Quantitative optische Mikroskopie für aberrative und streuende biologische Objekte

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Enderlein
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biophysik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316889956

Optische Mikroskopie biologischer Objekte hat sich entlang zweier großer Richtungen entwickelt: einerseits, um die Abbildungsqualität, in erster Linie räumliche Auflösung und Dreidimensionalität, zu verbessern, und andererseits, quantitative Informationen wie molekulare Konzentrationen oder Dynamik zu erhalten. Eine sehr effiziente und erfolgreiche Technik, solche quantitativen Informationen zu bekommen, ist die Fluoreszenz-Fluktuations-Mikroskopie (FFM), welche klassische Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (und verwandte Methoden) mit abbildender Mikroskopie verbindet. Unser Projekt MICROSCATTAB hat in diesem Kontext dabei zum Ziel i) zu verstehen, wie Lichtstreuung und optische Aberrationen FFM-Messungen beeinträchtigen und verfälschen; ii) neue Verfahren zu entwickeln, um diese Effekte zu korrigieren. In der Vergangenheit wurden Adaptive-Optik-(AO)-Methoden erfolgreich eingesetzt, um Aberrationseffekte in der abbildenden Mikroskopie zu korrigieren. Aber die meisten dieser Methoden befassen sich in erster Linie mit der Korrektur von Aberrationen kleiner Ordnung in zumeist transparenten Objekten und bei geringer Fokussierungstiefe. Wenn man jedoch tief in Gewebe fokussiert, kommt es zu Aberrationen hoher Ordnung mit komplizierter Phasenstruktur, und die Lichtstreuung nimmt dramatisch zu. In unserem Projekt planen wir zu untersuchen, wie solche Effekte in der FFM berücksichtigt werden können, und wir wollen effektive Korrekturverfahren für die FFM entwickeln. Dafür ist vorgesehen, experimentelle FFM-Messungen an gut definierten aberrationsgenerierenden und streuenden Phantomen durchzuführen, und diese Experimente mit analytischen und numerischen Modellen zu hinterlegen. Die sich daraus entwickelnden Wellenfront-Korrektur-Verfahren sollen dann für FFM in biologischem Gewebe angewendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Antoine Delon