Entwicklung und Einsatz neuartiger Mikroskopietechniken basierend auf spektral aufgelöster kohärenter Raman Antistokes und Stokes Streuung (CARS und CSRS)
Final Report Abstract
Kohärente Raman-Streuungs-Mikroskopie (CARS Mikroskopie) stellt ein nichtinvasives bildgebendes Mikroskopieverfahren, mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten dar und steht sowohl im biochemischen als auch im klinischen Bereich an der Schwelle zu einem routinemäßigen Einsatz. Die auf molekularen Schwingungen basierende Kontrasterzeugung ermöglicht die hochauflösende Mikroskopie ohne den Einsatz zusätzlicher künstlicher Kontrastmittel. Die Benutzung von Infrarotlicht minimiert dabei Belastungen durch Strahlung für die untersuchten Proben und ermöglicht die minimal invasive Beobachtung kleinster, subzellularer Strukturen im Mikrometerbereich. Das geförderte Projekt konzentrierte sich auf methodische Weiterentwicklung von Multiplex CARS-Mikroskopie. Dabei wurde der Ansatz verfolgt, sowohl Phase als auch Betrag des erzeugten CARS-Feldes zu bestimmen und Bilder der Probe auf der Grundlage dieser Information zu erzeugen. Dadurch ergibt sich im Gegensatz zu intensitätsbasierter CARS-Mikropskopie eine erhöhte Spezifität. Für die dafür angewendete, auf spektraler Interferometrie basierende Detektionstechnik ist neben den üblichen IR-Impulsen ein weiterer sichtbarer Laserimpuls (lokaler Oszillator) notwendig. Als neuer Ansatz wurde der benötigte zusätzliche Laserimpuls gleichzeitig mit dem Stokesimpuls in einer kommerziell erhältlichen photonischen Faser erzeugt. Es konnte gezeigt werden, dass die Phasenstabilität des erzeugten breitbandigen Kontinuums über den Messzeitraum von mehreren 10 ms ausreicht um aus den detektierbaren Interferenzmustern komplette CARS-Spektren (Betrag und Phase) zu bestimmen. Diese Informationen, kombiniert mit der intrinsischen Ortsauflösung konfokaler Mikroskopie erlauben es Bilder komplexer Systeme basierend auf Verwendung der vorgestellten Methode zu erhalten. Die Hauptanwendung dürfte aufgrund der notwendigen Messzeiten von mehreren Minuten pro Bild im Bereich Materialwissenschaften liegen. Im Rahmen des geförderten Projektes konnte die beschriebene Weiterentwicklung realisiert und erfolgreich an ersten Modellsystemen getestet werden.
