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SFB 755:  Photonische Abbildungen auf der Nanometerskala

Fachliche Zuordnung Physik
Biologie
Chemie
Mathematik
Förderung Förderung von 2007 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 28586557
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im SFB 755 „Photonische Abbildung auf der Nanometerskala“ wurden neue optische Methoden entwickelt und angewendet, um Struktur und Dynamik bei hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung abzubilden, auf Längenskalen im Nanometerbereich und auf Zeitskalen, die sich über viele Größenordnungen bis in den Femtosekunden-Bereich erstrecken. In Kombination mit spektroskopischer Information erweitern photonische Abbildungen die Möglichkeiten, biomolekulare Systeme und komplexe Fluide unter funktional relevanten Umgebungsbedingungen zu untersuchen. Spezielle optische Ansätze ermöglichen etwa die Visualisierung der Trajektorien von markierten Makromolekülen in wässriger Lösung und in lebenden Zellen. Andere erlauben die dreidimensionale Rekonstruktion der Dichteverteilung in Zellen und Geweben, die Darstellung intermolekularer Wechselwirkungen und Kräfte, oder aber der chemischen Zusammensetzung – all dies alles weit jenseits der Auflösungsgrenzen der klassischen Mikroskopie. Folgende methodischen Forschungsfelder wurden bearbeitet: optische Mikroskopie jenseits der Beugungsgrenze (Nanoskopie), multi-dimensionale Mikroskopie, Spektro-Mikroskopie, Röntgenoptik und Röntgenbildgebung, linsenlose Abbildung durch kohärente Optik, zeitaufgelöste Röntgenbeugung, mathematische Datenrekonstruktion und die Mathematik inverser Probleme. Die intensive Zusammenarbeit zwischen den experimentellen und den mathematischen Projektgruppen haben dabei bedeutenden Fortschritt ermöglicht, sowohl im Bereich der Optik, als auch im Bereich der mathematischen Methoden. Daneben wurden auch Molekulardynamik-Simulationen verwendet, um experimentelle Daten mit atomaren Modellen zu verknüpfen. Zu den besonderen Fortschritten, die im SFB 755 erreicht wurden, gehören insbesondere: die Fokussierung von Röntgenstrahlung auf 5 nm, die optimierte Erzeugung und Nutzung kurzer Femtosekunden-EUV-Pulse für kohärente Bildgebung, eine substantielle Verbesserung der isotropen Auflösung im isoSTED-Verfahren, die Rekonstruktion der exakten Verteilung und Stöchiometrie aus der nanoskopischen Aufnahme, die Abbildung lebender Zellen im Röntgen-Dunkelfeldkontrast, erste Experimente an neuen Röntgen-Laser-Quellen, ein neues Verfahren zur Objektrekonstruktion von Einzelmolekül-Beugungsdaten aus Bildserien mit nur drei Photonen pro Beugungsbild, neue Verfahren und Experimente für die zeitaufgelöste Tomographie (4D-Abbildungen), sowie die Entwicklung der virtuellen drei-dimensionalen Histologie durch Röntgenphasenkontrastbildgebung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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