STED-Mikroskopie

Der Schlüssel zur Umgehung der Beugungsgrenze mit freipropagierenden Lichtstrahlen liegt darin, die Eigenschaften der Markermoleküle derart auszunutzen, dass sie von einem hellen, also detektierbaren Zustand in einen dunklen, also nicht detektierbaren Zustand oder umgekehrt überführt werden.

Dies geschieht in einer solchen Art und Weise, dass der Bereich, innerhalb dessen die Markermoleküle im hellen Zustand sind, räumlich eingeschränkt wird. Optische Nanoskopie

Das STED (Stimulated Emission Depletion, stimulierte Fluoreszenzlöschung)-Prinzip verwendet den Prozess der stimulierten Emission, um Fluoreszenzmarker vom hellen angeregten elektronischen Zustand S₁ in den dunklen elektronischen Grundzustand S₀ zu überführen. Übergänge zwischen dem elektronischen Grundzustand S₀ und dem ersten angeregten Zustand S₁.

Um den Bereich, in dem Marker fluoreszieren können, jenseits des Beugungslimits zu verkleinern, werden ein beugungslimitierter Anregungsfokus und ein donut-förmiger STED-Fokus überlagert. Mit dem Ersten wird ein Ensemble von Markermolekülen angeregt, mit dem Zweiten werden die Moleküle über den Prozess der stimulierten Emission so schnell wieder „ausgeschaltet“, dass sie kein Fluoreszenzphoton emittieren können.

Optische Nanoskopie
Nur in der Mitte des STED-Donuts, an der die STED-Intensität Null ist, können die Moleküle noch fluoreszieren.

Überlagerung eines beugungslimitierten Anregungsfokus (grün) mit einem donut-förmigen STED-Fokus (rot). Zu Bilderstellung wird dieser fluoreszierende Spot, dessen Ausdehnung von der Intensität des STED-Strahls abhängt und theoretisch beliebig verkleinert werden kann, über die Probe gerastert.

Themen innerhalb der STED-Mikroskopie:

isoSTED-Mikroskopie

Weiterführende Informationen:

Internetseite der Abteilung NanoBiophotonik am MPI für biophysikalische Chemie: http://www.nanoscopy.de

Hell, S. W. (2007):
"Nanoskopie mit fokussiertem Licht"
Physik Journal 6 (12), 47 - 53

Hell, S. W. (2008):
"Microscopy and its focal switch"
Nature Meth. 6 (1), 24 - 32, Perspective, Special Feature, see Method of the year 2008

Hell, S. W.(2009):
"Far-Field Optical Nanoscopy"
In: Single Molecule Spectroscopy in Chemistry, Physics and Biology. Springer (Berlin, Germany), 365 - 398