden und die notwendige Pulsenergie für die funktionelle Echtzeit-Hirnbildgebung in biologisch relevanten Tiefen liefern.
Für diese Arbeit verwendete Quellen
CRONUS-2P und CRONUS-3P sind Femtosekundenquellen, die für die nichtlineare Mikroskopie gebaut wurden. Sie decken funktionelle Neurobildgebung, Optogenetik und Tiefenbildgebung mittels Dreiphotonen-Anregung mit mittlerer Wiederholrate und schneller Zweiphotonen-Bildgebung mit hoher Wiederholrate ab sowie Weitfeld- und holographische Anregung mittels Hochleistungslaserquellen.
Zebrafisch bei 1300 nm
Multimodale 3D-Bildgebung eines lebenden Zebrafischs bei 1300 nm Anregung mit CRONUS-3P. 3PEF – grün, trans SHG – gelb, epi-THG – dunkelblau, trans-THG – cyan. Mit freundlicher Genehmigung von Luigi Bonacina group, University of Geneva.
Zebrafisch bei 1300 nm (2024)
Multimodale 3D-Bildgebung eines lebenden Zebrafischs bei 1300 nm Anregung mit CRONUS-3P. 3PEF – grün, trans SHG – gelb, epi-THG – dunkelblau, trans-THG – cyan. Mit freundlicher Genehmigung von Luigi Bonacina group, University of Geneva (2024).
