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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Scanmikroskop zur Erstellung eines Abbilds
einer Probe. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung einer
Laserquelle in einem Scanmikroskop sowie ein Verfahren zur Erstellung
eines Abbilds einer Probe und ein Verfahren zur lokalen Freisetzung
mindestens einer aktiven Verbindung aus mindestens einer Vorläuferverbindung
in einer Probe. Derartige Scanmikroskope, Verwendungen und Verfahren
werden insbesondere im Bereich der Bildgebung von anorganischen
und/oder organischen Proben, insbesondere biologischen und/oder
medizinischen Proben, eingesetzt. Auch andere Proben sind jedoch
einsetzbar. Insbesondere sind die genannten Vorrichtungen, Verwendungen und
Verfahren im Bereich der konfokalen Laserscanmikroskopie einsetzbar.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Erstellung von
Abbildern verschiedener Arten von Proben bekannt. Insbesondere kann
es sich dabei um Verfahren bzw. Vorrichtungen aus dem Bereich der
Laserscanmikroskopie handeln, bei welchen eine Probe oder ein Teilbereich
einer Probe mit einem oder mehreren Laserstrahlen abgerastert wird,
beispielsweise punktweise oder zeilenweise. Verschiedene Verfahren
der Lasermikroskopie sind bekannt, welche grundsätzlich
auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, gegebenenfalls
mit für die Erfindung spezifischen Modifikationen.
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In
zahlreichen Fällen ist es dabei erforderlich oder zumindest
wünschenswert, wenn der für die Laserscanmikroskopie
verwendete Laserstrahl oder mindestens einer von mehreren für
die Laserscanmikroskopie verwendeten Laserstrahlen eine Wellenlänge
im ultravioletten Spektralbereich aufweist. Als ultravioletter Spektralbereich
wird dabei im Folgenden der Spektralbereich elektromagnetischer
Wellen mit Wellenlängen unterhalb von 400 nm bezeichnet, beispielsweise
im Bereich zwischen 150 nm und 400 nm. Beispielsweise lassen sich
mit derartigen ultravioletten Laserstrahlen bestimmte photonische
Prozesse in der Probe anregen, wie beispielsweise bestimmte Lumineszenzen,
Fluoreszenzen und/oder fotochemisch induzierte Reaktionen.
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Ein
besonderer Bedarf an ultravioletten Lichtquellen hat sich in den
letzten Jahren insbesondere im Bereich der Untersuchung biologischer
Prozesse ergeben. So sind neue Verfahren entwickelt worden, bei
welchen mittels geeigneter Bestrahlung von Proben physiologische
Prozesse in den Proben initiiert wurden, was die Möglichkeit
für die Untersuchung derartiger Prozesse bietet. Ein Beispiel
derartiger Verfahren ist das Verfahren des sogenannten „caged
compound release”. Derartige Verfahren werden beispielsweise
in S. Giovannardi et al.: Flash Photolysis of Caged Compounds:
Casting Light on Physiological Processes, News in Physiological
Sciences, Vol. 13, No. 5, 251–255, October 1998 beschrieben.
Bei derartigen Verfahren werden biologische Reaktionen dadurch gestartet,
dass ein sogenanntes „Effektor”-Molekül
photolytisch aus einem biologisch inaktiven Vorgängermaterial
(precursor) freigesetzt wird. Beispielsweise lassen sich Chelat-Komplexe
eines Calcium-Ions einsetzen, um photolytisch Calcium-Ionen in Gewebe
freizusetzen. Bislang wurden für derartige Untersuchungen
insbesondere Blitzlampen im ultravioletten Spektralbereich eingesetzt,
was jedoch eine ortsaufgelöste Untersuchung der induzierten
Prozesse nur schwer möglich macht
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Ultraviolettes
Laserlicht weist gegenüber sichtbarem Laserlicht einige
Besonderheiten auf, da beispielsweise ultraviolettes Licht aufgrund
der hohen Energie mit verschiedenen Materialien anders, z. B. schädigend
in Wechselwirkung tritt als sichtbares Licht. Diese Tatsache macht
sich beispielsweise bei der Einkopplung von ultraviolettem Laserlicht
in Scanmikroskope bemerkbar. Aus
DE 44 46 185 C2 und aus
US 5,903,688 sind daher Vorrichtungen
zum Einkoppeln eines UV-Laserstrahls in ein konfokales Laser-Scanmikroskop
bekannt. Die Vorrichtungen umfassen einen UV-Laser und eine Einrichtung
zum Parallelausrichten bzw. Korrigieren des UV-Laserstrahls auf
den Strahlengang des Lasermikroskops. Weiterhin umfassen diese ein
zwischen dem UV-Laser und der Justiereinrichtung angeordnetes flexibles Lichtleitfaserelement,
das den UV-Laserstrahl zu dem Laser-Scanmikroskop leitet und dabei
die Übertragung mechanischer Schwingungen des UV-Lasers
auf das Laser-Scanmikroskop vermindert. Zwischen dem Ausgang des
UV-Lasers und dem Eingang des Lichtleitfaserelements ist ein Strahlunterbrecher
angebracht, wobei der UV-Laserstrahl zu dem Lichtleitfaserelement
nur dann freigegeben wird, wenn der UV-Laserstrahl für
die Bildaufnahme tatsächlich auch benötigt wird
und somit die UV-Belastung des Lichtleitfaserelements herabgesetzt
wird.
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Trotz
dieser Verbesserungen in der ultravioletten Laserscanmikrosopie
bereitet die Verwendung ultravioletter Strahlung nach wie vor teilweise
erhebliche technische Probleme. So besteht die Gefahr, dass optische
Komponenten, wie beispielsweise eine Lichtleitfaser, durch das ultraviolette
Licht geschädigt werden. Auch Linsensysteme, Spiegel oder ähnliche optische
Komponenten können auf diese Weise geschädigt
werden. Insbesondere werden bislang für die Erzeugung ultravioletter
Laserstrahlung Argon-Ionenlaser eingesetzt, deren Laserstrahlung
bekanntermaßen zu einer Trübung optischer Komponenten führen
kann. Insbesondere die von Argon-Ionenlasern erzeugten Wellenlängen
bei 351 nm bzw. 364 nm können unter Umständen
Schäden in optischen Komponenten hervorrufen, insbesondere
wenn diese optischen Komponenten nicht speziell auf die verwendeten
Wellenlängen angepasst sind. Eine für den praktischen
Einsatz teilweise erhebliche technische Herausforderung besteht
darin, dass bekannte Laserlichtquellen zur Erzeugung ultravioletter
Laserstrahlen, wie beispielsweise der Argon-Ionenlaser, mit hohem
apparativem Aufwand verbunden sind. So benötigen beispielsweise
Gaslaser, wie beispielsweise die genannten Argon-Ionenlaser, erhebliche
Mengen an Energie und Bauraum. Zudem ist in den meisten Fällen
eine Kühlwasserversorgung erforderlich, welche im praktischen
Einsatz nicht in allen Fällen gewährleistet werden
kann. Frequenzverdoppelte Laserlichtquellen hingegen, bei welchen
sichtbares Licht durch Verwendung nicht linearer Kristalle in den ultravioletten
Spektralbereich transformiert wird, sind in vielen Fällen
störungsanfällig, da die Frequenzverdopplung einen
erheblichen optischen Aufwand verursachen kann, insbesondere hinsichtlich
der verwendeten Resonatoren.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Scanmikroskop
und ein Verfahren zur Erstellung eines Abbilds einer Probe bereitzustellen, welche
die Nachteile bekannter Scanmikroskope bzw. Verfahren vermeiden.
Insbesondere soll ein leicht zu handhabendes Scanmikroskop bereitgestellt
werden, welches auf einfache Weise auch Lasermikroskopie mit ultraviolettem
Laserlicht ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen und Verfahren
mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder
in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen
Ansprüchen dargestellt.
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In
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Scanmikroskop zur Erstellung
eines Abbilds einer Probe vorgeschlagen. Grundsätzlich
kann es sich dabei um beliebige Arten von Proben handeln, insbesondere
um Proben anorganischer Werkstoffe und/oder um Proben organischer
Materialien, beispielsweise biologischer Materialien, insbesondere Geweben.
Unter einem Abbild wird allgemein eine, gegebenenfalls nach geeigneter
Umwandlung, für einen menschlichen Nutzer erkennbare Darstellung der
Probe verstanden, beispielsweise ein Bild auf einem Bildschirm.
Auch andere Arten von Abbildungen sind jedoch grundsätzlich
möglich, beispielsweise lediglich in Form von Daten gespeicherte
Abbildungen. Unter einem Scanmikroskop wird allgemein eine Vorrichtung
verstanden, welche ein derartiges Abbild beispielsweise durch punktweises
oder zeilenweises Abtasten erstellt.
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Das
Scanmikroskop umfasst mindestens eine Laserquelle zur Erzeugung
mindestens eines Laserstrahls. Diese Laserquelle kann beispielsweise einen
oder mehrere Laser umfassen, welche im Folgenden, unabhängig
vom optionalen Vorhandensein weiterer Laser, auch als „erster
Laser” bezeichnet werden. Der mindestens eine Laserstrahl
kann, wie unten näher dargestellt wird, mehrere Laserstrahlen und/oder
Wellenlängen umfassen, beispielsweise mindestens einen
ersten Laserstrahl und optional mindestens einen zweiten Laserstrahl.
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Weiterhin
umfasst das Scanmikroskop mindestens eine Scanvorrichtung zum Abrastern
zumindest eines Teilbereichs der Probe mit dem Laserstrahl. Das
Scanmikroskop kann beispielsweise ein Laserscansystem als optische
Einheit umfassen, welches wiederum die Scanvorrichtung umfasst.
Beispielsweise kann das Laserscansystem auf einem optischen Tisch
aufgebaut sein. Das Laserscansystem kann neben der mindestens einen
Scanvorrichtung weiterhin, wie unten exemplarisch ausgeführt wird,
ein oder mehrere optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, Objektive,
Blenden oder ähnliche Elemente oder Kombinationen der genannten und/oder
anderer optische Elemente umfassen. Insbesondere kann das Laserscansystem
einen konfokalen Strahlengang aufweisen, also beispielsweise als
konfokales Mikroskop ausgestaltet sein. Diesbezüglich kann
beispielsweise auf den Stand der Technik und übliche konfokale
Strahlengänge verwiesen werden, bei welchen beispielsweise
eine Blende über ein Mikroskopobjektiv auf die Probe abgebildet wird.
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Unter
einer Scanvorrichtung kann grundsätzlich eine beliebige
Vorrichtung verstanden werden, mittels derer nacheinander verschiedene
Punkte und/oder Bereiche der Probe mit dem mindestens einen Laserstrahl
beaufschlagbar sind, beispielsweise indem der Laserstrahl entsprechend
abgelenkt wird. Beispielsweise kann das Abrastern ein zeilenweises oder
punktweises Abrastern in Form eines Abtastens der Probe mit dem
Laserstrahl umfassen. Beispielsweise kann die Scanvorrichtung mindestens
einen Scanspiegel umfassen, mittels derer der mindestens eine Laserstrahl
beispielsweise punktweise oder zeilenweise über die Probe
bzw. den Teilbereich der Probe lenkbar ist. Die Scanvorrichtung
kann beispielsweise mindestens einen Scanspiegel für eine Abtastung
in einer ersten Dimension und mindestens einen weiteren Scanspiegel,
z. B. einen Galvo, zum Abtasten in einer zweiten Dimension umfassen.
Auch andere Arten von Scanvorrichtungen sind jedoch denkbar und
aus dem Stand der Technik bekannt.
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Der
Laserstrahl umfasst mindestens einen ersten Laserstrahl. Die Bezeichnung „erster
Laserstrahl” wird dabei unabhängig davon gewählt,
ob der Laserstrahl weitere Laserstrahlen umfasst. Dieser erste Laserstrahl
weist mindestens eine erste Emissionswellenlänge auf, welche
im ultravioletten Spektralbereich angeordnet ist. Auch in diesem
Fall wird die Bezeichnung „erste Emissionswellenlänge” wiederum
unabhängig davon gewählt, ob weitere Emissionswellenlängen
vorhanden sind, beispielsweise eine zweite Emissionswellenlänge
oder eine dritte Emissionswellenlänge. Unter einem ultravioletten Spektralbereich
wird dabei allgemein ein Spektralbereich unterhalb von 400 nm bezeichnet,
beispielsweise zwischen 150 nm und 400 nm.
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Wie
oben dargestellt, werden in herkömmlichen Scanmikroskopen
zur Erzeugung ultravioletter Laserstrahlen überwiegend
Gaslaser eingesetzt. Diese weisen jedoch die oben dargestellten
Nachteile auf. Im Rahmen von Vorarbeiten der vorliegenden Erfindung
wurde herausgefunden, dass sich die dargestellten Probleme auf elegante
und vorteilhafte Weise lösen lassen, wenn aus der Vielzahl
grundsätzlich zur Verfügung stehender Laserlichtquellen sogenannte
optisch gepumpte Festkörperlaser, insbesondere optisch
gepumpte Halbleiterlaser, anstelle der herkömmlichen Gaslaser
verwendet werden. Diese Erkenntnis ist insoweit überraschend,
als Festkörperlaser, insbesondere Halbleiterlaser, in dem
Ruf stehen, lediglich Licht im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich
zu generieren. Bereits die Erzeugung blauen Laserlichts stellte
eine technische Herausforderung dar, welche erst in den letzten
Jahren gelöst wurde. Mittlerweile sind jedoch Festkörperlaser,
insbesondere Halbleiterlaser, verfügbar, welche zumindest
auch elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Spektralbereich
generieren, insbesondere optisch gepumpte Festkörperlaser.
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Unter
einem optisch gepumpten Festkörperlaser ist dabei allgemein
ein Laser zu verstehen, welcher mindestens ein Festkörpermaterial
als aktives Lasermedium umfasst, welches durch optische Anregung
mittels mindestens einer externen optischen Pumpquelle gepumpt wird.
Insbesondere kann es sich bei dem Lasermedium um ein Halbleitermedium handeln,
vorzugsweise um eine sogenannte „Quantenwell”-Struktur.
Optisch gepumpte Halbleiterlaser werden auch als „OPSL” (Optically
Pumped Semiconductor Laser) bezeichnet. Beispielsweise können diese
optisch gepumpten Halbleiterlaser als sogenanntes „VECSEL” (vertical
external cavity surface emitting laser) aufgebaut sein, also als
Halbleiterbauelement, welches nicht in üblicher Weise senkrecht zu
seinem Schichtaufbau emittiert, sondern parallel zu diesem Schichtaufbau,
beispielsweise senkrecht zu seiner Oberfläche. Zur Erzeugung
des optischen Pumplichts können vorzugsweise eine Pumpdiode oder
einen Mehrzahl von Pumpdioden verwendet werden. Grundsätzlich
ist jedoch auch eine Anregung mit anderen Pumplichtquellen möglich,
beispielsweise, alternativ oder zusätzlich, Blitzlampen und/oder
andere Laser.
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Das
vorgeschlagene Scanmikroskop, bei welchem die Laserquelle mindestens
einen optisch gepumpten Festkörperlaser zur Erzeugung des
mindestens einen ersten Laserstrahls aufweist, weist gegenüber
herkömmlichen Scanmikroskopen mit Gaslasern zur Erzeugung
ultravioletter Strahlung eine Mehrzahl von Vorteilen auf. So lassen
sich optisch gepumpte Festkörperlaser, insbesondere optisch
gepumpte Halbleiterlaser, äußerst bauraumsparend herstellen,
so dass diese beispielsweise ohne größere Probleme
in herkömmliche Lasergehäuse integrierbar sind.
Optisch gepumpte Festkörperlaser können eingerichtet
sein, um direkt und vorzugsweise ohne Frequenzverdopplung oder andere
nichtlineare optische Effekte, die erste Emissionswellenlänge im
ultravioletten Spektralbereich bereitzustellen. Die Handhabung optisch
gepumpter Festkörperlaser, insbesondere optisch gepumpter
Halbleiterlaser, ist im Vergleich zu herkömmlichen Gaslasern
denkbar einfach, und die Laserquelle lässt sich äußerst
störungsunempfindlich gestalten. Weiterhin lässt
sich die Energieaufnahme der Laserquelle gegenüber bekannten
Gaslasern deutlich reduzieren, da keine energieaufwendigen Gasplasmen
erzeugt werden müssen. Auch kann auf eine Wasserkühlung,
wie sie bei üblichen Gaslasern regelmäßig
erforderlich ist, in der Regel verzichtet werden, und es kann beispielsweise zur
Kühlung der Laserquelle eine einfache Luftkühlung
verwendet werden. Auch aufwendigere Kühlungen sind jedoch
selbstverständlich realisierbar.
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Die
erste Emissionswellenlänge kann insbesondere bei 355 nm ± 10
nm liegen. Es hat sich gezeigt, dass diese Wellenlänge
in der Praxis mit optischen Komponenten vergleichsweise gut handhabbar
ist, so dass beispielsweise eine Fokussierung oder Weiterleitung
dieser Wellenlänge in der Praxis gut möglich ist.
Zudem sind seit kurzem optisch gepumpte Halbleiterlaser in diesem
Wellenlängenbereich verfügbar, wie unten exemplarisch
noch näher ausgeführt wird.
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Neben
dem mindestens einen optisch gepumpten Festkörperlaser,
welcher auch als „erster Laser” bezeichnet werden
kann, kann die Laserquelle mindestens einen weiteren Laser umfassen.
So kann die Laserquelle beispielsweise mindestens einen weiteren
Laser umfassen, welcher im Folgenden auch als „zweiter
Laser” bezeichnet wird. Dieser zweite Laser kann eingerichtet
sein zur Erzeugung mindestens eines zweiten Laserstrahls mit mindestens
einer Emissionswellenlänge, welche im Folgenden auch als „zweite
Emissionswellenlänge” bezeichnet wird. Diese zweite
Emissionswellenlänge soll im sichtbaren Spektralbereich
angeordnet sein. Selbstverständlich können auch
weitere Laser im ultravioletten Spektralbereich vorgesehen werden.
Die Kombination aus ultraviolettem Laserlicht und sichtbarem Laserlicht
ist jedoch für verschiedene Anwendungen besonders bevorzugt,
insbesondere für die unten beschriebenen Anwendungen zur
Untersuchung biologischer Proben. So kann beispielsweise mittels
des ersten Laserstrahls eine Anregung biologischer und/oder physiologischer
Prozesse erfolgen, wohingegen dann mittels des zweiten Lasers und
der zweiten Emissionswellenlänge eine Sichtbarmachung dieser
Prozesse erfolgen kann. Die zweite Emissionswellenlänge
kann insbesondere im Bereich von 405 nm ± 5 nm liegen.
Dieser blaue Spektralbereich ist beispielsweise für die
Anregung, Beeinflussung oder Manipulation von Fluoreszenzprozessen,
insbesondere zur Sichtbarmachung der durch die erste Emissionswellenlänge
im ultravioletten Spektralbereich initiierten physiologischen Prozesse,
besonders geeignet. Der zweite Laser kann insbesondere mindestens
einen Diodenlaser umfassen.
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Der
erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl können auf
verschiedene Weisen der Scanvorrichtung zugeführt werden.
So können der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl
grundsätzlich miteinander vereinigt werden und gemeinsam
der Scanvorrichtung zugeführt werden, insbesondere über
mindestens ein optisches Modulationselement und/oder mindestens
einen Lichtwellenleiter, insbesondere eine Einmoden-Lichtleitfaser.
Unter einem Modulationselement kann beispielsweise ein akusto-optisches
Modulationselement verstanden werden, insbesondere ein akusto-optisches
einstellbares Filter (acousto-optical tunable Filter, AOTF). Mittels eines
derartigen optischen Modulationselements kann beispielsweise die
Lichtintensität in einem Bereich z. B. zwischen 0 Prozent
und 100 Prozent kontinuierlich oder stufenweise eingestellt werden,
so dass das optische Modulationselement beispielsweise als einstellbares
Filter wirken kann. Auf diese Weise kann beispielsweise durch eine
entsprechende Dämpfung der Strahlung eine für
die Bildgebung, also die Erzeugung des Abbilds der Probe, benötigte Intensität
auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich können der erste Laserstrahl und
der zweite Laserstrahl jedoch auch getrennt der Scanvorrichtung
zugeführt werden. Beispielsweise kann eine erste Zuführung
für Emissionswellenlängen im ultravioletten Spektralbereich und
eine zweite Zuführung für Wellenlängen
im sichtbaren Spektralbereich oder in anderen Spektralbereichen
vorgesehen sein. Beispielsweise können zu diesen Zwecken
getrennte Lichtwellenleiter und/oder getrennte optische Modulationselemente
vorgesehen sein, welche jeweils auf die Emissionswellenlänge
angepasst sein können. Auch eine optische Korrekturvorrichtung
kann vorgesehen sein, welche speziell auf die jeweilige Emissionswellenlänge
angepasst sein kann, beispielsweise eine optische Fokuskorrektur.
Auf diese Weise können die Besonderheiten der einzelnen
Emissionswellenlängen berücksichtigt werden und
geeignete optische Elemente verwendet werden. So kann die Zuführung
des ersten Laserstrahls zu der Scanvorrichtung beispielsweise über
mindestens einen ersten Lichtwellenleiter, insbesondere eine erste
Einmoden-Lichtleitfaser erfolgen. Die Zuführung des zweiten
Laserstrahls zu der Scanvorrichtung kann über mindestens
einen zweiten Lichtwellenleiter, insbesondere eine zweiten Einmoden-Lichtleitfaser,
erfolgen. Die mindestens zwei Lichtwellenleiter können
speziell auf die jeweiligen Emissionswellenlängen angepasst
sein.
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Zwischen
dem ersten Lichtwellenleiter, insbesondere der ersten Einmoden-Lichtleitfaser,
und der Scanvorrichtung kann beispielsweise mindestens eine optische
Korrekturvorrichtung zur Korrektur des ersten Laserstrahls vorgesehen
sein, welche im Folgenden – unabhängig vom Vorhandensein
weiterer optischer Korrekturvorrichtungen – auch als „erste optische
Korrekturvorrichtung” bezeichnet wird. Insbesondere kann
es sich dabei um eine optische Korrekturvorrichtung handeln, welche
zur Fokuskorrektur eingerichtet ist, d. h. welche eine optimale
Einkopplung in eine Optik der Scanvorrichtung und/oder des optischen
Strahlengangs der Scanvorrichtung ermöglicht. Derartige
optische Korrekturvorrichtungen sind insbesondere bei der Verwendung
ultravioletter Emissionswellenlängen von Vorteil, da diese
in vielen Fällen eine Fokusverzerrung aufweisen, insbesondere
nach Auskopplung aus einer Lichtleitfaser. Optional kann auch zwischen
der zweiten Lichtleitfaser und der Scanvorrichtung eine optische
Korrekturvorrichtung vorgesehen sein, welche auch als „zweite
optische Korrekturvorrichtung” bezeichnet werden kann.
Auf diese zweite optische Korrekturvorrichtung kann jedoch auch
verzichtet werden, da insbesondere für sichtbare Wellenlängen
eine optische Fokuskorrektur in vielen Fällen nicht erforderlich
ist, im Gegensatz zu ultravioletten Emissionswellenlängen.
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Wie
oben dargestellt, liegt ein besonderer Vorteil der Verwendung optisch
gepumpter Festkörperlaser in einem geringen Bauraumbedarf
und einem vergleichsweise geringen Energiebedarf. Somit ist auch
eine Abwärmeentwicklung derartiger optisch gepumpter Festkörperlaser
vergleichsweise gering im Vergleich zu herkömmlichen Gaslasern,
beispielsweise Argon-Ionenlasern. Aus diesem Vorteil ergibt sich,
dass der optisch gepumpte Festkörperlaser und der mindestens
eine zweite Laser insbesondere ganz oder teilweise in mindestens
einem gemeinsamen Modul integriert sein können. Beispielsweise
kann es sich bei diesem gemeinsamen Modul um ein durch ein Gehäuse
umschlossenes Modul handeln, beispielsweise einen Lasertisch und/oder
ein Lasergehäuse und/oder eine Laserwanne. Dieses Modul kann
allgemein als Laserversorgungseinheit bezeichnet werden und kann
beispielsweise ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, sodass
eine besonders hohe Benutzerfreundlichkeit erzielt werden kann.
Der optisch gepumpte Festkörperlaser und der zweite Laser
können insbesondere durch mindestens eine gemeinsame Kühlung
gekühlt werden. Bei dieser mindestens einen gemeinsamen
Kühlung kann es sich insbesondere um mindestens eine Luftkühlung
handeln und/oder die gemeinsame Kühlung kann eine derartige
Luftkühlung umfassen. Auf eine aufwendige Wasserkühlung
oder eine andere Art von Fluidkühlung kann vorteilhafterweise
verzichtet werden. Die gemeinsame Kühlung kann insbesondere eine
geregelte Kühlung umfassen, welche beispielsweise mindestens
einen Temperaturfühler zur Erfassung einer Temperatur des
optisch gepumpten Festkörperlasers und/oder des zweiten
Lasers umfasst. Weiterhin kann die geregelte Kühlung mindestens
einen Regelkreis umfassen, sodass die Stärke der Kühlung
an die jeweilige Temperatur angepasst werden kann, insbesondere
um auf mindestens eine Solltemperatur und/oder einen Solltemperaturbereich
zu regeln. Auch diese Möglichkeit der Realisierung einer
gemeinsamen Kühlung stellt einen wesentlichen Vorteil der
Verwendung optisch gepumpter Festkörperlaser, insbesondere
optisch gepumpter Halbleiterlaser, dar. Beispielsweise kann der
optisch gepumpte Festkörperlaser auf einem Kühlblech und/oder
einem Kühlblock montiert werden, welcher beispielsweise
durch eine Luftkühlung gekühlt wird. Auf demselben
Kühlblock oder einem mit diesem verbundenen zweiten Kühlblock
kann dann der mindestens eine zweite Laser montiert werden.
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Neben
dem Scanmikroskop in einer oder mehreren der oben beschriebenen
Ausgestaltungen wird weiterhin eine Verwendung einer Laserquelle zur
Erzeugung mindestens eines Laserstrahls in einem Scanmikroskop zur
Erstellung eines Abbilds einer Probe vorgeschlagen. Bei dem Scanmikroskop kann
es sich insbesondere um ein Scanmikroskop gemäß einer
oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen handeln, so
dass für mögliche Ausgestaltungen dieses Scanmikroskops
auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Das Scanmikroskop
umfasst mindestens eine Scanvorrichtung zum Abrastern zumindest
eines Teilbereichs der Probe mit dem Laserstrahl. Der Laserstrahl
umfasst mindestens einen ersten Laserstrahl mit mindestens einer
ersten Emissionswellenlänge im ultravioletten Spektralbereich.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die verwendete Laserquelle mindestens
einen optisch gepumpten Festkörperlaser, insbesondere mindestens
einen optisch gepumpten Halbleiterlaser, zur Erzeugung des mindestens
einen ersten Laserstrahls aufweist.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zur Erstellung eines Abbilds einer Probe vorgeschlagen.
Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung eines Scanmikroskops
in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen durchgeführt
werden, so dass wiederum bezüglich möglicher Ausgestaltungen
des Scanmikroskops auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann.
Bei dem Verfahren wird mindestens ein Teilbereich der Probe mit
mindestens einem Laserstrahl abgerastert. Der Laserstrahl umfasst
mindestens einen ersten Laserstrahl mit mindestens einer ersten
Emissionswellenlänge im ultravioletten Spektralbereich.
Zur Erzeugung des ersten Laserstrahls wird dabei vorgeschlagen,
mindestens einen optisch gepumpten Festkörperlaser, insbesondere
mindestens einen optisch gepumpten Halbleiterlaser, zu verwenden.
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Wie
oben dargestellt, ist das Scanmikroskop grundsätzlich zur
Erzeugung von Abbildern verschiedener Arten von Proben geeignet.
Ein besonderer Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung liegt jedoch auf
der Erstellung von Abbildern biologischer und/oder medizinischer
Proben, insbesondere Gewebeproben. So lassen sich mittels der ultravioletten Laserstrahlen
insbesondere biologische Prozesse, beispielsweise physiologische
Prozesse, in Geweben anregen, welche sich dann, vorzugsweise unter Verwendung
des optionalen mindestens einen zweiten Lasers, weiter untersuchen
lassen. So kann beispielsweise der optisch gepumpte Festkörperlaser eingesetzt
werden, um einen Prozess, insbesondere mindestens einen schnellen
dynamischen Prozess, in einer biologischen Probe zu initiieren,
welcher dann mittels der zweiten Emissionswellenlänge untersucht
werden kann, beispielsweise durch herkömmliche Fluoreszenzmikroskopie.
Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Dieses
Verfahren kann beispielsweise, wie oben bereits teilweise erläutert
wurde, unter Verwendung eines Prozesses durchgeführt werden,
bei welchem mindestens eine aktive Verbindung aus mindestens einer
Vorläuferverbindung freigesetzt wird. Diesbezüglich
kann auf die obige Beschreibung des Standes der Technik verwiesen
werden. Insbesondere kann es sich bei der Vorläuferverbindung
um einen sogenannten „caged compound” handeln
und/oder eine Verbindung, welche einen derartigen „caged compound” umfasst.
Die aktive Verbindung soll derart eingerichtet sein, dass diese
in der Probe mindestens eine Reaktion hervorruft, beispielsweise
eine Initiierung eines physiologischen Prozesses und/oder eine chemische
Reaktion. Beispielsweise kann es sich bei der aktiven Verbindung um
Calcium-Ionen handeln. Bei der Vorläuferverbindung kann
es sich insbesondere um einen Komplex, vorzugsweise um einen Chelat-Komplex,
handeln. Dementsprechend wird ein Verfahren zur lokalen Freisetzung
mindestens einer ersten aktiven Verbindung aus mindestens einer
Vorläuferverbindung in einer Probe vorgeschlagen, welches
insbesondere und vorteilhafterweise unter Verwendung eines Scanmikroskops
in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsarten
durchgeführt werden kann. Dementsprechend kann bezüglich
der Ausgestaltungen des Scanmikroskops auf die obige Beschreibung
verwiesen werden. Unter einer lokalen Freisetzung kann dabei grundsätzlich
eine Freisetzung verstanden werden, welche räumlich auf
eine Bestrahlung mittels mindestens eines Laserstrahls und/oder
einen Umgebungsbereich dieser Bestrahlung begrenzt ist. Unter einer
Freisetzung kann dabei allgemein beispielsweise eine Freisetzung
der aktiven Verbindung aus der Vorläufersubstanz verstanden
werden, welche grundsätzlich auch eine Umwandlung der Vorläufersubstanz
und unter Entstehung der mindestens einen aktiven Verbindung umfassen
kann. Bei dem Verfahren wird mindestens ein Teilbereich der Probe mit
einem Laserstrahl abgerastert, wobei der Laserstrahl mindestens
einen ersten Laserstrahl mit mindestens einer ersten Emissionswellenlänge
im ultravioletten Spektralbereich aufweist, insbesondere bei 355
nm ± 10 nm. Zur Erzeugung des ersten Laserstrahls wird
vorgeschlagen mindestens einen optisch gepumpten Festkörperlaser,
insbesondere mindestens einen optisch gepumpten Halbleiterlaser,
zu verwenden. Die erste Emissionswellenlänge wird derart gewählt,
dass diese die Freisetzung der mindestens einen aktiven Verbindung
bewirkt. Hierfür haben sich insbesondere die oben beschriebenen
ultravioletten Spektralbereiche als geeignet erwiesen, da diese
in der Lage sind, beispielsweise Komplexbindungen zu zerstören,
so dass beispielsweise komplexiert gebundene aktive Verbindungen
freigesetzt werden können.
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Die
aktive Verbindung und/oder die Vorläuferverbindung können
insbesondere ein oder mehrere biologisch aktive Moleküle
bzw. Substanzen und/oder Farbstoffe umfassen. Alternativ oder zusätzlich
können diese Moleküle, Substanzen oder Farbstoffe
jedoch auch getrennt beigegeben werden, so dass beispielsweise die
Vorläufersubstanz und optional mindestens ein Farbstoff
der Probe beigegeben werden. Der mindestens eine Farbstoff kann
beispielsweise zur Sichtbarmachung eines biologischen und/oder chemischen
und/oder physiologischen Prozesses genutzt werden, so dass beispielsweise Edukte
und/oder Produkte und/oder Zwischenprodukte dieses Prozesses sichtbar
gemacht werden können. Beispielsweise können diese
mit dem mindestens einen Farbstoff reagieren und/oder den mindestens
einen Farbstoff auf andere Weise beeinflussen, so dass beispielsweise
aus einer Änderung optischer Eigenschaften des mindestens
einen Farbstoffs auf den Prozess und/oder einen Fortgang des Prozesses
geschlossen werden kann. Der mindestens eine Farbstoff kann beispielsweise
mit der ersten Emissionswellenlänge und/oder mindestens
einer zweiten Emissionswellenlänge wechselwirken, beispielsweise
einer zweiten Emissionswellenlänge im sichtbaren Spektralbereich,
beispielsweise bei 405 nm. Auf diese Weise ist die oben beschriebene Laserkombination
mit dem mindestens einen zweiten Laser zur Erzeugung mindestens
eines zweiten Laserstrahls besonders vorteilhaft einsetzbar, da
beispielsweise dieser mindestens eine zweite Laserstrahl zur Anregung
des Farbstoffs effektiv genutzt werden kann. Der erste Laserstrahl
und der zweite Laserstrahl können dabei gleichzeitig verwendet
werden und/oder auch zeitversetzt. So kann beispielsweise das Verfahren
derart durchgeführt werden, dass zunächst mittels
des ersten Laserstrahls eine lokale Freisetzung der mindestens einen
aktiven Verbindung erfolgt. Beispielsweise kann dies innerhalb eines
vorgegebenen Bereichs der Probe erfolgen, insbesondere einer sogenannten „region
of interest” (ROI). Nach dieser Anregung beziehungsweise
Freisetzung der mindestens einen aktiven Verbindung innerhalb des
angeregten Bereichs der Probe kann dann, beispielsweise nach einem
oder mehreren vorgegebenen Zeiträumen, ein Abrastern der
Probe mittels des mindestens einen zweiten Laserstrahls erfolgen,
so dass auf diese Weise beispielsweise die oben beschriebenen Prozesse
sichtbar gemacht werden können, beispielsweise mittels
herkömmlicher Fluoreszenzmikroskopie und/oder anderer Arten
von Lasermikroskopie. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens in
einer oder mehreren der oben beschriebenen Varianten können
insbesondere schnelle dynamische Prozesse, insbesondere in einer
biologischen Probe, erfasst werden, insbesondere zeitaufgelöst.
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Die
vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahrensweisen gegenüber
bekannten Vorrichtungen und Verfahren ähnlicher Art weisen
zahlreiche Vorteile auf, welche oben bereits teilweise beschrieben wurden.
Neben der kompakten Bauform und der einfachen Handhabung sowie dem
geringen Energiebedarf ist also, wie oben beschrieben, insbesondere
die Einsatzmöglichkeit zur Untersuchung biologischer Proben
als wesentlicher Vorteil zu nennen, insbesondere mittels der beschriebenen „caged
compound release”-Verfahren (CCR-Verfahren). Insbesondere lassen
sich Signalübertragungsprozesse, welche in der Neurobiologie
eine wesentliche Rolle spielen, auf diese Weise untersuchen. Insbesondere
lassen sich hierfür als aktive Verbindungen Calcium-Ionen
(insbesondere Ca2+-Ionen) einsetzen, welche
für die Signalübertragung in der Neurobiologie
eine wichtige Rolle spielen. Derartige Calcium-Ionen lassen sich leicht
in Form von Komplexen bereitstellen, wobei die Komplexbindung insbesondere
mittels des vorgeschlagenen Scanmikroskops mittels des ersten Laserstrahls
aufgebrochen werden kann, um die Calcium-Ionen freizusetzen.
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Auf
die Verwendung aufwendiger Gaslaser, wie beispielsweise Argon-Ionenlaser,
kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vollständig
verzichtet werden. Derarti ge Laserlichtquellen können aber
grundsätzlich zusätzlich vorhanden sein. Das vorgeschlagene
Scanmikroskop lässt sich jedoch kostengünstig
und bauraumsparend ausgestalten. Weiterhin ist das vorgeschlagene
Scanmikroskop mit geringem Installationsaufwand und geringem Aufwand
für Unterhalt und Wartung verbunden. Zudem lassen sich,
was von zunehmend größerer Bedeutung ist, auch
die laufenden Betriebskosten erheblich reduzieren, da das beschriebene
Scanmikroskop, insbesondere unter Verwendung optisch gepumpter Halbleiterlaser,
mit geringem Energiebedarf betrieben werden kann. Bedingt durch
die kompakte Bauform lässt sich neben der Einzelverwendung
des optisch gepumpten Festkörperlasers eine kompakte Baugruppe
erzeugen, bei welcher das Licht des optisch gepumpten Halbleiterlasers
kombiniert werden kann mit dem des optionalen mindestens einen zweiten
Lasers, beispielsweise eines Diodenlasers bei 405 nm. Dadurch ist
es, wie oben beschrieben, grundsätzlich möglich,
Licht beider Laser durch ein geeignetes Bauteil zu modulieren und
in einer gemeinsamen Einmoden-Lichtleitfaser dem Laserscansystem
mit der mindestens einen Scanvorrichtung zuzuführen. Alternativ
oder zusätzlich ist es jedoch, wie oben dargestellt, auch
möglich die Strahlung des optisch gepumpten Festkörperlasers
und des mindestens einen zweiten Lasers nicht zu vereinigen, sondern
separat in das Laserscansystem einzukoppeln, um damit zu erreichen,
dass für jede Wellenlänge separat beispielsweise
eine Fokuskorrektur durchgeführt werden kann, sofern sich
diese als notwendig erweisen sollte.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Figuren ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere
in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können
die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren
in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist
nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch
dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen
dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen
einander entsprechende Elemente.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Scanmikroskops mit gemeinsamer Einkopplung eines ersten Laserstrahls
und eines zweiten Laserstrahls; und
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2A und 2B ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Scanmikroskops mit getrennter Einkopplung eines ersten Laserstrahls
und eines zweiten Laserstrahls.
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Scanmikroskops 110 in stark schematisierter Darstellung
gezeigt. Das Scanmikroskop 110 umfasst ein Laserscansystem 112 und
eine Laserquelle 114. Das Laserscansystem 112 umfasst,
wie unten am Beispiel der 2B noch
näher erläutert wird, eine Scanvorrichtung 116,
welche hier nicht im Detail dargestellt ist, mittels derer zumindest
ein Teilbereich einer Probe mit einem von der Laserquelle 114 erzeugten
Laserstrahl abgerastert werden kann. Die Laserquelle 114 kann
beispielsweise ein gemeinsames Gehäuse 118 umfassen
und somit beispielsweise als gemeinsames Modul aufgebaut sein. Auch
eine dezentrale Anordnung ist jedoch grundsätzlich möglich.
Die Laserquelle 114 ist mit dem Laserscansystem 112 und
insbesondere der darin aufgenommenen Scanvorrichtung 116 über
einen Lichtwellenleiter 120 verbunden, so dass die Laserquelle 114 räumlich
unabhängig von dem Laserscansystem 112 angeordnet
werden kann und gegenüber diesem beispielsweise vibrationsisoliert
aufgenommen sein kann. Der Lichtwellenleiter 120 ist vorzugsweise
als Einmoden-Lichtleitfaser ausgestaltet und/oder umfasst mindestens
eine derartige Einmoden-Lichtleitfaser. Auch andere Ausgestaltungen sind
jedoch grundsätzlich möglich. Eine Einkopplung der
durch die Laserquelle 114 erzeugten Laserstrahlung in den
Lichtwellenleiter 120 erfolgt mittels mindestens eines
Lichtleiterkoppelelements 122 und eine Auskopplung der
Laserstrahlung erfolgt mittels eines weiteren Lichtleiterkoppelelements 124.
Weiterhin kann dieses weitere Lichtleiterkoppelelement 124 auch
optional mindestens eine optische Korrekturvorrichtung 126 umfassen,
insbesondere mit einer Fokuskorrektur. Diese optische Korrekturvorrichtung 126 kann
auch als „erste optische Korrekturvorrichtug” bezeichnet
werden, unabhängig vom Vorhandensein weiterer optischer
Korrekturvorrichtungen.
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Die
Laserquelle 114 umfasst einen ersten Laser 128,
welcher als optisch gepumpter Halbleiterlaser (optically pumped
semiconductor laser, OPSL) 129 ausgestaltet ist und welcher
vorzugsweise einen ersten Laserstrahl 130 mit einer ersten
Emissionswellenlänge emittiert, welche vorzugsweise bei
355 nm liegt. Besonders bevorzugt ist im Rahmen des vorliegenden
Ausführungsbeispiels die Verwendung eines kommerziell verfügbaren
optisch gepumpten Halbleiterlasers 129 vom Typ „Genesis
355” der Firma COHERENT in 64807 Dieburg, Deutschland. Derartige
optisch gepumpte Halbleiterlaser 129 sind beispielsweise in
ein eigenes Unter-Gehäuse integriert, welches über
sämtliche für den Betrieb des ersten Lasers 128 erforderlichen
Schnittstellen verfügt. Dieses Gehäuse kann beispielsweise
auf einen Kühlblock montiert werden und kann mit einem
Kontrollmodul verbunden sein, welches beispielsweise ebenfalls in
die Laserquelle 114 integriert werden kann und/oder welches
separat in ein eigenes Kontrollmodul aufgenommen werden kann. Der
erste Laser 128 kann beispielsweise eine Laserkühlung
umfassen, welche vorzugsweise als reine Luftkühlung ausgestaltet
ist, insbesondere als geregelte Kühlung. Vor diesem ersten
Laser 128 ist im Strahlengang des ersten Laserstrahls 130 optional
ein optischer Schalter 132 (shutter) aufgenommen. Mittels
dieses optischen Schalters 132 kann beispielsweise der
erste Laserstrahl 130 an oder abgeschaltet werden. Weiterhin
umfasst die Laserquelle 114 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mindestens einen zweiten Laser 134. Vorzugsweise handelt
es sich bei diesem zweiten Laser 134 um einen Diodenlaser,
welcher beispielsweise in einem Spektralbereich von 405 nm emittieren
kann. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere Wellenlängen
möglich, beispielsweise durch Verwendung mehrerer zweiter
Laser 134. Der zweite Laser 134 erzeugt einen
zweiten Laserstrahl 136. Dieser kann über mindestens
eine optionale Umlenkvorrichtung 138, beispielsweise einen
oder mehrere Umlenkspiegel, vorzugsweise justierbare Umlenkspiegel,
und mindestens einen Stahlvereiniger 140, beispielsweise
einen oder mehrere dichroitische oder dichromatische Spiegel, welche
vorzugsweise wiederum justierbar ausgestaltet sind, dem ersten Laserstrahl 130 überlagert
werden. Wiederum kann im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 136 ein
optischer Schalter 142 vorgesehen sein, über welchen der
zweite Laserstrahl 136 an- und abschaltbar ist.
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Nach
Vereinigung der Laserstrahlen 130, 136 werden
diese optional einem optischen Modulationselement 144 zugeführt,
bevor diese aus diesem optischen Modulationselement 144 über
das Lichtleiterkoppelelement 122 in den Lichtwellenleiter 120 eingekoppelt
werden. Das optische Modulationselement 144 kann beispielsweise
ein einstellbares optisches Filter umfassen, welches auf einem akusto-optischen
Element, beispielsweise einem akusto-optischen Modulator, beruht.
Derartige Filterelemente, welche aus dem Stand der Technik auch
als AOTFs bekannt sind (acousto-optical tunable filter), können beispielsweise
eingesetzt werden, um eine in den Lichtwellenleiter 120 eingekoppelte
Intensität der Strahlung einzustellen, beispielsweise zwischen
0 und 100 Prozent.
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In
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 werden
die beiden Laserstrahlen 130 und 136 vereint und
gemeinsam in den Lichtwellenleiter 120 eingekoppelt. In
den 2A und 2B ist
hingegen ein Ausführungsbeispiel eines Scanmikroskops 110 dargestellt,
bei welchem der erste Laserstrahl 130 und der zweite Laserstrahl 136 getrennt
einem Laserscan system 112 zugeführt werden. Auch
eine Mischform beider Ausführungsformen ist denkbar, beispielsweise
indem mehrere zweite Laserstrahlen 136 vorgesehen sind,
wobei mindestens einer mit dem ersten Laserstrahl 130 zusammengefasst
wird und mindestens einer separat von dem ersten Laserstrahl 130 dem
Laserscansystem 112 zugeführt wird.
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In 2A ist
dabei wiederum, in analoger Darstellung zur 1, das Laserscansystem 112 lediglich
schematisch angedeutet, wohingegen in 2B eine
mögliche Ausgestaltung des Laserscansystems 112 in
einer ebenfalls schematischen, jedoch detaillierteren Darstellung
gezeigt ist. Beide Figuren werden im Folgenden gemeinsam erläutert.
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Das
Scanmikroskop 110 umfasst wiederum eine Laserquelle 114,
welche wiederum als gemeinsames Modul ausgestaltet sein kann, welche
jedoch alternativ auch modular aus mehreren separaten Modulen zusammengesetzt
sein kann. Die Laserquelle 114 umfasst wiederum einen ersten
Laser 128 zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls 130,
welcher über einen optischen Schalter 132 und
eine oder mehrere Umlenkvorrichtungen 138 einem optischen
Modulationselement 144 zugeführt werden kann.
Von dort kann der erste Laserstrahl 130 über ein
Lichtleiterkoppelelement 122 in einen ersten Lichtwellenleiter 146 eingekoppelt
werden. Der erste Lichtwellenleiter 146 kann beispielsweise
wiederum als Einmoden-Lichtleitfaser ausgestaltet sein, insbesondere
als erster Lichtwellenleiter 146, welcher speziell auf
ultraviolettes Licht angepasst ist. Aus dem ersten Lichtwellenleiter 146 wird
der erste Laserstrahl 130 wiederum über ein Lichtleiterkoppelelement 124,
vorzugsweise wiederum mit einer optischen Korrekturvorrichtung 126,
vorzugsweise zur Fokuskorrektur, ausgekoppelt und in das Laserscansystem 112 eingekoppelt.
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Weiterhin
umfasst die Laserquelle 114 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß 2A mindestens
einen zweiten Laser 134, welcher im dargestellten Beispiel
einen Diodenlaser 148, vorzugsweise mit einer Emissionswellenlänge
von 405 nm, und optional mindestens einen weiteren Laser 150 umfasst.
Bei dem weiteren Laser 150 kann es sich grundsätzlich
wiederum ebenfalls um einen Diodenlaser und/oder eine andere Art
von Festkörperlaser und/oder einen Gaslaser oder grundsätzlich um
einen beliebigen anderen Laser handeln. Wiederum sind optische Schalter 142 vorgesehen,
um das von den zweiten Laser 134 emittierte Laserlicht
wahlweise zu schalten, sowie optional Umlenkvorrichtungen 138.
Weiterhin ist ein Strahlvereiniger 140 vorgesehen, beispielsweise
wiederum mit einem oder mehreren dichroitischen Spiegeln, um die
von den zweiten Lasern 134 erzeugten Laserstrahlen zu einem
gemeinsamen zweiten Laserstrahl 136 zu vereinigen. Dieser
zweite Laserstrahl 136 kann dann optional über
ein weiteres optisches Modulationselement 144 und ein oder
mehrere weitere Lichtleiterkoppelelemente 122 in mindestens
einem zweiten Lichtwellenleiter 152 eingekoppelt und auf
diese Weise dem Laserscansystem 112 zugeführt
werden. Dort kann dann wiederum ein Lichtleiterkoppelelement 124 vorgesehen
sein, optional wiederum mit einer optischen Korrekturvorrichtung 126.
Insbesondere im sichtbaren Spektralbereich kann jedoch in vielen
Fällen auf eine optische Korrekturvorrichtung 126 an
dieser Stelle auch verzichtet werden.
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In 2B ist
exemplarisch ein Aufbau des Laserscansystems 112, in welches
der erste Laserstrahl 130 und der zweite Laserstrahl 136 eingekoppelt
werden, dargestellt. Wird nur ein Laserstrahl eingekoppelt, so erfolgt
ein analoger Aufbau. Wiederum optional kann auch eine Einkopplung
von mehr als zwei Laserstrahlen erfolgen.
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Der
erste Laserstrahl 130 und der zweite Laserstrahl 136 können
in dem Laserscansystem 112 wiederum mit einem Strahlvereiniger 140 zu
einem gemeinsamen Laserstrahl 154 zusammengefasst werden.
Dieser gemeinsame Laserstrahl wird über eine Scanvorrichtung 156 geführt,
welche in 2B lediglich stark schematisiert
angedeutet ist. Diese Scanvorrichtung 156 kann beispielsweise
einen oder mehrere ablenkbare Spiegel, z. B. einen Galvo, umfassen,
wie dies beispielsweise aus dem oben genannten Stand der Technik
grundsätzlich bekannt ist. Allgemein können die
aus dem oben zitierten Stand der Technik beschriebenen Laserscansysteme 112 grundsätzlich
auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, gegebenenfalls mit leichten
Modifikationen, eingesetzt werden.
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Der
in 2B dargestellte Strahlengang des Laserscansystems 112 ist
vorzugsweise als konfokaler Strahlengang ausgestaltet. Der gemeinsame
Laserstrahl 154 wird dementsprechend durch ein Objektiv 158 auf
eine Probe 160 gelenkt. Das von der Probe 160 ausgehende
Licht, welches ohne Beschränkung möglicher Detektionsmechanismen und/oder
Bildgebungsmechanismen im Folgenden auch als Detektionslicht 162 bezeichnet
wird, passiert erneut das Objektiv 158 und wird durch einen Strahlteiler 164 zu
einem oder mehreren Detektoren 166 gelenkt. Beispielsweise
kann es sich bei diesem Detektionslicht 162 um reflektiertes
Licht und/oder um Fluoreszenzlicht von der Probe 160 handeln.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass der in 2B dargestellte
Strahlengang des Laserscansystems 112 lediglich stark schematisiert
gezeigt ist. So können beispielsweise ein oder mehrere
optische Elemente im Strahlengang vorgesehen sein, oder es kann
beispielsweise eine andere Gruppierung der gezeigten optischen Elemente
erfolgen. So können beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche
Linsenelemente und/oder Objektive vorgesehen sein und/oder ein oder
mehrere Blendenelemente, beispielsweise zur Realisierung des konfoka len
Aufbaus in 2B. So kann beispielsweise eine
Blendenöffnung einer nicht dargestellten Blende über
das Objektiv 158 auf die Probe 160 abgebildet
werden.
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Insbesondere
mittels des in den 2A und 2B dargestellten
Ausführungsbeispiels eines Scanmikroskops 110 lässt
sich auf besonders vorteilhafte Weise eine Untersuchung biologischer
Proben 160, beispielsweise neurologischer Gewebeproben, durchführen.
So kann beispielsweise zunächst in einem Interessensbereich
(region of interest, ROI) auf der Probe 160 durch Bestrahlung
mit dem ersten Laserstrahl 130 eine lokale Freisetzung
einer aktiven Verbindung in der Probe 160 erfolgen, beispielsweise eine
lokale Freisetzung von Calcium-Ionen. Diese können bestimmte
Prozesse in der Probe 160 auslösen, beispielsweise
bestimmte neurologische Prozesse. Der Fortgang dieser Prozesse kann
dann beispielsweise anhand geeigneter Farbstoffe in der Probe 160 mittels
des zweiten Laserstrahls 136 untersucht werden, beispielsweise
indem diese Farbstoffe durch den zweiten Laserstrahl 136,
insbesondere einen blauen Laserstrahl, beispielsweise bei 405 nm, zu
einer Fluoreszenz angeregt werden. Das Fluoreszenzlicht kann dann
als Detektionslicht 162 durch den Detektor 166 aufgenommen
werden, so dass durch die detektierten Signale ein Abbild neurologischer
Prozesse oder andere Prozesse, welche aktiviert wurden, auf einem
Bildschirm sichtbar gemacht werden können. Der Detektor 166 kann
allgemein beispielsweise ein Zeilen- oder Flächen-Array
umfassen, beispielsweise einen CCD-Chip, ein APD- bzw. EMCCD-Array
oder einen anderen 1-, 2- oder 3-dimensioneln Detektor. Auf diese
Weise kann ein Abbild der Probe gewonnen werden, aus welchem sich Rückschlüsse
auf den Verlauf des biologischen Prozesses ziehen lassen.
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- 110
- Scanmikroskop
- 112
- Laserscansystem
- 114
- Laserquelle
- 116
- Scanvorrichtung
- 118
- Gehäuse
- 120
- Lichtwellenleiter
- 122
- Lichtleiterkoppelelement
- 124
- Lichtleiterkoppelelement
- 126
- Optische
Korrekturvorrichtung
- 128
- erster
Laser
- 129
- optisch
gepumpter Halbleiterlaser
- 130
- erster
Laserstrahl
- 132
- optischer
Schalter
- 134
- zweiter
Laser
- 136
- zweiter
Laserstrahl
- 138
- Umlenkvorrichtung
- 140
- Strahlvereiniger
- 142
- optischer
Schalter
- 146
- erster
Lichtwellenleiter
- 148
- Diodenlaser
- 150
- weiterer
Laser
- 152
- zweiter
Lichtwellenleiter
- 154
- gemeinsamer
Laserstrahl
- 156
- Scanvorrichtung
- 158
- Objektiv
- 160
- Probe
- 162
- Detektionslicht
- 164
- Strahlteiler
- 166
- Detektor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4446185
C2 [0005]
- - US 5903688 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - S. Giovannardi
et al.: Flash Photolysis of Caged Compounds: Casting Light on Physiological
Processes, News in Physiological Sciences, Vol. 13, No. 5, 251–255,
October 1998 [0004]