PTB-Jahresbericht 2005

Nachrichten des Jahres • News of the year
Hintergrundfreie chemische Bildgebung
Die nichtlineare Mikroskopie auf Basis der
kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streuung
(CARS) ist ein hochauflösendes molekülspezifisches
Bildgebungsverfahren zur Untersuchung
biologischer und technischer Proben.
Durch eine in der PTB entwickelte neuartige
Detektionsmethode konnte die bei der CARS-
Mikroskopie auftretende Kontrastminderung
durch Hintergrundsignale erfolgreich unterdrückt
werden.
Dieses so genannte „gated heterodyne CARS“
(GH-CARS)-Verfahren stellt eine neue Anwendung
phasenkohärenter Femtosekunden-
Superkontinua dar. Es nutzt neben der
Ramanverschiebung die molekülspezifische
Schwingungs-Dephasierungszeit als Kontrastmechanismus.
Gemeinsam mit der Gruppe
von Prof. Eberhard Riedle, LMU München,
konnte hiermit eine Steigerung des Signal-
Hintergrund-Verhältnisses um einen Faktor
>100 gezeigt werden.
Nun wurde das Konzept erfolgreich zur
kontrastverbesserten CARS-Mikroskopie
angewendet. Als Probe dienten 10-mm Polystyrolkugeln
in Wasser, das auf Grund seiner
breiten Raman-Banden starke Hintergrundsignale
liefert. Diese konnten durch die GH-
CARS-Technik signifikant unterdrückt werden.
Mittels GH-CARS-Mikroskopie könnte man
beispielsweise mikroskopische Benzoltröpfchen
im Grundwasser abbilden, wobei wegen
der hohen Frequenzselektivität sogar verschiedene
Benzolderivate unterschieden
werden könnten. Dies wäre mit konventionellen
Licht- und CARS-Mikroskopen unmöglich.
CARS-Aufnahmen von 10-mm Polystyrolkugeln
in Wasser ohne (a) und mit Einsatz des GH-
CARS-Verfahrens (b). Unterhalb der Bilder sind
die Intensitätsprofile entlang der durch die Pfeile
definierten Linien gezeigt.
CARS images of 10-mm polystyrene spheres in
water without (a) and with application of the
GH-CARS procedure (b). Below the images, the
intensity profiles along the lines defined by the
arrows are shown.
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Background-free chemical imaging
Non-linear microscopy on the basis of coherent
anti-stokes Raman scattering (CARS) is a
high-resolution molecule-specific imaging
procedure for the investigation of biological
and technical samples. A novel detection
method developed at PTB allows the contrast
reduction which occurs in CARS microscopy
due to background signals to be successfully
suppressed.
This so-called “gated heterodyne CARS”
(GH-CARS) procedure represents a new
application of phase-coherent femto-second
super continua. In addition to Raman displacement,
it uses the molecule-specific
oscillation de-phasing time as contrast mechanism.
In cooperation with the group of Prof.
Eberhard Riedle, LMU Munich, an increase in
the signal-background ratio by a factor of
>100 could be shown.
Now, the concept was successfully applied to
contrast-improved CARS microscopy. 10-mm
polystyrene spheres in water, which furnishes
strong background signals due to its broad
Raman bands, were used as sample. These
signals could be significantly suppressed by
the GH-CARS technique.
By means of GH-CARS microscopy, microscopic
benzene droplets could, for example,
be imaged in the ground water. Due to the
high frequency selectivity, even a differentiation
between different benzene derivates
would be possible. This would be impossible
with conventional light and CARS microscopes.