DE102006034915A1 - Laser Scanning Microscope - Google Patents
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Abstract
Laser-Scanning-Mikroskop mit einem Beleuchtungsmodul zur Einkopplung und Vereinigung mehrerer Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung und Vereinigung über einen akustooptischen Modulator (AOTF) erfolgt.Laser scanning microscope with a lighting module for coupling and combining a plurality of light sources, characterized in that the coupling and unification via an acousto-optic modulator (AOTF) takes place.
Description
Bei einigen Applikationen der Laser-Scanning-Mikroskopie ist es erforderlich, mit sehr hohen Scangeschwindigkeiten zu arbeiten, um schnell ablaufende Vorgänge zu erfassen, wie beispielsweise in der Physiologie bei der Beobachtung extrem schneller Vorgänge.at Some applications of laser scanning microscopy require that to work with very high scanning speeds to fast-running operations to capture, as in physiology in the observation extremely fast processes.
Ein
LSM gliedert sich im wesentlichen wie in
Anschließend gelangt die Laserstrahlung über eine Faser oder eine geeignete Spiegelanordnung in das Scanmodul.Then arrives the laser radiation over a fiber or a suitable mirror arrangement in the scan module.
Die in der Lichtquelle erzeugte Laserstrahlung wird mit Hilfe des Objektivs beugungsbegrenzt über die Scanner, die Scanoptik und die Tubuslinse in das Präparat fokussiert. Der Fokus rastert punktförmig die Probe in x-y-Richtung ab. Die Pixelverweilzeiten beim Scannen über die Probe liegen meist im Bereich von weniger als einer Mikrosekunde bis zu einigen Sekunden.The Laser radiation generated in the light source is using the lens diffraction limited over Focus the scanner, the scan optics and the tube lens into the specimen. The focus rasterizes punctiform sample in the x-y direction. The pixel dwell times when scanning over the Samples are usually in the range of less than a microsecond up to a few seconds.
Bei einer konfokalen Detektion (descanned Detection) des Fluoreszenzlichtes, gelangt das Licht das aus der Fokusebene (Specimen) und aus den darüber- und darunterliegenden Ebenen emittiert wird, über die Scanner auf einen dichroitischen Strahlteiler (MDB). Dieser trennt das Fluoreszenzlicht vom Anregungslicht. Anschließend wird das Fluoreszenzlicht auf eine Blende (konfokale Blende/Pinhole) fokussiert, die sich genau in einer zur Fokusebene konjugierten Ebene befindet.at a confocal detection (descanned detection) of the fluorescent light, The light comes from the focal plane (Specimen) and out of the about that- and underlying levels is emitted via the scanners to a dichroic Beam splitter (MDB). This separates the fluorescent light from the excitation light. Subsequently, will the fluorescent light on an aperture (confocal aperture / pinhole) focused, which are exactly in a conjugate to the focal plane Level is located.
Dadurch werden Fluoreszenzlichtanteile außerhalb des Fokus unterdrückt. Durch Variieren der Blendengröße kann die optische Auflösung des Mikroskops eingestellt werden. Hinter der Blende befindet sich ein weiterer dirchroitischer Blockfilter (EF) der nochmals die Anregungsstrahlung unterdrückt. Nach Passieren des Blockfilters wird das Fluoreszenzlicht mittels eines Punktdetektors (PMT) gemessen.Thereby Fluorescence light components are suppressed out of focus. By Varying the aperture size can the optical resolution of the microscope. Behind the panel is located another dichroic block filter (EF) which once again excites the radiation suppressed. After passing through the block filter, the fluorescent light is of a point detector (PMT).
Bei Verwendung einer Mehrphotonen-Absorption erfolgt die Anregung der Farbstofffluoreszenz in einem kleinen Volumen an dem die Anregungsintensität besonders hoch ist. Dieser Bereich ist nur unwesentlich größer als der detektierte Bereich bei Verwendung einer konfokalen Anordnung. Der Einsatz einer konfokalen Blende kann somit entfallen und die Detektion kann direkt nach dem Objektiv erfolgen (non descannte Detektion).at Using a multiphoton absorption, the excitation of the Dye fluorescence in a small volume at which the excitation intensity especially is high. This range is only slightly larger than the detected range when using a confocal arrangement. The use of a confocal aperture can thus be omitted and the detection can be directly after the lens done (non-descanned detection).
In einer weiteren Anordnung zur Detektion einer durch Mehrphotonenabsorption angeregten Farbstofffluoreszenz erfolgt weiterhin eine descannte Detektion, jedoch wird diesmal die Pupille des Objektives in die Detektionseinheit abgebildet (nichtkonfokal descannte Detektion).In another arrangement for detecting one by Mehrphotonenabsorption excited dye fluorescence continues to be a descanned Detection, but this time the pupil of the lens is in the detection unit imaged (non-confocal descanned detection).
Von einem dreidimensional ausgeleuchteten Bild wird durch beide Detektionsanordnungen in Verbindung mit der entsprechenden Einphotonen bzw. Mehrphotonen-Absorption nur die Ebene (optischer Schnitt) wiedergegeben, die sich in der Fokusebene des Objektivs befindet. Durch die Aufzeichnung mehrerer optische Schnitte in der x-y Ebene in verschiedenen Tiefen z der Probe kann anschließend rechnergestützt ein dreidimensionales Bild der Probe generiert werden.From a three-dimensionally illuminated image is by both detection arrangements in conjunction with the corresponding one-photon or multiphoton absorption only the plane (optical section) reproduced in the Focusing plane of the lens is located. By recording several optical sections in the x-y plane at different depths z Sample can subsequently computer-aided a three-dimensional image of the sample will be generated.
Das LSM ist somit zur Untersuchung von dicken Präparaten geeignet. Die Anregungswellenlängen werden durch den verwendeten Farbstoff mit seinen spezifischen Absorptionseigenschaften bestimmt. Auf die Emissionseigenschaften des Farbstoffes abgestimmte dichroitische Filter stellen sicher, dass nur das vom jeweiligen Farbstoff ausgesendete Fluoreszenzlicht vom Punktdetektor gemessen wird.The LSM is therefore suitable for the examination of thick specimens. The excitation wavelengths become by the dye used with its specific absorption properties certainly. Matched to the emission properties of the dye Dichroic filters ensure that only that of the respective Dye emitted fluorescent light from the point detector measured becomes.
In
biomedizinischen Applikationen werden zur Zeit mehrere verschiedene
Zellregionen mit verschiedenen Farbstoffe gleichzeitig markiert
(Multifluoreszenz). Die einzelnen Farbstoffe können mit dem Stand der Technik
entweder aufgrund verschiedener Absorptionseigenschaften oder Emissionseigenschaften
(Spektren) getrennt nachgewiesen werden. Dazu erfolgt eine zusätzliche
Aufspaltung des Fluoreszenzlichts von mehreren Farbstoffen mit den
Nebenstrahlteilern (DBS) und eine getrennte Detektion der einzelnen
Farbstoffemissionen in getrennten Punktdetektoren (PMT x). Das LSM
LIVE der Carl Zeiss Microlmaging GmbH realisiert einen sehr schnellen
Linienscanner mit einer Bilderzeugung um 120 Bildern pro Sekunde (
Unterschiedliche diskrete Laserwellenlängen werden über einen durchstimmbaren AOTF in einem Strahlengang vereinigt.different discrete laser wavelengths be over united a tunable AOTF in a beam path.
Das können Laser L1 sein die mehrere Wellenlängen ausstrahlen und Einzelwellenlängenlaser L2, L3.The can Laser L1 emitting multiple wavelengths and single wavelength lasers L2, L3.
Laser mit mehreren Wellenlängen werden vorteilhaft unter der nullten Beugungsordnung in den AOTF eingestrahlt und weitere Laser beispielsweise unter der +/– ersten Beugungsordnung.laser with multiple wavelengths are advantageously irradiated under the zeroth diffraction order in the AOTF and other lasers, for example, under the +/- first diffraction order.
Es
können
auch mehrere Laser unter unterschiedlichen Winkeln eingestrahlt
werden, hierzu wird die Frequenz der akustischen Welle des AOTF
entsprechend angepasst. Es besteht folgender Zusammenhang zwischen
dem Beugungswinkel zwischen gebeugter und ungebeugter Strahlung
(Theta), der Wellenlänge (lambda)
und der Frequenz der akustischen Wellen (F):
Nimmt
man typische Werte v = 4000 m/s und F = 100 MHz an, dann ergeben
sich folgende Winkel für folgende
Wellenlängen:
Die Winkelaufspaltung (theta) bei konstanter Frequenz (F) ist somit sehr klein. Die Aufspaltung kann zusätzlich noch erhöht werden, indem der akustooptische Kristall mit verschiedenen Frequenzen (F) betrieben wird. Diese Frequenzen können zusätzlich auch parallel in den Kristall eingespeist werden.The Angle splitting (theta) at constant frequency (F) is thus tiny. The splitting can be additionally increased, by the acousto-optic crystal with different frequencies (F) is operated. These frequencies can also be parallel in the Crystal are fed.
Bisherige
Lasermodule (siehe oben) wiesen zwar bereits AOTF zum schnellen
wellenlängenabhängigen Strahlschalten
bzw. Abschwächen
(
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Prismas P (oder Spiegelelements oder anderes Umlenkelements), das für den Multilinelaser L1 durchlässig ist, und durch das mehrere Lichtstrahlen L2, L3 so umgelenkt werden, dass sie für die relativ kleinen Einfallswinkel des AOTF (z.B. bei Verwendung einer konstanten Frequenz (F)) geeignet sind.A another possibility is the use of a prism P (or mirror element or other deflecting element), that for the multiline laser L1 permeable and by which a plurality of light beams L2, L3 are deflected, that they are for the relatively small angles of incidence of the AOTF (e.g., when used a constant frequency (F)) are suitable.
Dieses
Prisma P oder Spiegelelement kann vorteilhaft drehbar zur Einstellung
des Einfallswinkels oder verschiebbar zur Einstellung des Auftrefffortes
angeordnet werden. Wie im Stand der Technik ist eine Koppelstelle
zu einem Mikroskop, hier beispielsweise zwei Ports für zwei Scanmodule
eines LSM vorgesehen. Die Einkopplung in Lichtleiffasern F erfolgt
im Stand der Technik beispielsweise über Kollimatoroptiken KO
Vorteilhaft
kann am Ausgang des AOTF zur Weiterleitung der Strahlung in Richtung
des Mikroskops eine Faser fest angekoppelt sein (Vorjustierung des
Kristalls zur Faser).This prism P or mirror element can advantageously be arranged rotatably for adjusting the angle of incidence or displaceable for setting the impact location. As in the prior art, a coupling point to a microscope, here for example two ports for two scan modules of an LSM is provided. The coupling into light-guiding fibers F takes place in the prior art, for example via collimator optics KO
Advantageously, at the output of the AOTF to forward the radiation in the direction of the microscope, a fiber be firmly coupled (pre-adjustment of the crystal to the fiber).
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CARL ZEISS MICROIMAGING GMBH, 07745 JENA, DE Effective date: 20130204 |
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Effective date: 20130730 |