forschungsprogramm optische technologien - Baden-Württemberg ...

Vergleich verschiedener mikroskopischer Methoden
konventionell konfokal 2-Photonen SPIM
Beleuchtung gesamte gesamte „eine Ebene“ ausschließlich
Probe Probe Beobachtungs
ebene
Abbildung stark gering gering keine
unfokussierter
Probenbereiche
Probenbelastung mittel stark stark sehr gering
Beobachtung & einseitig einseitig einseitig allseitig
Manipulation
Anschaffungskosten niedrig hoch sehr hoch niedrig
Probenaufbereitung Planar, Planar, Planar, Räumlich,
einfach einfach einfach aufwendig
auf eine hochwertige Kamera ab (Abb. 1). Da nur eine Ebene
(Lichtscheibe) beleuchtet wird, bestimmt deren laterale Ausdehnung
die Schärfentiefe des Instrumentes entlang der optischen
Achse des beobachtenden Systems ganz wesentlich mit.
Die laterale Auflösung ergibt sich aus den Eigenschaften des
Mikroskopobjektivs. Das vierachsige Aktuatorsystem, in dem
das Objekt montiert wird, ist entlang aller drei Raumrichtungen
beweglich und um die gemeinsame Achse des Beleuchtungsund
Detektionssystems drehbar. Das SPIM hat Eigenschaften,
die denen eines konfokalen Fluoreszenzmikroskops entsprechen,
arbeitet aber erheblich schneller, ist deutlich effizienter,
wesentlich vielseitiger und in der Herstellung erheblich
kostengünstiger (siehe Tabelle). Im Besonderen ist es auch für
Anwendungen geeignet, die einen großen Arbeitsabstand
erfordern (3D Proben). Die spezifische Art der selektiven
Beleuchtung reduziert dramatisch die Belastung des Objektes
(d.h. weniger Ausbleichen, geringere phototoxische Effekte,
keine Wärmeentwicklung) während der Beobachtung. Mit dem
SPIM können lebende Objekte über einen wesentlich längeren
Tabelle 1: Vergleich verschiedener
lichtmikroskopischer Verfahren in
ihrer Anwendung in der biologischmedizinischen
Forschung und Analyse,
insbesondere von Lebend-Proben.
Zeitraum beobachtet werden als mit vielen anderen bisher entwickelten
Techniken.
Da das SPIM eine Entwicklung neuesten Datums ist (Science
(2004) 305:1007-1009), sind viele seiner Möglichkeiten (und
Grenzen) noch unerforscht. Die Besonderheit des SPIM liegt
insbesondere auch in der Probenzubereitung, die komplett verschieden
von sämtlichen bisherigen Mikroskopierverfahren ist.
Dementsprechend fehlt für die allermeisten Applikationen die
Erfahrung bezüglich der optimalen Probenzubereitung, der
Lebendkultivierung der Proben in geeigneten Aufzuchtbehältern
vor und während der Probenbeobachtung sowie der geeigneten
Methoden der Datenakquisition und Datenauswertung.
Dies soll im Rahmen des Projekts effizient angegangen werden,
um die noch bestehenden Hürden für die universelle Anwendbarkeit
der SPIM-Mikroskopie zu überwinden. Es wird erwartet,
dass diese Anstrengungen einen großen Einfluss auf viele Bereiche
der biologischen und medizinischen Forschung und
Diagnostik haben werden.
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