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Bessere Bilder durch neuen Detektor

Laser-Scanning-Mikroskopie – Keine Kompromisse nötig

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Für den Einsatz von Airyscan für Bildaufnahmen mit Superauflösung kann die Zoomoptik so eingestellt werden, dass 1,25 Airy-Einheiten auf den Detektor projiziert werden; wobei jedes Detektorelement 0,2 Airy-Einheiten (Airy Units=AU) abdeckt und eine Verbesserung der optischen Auflösung um das 1,4-fache bewirkt. Zudem werden bis zu 50% mehr Licht erfasst als bei einem herkömmlichen LSM-System mit einem Pinhole, das auf 1 AU geöffnet ist. Durch die Anwendung einer linearen Dekonvolution wird eine Verbesserung der Auflösung um das 1,7-fache in allen drei räumlichen Dimensionen erreicht. Die gesteigerte Effizienz des Detektors Licht zu erfassen, verbessert das SRV um das 4- bis 8-fache und ermöglicht Forschern, biologische Prozesse wie die Wölbung von Mikrotubuli als Maßstab für die mechanische Belastung einer Zelle besser zu quantifizieren und zu untersuchen. (s. Abb. 2), [3].

Geschwindigkeit in konfokalen Punktscannern verbessert

Bisher wurde zur Steigerung der Aufnahmegeschwindigkeit bei konfokalen Punktscannern die Geschwindigkeit, mit der ein Laserpunkt das Sehfeld abrastert gesteigert, und so die Pixelverweildauer des Laserpunkts verkürzt. Für maximale Geschwindigkeiten werden Resonanzscanner in LSM-Systemen genutzt, die für ein vollständiges Sehfeld Bildraten von ca. 30 Hz ermöglichen. Wenn Forscher jedoch diese hohen Aufnahmegeschwindigkeiten verwenden möchten, müssen sie beim SRV eines Bilds Kompromisse eingehen. Der Grund dafür ist, dass der Laserpunkt bei erhöhter Erfassungsgeschwindigkeit kürzer auf einem Pixel verweilt und dadurch weniger Photonen verfügbar sind, wodurch sich das SRV beim Bild verschlechtert (s. Abb. 3, obere Bilder). Das SRV kann sich dabei so weit verschlechtern, dass eine Unterscheidung von einzelnen Merkmalen der Probe unmöglich wird und strukturelle Informationen beim Versuch, die notwendige zeitliche Auflösung zu erreichen, verloren gehen, wodurch die Methode unbrauchbar für das wissenschaftliche Ziel wird. Der neue Aufnahmemodus nutzt das innovative Konzept einer parallelen Anregung und Detektion, um Bildraten zu steigern ohne dabei das SRV zu opfern. Infolgedessen ist im neuen Fast-Modus der Anregungsstrahl so geformt, dass er vier Linien parallel beleuchtet und der Airyscan-Flächendetektor Daten von allen vier Linien gleichzeitig erfasst (s. Abb. 4). Durch Verwendung des Parallelansatzes wird die Erfassungsgeschwindigkeit um das 4-fache erhöht.

Bildergalerie

Durch die Parallelisierung werden die Aufnahmegeschwindigkeiten um einen Faktor von 4 erhöht, während eine lange Pixelverweildauer beibehalten werden kann, wodurch ein hohes SRV gegeben ist. Mit der deutlichen Erhöhung der Imaging-Geschwindigkeit kann gleichzeitig ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis beibehalten und aussagekräftige Daten gewonnen werden. Außerdem bleiben, zumal der Fast-Modus-Ansatz auf dem Airyscan-Detektor basiert, SRV und Auflösung auf einem hohen Niveau. Der Airyscan-Detektor im Fast-Modus gibt Forschern ab sofort die einzigartige Möglichkeit, gleichzeitig die Auflösung um das 1,5-fache und das SRV um das 4-fache zu steigern – und das bei einer viermal schnelleren Aufnahmegeschwindigkeit (s. Abb. 3, untere Bilder).

Informationsgewinn durch neuen Detektor

Das Airyscan-Detektionsmodul verzichtet auf das klassische physische Pinhole und den nicht ortsauflösenden Detektor und nutzt stattdessen eine Detektionseinheit in der Pinhole-Ebene, die auf einem neuartigen GaAsP-PMT-Flächendetektor mit 32 Kanälen basiert. Im Jahr 2014 wurde Airyscan als flexible und robuste Methode eingeführt, um die Auflösung und das SRV im Vergleich zum herkömmlichen konfokalen LSM deutlich zu erhöhen. Der Fast-Modus, der auf innovative Weise das Design und Prinzip des Airyscan-Detektors zunutze macht, bietet eine deutliche Steigerung der Aufnahmegeschwindigkeit, eine höhere Auflösung und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis als ein herkömmliches konfokales LSM.

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