Aberrationskorrektur für Echtzeitmessungen in der adaptiven konfokalen Mikroskopie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske; Dr. Stefan Scholz; Professorin Dr.-Ing. Ulrike Wallrabe
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271021903

Die in-vivo Untersuchung von dicken biologischen Gewebe benötigt mikroskopische Verfahren mit hohen Orts- und Zeitauflösungen bei hoher Eindringtiefe. Dieser Herausforderung begegnen wir in diesem Projekt mit innovativen adaptiver Elementen sowie Kontrollstrategien im Konfokalmikroskop. Da es sich bei der Konfokalmikroskopie um ein punktförmiges Verfahren handelt, benötigt es für volumetrische Messungen eine 3D-Abrasterung, welche üblicherweise durch eine mechanische Bewegung von Optiken, zumeist durch Piezo-Scanner und Galvo-Spiegel erfolgt. Diese sind jedoch durch die Masseträgheit limitiert, können zu Bewegungsartefakten führen und erfordern sperrige Aufbauten, die die Miniaturisierung der Mikroskope erschweren. Prinzipiell kann mithilfe von Mikroskop-Objektiven mit großer numerischer Apertur eine hohe Ortsauflösung erreicht werden. Jedoch werden dabei gleichzeitig durch das Scannen auch die systeminduzierten Aberrationen erhöht, welche zusammen mit den probeninduzierten Aberrationen das Auflösungsvermögen eines konfokalen Mikroskops limitieren. Diese Aberrationen können mit adaptiven optischen Elementen kompensiert werden. Durch die Nutzung von adaptiven Elementen ist zudem die Implementierung von schnellen Scans ohne mechanische Bewegungen möglich.Das Ziel des Antrag ist, ein adaptives konfokales Mikroskop zu realisieren, das mit wenigen, im Idealfall nur zwei, adaptiven optischen Elementen sowohl schnelles Scannen in drei Raumrichtungen ermöglicht als auch durch die Korrektur von geometrischen und chromatischen Aberrationen die Beugungsgrenze erreicht.Dafür werden neuartige adaptive Linsen mit integrierter Aberrationskorrektur entwickelt und für den axialen Scan eingesetzt. Diese ermöglichen die Korrektur proben- und systeminduzierter geometrischer (Defokus, Astigmatismus, Koma und sphärische) und chromatischer Aberrationen im konfokalen Mikroskop. Die laterale Abrasterung erfolgt mit einem neuartigen biaxialen adaptiven achromatischen Prisma, was im Gegensatz zu den sonst verwendeten Galvo- oder Festfrequenz-Kippspiegeln einen kollinearen Strahlengang und somit eine kompaktere Bauweise ermöglicht. Dieses smarte konfokale Mikroskop bietet durch die neuen adaptiven Elemente die Möglichkeit der Miniaturisierung und der Entwicklung von robusten Handheld-Systemen. Es soll zur Untersuchung der Effekte von Goitrogenen in Zebrabärblingsembryonen Anwendung finden, womit ein Fortschritt für die Untersuchung von biologischen Geweben aufgezeigt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Nektarios Koukourakis