DE102008024568A1 - Spatial resolution imaging of structure of interest in specimen involves marking specimen structure, imaging the specimen, exposing the specimen to light, registering the fluorescent light and determining position of molecules of substance - Google Patents

Spatial resolution imaging of structure of interest in specimen involves marking specimen structure, imaging the specimen, exposing the specimen to light, registering the fluorescent light and determining position of molecules of substance Download PDF

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Abstract

High spatial resolution imaging of a structure of interest in a specimen (102) involves selecting substance, which can be excited by light (103); marking the specimen's structure of interest with molecules of the substance; imaging the specimen onto a sensor array; exposing the specimen to the light of the one wavelength; registering the fluorescent light which is spontaneously emitted from the region of molecules; and determining the position in the specimen of the molecules of the substance, where the first and the second state are different electronic states of substance. High spatial resolution imaging of a structure of interest in a specimen (102) involves selecting a substance from a group of substances, which have a first state with first fluorescent properties and a second state with second fluorescent properties, which can be excited by light of one wavelength to spontaneously emit fluorescent light (103), which can be converted from the first state into their second state by the light of the one wavelength and which can return from their second state into their first state; marking the specimen's structure of interest with molecules of the substance; imaging the specimen onto a sensor array, a spatial resolution limit of the imaging being greater (i.e. worse) than an average spacing between closest neighboring molecules of the substance in the specimen; exposing the specimen to the light of the one wavelength in at least one region which has dimensions larger than the spatial resolution limit of the imaging of the specimen onto the sensor array, fractions of the molecules of the substance alternately being excited by the light of the one wavelength to spontaneously emit fluorescent light and being converted into their second state, and at least 10% of the molecules of the substance that are respectively in the first state lying at a distance from their closest neighboring molecules in the first state which is greater than the spatial resolution limit of the imaging of the specimen onto the sensor array; registering the fluorescent light which is spontaneously emitted from the region of molecules of the substance, in several images recorded by the sensor array during continued exposure of the specimen to the light of the one wavelength; and determining the position in the specimen of the molecules of the substance that are respectively in the first state, which lie at a distance from their closest neighboring molecules in the first state which is greater than the spatial resolution limit of the imaging of the specimen onto the sensor array, from the images recorded by the sensor array, where the first state and the second state are different electronic states of the substance. The first state is a singlet state and the second state is a triplet state of the substance.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Fluoreszenzlichtmikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 17.The The invention relates to a method for spatially high resolution Imaging an interesting structure of a sample with the features the preamble of independent claim 1 and a fluorescent light microscope with the features of the preamble of independent claim 17.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der WO 2006/127692 A2 ist ein Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe bekannt, bei dem die interessierende Struktur mit phototransformierbaren optischen Markierungen markiert wird. Von den Markierungen wird jeweils eine Untergruppe in einen Zustand aktiviert, in dem sie zur Emission von Fluoreszenzlicht anregbar sind. Dabei umfasst die jeweilige Untergruppe so wenige der Markierungen, dass diese untereinander einen Abstand aufweisen, der größer als die räumliche Auflösungsgrenze beim Abbilden der Probe auf ein Sensorarray ist. Dadurch wird ermöglicht, nach Anregung der Markierungen der Untergruppe zur Fluoreszenz die Ursprungsorte des Fluoreszenzlichts mit einer besseren Auflösung als der Beugungsgrenze zu lokalisieren, die für die räumliche Auflösung bei der Abbildung der Probe auf das Sensorarray gilt, wodurch jeweils auch ein Punkt der markierten interessierenden Struktur mit dieser erhöhten Auflösung erfasst wird. Die phototransformierbaren optischen Markierungen sind in der WO 2006/127692 so definiert, dass sie durch ein aktivierendes Signal in den Zustand eingeschaltet werden können, in dem sie zur Emission von Fluoreszenzlicht anregbar sind. Dabei kann dieses aktivierende Signal identisch mit dem Anregungslicht sein, dass die Markierungen danach zur Fluoreszenz anregt.From the WO 2006/127692 A2 For example, there is known a method for spatially high resolution imaging of a sample structure of interest, wherein the structure of interest is labeled with phototransformable optical labels. Of the markers, a subgroup is in each case activated in a state in which they can be excited to emit fluorescent light. In this case, the respective subgroup comprises so few of the markers that they have a distance from each other that is greater than the spatial resolution limit when imaging the sample onto a sensor array. This makes it possible to localize, after excitation of the fluorescence subgroup markers, the origins of the fluorescence light at a resolution better than the diffraction limit that applies to the spatial resolution in imaging the sample on the sensor array, thereby also indicating a point of the labeled structure of interest is detected with this increased resolution. The phototransformable optical markers are in the WO 2006/127692 defined so that they can be turned on by an activating signal in the state in which they are excitable for the emission of fluorescent light. In this case, this activating signal can be identical to the excitation light that the markers then excited to fluorescence.

Konkretere Ausführungsformen von phototransformierbaren optischen Markierungen, die in der WO 2006/127692 offenbart sind, umfassen ausschließlich photoaktivierbare fluoreszente Proteine, d. h. Moleküle, die erst nachdem sie mindestens ein Lichtquant absorbiert haben, zu einem Fluorophor werden oder anders gesagt zunächst eingeschaltet werden müssen, bevor sie fuoreszent sind. Dieser Aktivierungs- oder Schaltprozess geht mit einer Veränderung der molekularen Struktur der Moleküle (Umlagerung von Atomgruppen oder sogar Brechen oder Entstehung einer Bindung) einher. Das aus der WO 2006/127692 bekannte Verfahren wird auch als PALM (Photoactivated Localisation Microscopy) bezeichnet.More concrete embodiments of phototransformable optical markers disclosed in U.S. Pat WO 2006/127692 include only photoactivatable fluorescent proteins, ie molecules that only after they have absorbed at least one quantum of light to become a fluorophore or, in other words, have to be switched on before they are fuoreszent. This activation or switching process is accompanied by a change in the molecular structure of the molecules (rearrangement of atomic groups or even breakage or formation of a bond). That from the WO 2006/127692 known method is also referred to as PALM (Photoactivated Localization Microscopy).

Bei einem ähnlichen, STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) genannten und von Rust et al. in Nature Methods, 3, 793–796 (2006) beschriebenen Verfahren werden ebenfalls in einen fluoreszenten Zustand schaltbare Moleküle verwendet, bei denen es sich jedoch nicht um Proteine sondern um photoschaltbare organische Fluorophore, konkret die Fluoreszenzfarbstoffe Cy3 und Cy5, handelt. Es ist von diesen Cyanin-Farbstoffen bekannt, dass sie zwischen verschiedenen Konformations-, konkret Isomer-Zuständen geschaltet werden können.In a similar, STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) called and of Rust et al. in Nature Methods, 3, 793-796 (2006) described methods are also used in a fluorescent state switchable molecules, which are not proteins but photoswitchable organic fluorophores, specifically the fluorescent dyes Cy3 and Cy5, is. It is known of these cyanine dyes that they can be switched between different conformational, concretely isomeric states.

Aus C. Geisler et al.: Resolution of λ/10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching, Appl. Phys. A 88, 223–226 (2007) ist ein als PALMIRA bezeichnetes Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt. Auch hier wird eine interessierende Struktur einer Probe mit einem schaltbaren fluoreszenten Protein markiert. Hierbei handelt es sich konkret um ein Protein namens rsFastLime, das durch Licht der Wellenlänge 488 nm nicht nur in seinem Ausgangszustand zu Fluoreszenz angeregt, sondern anteilig auch in einen nicht fluoreszenten Zustand ausgeschaltet und aus diesem teilweise wieder zurück in seinen fluoreszenten Zustand geschaltet wird. Der zugrunde liegende Mechanismus ist eine Konformationsänderung des Fluorophors. Diese Eigenschaften des schaltbaren fluoreszenten Proteins ermöglichen es, mit Licht nur einer einzigen Wellenlänge wechselnde Untergruppen von fluoreszenzfähigen Molekülen des Proteins einzustellen, in denen die fluoreszenzfähigen Moleküle untereinander einen größeren Abstand als die Beugungsgrenze haben, und die fluoreszenzfähigen Moleküle zur Fluoreszenz anzuregen. Dabei können fortlaufend, d. h. mit hoher Frequenz Bilder aufgenommen werden, die die wechselnden Untergruppen der fluoreszenten Moleküle erfassen und in denen die Position der jeweils erfassten Moleküle mit einer Genauigkeit jenseits der Beugungsgrenze bestimmbar ist.Out C. Geisler et al .: Resolution of λ / 10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching, Appl. Phys. A 88, 223-226 (2007) is known as PALMIRA method with the features of the preamble of independent claim 1 known. Again, an interesting structure of a sample is labeled with a switchable fluorescent protein. Specifically, this is a protein called rsFastLime, which is excited to fluoresce not only in its initial state by light of wavelength 488 nm, but also proportionately turned off in a non-fluorescent state and is partially switched back into its fluorescent state. The underlying mechanism is a conformational change of the fluorophore. These properties of the switchable fluorescent protein make it possible to tune with light of only a single wavelength changing subgroups of fluoresceable molecules of the protein, in which the fluorescence-capable molecules have a distance greater than the diffraction limit, and to excite the fluorescence-capable molecules to fluorescence. In this context, images can be taken continuously, ie at high frequency, which record the changing subgroups of the fluorescent molecules and in which the position of the respectively detected molecules can be determined with an accuracy beyond the diffraction limit.

Mit der Summe der Bilder wird die Struktur in der Probe mit einer die Beugungsgrenze unterschreitenden räumlichen Auflösung erfasst.With the sum of the images becomes the structure in the sample with a Diffraction limit below spatial resolution detected.

Die bei den voranstehend beschriebenen Verfahren verwendeten schaltbaren Fluoreszenzfarbstoffe sind erstmals bei einem als RESOLFT (Reversible Saturable OticaL Fluorescence Transition) bezeichneten und aus der DE 103 25 460 A bekannten Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer mit einer Substanz markierten Struktur einer Probe verwendet worden. Hier werden die schaltbaren Fluoreszenzfarbstoffe dahingehend erläutert, dass sie aus einer Gruppe von Substanzen ausgewählt sind, die mit einem optischen Umschaltsignal wiederholt aus einem ersten Zustand mit ersten optischen Eigenschaften in einen zweiten Zustand mit zweiten optischen Eigenschaften überführbar sind und die aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zurückkehren können, wobei sich die beiden Zustände mindestens hinsichtlich eines der folgenden Kriterien unterscheiden: Konformationszustand eines Moleküls; Strukturformel eines Moleküls; räumliche Anordnung von Atomen innerhalb eines Moleküls; räumliche Anordnung von Bindungen innerhalb eines Moleküls; Anlagerung weiterer Atome oder Moleküle an ein Molekül; Gruppierung von Atomen und/oder Molekülen; räumliche Orientierung eines Moleküls; Orientierung benachbarter Moleküle zueinander und von einer Vielzahl von Molekülen und/oder Atomen ausgebildete Ordnung.The switchable fluorescent dyes used in the method described above are the first time in a designated as RESOLFT (Reversible Saturable OticaL Fluorescence Transition) and from DE 103 25 460 A Known methods have been used for spatially high resolution imaging of a substance-labeled structure of a sample. Here, the switchable fluorescent dyes are explained as being selected from a group of substances which can be repeatedly transferred from a first state having first optical properties to a second state having second optical properties by means of an optical switching signal and which can return to the first state from the second state, wherein the two states differ in at least one of the following criteria: conformational state of a molecule; Structural formula of a molecule; spatial arrangement of atoms within a molecule; spatial arrangement of bonds within a molecule; Addition of further atoms or molecules to a molecule; Grouping of atoms and / or molecules; spatial orientation of a molecule; Orientation of adjacent molecules to each other and from a variety of molecules and / or atoms formed order.

Die Auswahl an schaltbaren Proteinen und Fluorophoren, die für die voranstehend geschilderten Verfahren PALM, STORM, PALMIRA und RESOLFT verwendbar sind, ist verglichen mit der Gesamtzahl der grundsätzlich bekannten und verfügbaren Fluoreszenzfarbstoffe sehr klein. Farbstoffe, die sowohl schaltbar als auch (in einem der Schaltzustände) zur Fluoreszenz fähig sind, sind sehr selten. Sie werden daher in aufwendigen Verfahren synthetisiert und optimiert. Hinzu kommt, dass das Schalt- und das Fluoreszenzverhalten sehr stark von der chemischen Umgebung des Moleküls abhängen. Das gilt sowohl für schaltbare fluoreszente Proteine als auch für schaltbare organische Fluorophore. Dieser Mangel ist als grundsätzlich zu werten und hängt unter anderem damit zusammen, dass Fluoreszenz und Schalten des Moleküls zueinander konkurrierende molekulare Prozesse sind, die oftmals aus ein und demselben angeregten Zustand heraus in Konkurrenz zueinander stehen. Auch die Helligkeit der schaltbaren Fluoreszenzfarbstoffe in ihrem fluoreszenten Zustand, d h. die relative Ausbeute an Fluoreszenzlicht von einem Molekül während wiederholter Anregung ist gegenüber einer Vielzahl nicht-schaltbarer organischer Fluorophore und nicht-schaltbarer fluoreszenter Proteine häufig nur klein. Die starken Beschränkungen durch schaltbare Proteine oder Fluorophore werden jedoch bislang hingenommen, um die durch die voranstehend angesprochenen Verfahren erreichbaren hohen räumlichen Auflösungen bei der Abbildung interessierender Strukturen zu realisieren.The Selection of Switchable Proteins and Fluorophores Used for the above-described methods PALM, STORM, PALMIRA and RESOLFT are usable compared to the total of the principle known and available fluorescent dyes very small. Dyes which are both switchable and (in one of the switching states) are capable of fluorescence, are very rare. They will therefore synthesized and optimized in complex procedures. Come in addition, that the switching and the fluorescence behavior are very different from the depend on the chemical environment of the molecule. The applies to both switchable fluorescent proteins as well for switchable organic fluorophores. This defect is as fundamental and depends inter alia together with that fluorescence and switching of the molecule are competing molecular processes that often out of one and the same excited state in competition with each other stand. Also the brightness of the switchable fluorescent dyes in their fluorescent state, ie. the relative yield of fluorescent light from a molecule during repeated stimulation against a variety of non-switchable organic Fluorophores and non-switchable fluorescent proteins frequently just small. The strong restrictions through switchable However, proteins or fluorophores have been accepted so far the achievable by the above-mentioned methods high spatial resolutions in the picture to realize structures of interest.

Bei der sogenannten GSD (Ground State Depletion)-Mikroskopie ( S. Bretschneider et al.: Breaking the dfiffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving, Phys. Rev. Lett. 98, 218103 (2007) ) wird die Beugungsgrenze beim Abbilden einer mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Struktur in einer Probe dadurch unterschritten, dass der jeweilige Fluoreszenzfarbstoff außerhalb des jeweiligen Messpunkts aus seinem elektronischen Grundzustand, aus dem heraus er mit Anregungslicht zur Fluoreszenz anregbar ist, in einen elektronischen Dunkelzustand überführt wird, in dem er nicht fluoreszenzfähig ist. Dies erfolgt vor der Anregung der verbleibenden Moleküle in dem Messpunkt zur Fluoreszenz mit Entvölkerungslicht derselben Wellenlänge wie das Anregungslicht. Typischerweise handelt es sich bei dem elektronischen Dunkelzustand um einen Triplettzustand, während der Grundzustand des Fluoreszenzfarbstoffs ein Singulettzustand ist. Typischerweise kehren die Moleküle thermisch, d. h. nicht (optisch) geschaltet, aus diesem Dunkelzustand in den elektronischen Grundzustand zurück, so dass nur Licht einer einzigen Wellenlänge, nämlich das Anregungslicht, zum Durchführen des Experiments notwendig ist.In the so-called GSD (Ground State Depletion) microscopy ( S. Bretschneider et al .: Breaking the diffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving, Phys. Rev. Lett. 98, 218103 (2007) ) the diffraction limit is exceeded when imaging a structure labeled with a fluorescent dye in a sample in that the respective fluorescent dye is transferred outside the respective measurement point from its electronic ground state, from which it can be excited with excitation light to fluorescence, into an electronic dark state he is not fluorescent. This is done prior to excitation of the remaining molecules at the measurement point for fluorescence with de-population light of the same wavelength as the excitation light. Typically, the electronic dark state is a triplet state while the ground state of the fluorescent dye is a singlet state. Typically, the molecules return thermally, ie not switched (optically), from this dark state to the electronic ground state, so that only light of a single wavelength, namely the excitation light, is necessary for carrying out the experiment.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein zur Umsetzung dieses Verfahrens geeignetes Fluoreszenzlichtmikroskop aufzuzeigen, mit denen die Auflösungsvorteile der als PALM, STORM oder PALMIRA bekannten Verfahren nutzbar sind, ohne deren Nachteile aufgrund der Beschränkung auf schaltbare Fluoreszenzfarbstoffe in Kauf nehmen zu müssen.Of the Invention is based on the object, a method for spatial high-resolution imaging of a structure of interest a sample having the features of the preamble of the independent claim 1 and a fluorescence light microscope suitable for implementing this method, with which the resolution advantages of as PALM, STORM or PALMIRA known methods are usable without their disadvantages due to the Limited to switchable fluorescent dyes in purchase to have to take.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein Fluoreszenzlichtmikroskop mit den Merkmalen des neben geordneten Patentanspruchs 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens und des neuen Fluoreszenzlichtmikroskops sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The The object of the invention is achieved by a method for spatial high-resolution imaging of a structure of interest a sample having the features of the independent claim 1 and by a fluorescent light microscope with the features of solved in addition to ordered claim 17. Preferred embodiments of the new method and the new fluorescent light microscope defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei dem neuen Verfahren sind der erste und der zweite Zustand unterschiedliche elektronische Zustände der Substanz, d. h. Zustände der Substanz, die sich nur in elektronischer Hinsicht voneinander unterscheiden. Zu Beginn des Beaufschlagens der Probe mit dem Licht der einen Wellenlänge wird dessen Intensität so eingestellt, dass die Substanz aus ihrem fluoreszenten ersten Zustand in ihren zweiten nicht fluoreszenten oder zumindest unterscheidbar fluoreszenten Zustand überführt wird, bis mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 50%, mehr bevorzugt mindestens 90% und am meisten bevorzugt mindestens 95% der in dem ersten Zustand verbleibenden Moleküle der Substanz den kritischen Abstand zu den ihnen nächst benachbarten Molekülen in dem ersten Zustand aufweisen, der größer als die räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung der Probe auf das Sensorarray ist. Dies ist in aller Regel damit gleichbedeutend, dass mehr als 90%, vorzugsweise mehr als 95%, noch mehr bevorzugt mehr als 98% und am meisten bevorzugt mehr als 99% der Moleküle der Substanz in den zweiten elektronischen Zustand überführt werden. Anschließend werden Bilder, in denen das Fluoreszenzlicht, das von der Substanz spontan emittiert wird, registriert wird, mit dem Sensorarray aufgenommen, während die Probe weiter mit dem Licht der einen Wellenlänge beaufschlagt wird. Dabei führt die bei Bedarf gegenüber der anfänglichen Intensität herabgesetzte Intensität des Lichts dazu, dass die sich jeweils noch in dem ersten Zustand befindenden Moleküle zur spontanen Emission von Fluoreszenzlicht angeregt werden, das in den Bildern registriert wird, und zu einem kleineren Teil in den nicht oder anders fluoreszenten zweiten Zustand überführt werden. Dieser kleinere Teil der Moleküle der Substanz ist idealer Weise genau so groß, wie ein Anteil der Moleküle der Substanz, die aus dem zweiten Zustand spontan oder unter Einwirkung desselben Lichts der einen Wellenlänge gleichzeitig in den ersten Zustand zurückkehren. Die fortlaufend mit der Beaufschlagung der Probe mit dem Licht der einen Wellenlänge aufgenommenen Bilder registrieren so immer Fluoreszenzlicht von soweit vereinzelten Molekülen der Substanz, dass deren Position in der Probe mit einer Genauigkeit jenseits der Beugungsgrenze bestimmt werden kann. Aus der Summe der auf diese Weise registrierten Einzelpositionen ist die interessierende Struktur in der Probe, die mit der Substanz markiert ist, ebenfalls mit einer räumlichen Auflösung jenseits der Beugungsgrenze erfassbar.In the new method, the first and second states are different electronic states of the substance, ie, states of the substance that differ only from an electronic point of view. At the beginning of loading the sample with the light of one wavelength, its intensity is adjusted so that the substance is converted from its fluorescent first state to its second non-fluorescent or at least distinguishable fluorescent state, up to at least 10%, preferably at least 50% more Preferably, at least 90% and most preferably at least 95% of the molecules remaining in the first state of the substance have the critical distance to their closest adjacent molecules in the first state that is greater than the spatial resolution limit of imaging the sample on the sensor array. This is usually synonymous with more than 90%, preferably More than 95%, more preferably more than 98% and most preferably more than 99% of the molecules of the substance are converted into the second electronic state. Subsequently, images in which the fluorescent light spontaneously emitted from the substance is registered are recorded with the sensor array while the sample is further supplied with the light of the one wavelength. In this case, the intensity of the light, which is reduced as required relative to the initial intensity, causes the molecules, which are still each in the first state, to be excited for the spontaneous emission of fluorescent light which is registered in the images, and to a lesser extent into the or otherwise fluorescent second state can be transferred. This smaller part of the molecules of the substance is ideally just as large as a proportion of the molecules of the substance which return from the second state spontaneously or under the action of the same light of the one wavelength simultaneously to the first state. The images taken continuously with the exposure of the sample to the light of the one wavelength thus always record fluorescent light from the individual molecules of the substance so far that their position in the sample can be determined with an accuracy beyond the diffraction limit. From the sum of the individual positions registered in this way, the structure of interest in the sample, which is marked with the substance, can also be detected with a spatial resolution beyond the diffraction limit.

Es ist nicht immer erforderlich, die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge für die Aufnahme der Bilder herabzusetzen, sondern nur dann, wenn die anfängliche Konzentration der Fluorophore sehr groß war. Bei mittleren und niedrigen Konzentrationen lässt sich die Intensität von vorn herein so einstellen, dass das Vereinzeln und das Registrieren der Moleküle mit demselben Wert der Intensität durchzuführen ist. Dies hängt damit zusammen, dass die Zahl der Photonen, die als Fluoreszenzlicht von dem Fluoreszenzfarbstoff im ersten Zustand hintereinander bis zur Überführung in den zweiten Zustand emittiert werden (im selben Fluoreszenz-Burst), weitgehend unabhängig von der Intensität des verwendeten Lichts ist.It is not always necessary, the intensity of light one wavelength for taking pictures but only if the initial concentration the fluorophore was very large. At middle and low Concentrations can be the intensity of set in front so that the singulating and registering of molecules with the same value of intensity is to perform. This is related to that the number of photons acting as fluorescent light from the fluorescent dye in the first state in succession until the transfer emitted in the second state (in the same fluorescence burst), largely independent of the intensity of the light used is.

Es ist völlig überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren, obwohl es im Wesentlichen denselben Ablauf wie das als PALMIRA bekannte Verfahren aufweist, ohne schaltbare Proteine oder Fluorophore auskommt. Vielmehr wird bei dem neuen Verfahren eine Substanz als Fluoreszenzfarbstoff eingesetzt, die nicht unter die Definitionen der DE 103 25 460 A fällt und die irgendein herkömmlicher, nicht schaltbarer Fluoreszenzfarbstoff sein kann. Nahezu alle herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoffe weisen neben ihrem elektronischen Grundzustand, aus dem heraus sie zur Fluoreszenz anregbar sind, einen elektronischen Dunkelzustand auf, in den sie aufgrund einer Anregung mit Licht derselben Wellenlänge, wie es zum Anregen der Fluoreszenz einsetzbar ist, mit einer relevanten Rate überführbar sind. In der Regel handelt es sich dabei um einen Singulettzustand als fluoreszenzfähigen Grundzustand und einen Triplettzustand als Dunkelzustand. Bei der normalen Fluoreszenzlichtmikroskopie ist das anteilige Überführen eines Fluoreszenzfarbstoffs statt in seinen angeregten Singulettzustand in seinen nicht fluoreszenten Triplettzustand – gerade bei höheren Intensitäten des Anregungslichts – als Nachteil bekannt, weil es die Ausbeute an Fluoreszenzlicht von einer Probe reduziert. Bei der vorliegenden Erfindung wird genau dieser Effekt ausgenutzt, weil die Position jedes einzelnen Moleküls der Substanz, mit der die interessierende Struktur in der Probe markiert ist, nur dann mit einer besseren Auflösung als der Beugungsgrenze erfasst werden kann, wenn das Fluoreszenzlicht von dem Molekül isoliert, d. h. getrennt von dem Fluoreszenzlicht benachbarter Moleküle registriert werden kann. Dazu dürfen sich jeweils nur wenige der Moleküle in dem ersten Zustand befinden.It is quite surprising that the process according to the invention, although having essentially the same procedure as the process known as PALMIRA, manages without switchable proteins or fluorophores. Rather, in the new method, a substance is used as the fluorescent dye, which does not fall under the definitions of DE 103 25 460 A and which may be any conventional, non-switchable fluorescent dye. Almost all conventional fluorescent dyes, in addition to their electronic ground state from which they are excitable for fluorescence, an electronic dark state in which they can be converted at a relevant rate due to excitation with light of the same wavelength, as it is used to excite the fluorescence , As a rule, this is a singlet state as a fluorescence-capable ground state and a triplet state as a dark state. In normal fluorescent light microscopy, the partial transfer of a fluorescent dye instead of its singlet excited state into its non-fluorescent triplet state - especially at higher intensities of the excitation light - is disadvantageous because it reduces the yield of fluorescent light from a sample. In the present invention, this effect is exploited precisely because the position of each individual molecule of the substance with which the structure of interest in the sample is labeled can be detected with a resolution better than the diffraction limit only when the fluorescent light is isolated from the molecule that is, can be registered separately from the fluorescent light of adjacent molecules. In each case only a few of the molecules may be in the first state.

Bei dem neuen Verfahren ist es vielfach vorteilhaft, Maßnahmen zu ergreifen, die die Lebensdauer des nicht fluoreszenten zweiten Zustands des Fluoreszenzfarbstoffs in der Probe verändern. Im Gegensatz zur herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie geht es dabei jedoch häufig nicht um eine Verlängerung sondern eine Verkürzung der Lebensdauer des nicht fluoreszenten zweiten Zustands. Zu den Maßnahmen, die eine solche Verkürzung der Lebensdauer bewirken, zählen eine Abkühlung der Probe auf tiefe Temperaturen, bei denen thermische Anregungen zu stoßinduzierten Übergängen reduziert sind, ein Absenken der Konzentration an den Triplettzustand des Fluoreszenzfarbstoffs löschenden Sauerstoff in der Probe, zum Beispiel mit Sauerstoff bindender Glucose-Oxidase oder durch Messen in Vakuum, oder ein Fixieren oder Einbetten der Probe in Polymere, wie beispielsweise PVA. Die erhöhte Lebensdauer des nicht fluoreszenten zweiten Zustands erlaubt es auch mit geringeren Intensitäten des Lichts der einen Wellenlänge, große Anteile des Fluoreszenzfarbstoffs in dem nicht fluoreszenten zweiten Zustands zu halten.at In many cases, it is beneficial for the new process to take measures to seize the life of the non-fluorescent second Change the state of the fluorescent dye in the sample. In contrast to conventional fluorescence microscopy is However, it is often not an extension but a shortening of the life of the non-fluorescent second state. Among the measures that such a reduction effect the life, include a cooling the sample is at low temperatures at which thermal stimuli reduced to collision-induced transitions are a lowering of the concentration to the triplet state of the Fluorescent dye quenching oxygen in the sample, for example, with oxygen-binding glucose oxidase or by Measuring in vacuum, or fixing or embedding the sample in polymers, such as PVA. The increased life of not fluorescent second state also allows it with lower intensities the light of the one wavelength, large proportions of the fluorescent dye in the non-fluorescent second state to keep.

Die bekannte Gefahr des Photobleichens eines herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoffs aus seinem Triplettzustand stellt bei dem neuen Verfahren ebenfalls kein Problem dar. Es ist streng genommen ausreichend, wenn ein wesentlicher Anteil der Moleküle des Fluoreszenzfarbstoffs, nachdem sie in ihren zweiten nicht fluoreszenten oder anders fluoreszenten zweiten Zustand gepumpt wurden, einmal in ihren fluoreszenten ersten Zustand zurückkehren. Nach dieser Rückkehr werden die Moleküle einzeln registriert. ihr anschließendes Schicksal ist unerheblich. So können sie erneut in den Triplettzustand gelangen und daraus photogebleicht werden.The known risk of photobleaching of a conventional fluorescent dye from its triplet state is also not a problem in the new process. Strictly speaking, it is sufficient if a substantial proportion of the fluorescent dye molecules are pumped into their second non-fluorescent or otherwise fluorescent second state once to return to their fluorescent first state. After this return, the molecules are registered individually riert. their subsequent fate is irrelevant. So they can get back into the triplet state and be bleached out of it.

Ein teilweises Photobleichen des Fluoreszenzfarbstoffs kann bei dem neuen Verfahren sogar gezielt durchgeführt werden, bevor die verbleibenden ungebleichten Moleküle registriert werden. Das neue Verfahren ist in besonders vorteilhafter Weise durchführbar, wenn die Moleküle des Fluoreszenzfarbstoffs eine gewisse räumliche Dichte in der Probe nicht überschreiten, weil dann ein bestimmter in dem ersten Zustand verbleibender Prozentsatz der Moleküle ebenfalls eine gewisse räumliche Dichte nicht überschreitet, was wesentlich für die getrennte Registrierbarkeit der einzelnen Moleküle ist. Wenn die tatsächliche Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffs in der Probe die gewisse räumliche Dichte überschreitet, kann es umgekehrt schwierig werden, die Moleküle einzeln zu registrieren. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit kann der Überschuss an Fluoreszenzfarbstoff mittels einer hohen Intensität des Lichts der einen oder einer anderen Wellenlänge durch Photobleichen ausgeschaltet, das heißt in einen anhaltenden Dunkelzustand überführt werden, der sich von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand unterscheidet. Typischerweise unterscheidet sich der anhaltende Dunkelzustand, in dem der Fluoreszenzfarbstoff nicht mehr an den Schritten zum Aufnehmen der Bilder für das Registrieren der einzelnen Moleküle beteiligt ist, nicht nur elektronisch, sondern bspw. auch chemisch von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand, die für dieses Registrieren der einzelnen Moleküle erfindungsgemäß genutzt werden.One partial photobleaching of the fluorescent dye can be carried out in the new procedures can even be carried out specifically before the remaining unbleached molecules are registered. The new method can be carried out in a particularly advantageous manner, if the molecules of the fluorescent dye have a certain do not exceed the spatial density in the sample, because then a certain percentage remaining in the first state the molecules also a certain spatial Density does not exceed what is essential for the separate registrability of the individual molecules is. When the actual concentration of the fluorescent dye in the sample exceeds the certain spatial density, conversely, the molecules may become difficult individually to register. To eliminate this difficulty, the surplus to fluorescent dye by means of a high intensity the light of one or another wavelength by photobleaching switched off, that is converted into a persistent dark state which differs from the first state and the second state. Typically, the persistent dark state differs in which the fluorescent dye is no longer at the steps to Take the pictures for registering each one Molecules involved, not only electronically, but for example also chemically from the first state and the second state, the for this registration of the individual molecules used according to the invention.

Das neue Verfahren wurde mit kommerziell erhältlichen und jedem Fachmann als nicht schaltbar bekannten Fluoreszenzfarbstoffen wie Rhodamin 6G erfolgreich durchgeführt. Seine Durchführung erforderte dabei gegenüber üblicher Fluoreszenzlichtmikroskopie unter Verwendung dieses Fluoreszenzfarbstoffs – abgesehen von abweichenden bevorzugten Details bei der Probenpräparation – ausschließlich eine Abstimmung der Intensität des Lichts der einen Wellenlänge mit der Frequenz, mit der die Bilder mit dem Sensorarray aufgenommen werden. Die hierfür notwendigen apparativen Voraussetzungen sind bei vielen Fluoreszenzlichtmikroskopen vorhanden. Hier muss nur die Steuerung der Intensität des Lichts der einen Wellenlänge gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren modifiziert werden. Alternativ ändert man die Frequenz der Bildaufnahme des Sensorarrays oder einer das Sensorarray aufweisenden Kamera. Entsprechend ist das neue Fluoreszenzlichtmikroskop nur durch eine spezielle Ausbildung der Steuerung für die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge gekennzeichnet. Vorzugsweise ist dabei eine Online-Bildverarbeitung für die einzelnen mit dem Sensorarray aufgenommenen Bilder vorgesehen.The new process was using commercially available and each Professional as non-switchable known fluorescent dyes such Rhodamine 6G successfully performed. His execution required compared to conventional fluorescence light microscopy using this fluorescent dye - except of different preferred details in sample preparation - only one Tuning the intensity of the light of a wavelength with the frequency at which the images were taken with the sensor array become. The necessary apparatus requirements are present in many fluorescent light microscopes. Here must just controlling the intensity of the light of one wavelength according to the method of the invention be modified. Alternatively, change the frequency the image recording of the sensor array or a sensor array having Camera. Accordingly, the new fluorescent light microscope is only through a special training of control for the intensity the light of the one wavelength. Preferably is an online image processing for the individual provided with the sensor array images.

Diese Auswertung ist sinnvoll, um die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge auf einen solchen Wert einzustellen, der tatsächlich die Registrierung von Fluoreszenzlicht einzelner, räumlich voneinander getrennter Moleküle in den einzelnen Bildern erlaubt. Der eingestellte Wert der Intensität des Lichts der einen Wellenlänge kann ein konstanter Wert sein. Hierzu zählt auch eine sehr schnelle Pulsfolge mit einer viel höheren Frequenz als die Bildfrequenz der aufgenommenen Bilder. Die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge kann aber auch einen mit der Abfolge der Aufnahme der Bilder zeitlich modulierten Intensitätsverlauf aufweisen, um beispielsweise zwischen den einzelnen Bildern die Untergruppe der in dem ersten Zustand befindlichen Moleküle der Substanz gezielt einzustellen und während der Aufnahme der einzelnen Bilder primär die Moleküle der eingestellten Untergruppe zur Fluoreszenz anzuregen. Auch dabei kann das Licht der einen Wellenlänge sowohl kontinuierlich (mit dem zeitlich modulierten Intensitätsverlauf) oder in bei der Aufnahme der Bilder nicht aufgelösten Pulsen (ebenfalls mit dem zeitlich modulierten Intensitätsverlauf) auf den jeweils interessierenden Bereich gerichtet werden.These Evaluation is useful to the intensity of the light set a wavelength to such a value actually the registration of fluorescent light individual, spatially separated molecules allowed in the individual pictures. The set value of the intensity The light of one wavelength can be a constant value be. This also includes a very fast pulse sequence a much higher frequency than the frame rate of the recorded Images. The intensity of the light of a wavelength but also one with the sequence of recording the pictures in time have modulated intensity curve, for example between the individual pictures the subgroup of the first State-targeted molecules of the substance targeted and during the recording of each picture primarily the molecules of the selected subgroup fluoresce to stimulate. Here, too, the light of a wavelength both continuously (with the time-modulated intensity curve) or in the unreleased pulses when taking pictures (also with the temporally modulated intensity curve) be directed to the area of interest.

Die Online-Auswertung der einzelnen aufgenommenen Bilder kann dazu dienen, die nicht räumlich trennbaren fluoreszenten Moleküle der Substanz zu ermitteln, wonach die Intensität des Lichts so variiert werden kann, bis ein Dichtegrenzwert für derartige nicht trennbare fluoreszente Moleküle unterschritten ist. Auf diese Weise wird eine Obergrenze für die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge definiert. Eine Untergrenze kann dadurch definiert werden, dass die einzelnen aufgenommenen Bilder online bezüglich der maximalen Dichte ausgewertet werden, in der sie trennbare fluoreszente Moleküle der Substanz zeigen, und indem die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge variiert wird, bis ein Dichtegrenzwert für derartige trennbare fluoreszente Moleküle von unten erreicht ist. Während es einerseits wichtig ist, dass die Moleküle in dem fluoreszenten Zustand keine so hohe Konzentration aufweisen, dass sie nicht mehr getrennt voneinander registrierbar sind, sollte ihre Konzentration unterhalb dieser Grenze so hoch wie möglich sein, um mit jedem Bild möglichst viele Informationen über die interessierende Struktur zu erhalten.The Online evaluation of each captured image can serve the non-spatially separable fluorescent molecules to determine the substance, according to which the intensity of the light can be varied until a density limit for such not separable fluorescent molecules is below. In this way, there is an upper limit to the intensity the light of the one wavelength defined. A lower limit can be defined by the fact that the individual recorded Images evaluated online for maximum density in which they are separable fluorescent molecules of the Show substance, and by the intensity of the light of the one Wavelength is varied until a density limit for reached such separable fluorescent molecules from below is. While it is important on the one hand that the molecules in the fluorescent state are not so high in concentration that they should no longer be registered separately their concentration below this limit as high as possible Be sure to get as much information about each picture as possible to obtain the structure of interest.

Das anfängliche Beaufschlagen der Substanz mit dem Licht der einen Wellenlänge, das primär dazu dient, sie im wesentlichen in ihren zweiten Zustand zu überführen, kann auch dazu benutzt werden, mit dem Sensorarray eine Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichts von der gesamten Substanz in der Probe aufzunehmen. Diese Intensitätsverteilung entspricht einer Konzentrationsverteilung der Substanz in der Probe mit der räumlichen Auflösung der Abbildung der Probe auf das Sensorarray.The initially applying the substance to the light a wavelength that primarily serves them essentially to convert to their second state, can also be used with the sensor array an intensity distribution of Fluorescence light of the entire substance in the sample record. This intensity distribution corresponds to a concentration distribution the substance in the sample with the spatial resolution the image of the sample on the sensor array.

Diese Konzentrationsverteilung der Substanz in der Probe stellt eine Übersicht über die Lage der mit der Substanz markierten interessierenden Struktur in der Probe bereit. Dies vereinfacht die weiteren Schritte des neuen Verfahrens, da diese so beispielsweise auf solche Bereiche der Probe konzentriert werden können, in denen sich überhaupt Teile der markierten Struktur befinden. Dies ist üblicherweise mit schaltbaren und vor allem mit aktivierbaren Fluorophoren nicht möglich, da diese sich anfangs zum größten Teil nicht im fluoreszierenden Zustand befinden, welches aufgrund des fehlenden Signals eine Übersicht nicht zulässt.These Concentration distribution of the substance in the sample provides an overview the location of the structure of interest labeled with the substance ready in the sample. This simplifies the further steps of the new process, as it applies to such areas the sample can be concentrated in which ever Parts of the marked structure are located. This is usually with switchable and especially with activatable fluorophores not possible, since this is the largest at first Part are not in the fluorescent state, due to the missing signal does not allow an overview.

Abhängig von der Konzentrationsverteilung der Substanz in der Probe kann zudem die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge für den jeweils näher betrachteten Bereich eingestellt oder zumindest auf einen in etwa geeigneten Wert für die Feineinstellung voreingestellt werden. Weiterhin kann aufgrund der Konzentrationsverteilung der Substanz in der Probe ein lokales Abbruchkriterium für das Aufnehmen weiterer Bilder desselben Bereichs der Probe definiert werden. Der Informationsgehalt zusätzlicher Bilder eines Bereichs der Probe weist einen abnehmenden Informationsgehalt auf, wobei der Abfall des Informationsgehalts von der Konzentration der Substanz in dem jeweiligen Bereich abhängt. Wenn in einem Bereich nur sehr wenige Moleküle der Substanz sind, reichen relativ wenige Bilder aus, um die Position eines hohen Prozentsatzes der Moleküle zu erfassen. Weitere Bilder stellen nur hierzu redundante Informationen bereit. Anders verhält es sich bei einer sehr hohen Konzentration der Substanz in einem Bereich. Hier werden auch mit vielen Bildern nur kleinere Anteile der Substanz in der Probe erfasst, und jedes weitere Bild stellt neue Informationen zur Verfügung.Dependent from the concentration distribution of the substance in the sample can In addition, the intensity of the light of a wavelength set for the respective closer examined area or at least to an approximately appropriate value for the Fine adjustment to be preset. Furthermore, due to the Concentration distribution of the substance in the sample a local termination criterion for taking more pictures of the same area Sample can be defined. The information content of additional images a portion of the sample has a decreasing information content on, where the drop in the information content of the concentration the substance in the respective area depends. When in an area only very few molecules of the substance are, A relatively small number of images are enough for the position of a high percentage to capture the molecules. More pictures are only available here redundant information ready. It is different at a very high concentration of the substance in one area. Here also with many pictures only smaller portions of the substance become captured in the sample, and each additional image provides new information to disposal.

Konkret kann bei dem neuen Verfahren jede in den aufeinander folgenden Bildern registrierte Position eines Moleküls nicht nur in ein hoch aufgelöstes Gesamtbild der interessierenden Struktur in der Probe, sondern gefaltet mit der PSF (Point Spread Function) der Abbildung der Probe auf das Sensorarray auch in eine Rekonstruktion der anfänglich aufgenommenen Intensitätsverteilung eingetragen werden. Wenn sich diese Rekonstruktion bis zu einem bestimmten Maß an die anfänglich aufgenommene Intensitätsverteilung angenähert hat, sind mit den Positionen weiterer Moleküle aus weiteren Bildern keine nennenswerten weiteren Informationen über die interessierende Struktur zu erwarten. Bei der Faltung mit der PSF kann die Helligkeit des jeweiligen Moleküls als Wichtungsfaktor berücksichtigt werden. Als Maß der Annäherung der Rekonstruktion an die anfänglich aufgenommene Intensitätsverteilung können verschiedene Werte, wie beispielsweise eine Kreuzkorrelation, eine einfache Differenz oder quadratische Abweichung der normierten Intensitätsverteilungen oder Abweichungen zwischen den Raumfrequenzen (Fourier-Transformierten) der Intensitätsverteilungen, genommen werden.Concrete With the new procedure, each one in the consecutive pictures registered position of a molecule not only in a high resolved overall picture of the structure of interest in the sample, but folded with the PSF (Point Spread Function) mapping the sample onto the sensor array also into a reconstruction the initially recorded intensity distribution be registered. If this reconstruction reaches a certain level Measure of the initially recorded intensity distribution approximates the positions of other molecules from further pictures no noteworthy further information about the structure to be expected. When folding with the PSF can the brightness of each molecule as a weighting factor be taken into account. As a measure of approach the reconstruction of the initially recorded intensity distribution different values, such as a cross-correlation, a simple difference or quadratic deviation of the normalized Intensity distributions or deviations between the Spatial frequencies (Fourier transforms) of the intensity distributions, be taken.

Das neue Verfahren ist besonders gut geeignet, die interessierende Struktur der Probe mit der nicht schaltbaren Fluorophore zu markieren, indem eine biologische Probe gentechnisch so verändert wird, dass sie selbst die nicht schaltbaren Fluoreszenzfarbstoffe oder spezifische Bindungsplätze für die nicht schaltbaren Fluoreszenzfarbstoffe oder für daran gekoppelte Linker exprimiert. Besonders vorteilhaft wird auf diese Weise die interessierende Struktur in der Probe mit nicht schaltbaren organischen Farbstoffen über sogenannte small-Labels oder self-labeling Protein Tags wie FlAsh, Snap-tags oder Halo-tags markiert. Diese und ähnliche Konzepte sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, siehe zum Beispiel http://www.promega.com/cnotes/cn011/cn011_02.htm oder http://www.covalys.com/ oder BioForum Europe 6, 51–59 (2005) . Dadurch wird es möglich, Proteine in einer biologischen Probe mit weit verbreiteten, herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoffen mit hoher Auflösung abzubilden.The novel method is particularly well suited to label the structure of interest of the sample with the non-switchable fluorophores by genetically engineering a biological sample to contain even the non-switchable fluorescent dyes or specific binding sites for the non-switchable fluorescent dyes or linkers coupled thereto expressed. In this way, the structure of interest in the sample with non-switchable organic dyes is particularly advantageously marked via so-called small labels or self-labeling protein tags such as FlAsh, snap-tags or halo-tags. These and similar concepts are generally known to the person skilled in the art, see, for example http://www.promega.com/cnotes/cn011/cn011_02.htm or http://www.covalys.com/ or BioForum Europe 6, 51-59 (2005) , This makes it possible to image proteins in a biological sample with widespread, conventional fluorescent dyes with high resolution.

Bei dem Fluoreszenzfarbstoff, der bei dem neuen Verfahren zum Einsatz kommt, ist es nicht entscheidend, das sein zweiter elektronischer Zustand nicht fluoreszent, d. h. nicht fluoreszenzfähig und damit vollständig dunkel ist. Er kann auch anders fluoreszent als der erste elektronische Zustand sein. Wenn der Fluoreszenzfarbstoff dabei in dem zweiten Zustand durch dasselbe Licht zur Fluoreszenz angeregt wird wie in seinem ersten elektronischen Zustand, ist es wichtig, dass sich Fluoreszenzlicht, das von dem Fluoreszenzfarbstoff in dem ersten elektronischen Zustand emittiert wird, von dem Fluoreszenzlicht, das von dem Fluoreszenzfarbstoff in dem zweiten elektronischen Zustand emittiert wird, unterscheiden lässt.at the fluorescent dye used in the new method it does not matter that it's second electronic Condition not fluorescent, d. H. not fluorescent and completely dark. He can also fluoresce differently to be the first electronic state. When the fluorescent dye while in the second state by the same light for fluorescence it is stimulated as in its first electronic state important to get fluorescent light from the fluorescent dye is emitted in the first electronic state, of the fluorescent light, that of the fluorescent dye in the second electronic state is emitted, can be distinguished.

Es versteht sich, dass das neue Verfahren mit verschiedenen Maßnahmen kombiniert werden kann, die dem Fachmann insbesondere auf dem Gebiet der als PALM, STORM oder PALMIRA bekannten Verfahren geläufig sind. Hierzu zählen insbesondere Maßnahmen zur dreidimensionalen Auflösung der registrierten Positionen der Moleküle in der Probe, d. h. zur räumlichen Auflösung dieser Positionen auch in z-Richtung. Zu diesen Maßnahmen gehören eine Mehrphotonenanregung des Fluoreszenzfarbstoffs aus seinem ersten Zustand sowohl zur Fluoreszenz als auch zum Überführen in seinen nicht fluoreszenten zweiten Zustand unter Fokussierung des anregenden Lichts der einen Wellenlänge auf die jeweils interessierende Ebene und eine Verwendung von zwei einander gegenüber liegenden Objektiven hoher numerischer Apertur in 4Pi-Konfiguration zum Beaufschlagen der Probe mit dem Licht der einen Wellenlänge und/oder zum Registrieren des Fluoreszenzlichts aus der Probe. Soweit dabei das Lichts jeweils nur in einen oder mehrere einzelne Punkte der Ebene fokussiert wird, ist die Ebene mit diesen Punkten in allen Schritten des Verfahrens, z. B. während der Aufnahme jedes einzelnen Bildes, abzuscannen. Die Fokussierung des Lichts der einen Wellenlänge in einzelne Punkte der Probe kann in vorteilhafter Weise mit einer konfokalen Registrierung des Fluoreszenzlichts aus der Probe kombiniert werden. Alternativ ist es möglich, die Probe orthogonal zur Richtung der Abbildung der Probe auf das Sensorarray mit dem Licht der einen Wellenlänge zu beaufschlagen, aus dem mittels einer Zylinderlinse ein Lichtschnitt geformt wird. Diese Vorgehensweise ist dem Fachmann als SPIM (Selective Plane IlluMination) bekannt.It is understood that the new method can be combined with various measures that are familiar to the person skilled in the art, in particular in the field of methods known as PALM, STORM or PALMIRA. These include, in particular, measures for the three-dimensional resolution of the registered positions of the molecules in the sample, ie for the spatial resolution of these positions also in the z-direction. These measures include multiphoton excitation of the fluorescent dye from its first state both for fluorescence and for conversion to its non-fluorescent second state, focusing the stimulating light of one wavelength onto the plane of interest and using two opposing high numerical aperture objectives in 4Pi configuration for exposing the sample to the light of one wavelength and / or registering the fluorescence zenzlichts from the sample. As far as the light is focused in each case only in one or more individual points of the plane, the plane with these points in all steps of the process, for. B. during the recording of each image to scan. The focusing of the light of the one wavelength into individual points of the sample can be advantageously combined with a confocal registration of the fluorescent light from the sample. Alternatively, it is possible to apply the probe orthogonal to the direction of imaging of the sample onto the sensor array with the light of the one wavelength from which a light cut is formed by means of a cylindrical lens. This procedure is known to the person skilled in the art as SPIM (Selective Plane Illumination).

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The in the introduction to the description advantages of features and combinations of several Features are merely exemplary and may be alternative or cumulatively without compelling advantages of embodiments of the invention must be achieved. Other features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several Components to each other and their relative arrangement and operative connection - to remove. The combination of features of different embodiments the invention or features of different claims is also different from the chosen relationships the claims possible and is hereby stimulated. This also applies to such features, in separate drawings are shown or mentioned in their description. These Features may also be consistent with features of different claims be combined. Likewise, in the claims listed features for further embodiments the invention omitted.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.in the The invention will now be described with reference to the appended drawings Figures on the basis of preferred embodiments on explained and described.

1 zeigt den Aufbau eines Fluoreszenzlichtmikroskops, das zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignet ist. 1 shows the structure of a fluorescent light microscope, which is suitable for carrying out the new method.

2(A) zeigt ein mit dem neuen Verfahren aufgenommenes Gesamtbild von Mikrotubuli einer PtK2-Zelle als interessierender Struktur. Die Struktur ist mit dem Farbstoff Rhodamin 6G angefärbt. Das Medium, in dem sich die Zelle befindet, ist eine wässrige Pufferlösung mit Glucose-Oxidase und Catalase (50 mM Tris, pH 7.5, 10 mM NaCl, Glucose Oxidase (Sigma, G2133), 40 μg/mL Catalase (Roche Applied Science, 106810), 10% (w/v) Glucose). Die Anzahl der für das Gesamtbild aufgenommenen Einzelbilder beträgt 61440 mit Belichtungszeiten von 5 ms. Die Lichtintensität lag konstant bei 50 kW/cm2. 2 (A) shows a total image of microtubules of a PtK2 cell taken as a structure of interest with the new method. The structure is stained with the dye rhodamine 6G. The medium in which the cell is located is an aqueous buffer solution with glucose oxidase and catalase (50 mM Tris, pH 7.5, 10 mM NaCl, glucose oxidase (Sigma, G2133), 40 μg / mL catalase (Roche Applied Science, 106810), 10% (w / v) glucose). The number of frames taken for the entire image is 61440 with exposure times of 5 ms. The light intensity was constant at 50 kW / cm 2 .

2(B) ist eine Rekonstruktion, die einer auflösungsbegrenzten Abbildung desselben Objekts wie in 1(A) entspricht. Die Rekonstruktion wurde durch die Summe der 61440 Einzelbilder erzeugt. Die kleine Abbildung unten rechts in (B) zeigt ein Profil an den markierten Stellen von 1(A) und (B), anhand dessen die Auflösungserhöhung des neuen Verfahrens gut ersichtlich ist. 2 B) is a reconstruction that is a resolution-bound image of the same object as in 1 (A) equivalent. The reconstruction was generated by the sum of 61440 frames. The small figure at the bottom right in (B) shows a profile at the marked points of 1 (A) and (B), which clearly shows the increase in resolution of the new process.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

Bei dem in 1 skizzierten Fluoreszenzlichtmikroskop 1 wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe 2 Licht 3 eine Wellenlänge (schwarze Linie) von einer geeigneten Lichtquelle 4 zur Verfügung gestellt und mittels der Linse 5 in ein Objektiv 6 fokussiert. Dass Licht 3 dient der großflächigen Beleuchtung des gesamten interessierenden Bereichs der Probe 2. Fluoreszenzlicht 7 (graue Linie) von Fluoreszenzfarbstoff in der Probe 2 wird ebenfalls von einem Objektiv, in diesem Falle demselben Objektiv 6, gesammelt und von dem Licht 3 mittels eines dichroitischen Spiegels 8 getrennt und, falls nötig, durch einen geeigneten Fluoreszenzlichtfilter 9 weiter aufgereinigt. Eine Linse 10 sorgt im Zusammenspiel mit dem Objektiv 5 für eine geeignete Abbildung der fluoreszenten Moleküle des Fluoreszenzfarbstoffs auf ein Sensorarray 11.At the in 1 sketched fluorescent light microscope 1 When carrying out the method according to the invention, a high-resolution imaging of a structure of interest of a sample is performed 2 light 3 a wavelength (black line) from a suitable light source 4 provided and by means of the lens 5 in a lens 6 focused. That light 3 is used for large-area illumination of the entire region of interest of the sample 2 , fluorescent light 7 (gray line) of fluorescent dye in the sample 2 is also from a lens, in this case the same lens 6 , collected and from the light 3 by means of a dichroic mirror 8th separated and, if necessary, by a suitable fluorescent light filter 9 further purified. A lens 10 ensures interaction with the lens 5 for a suitable mapping of the fluorescent molecules of the fluorescent dye on a sensor array 11 ,

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Fluoreszenzlichtmikroskop 1 laufen folgende Schritte ab:
Zunächst wird eine interessierende Struktur in einer Probe mit einem nicht schaltbaren Fluoreszenzfarbstoff gefärbt.
When carrying out the method according to the invention on the fluorescent light microscope 1 take the following steps:
First, a structure of interest in a sample is stained with a non-switchable fluorescent dye.

Danach wird die Probe in eine geeignete Umgebung eingebettet. Dies kann z. B. PVA sein, oder auch ein wässriges Medium (z. B. für lebende Zellen), dem Sauerstoff entzogen wird. Diese Maßnahme ist in der Regel nötig, da bei heutiger Technik und üblichen Fluoreszenzfarbstoffen die Lebensdauer des dunklen Triplettzustands in wässrigen Lösungen ohne Sauerstoffkonzentrationsreduktion nicht ausreichend lang ist, um Einzelmolekülereignisse trennen zu können. Die Sauerstoffreduktion kann z. B. durch Hinzugeben von Glucose-Oxidase und Catalase geschehen. Derartige wässrige Puffer sind allgemein bekannte Medien für die Mikroskopie. Ein Medium, das im Prinzip auch für Lebendzellanwendungen geeignet ist, ist: 88% (v/v) Gibco-DMEM (Invitrogen Corporation, Carlsbad, California) mit 10 mM HEPES, 10% (v/v) Glucose-Oxidase (5 mg/ml, Sigma, G2133), 2% (v/v) Catalase (2 mg/ml, Roche Applied Science, 106810)Thereafter, the sample is embedded in a suitable environment. This can be z. B. PVA, or even an aqueous medium (eg., For living cells) is deprived of oxygen. This measure is usually necessary because with today's technology and conventional fluorescent dyes, the life of the dark triplet state in aqueous solutions without Sauerstoffkonzentrationsreduktion is not long enough to separate single molecule events can. The oxygen reduction can, for. B. done by adding glucose oxidase and catalase. Such aqueous buffers are well-known media for microscopy. A medium that is in principle also suitable for living cell applications is: 88% (v / v) Gibco-DMEM (In Vitrogen Corporation, Carlsbad, California) with 10 mM HEPES, 10% (v / v) glucose oxidase (5 mg / ml, Sigma, G2133), 2% (v / v) catalase (2 mg / ml, Roche Applied Science , 106810)

Vor Beginn der eigentlichen Messung muss u. U., wenn die Markierungsdichte, d. h. die räumliche Dichte des Fluoreszenzfarbstoffs, zu hoch ist, ein ausreichender Anteil der Moleküle des Fluoreszenzfarbstoffs durch geeignetes Bestrahlen der Probe mit dem Licht irreversibel gebleicht werden. Auf jeden Fall muss vor Beginn der Messung durch Einstrahlen des Lichts ein ausreichend großer Anteil der Moleküle aus deren ersten, fluoreszenten in deren zweiten, dunklen Zustand gepumpt werden, so dass die Abbildungen der wenigen, im fluoreszenten Zustand verbleibenden Moleküle auf dem Sensorarray weiter als die Auflösungsgrenze auf ein Sensorarray voneinander entfernt sind. Typische Intensitäten liegen zwischen 1 und 100 kW/cm2, je nach Umgebung und Fluoreszenzfarbstoff. Die Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichts, die zu Beginn des Einstrahlens des Lichts mit dem Sensorarray aufgenommen werden kann, zeigt das auflösungsbegrenzte Bild der interessierenden Struktur. Dieses kann später als Referenz für ein Abbruchkriterium dienen. In der Praxis muss für die Aufnahme des auflösungsbegrenzten Bilds der interessierenden Struktur unter Umständen die Belichtungszeit einer das Sensorarray aufweisenden Kamera oder die Verstärkung derselben anpasst oder ein Intensitätsfilter einsetzt werden, da die Kamera zur Detektion von Einzelmolekülsignalen optimiert sein wird. Alternativ kann auch vor dem Lichtsignal, das zur Überführung der Mehrzahl der Moleküle in den dunklen Zustand dient, ein Lichtsignal geringer Intensität zur Aufnahme eines beugungsbegrenzten Referenzbildes eingestrahlt werden.Before starting the actual measurement u. For example, if the label density, ie, the spatial density of the fluorescent dye, is too high, a sufficient portion of the molecules of the fluorescent dye will be irreversibly bleached by suitably irradiating the sample with the light. In any case, before starting the measurement by irradiating the light, a sufficiently large proportion of the molecules must be pumped from their first, fluorescent to their second, dark state, so that the images of the few molecules remaining in the fluorescent state on the sensor array are wider than the Resolution limit on a sensor array away from each other. Typical intensities are between 1 and 100 kW / cm 2 , depending on the environment and fluorescent dye. The intensity distribution of the fluorescent light, which can be recorded at the beginning of the irradiation of the light with the sensor array, shows the resolution-limited image of the structure of interest. This can later serve as a reference for a termination criterion. In practice, the exposure time of a camera having the sensor array or the gain thereof must be adapted or an intensity filter used to record the resolution-limited image of the structure of interest, since the camera will be optimized for the detection of single-molecule signals. Alternatively, a low-intensity light signal may be irradiated in front of the light signal, which serves to transfer the majority of the molecules to the dark state, in order to record a diffraction-limited reference image.

Sowie ein ausreichender Anteil der Moleküle in den dunklen Zustand gepumpt wurde, kann die eigentliche Messung übergangslos gestartet werden, auf jeden Fall jedoch muss dies in einem Zeitraum geschehen, der viel kleiner ist als die Lebensdauer des dunklen Zustands. Die Belichtungszeit der Einzelbilder richtet sich dabei nach der mittleren Dauer, über die ein Molekül, das sich im ersten, leuchtenden Zustand befindet, Fluoreszenzlicht emittiert, bevor es wieder in den zweiten, dunklen Zustand übergeht. Bei den verwendeten Beispielen führt dies zu einer typischen Belichtungszeit von 2 bis 10 ms. In dieser Zeit wird im Mittel eine Größenordnung von 1000 Photonen pro Molekül auf dem Detektor aufgefangen, bevor es wieder in den dunklen Zustand übergeht.Such as a sufficient proportion of the molecules in the dark state pumped, the actual measurement can be seamless but in any case this must be done in a timeframe which is much smaller than the life of the dark state. The Exposure time of the individual images depends on the average Duration, over which a molecule, which in the first, luminous state is emitted, fluorescent light emitted before it goes back to the second, dark state. at This leads to a typical Exposure time from 2 to 10 ms. In this time, on average, one Order of magnitude of 1000 photons per molecule collected on the detector before returning to the dark state.

Während der Messung kann, nachdem Moleküle durch irreversibles Bleichen verloren gegangen sind, die Intensität des Lichts reduziert werden, um eine optimale Dichte der Moleküle zu erreichen, die sich im ersten Zustand befinden.While The measurement can be made after irreversible molecules Bleaching are lost, the intensity of light be reduced to an optimal density of the molecules reach in the first state.

Die Dauer der gesamten Messung richtet sich nach der Anzahl der Einzelbilder und deren Belichtungszeit. Die nötige Anzahl der Einzelbilder richtet sich nach dem gewählten Abbruchkriterium. Bei komplexeren Strukturen werden typischerweise bis zu 100.000 Einzelbilder aufgenommen. Damit liegt die Gesamtaufnahmezeit in der Größenordnung von Minuten.The Duration of the entire measurement depends on the number of individual images and their exposure time. The required number of frames depends on the selected termination criterion. For more complex Structures typically record up to 100,000 frames. Thus, the total recording time is on the order of magnitude of minutes.

11
Lichtmikroskoplight microscope
22
Probesample
33
Lichtlight
44
Lichtquellelight source
55
Linselens
66
Mikroskopobjektivmicroscope objective
77
Fluoreszenzlichtfluorescent light
88th
dichroitischer Spiegeldichroic mirror
99
FluoreszenzlichtfilterFluorescent light filter
1010
Linselens
1111
Sensorarraysensor array
1212
Spiegelmirror

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2006/127692 A2 [0002] WO 2006/127692 A2 [0002]
  • - WO 2006/127692 [0002, 0003, 0003] - WO 2006/127692 [0002, 0003, 0003]
  • - DE 10325460 A [0007, 0014] - DE 10325460 A [0007, 0014]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Rust et al. in Nature Methods, 3, 793–796 (2006) [0004] Rust et al. in Nature Methods, 3, 793-796 (2006) [0004]
  • - C. Geisler et al.: Resolution of λ/10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching, Appl. Phys. A 88, 223–226 (2007) [0005] C. Geisler et al .: Resolution of λ / 10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching, Appl. Phys. A 88, 223-226 (2007) [0005]
  • - S. Bretschneider et al.: Breaking the dfiffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving, Phys. Rev. Lett. 98, 218103 (2007) [0009] Bretschneider et al .: Breaking the diffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving, Phys. Rev. Lett. 98, 218103 (2007) [0009]
  • - http://www.promega.com/cnotes/cn011/cn011_02.htm [0025] - http://www.promega.com/cnotes/cn011/cn011_02.htm [0025]
  • - http://www.covalys.com/ [0025] - http://www.covalys.com/ [0025]
  • - BioForum Europe 6, 51–59 (2005) [0025] - BioForum Europe 6, 51-59 (2005) [0025]

Claims (18)

Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe, mit den Schritten: – Auswählen einer Substanz aus einer Gruppe von Substanzen, – die einen ersten Zustand mit ersten Fluoreszenzeigenschaften und einen zweiten Zustand mit zweiten Fluoreszenzeigenschaften aufweisen; – die in ihrem ersten Zustand mit Licht einer Wellenlänge zur spontanen Emission von Fluoreszenzlicht anregbar sind; – die aus ihrem ersten Zustand mit dem Licht der einen Wellenlänge in ihren zweiten Zustand überführbar sind und – die spontan und/oder durch Einwirkung des Lichts der einen Wellenlänge aus ihrem zweiten Zustand in ihren ersten Zustand zurückkehren können; – Markieren der interessierenden Struktur der Probe mit der Substanz; – Abbilden der Probe auf ein Sensorarray, wobei eine räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung größer (also schlechter) ist als ein mittlerer Abstand zwischen nächst benachbarten Molekülen der Substanz in der Probe; – Beaufschlagen der Probe in einem Bereich, der größere Abmessungen als die räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung der Probe auf das Sensorarray aufweist, mit dem Licht der einen Wellenlänge, wobei wechselnde Anteile der Substanz mit dem Licht der einen Wellenlänge zur spontanen Emission von Fluoreszenzlicht angeregt und in ihren zweiten Zustand überführt werden und wobei mindestens 10% der jeweils in dem ersten Zustand befindlichen Moleküle der Substanz einen Abstand zu den ihnen nächst benachbarten Molekülen in dem ersten Zustand aufweisen, der größer als die räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung der Probe auf das Sensorarray ist; und – Registrieren des Fluoreszenzlichts, das aus dem Bereich von der Substanz spontan emittiert wird, in mehreren während des anhaltenden Beaufschlagens der Probe dem Licht der einen Wellenlänge mit dem Sensorarray aufgenommenen Bildern; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand und der zweite Zustand unterschiedliche elektronische Zustände der Substanz sind.A method of spatially high resolution imaging of a sample structure of interest comprising the steps of: selecting one of a group of substances having a first state with first fluorescence properties and a second state with second fluorescence properties; - Which are excitable in their first state with light of a wavelength for the spontaneous emission of fluorescent light; - Which can be converted from its first state with the light of a wavelength in its second state and - which can return spontaneously and / or by the action of the light of the one wavelength from its second state to its first state; - marking the structure of interest of the sample with the substance; Imaging the sample onto a sensor array, wherein a spatial resolution limit of the image is greater (ie worse) than an average distance between nearest neighboring molecules of the substance in the sample; Subjecting the sample in a region which has larger dimensions than the spatial resolution limit of the image of the sample on the sensor array, with the light of a wavelength, wherein changing proportions of the substance with the light of the one wavelength for spontaneous emission of fluorescent light is excited and their second state is transferred and wherein at least 10% of the molecules of the substance respectively in the first state have a distance to their closest adjacent molecules in the first state, which is greater than the spatial resolution limit of the image of the sample on the sensor array; and - registering the fluorescent light spontaneously emitted from the region of the substance in a plurality of images taken during the continuous exposure of the sample to the light of the one wavelength with the sensor array; characterized in that the first state and the second state are different electronic states of the substance. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Beaufschlagens der Probe (2) mit dem Licht (3) der einen Wellenlänge dessen Intensität so groß eingestellt wird, dass die Substanz in ihren zweiten Zustand überführt wird, bis mehr als 90%, vorzugsweise mehr als 95%, noch mehr bevorzugt mehr als 98% und am meisten bevorzugt mehr als 99% der Moleküle der Substanz in den zweiten elektronischen Zustand überführt sind.Method according to claim 1, characterized in that at the beginning of the loading of the sample ( 2 ) with the light ( 3 ) of one wavelength whose intensity is adjusted so large that the substance is converted to its second state, to more than 90%, preferably more than 95%, even more preferably more than 98% and most preferably more than 99% of the molecules the substance are transferred to the second electronic state. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz nicht schaltbar ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the substance is not switchable. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein Singulettzustand und der zweite Zustand ein Triplettzustand ist.Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that the first state is a singlet state and the second state is a triplet state. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Maßnahme ergriffen wird, die die Lebensdauer des zweiten Zustands des Fluoreszenzfarbstoffs in der Probe (2) verändert, insbesondere verlängert.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one measure is taken, the lifetime of the second state of the fluorescent dye in the sample ( 2 ) changed, in particular extended. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil der Substanz vor dem Aufnehmen der Bilder mittels einer hohen Intensität des Lichts (3) der einen oder einen anderen Wellenlänge durch Photobleichen in einen anhaltenden Dunkelzustand überführt wird, der sich von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand unterscheidet.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a portion of the substance before taking the images by means of a high intensity of the light ( 3 ) of one or another wavelength is converted by photobleaching into a persistent dark state that differs from the first state and the second state. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Lichts (3) der einen Wellenlänge während der Aufnahme der Bilder auf einen konstanten Wert eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intensity of the light ( 3 ) of one wavelength is set to a constant value during the recording of the images. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Lichts (3) der einen Wellenlänge während der Aufnahme der Bilder auf einen mit der Abfolge der Aufnahme der Bilder zeitlich modulierten Intensitätsverlauf eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intensity of the light ( 3 ) of the one wavelength during the recording of the images is set to a temporally modulated with the sequence of recording the images intensity profile. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (3) der einen Wellenlänge kontinuierlich oder in schnellen, bei der Aufnahme der Bilder nicht aufgelösten Pulsen auf den Bereich gerichtet wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the light ( 3 ) of a wavelength continuously or in fast, unresolved in the recording of the images pulses is directed to the area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen aufgenommenen Bilder online dahingehend ausgewertet werden, ob sie nicht trennbare fluoreszente Moleküle der Substanz zeigen, und dass die Intensität des Lichts (3) variiert wird, bis ein Dichtegrenzwert für derartige nicht trennbare fluoreszente Moleküle unterschritten ist.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the individual recorded images are evaluated online, whether they show non-separable fluorescent molecules of the substance, and that the intensity of the light ( 3 ) is varied until a density limit for such non-separable fluorescent molecules is exceeded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen aufgenommenen Bilder online bezüglich der maximalen Dichte ausgewertet werden, in der sie trennbare fluoreszente Moleküle der Substanz zeigen, und dass die Intensität des Lichts (3) variiert wird, bis ein Dichtegrenzwert für derartige trennbare fluoreszente Moleküle erreicht ist.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the individual recorded images are evaluated online with respect to the maximum density, in which they show separable fluorescent molecules of the substance, and that the intensity of the light ( 3 ) is varied until a density limit for such separable fluorescent molecules is reached. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Beaufschlagens der Probe (2) mit dem Licht (3) der einen Wellenlänge mit dem Sensorarray eine Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichts von der gesamten Substanz in der Probe (2) mit der räumlichen Auflösung der Abbildung der Probe (2) auf das Sensorarray aufgenommen wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that at the beginning of the loading of the sample ( 2 ) with the light ( 3 ) of one wavelength with the sensor array, an intensity distribution of the fluorescent light of the entire substance in the sample ( 2 ) with the spatial resolution of the image of the sample ( 2 ) is recorded on the sensor array. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbruchkriterium für das Aufnehmen weiterer Bilder desselben Bereichs der Probe (2) basierend auf der Intensitätsverteilung des Fluoreszenzlichts von der gesamten Substanz in der Probe (2) definiert werden.A method according to claim 12, characterized in that an abort criterion for taking further images of the same area of the sample ( 2 ) based on the intensity distribution of the fluorescent light of the whole substance in the sample ( 2 ) To be defined. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede in den aufeinander folgenden Bildern registrierte Position eines Moleküls der Substanz gefaltet mit der PSF (Point Spread Function) der Abbildung der Probe (2) auf das Sensorarray (11) in eine Rekonstruktion der anfänglich aufgenommenen Intensitätsverteilung eingetragen wird und dass diese Rekonstruktion mit der anfänglich aufgenommenen Intensitätsverteilung verglichen wird.Method according to claim 13, characterized in that each position of a molecule of the substance registered in the successive images folded with the PSF (Point Spread Function) of the image of the sample ( 2 ) on the sensor array ( 11 ) is entered into a reconstruction of the initially recorded intensity distribution and that this reconstruction is compared with the initially recorded intensity distribution. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die interessierende Struktur der Probe (2) mit der Substanz markiert wird, indem eine biologische Probe (2) gentechnisch so verändert wird, dass sie selbst die Substanz exprimiert.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the structure of interest of the sample ( 2 ) is labeled with the substance by a biological sample ( 2 ) is genetically engineered to express the substance itself. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die interessierende Struktur der Probe (2) mit der Substanz markiert wird, indem eine biologische Probe (2) gentechnisch so verändert wird, dass sie Proteine mit spezifischen Bindungsplätzen für die Substanz oder einen daran gekoppelten Linker exprimiert.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the structure of interest of the sample ( 2 ) is labeled with the substance by a biological sample ( 2 ) is genetically engineered to express proteins having specific binding sites for the substance or a linker coupled thereto. Fluoreszenzlichtmikroskop mit einem Sensorarray zum Registrieren von Fluoreszenzlicht von einer Probe in aufeinander folgenden Bildern, mit einer Abbildungsoptik zum Abbilden der Probe auf das Sensorarray, wobei ein Rastermaß von Pixeln des Sensorarrays kleiner als die räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung der Probe auf das Sensorarray mal dem Abbildungsfaktor der Abbildung ist, mit einer Lichtquelle zum Beaufschlagen der Probe mit Licht einer Wellenlänge in einem Bereich, der größere Abmessungen als die räumliche Auflösungsgrenze der Abbildung der Probe auf das Sensorarray aufweist, und mit einer Steuerung für die Intensität des Lichts der einen Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Intensität des Lichts (3) der einen Wellenlänge gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 steuert.Fluorescence light microscope with a sensor array for registering fluorescent light from a sample in successive images, with an imaging optics for imaging the sample on the sensor array, wherein a grid of pixels of the sensor array smaller than the spatial resolution limit of the image of the sample on the sensor array times the imaging factor of 1, with a light source for exposing the sample to light of a wavelength in a region larger in size than the spatial resolution limit of imaging the sample on the sensor array and having intensity control of the light of the one wavelength, characterized that the controller controls the intensity of the light ( 3 ) which controls a wavelength according to the method of any one of claims 1 to 14. Fluoreszenzlichtmikroskop nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eine Onlinebildverarbeitung für die einzelnen mit dem Sensorarray (11) aufgenommenen Bilder aufweist.Fluorescence light microscope according to claim 17, characterized in that the controller has an online image processing for the individual with the sensor array ( 11 ) has recorded images.
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Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010007730A1 (en) 2010-02-12 2011-08-18 Leica Microsystems CMS GmbH, 35578 Method and device for setting a suitable evaluation parameter for a fluorescence microscope
WO2011107401A1 (en) 2010-03-01 2011-09-09 Leica Microsystems Cms Gmbh Sample holder for a microscope
DE102010017630A1 (en) 2010-06-29 2011-12-29 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for light microscopic imaging of a sample structure
DE102010036709A1 (en) 2010-07-28 2012-02-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Device and method for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102010035003A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 PicoQuant GmbH. Unternehmen für optoelektronische Forschung und Entwicklung Detection of fluorescence of fluorophore in sample involves arranging sample on surface of sample carrier, adding redox buffer containing reducing agent and/or oxidation agent, irradiating and detecting fluorescence light
DE102011001091A1 (en) 2010-10-19 2012-04-19 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102010044013A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-16 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Depth resolution enhanced microscopy
EP2463702A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Device and method for adjustable fixing of a microscope table to a microscope body
EP2463704A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Microscope table
EP2463703A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Microscope table with pivotable lens holder
DE102011000835A1 (en) 2011-02-21 2012-08-23 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
DE102011017078A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide field microscope illumination system and wide field illumination method
EP2535754A1 (en) 2011-06-14 2012-12-19 Leica Microsystems CMS GmbH Sampling microscope and method for imaging an object using a light microscope
DE102011051086A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method for imaging fluorescent dye with labeled structure in sample, involves emitting fluorescent light in form of detectable photons, and assigning image of structure from location to photons over repetitive scanning of scanning area
EP2538262A2 (en) 2011-06-22 2012-12-26 Leica Microsystems CMS GmbH Method and light-microscopic device to show a sample as an image
DE102011053232A1 (en) 2011-09-02 2013-03-07 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device for three-dimensional localization of point-like object e.g. fluorescent molecule, has evaluation unit that determines axial position of objects with reference to relative position of two light spots
DE102011055294A1 (en) 2011-11-11 2013-05-16 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and method for the three-dimensional localization of punctiform objects in a sample
DE102012201003A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and method for high-resolution 3-D fluorescence microscopy
DE102013102988A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Light microscopic method for the localization of point objects
WO2015000877A1 (en) 2013-07-01 2015-01-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Light-microscopic method of localization microscopy for localizing point objects
DE102015121920A1 (en) 2015-12-16 2017-06-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh High-resolution short-term microscopy method and high-resolution short-term microscope
US9690086B2 (en) 2013-11-20 2017-06-27 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide-field microscope illumination system and wide-field illumination method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6667830B1 (en) * 1998-04-09 2003-12-23 Japan Science And Technology Corporation Super-resolution microscope system and method for illumination
DE10325460A1 (en) 2003-04-13 2004-11-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Spatially high-resolution imaging
WO2006127692A2 (en) 2005-05-23 2006-11-30 Hess Harald F Optical microscopy with phototransformable optical labels
WO2007030835A2 (en) * 2005-09-10 2007-03-15 Baer Stephen C High resolution microscopy using an optically switchable fluorophore
DE102006021317B3 (en) * 2006-05-06 2007-10-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Sample`s interesting structure spatial high-resolution imaging method, involves adjusting intensity of signal such that ten percentage of molecules of substance have specific distance to adjacent molecules
US20080032414A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-07 President And Fellows Of Harvard College Sub-diffraction image resolution and other imaging techniques
EP1903336A1 (en) * 2006-09-25 2008-03-26 Leica Microsystems CMS GmbH Method for spatially high-resolution investigation of the structure of a sample marked with a fluorescent substance
WO2008074429A1 (en) * 2006-12-18 2008-06-26 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Spatial high-resolution representation of a structure
WO2008080032A2 (en) * 2006-12-21 2008-07-03 Howard Hughes Medical Institute Systems and methods for 3-dimensional interferometric microscopy
WO2009003948A2 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Universität Bielefeld Process for improving the photostability and/or control of the fluorescence intensity of fluorescent dyes

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6667830B1 (en) * 1998-04-09 2003-12-23 Japan Science And Technology Corporation Super-resolution microscope system and method for illumination
DE10325460A1 (en) 2003-04-13 2004-11-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Spatially high-resolution imaging
WO2006127692A2 (en) 2005-05-23 2006-11-30 Hess Harald F Optical microscopy with phototransformable optical labels
WO2007030835A2 (en) * 2005-09-10 2007-03-15 Baer Stephen C High resolution microscopy using an optically switchable fluorophore
DE102006021317B3 (en) * 2006-05-06 2007-10-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Sample`s interesting structure spatial high-resolution imaging method, involves adjusting intensity of signal such that ten percentage of molecules of substance have specific distance to adjacent molecules
US20080032414A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-07 President And Fellows Of Harvard College Sub-diffraction image resolution and other imaging techniques
EP1903336A1 (en) * 2006-09-25 2008-03-26 Leica Microsystems CMS GmbH Method for spatially high-resolution investigation of the structure of a sample marked with a fluorescent substance
WO2008074429A1 (en) * 2006-12-18 2008-06-26 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Spatial high-resolution representation of a structure
WO2008080032A2 (en) * 2006-12-21 2008-07-03 Howard Hughes Medical Institute Systems and methods for 3-dimensional interferometric microscopy
WO2009003948A2 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Universität Bielefeld Process for improving the photostability and/or control of the fluorescence intensity of fluorescent dyes

Non-Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bates,M., (u.a.): Short-Range Spectroscopic Ruler Based on a Single-Molecule Optical Switch, Phys. Rev. Lett., Vol. 94, 2005, S. 108101-1 bis - 4 *
Betzig,E., (u.a.): Imaging Intracellular Flourescent Proteins at Nanometer Resolution. In: Science, Vol. 313, Sept. 2006, S. 1642-1645 *
BioForum Europe 6, 51-59 (2005)
Brecht,A., Gibbs,T.: Self Labeling Protein Tags. In: BioForum Europe, Vol. 6, 2005, S. 50 *
Bretschneider,S. (u.a.): Breaking the diffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving. In: Phys. Rev. Lett., Vol. 98, 2007, S. 218103 *
C. Geisler et al.: Resolution of lambda/10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching, Appl. Phys. A 88, 223-226 (2007)
Chudakov,D.M., (u.a.): Photoswitchable cyan fluorescent protein for protein tracking. In: Nat. Biotechn., Vol. 22, No. 11, Nov. 2004, S. 1435-1439 *
Enninga,J., (u.a.): Roundtrip explorations of bacterial infection: from single cells to the entire host and back. In: TRNDS in Microbiol., Vol. 15, No. 11, 2007, S. 483-490 *
Fölling,J., Bossi,M., Bock,H. (u.a.): Fluorescence nanoscopy by ground-state depletion and single-molecule return. In: Nat. Meth., Vol. 5, No. 11, Nolv. 2008, S. 943-945 *
Fölling,J., Bossi,M., Bock,H. (u.a.): Fluorescence nanoscopy by ground-state depletion and single-molecule return. In: Nat. Meth., Vol. 5, No. 11, Nolv. 2008, S. 943-945 Heilemann,M., van de Linde,S., Schüttpelz,M. (u.a.): Subdiffraction-Resolution Fluorescence Imaging with Conventional Fluorescent Probes. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 47, 2008, S. 6172-6176 (eigeg. am 21.05.2008) van de Linde,S., Schüttpelz,M., Kasper,R. (u.a.): Photoswitching microscopy with subdiffraction-resolution. In: Proc. of SPIE: Single Molecule Spectroscopy and Imaging II. Edited by J.Enderlein et al., Vol. 7185, 2009, S. 71850F-1 bis - 11 Betzig,E., (u.a.): Imaging Intracellular Flourescent Proteins at Nanometer Resolution. In: Science, Vol. 313, Sept. 2006, S. 1642-1645 Rust,M.J., (u.a.): Subdiffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). In: Nat. Meth., Vol. 3, 2006, S. 793-796 Published online: 9 Aug. 2006, (doi:10.1038/nmeth929) Lidke,K.A., (u.a.): Superresolution by
Geisler,C. (u.a.): Resolution of Lambda/10 in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching. In: Appl. Phys. A, Vol. 88, 2007, S. 223-226 *
Gordon,M.P., (u.a.): Single-molecule high-resolution imaging with photobleaching. In: Proc. Natl. Acad. Sc., Vol. 101, No. 17, 2004, S. 6462-6465 *
Heilemann,M., van de Linde,S., Schüttpelz,M. (u.a.): Subdiffraction-Resolution Fluorescence Imaging with Conventional Fluorescent Probes. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 47, 2008, S. 6172-6176 (eigeg. am 21.05.2008) *
Hess,S.T., (u.a.): Ultra-High Resolution Imaging by Fluorescence Photoactivation Localization Microscopy. In: Biophys. J., Vol. 91, Dec. 2006, S. 4258-4272 *
http://www.covalys.com/
http://www.promega.com/cnotes/cn011/cn011_02.htm
Lidke,K.A., (u.a.): Superresolution by localization of quantum dots using blinking statistics. In: Opt. Express, Vol. 13, No. 18, Sept. 2005, S. 7052-7062 *
Los,G.V., (u.a.): Halotag Interchangeable Labeling Technol. for Cell Imaging and Protein Capture. In: Cell Notes, Vol. 11, 2005, S. 2-6 (online), (rech. am 19.08.09). Im Internet: *
N.N: GPCR internalization and protein relocation assays using self-labeling protein tags. In: Genetic Engineering & biotechn. News, Vol. 27, No. 14, Aug. 2007, S. 42-43 (online), (rech. am 19.08.09). Im Internet: <URL:http://http://www.covalys.com/fileadmin/docum nts/G_protein_coupled_receptor_GEN_vol_27_2007.pdf *
Qu,X., (u.a.): Nanometer-localized multiple single- molecule fluorescence microscopy. In: Proc. Natl. Acad. Sc., Vol. 101, No. 31, Aug. 2004, S. 11298-11303 *
Rust et al. in Nature Methods, 3, 793-796 (2006)
Rust,M.J., (u.a.): Subdiffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). In: Nat. Meth., Vol. 3, 2006, S. 793-796 Published online: 9 Aug. 2006, (doi:10.1038/nmeth929) *
S. Bretschneider et al.: Breaking the dfiffraction barrier in fluorescence microscopy by optical shelving, Phys. Rev. Lett. 98, 218103 (2007)
van de Linde,S., Schüttpelz,M., Kasper,R. (u.a.): Photoswitching microscopy with subdiffraction-resolution. In: Proc. of SPIE: Single Molecule Spectroscopy and Imaging II. Edited by J.Enderlein et al., Vol. 7185, 2009, S. 71850F-1 bis - 11 *

Cited By (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010007730B4 (en) 2010-02-12 2021-08-26 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for setting a suitable evaluation parameter for a fluorescence microscope
WO2011098304A1 (en) 2010-02-12 2011-08-18 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for setting a suitable evaluation parameter for a fluorescence microscope
DE102010007730A1 (en) 2010-02-12 2011-08-18 Leica Microsystems CMS GmbH, 35578 Method and device for setting a suitable evaluation parameter for a fluorescence microscope
US10338369B2 (en) 2010-02-12 2019-07-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for setting a suitable evaluation parameter for a fluorescence microscope
CN102822719A (en) * 2010-03-01 2012-12-12 莱卡微系统Cms有限责任公司 Sample holder for a microscope
DE102010009679A1 (en) 2010-03-01 2012-03-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Sample holder for a microscope
CN102822719B (en) * 2010-03-01 2015-03-04 莱卡微系统Cms有限责任公司 Sample holder for a microscope
DE102010009679B4 (en) * 2010-03-01 2020-03-05 Leica Microsystems Cms Gmbh Sample holder for a microscope and microscope
WO2011107401A1 (en) 2010-03-01 2011-09-09 Leica Microsystems Cms Gmbh Sample holder for a microscope
US8970952B2 (en) 2010-03-01 2015-03-03 Leica Microsystems Cms Gmbh Sample holder for a microscope
WO2012000923A1 (en) 2010-06-29 2012-01-05 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for light-microscopic imaging of a sample structure
DE102010017630A1 (en) 2010-06-29 2011-12-29 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for light microscopic imaging of a sample structure
US9772485B2 (en) 2010-06-29 2017-09-26 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for light-microscopic imaging of a sample structure
DE102010017630B4 (en) * 2010-06-29 2016-06-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for light microscopic imaging of a sample structure
US9720221B2 (en) 2010-07-28 2017-08-01 Leica Microsystems Cms Gmbh Device and method for acquiring a microscopic image of a sample structure
WO2012013586A1 (en) 2010-07-28 2012-02-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Device and method for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102010036709A1 (en) 2010-07-28 2012-02-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Device and method for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102010035003B4 (en) * 2010-08-20 2015-08-06 PicoQuant GmbH. Unternehmen für optoelektronische Forschung und Entwicklung Spatially and temporally high-resolution microscopy
DE102010035003A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 PicoQuant GmbH. Unternehmen für optoelektronische Forschung und Entwicklung Detection of fluorescence of fluorophore in sample involves arranging sample on surface of sample carrier, adding redox buffer containing reducing agent and/or oxidation agent, irradiating and detecting fluorescence light
EP2444792A1 (en) 2010-10-19 2012-04-25 Leica Microsystems CMS GmbH Method and device for microscope imaging of a structure of a sample
US8922638B2 (en) 2010-10-19 2014-12-30 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and apparatus for the microscopic imaging of a sample structure
DE102011001091A1 (en) 2010-10-19 2012-04-19 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102011001091B4 (en) * 2010-10-19 2017-09-14 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for microscopic image acquisition of a sample structure
DE102011001091C5 (en) 2010-10-19 2022-07-14 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and device for microscopic image recording of a sample structure
US9201011B2 (en) 2010-11-16 2015-12-01 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Increased depth-resolution microscopy
DE102010044013A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-16 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Depth resolution enhanced microscopy
EP2463702A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Device and method for adjustable fixing of a microscope table to a microscope body
DE102010061170B4 (en) * 2010-12-10 2015-11-12 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope with pivoting lens mount and microscope with such a microscope stage
EP2463704A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Microscope table
US8537462B2 (en) 2010-12-10 2013-09-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope stage
US8559119B2 (en) 2010-12-10 2013-10-15 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope stage with pivotable objective holder
EP2463703A1 (en) 2010-12-10 2012-06-13 Leica Microsystems CMS GmbH Microscope table with pivotable lens holder
US8867127B2 (en) 2010-12-10 2014-10-21 Leica Microsystems Cms Gmbh Device and method for the adjusted mounting of a microscope stage to a microscope stand
DE102010061170A1 (en) 2010-12-10 2012-06-14 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope table with swiveling lens mount
WO2012113752A1 (en) 2011-02-21 2012-08-30 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for the light-microscopic imaging of an object
DE102011000835C5 (en) 2011-02-21 2019-08-22 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
DE102011000835B4 (en) * 2011-02-21 2014-04-03 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
US9030734B2 (en) 2011-02-21 2015-05-12 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope, and method for light microscopy imaging of a specimen
DE102011000835A1 (en) 2011-02-21 2012-08-23 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
DE102011017078B4 (en) 2011-04-15 2019-01-31 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide field microscope illumination system, use thereof and wide field illumination method
DE102011017078A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide field microscope illumination system and wide field illumination method
WO2012140083A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide-field microscope illumination system and wide-field illumination method
US9239456B2 (en) 2011-04-15 2016-01-19 Leica Microsystems Cms Gmbh Widefield microscope illumination system and widefield illumination method
EP2535754A1 (en) 2011-06-14 2012-12-19 Leica Microsystems CMS GmbH Sampling microscope and method for imaging an object using a light microscope
DE102011051042A1 (en) 2011-06-14 2012-12-20 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
DE102011051042B4 (en) * 2011-06-14 2016-04-28 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light microscopic imaging of an object
US8472113B2 (en) 2011-06-14 2013-06-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Scanning microscope and method for light-microscopic imaging of an object
DE102011051086A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method for imaging fluorescent dye with labeled structure in sample, involves emitting fluorescent light in form of detectable photons, and assigning image of structure from location to photons over repetitive scanning of scanning area
US9389404B2 (en) 2011-06-22 2016-07-12 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and light microscopy apparatus for producing an image of a sample
EP2538262A2 (en) 2011-06-22 2012-12-26 Leica Microsystems CMS GmbH Method and light-microscopic device to show a sample as an image
DE102011051278A1 (en) 2011-06-22 2012-12-27 Leica Microsystems Cms Gmbh Method and light microscopic device for imaging a sample
US9488824B2 (en) 2011-09-02 2016-11-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and microscopic method for the three-dimensional localization of point-like objects
DE102011053232B4 (en) 2011-09-02 2020-08-06 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and microscopic method for the three-dimensional localization of punctiform objects
DE102011053232A1 (en) 2011-09-02 2013-03-07 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device for three-dimensional localization of point-like object e.g. fluorescent molecule, has evaluation unit that determines axial position of objects with reference to relative position of two light spots
US9179131B2 (en) 2011-11-11 2015-11-03 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and method for three-dimensional localization of point-like objects in a specimen
DE102011055294A1 (en) 2011-11-11 2013-05-16 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and method for the three-dimensional localization of punctiform objects in a sample
DE102011055294B4 (en) * 2011-11-11 2013-11-07 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscopic device and method for the three-dimensional localization of punctiform objects in a sample
US9885860B2 (en) 2012-01-24 2018-02-06 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and method for high-resolution 3D fluorescence microscopy
DE102012201003A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and method for high-resolution 3-D fluorescence microscopy
DE102012201003B4 (en) 2012-01-24 2024-07-25 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and method for high-resolution 3-D fluorescence microscopy
DE102013102988A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Light microscopic method for the localization of point objects
WO2014147257A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Light-microscopy method for locating point objects
US9665940B2 (en) 2013-03-22 2017-05-30 Leica Microsystems Cms Gmbh Light-microscopy method for locating point objects
WO2015000877A1 (en) 2013-07-01 2015-01-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Light-microscopic method of localization microscopy for localizing point objects
US10234672B2 (en) 2013-07-01 2019-03-19 Leica Microsystems Cms Gmbh Light-microscopic method of localization microscopy for localizing point objects
DE102013106895A1 (en) 2013-07-01 2015-01-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Light microscopic method for the localization of point objects
DE102013106895B4 (en) * 2013-07-01 2015-09-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Light microscopic method for the localization of point objects
US9690086B2 (en) 2013-11-20 2017-06-27 Leica Microsystems Cms Gmbh Wide-field microscope illumination system and wide-field illumination method
US10119914B2 (en) 2015-12-16 2018-11-06 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Fast high-resolution microscopy method and fast high-resolution microscope
DE102015121920A1 (en) 2015-12-16 2017-06-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh High-resolution short-term microscopy method and high-resolution short-term microscope

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