WO2006114247A1 - Fluorescence microscope - Google Patents

Fluorescence microscope Download PDF

Info

Publication number
WO2006114247A1
WO2006114247A1 PCT/EP2006/003720 EP2006003720W WO2006114247A1 WO 2006114247 A1 WO2006114247 A1 WO 2006114247A1 EP 2006003720 W EP2006003720 W EP 2006003720W WO 2006114247 A1 WO2006114247 A1 WO 2006114247A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
excitation light
light
sample
fluorescence microscope
microscope according
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/003720
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Hell
Johann Engelhardt
Original Assignee
MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. filed Critical MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Publication of WO2006114247A1 publication Critical patent/WO2006114247A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/16Microscopes adapted for ultraviolet illumination ; Fluorescence microscopes

Definitions

  • the invention relates to a fluorescence microscope having an excitation light source for excitation light to excite a fluorescent dye in a sample for a limited period of time in a spatial region for spontaneously emitting fluorescence light having wavelengths in a wavelength region, and a pulsed depletion light source for deenergizing light to excite the fluorescent dye to de-excite a residual region which has been reduced in size compared with the spatial region, it being possible to assign light from the sample with wavelengths other than those of the excitation light and the depletion light to the spontaneous emission of fluorescent light from the remaining region of the spatial region.
  • the fluorescent dye can be operated so that the remaining area, d. H. the portion of the sample in which the fluorescent dye remains excited and from which spontaneously emitted fluorescent light exclusively originates from the sample becomes smaller than the diffraction limit. That is, with a fluorescence microscope of the type described above, the Abbe's diffraction limit can be undershot in the spatial resolution.
  • the invention relates to such a fluorescence microscope in which the de-excitation light source is provided to de-excite the fluorescent dye outside the remainder range by stimulated emission with the wavelength of the depletion light.
  • An STED fluorescence microscope of the type described above is known from WO 95/21393.
  • a pulsed laser which can be used as the excitation light source is here stated to emit the excitation light preferably with a pulse width of 1 fs to 1 ns.
  • a laser used as a depletion light source is intended to emit the depletion light at a preferred pulse width of 1 ps to 1 ns. With which lasers this is to be realized is not disclosed in WO 95/21393. Both specified pulse widths are significantly shorter than the lifetime of the fluorescent state of a typical fluorescent dye of a few nanoseconds.
  • the pulse width of the depletion light should preferably be longer than about 100 ps. Longer pulses lead to inefficiency in the stimulated emission, while shorter ones result in high energies per pulse required for complete de-excitation to sample damaging processes, presumably through multiple photon absorption.
  • de-excitation light sources for STED fluorescence microscopy various diode and solid state lasers are currently used. With diode lasers, the energies per pulse required for STED fluorescence microscopy are barely reached. For solid state lasers, z.
  • titanium-sapphire lasers the pulse widths achievable in pulsed operation are significantly shorter than 100 ps and must be stretched by downstream systems, but affect the beam quality. In addition, the line width of pulsed solid-state lasers with a few nanoseconds is comparatively wide.
  • tunable laser light sources are known, for. B. Titan-sapphire laser with downstream optically parameterized oscillator (OPO).
  • OPO optically parameterized oscillator
  • acousto-optical elements are characterized by a particularly high spectral selectivity. So it is possible with an acousto-optic element to hide light with a line width of 1 nm. Such narrow band light is provided in current confocal fluorescence microscopes of solid state lasers used as excitation light sources and operated as continuous wave lasers.
  • This filter width of acousto-optic elements can not be increased in order to adapt to light to be blended with greater line width.
  • pulsed gas lasers in the form of so-called mode-locked gas lasers are also known. However, these are currently not commercially available. Currently only commercially available as continuous wave laser gas lasers are commercially available.
  • a well-known gas laser is the ArKr laser, the continuous wave laser z. B. is used in confocal fluorescence microscopy.
  • An advantage of the ArKr laser is that it has a plurality of wavelengths in the spectral range useful to excite fluorescent dye.
  • solid state lasers there is a fundamental tendency to replace all gas lasers for cost and stability reasons by solid state lasers. For the reasons of cost and stability mentioned above, it often makes sense to use several solid-state lasers, possibly combined with optically parameterized oscillators (OPOs), instead of an ArKr laser in order to provide excitation light with a different wavelength in a confocal fluorescence microscope.
  • OPOs optically parameterized oscillators
  • the invention has for its object to show a fluorescence microscope of the type described above, in particular a STED fluorescence microscope, are given in the principle particularly favorable conditions for separating the fluorescent light from a region of interest of the sample of other light from the sample.
  • the depletion light source is a mode-locked gas laser with a line width of the depletion of less than 2 nm.
  • the de-excitation light having a line width of less than 2 nm can be provided.
  • Mode-locked gas lasers are readily capable of providing pulsed de-excitation light with a linewidth of at most 1.nm and even significantly less. This makes it possible to separate light from the sample with the wavelength of the depletion light very narrow band from the spontaneously emitted fluorescent light from the sample.
  • mode-locked gas lasers as Abregungslicht provoke further fundamental advantages are connected.
  • the coherence length of mode-locked gas lasers is comparatively long, so that the targeted formation of interference patterns with the de-excitation light, as used for example in the context of so-called 4 Pi fluorescence microscopy for the spatial distribution of the depletion light around a region of interest of a sample, without critical adjustments in Beam path is possible.
  • Mode-locked gas lasers also have an excellent transverse mode TEM00 with very good beam quality.
  • mode-locked gas lasers for selectively influencing the emitted laser light can also be operated selectively in a higher mode, such as TEM01, TEM10, TEM11, etc.
  • the available pulse energies are sufficiently high in a gas laser, and this usually with a plurality of lines available for the excitation light, in which the gas laser can be operated selectively or simultaneously.
  • the advantages of a mode-locked gas laser as a depletion light source are fully exploitable when the depletion light source is provided to de-excite the fluorescent dye outside the remainder of the sample by stimulated emission.
  • the emission of the sample stimulated by the de-excitation light has the wavelength of the depletion light.
  • the line width of the depletion light is particularly narrow, as in the mode-locked gas laser, this also applies to the stimulated emission of the sample. This can therefore be separated with a narrow-band filter together with reflected portions of the Abregungslicht from the spontaneously emitted fluorescent light. Therefore, even if the wavelength of the de-excitation light is within the wavelength range in which the fluorescent dye spontaneously emits, it remains at only small bandwidth losses in the detection of the fluorescence spontaneously emitted in a region of interest of the sample.
  • the de-excitation light is spectrally narrow-band and, accordingly, its portions of the fluorescent light reflected from the sample can be separated from the speculum in a narrow band, ie with low detection bandwidth losses, from the sample.
  • mode-locked gas lasers are capable of providing light with pulse widths in a range of 50 to 1000 ps and more particularly in a range of 100 to 500 ps. This fully covers the pulse width range of the depletion light of more than 100 to about 300 ps, which is ideal for STED fluorescence microscopy.
  • the de-excitation light can make use of the multitude of lines of excitation of a fluorescent dye of an ArKr gas laser.
  • the light source for the excitation light can be an ArKr gas laser. It is even possible to provide a single ArKr gas laser both as an excitation light source and as a depletion light source, emitting laser light of at least two different wavelengths at a time.
  • the excitation light and the excitation light are preferably partially different beam paths to the sample to provide, wherein the path length of at least one of the two beam paths relative to that of the other beam path is variable to adjust the timing of the arrival of the excitation light and the de-excitation light in the sample.
  • the mode-locked gas laser as depletion light source of the new fluorescence microscope can also be synchronized in a conventional manner with another laser which forms the excitation light source.
  • the other laser can, as related to the
  • ArKr gas laser has already been suggested to be another mode-locked gas laser. However, it may also be, for example, a diode or solid-state laser.
  • Synchronization of the mode-locked gas laser of the new fluorescence microscope with one or more other lasers of the same or different design can also for
  • At least one acousto-optical element is provided, which separates light with the wavelength of the excitation light from the fluorescent light from the sample. Due to the narrow linewidth of the depletion light, in the new fluorescence microscope an acousto-optic element can be used to selectively mask the light from the sample with the wavelength of the depletion light.
  • the acousto-optic element may be a so-called AOD (Acousto-Optical-Deflector) or an AOTF (Acousto-Optical-Tuneable-Filter).
  • Each acousto-optical element can also be provided at the same time for separating excitation light reflected from the sample from the fluorescent light from the sample. In this way, only the spontaneously emitted fluorescent light from the interesting portion of the sample remains.
  • At least one of the acousto-optic elements can also be used to form an acousto-optic beam splitter with which the excitation light and / or the excitation light is coupled into the beam path between a photodetector and the sample at the same time.
  • the residual area of the spatial area whose spontaneous emission of fluorescent light, the light from the sample with wavelengths other than those of the excitation light and can be assigned to the Abregungsanders can consist of a single punctiform or linear portion of the sample or a pattern of a plurality of point or line-shaped portions.
  • the reduced residual area due to the de-excitation light in relation to the spatial area in which the excitation of the fluorescent dye with the excitation light occurred can include both one or more punctiform partial areas, but also one or more linear partial areas, an improvement of the spatial resolution to below the diffraction limit is already achieved when the dimensions of the respective sub-regions fall below the diffraction limit in a single direction.
  • Fig. 1 shows the energy levels of a fluorescent dye, in the context of his
  • Fig. 2 outlines the timing of the pulses of the excitation light
  • FIG. 3 outlines the wavelengths and wavelength spectra associated with FIG. Fig. 4 shows a block diagram of the new fluorescence microscope.
  • FIG. 5 outlines a realization of the fluorescence microscope according to FIG. 4; FIG. and
  • FIG. 6 shows an arrangement of two acousto-optical elements in the beam path between a sample and a photodetector according to FIG. 4 or 5.
  • Fig. 1 shows the energy spectrum of a fluorescent dye.
  • the fluorescent dye passes from its ground state 1 within its electrical So state in an excited state 4 within its electrical Sr state. This excited state 4 decays into the fluorescent state 3 within the electrical state S r . From the fluorescent state 3, the fluorescent dye passes under spontaneous emission of fluorescent light 6 back into a state within its electrical S 0 state.
  • the fluorescent dye can also be forced to stimulated emission by de-excitation light 7, in particular when the intensity of the depletion light 7 is above a saturation concentration for the stimulation of the fluorescent dye to the stimulated emission.
  • Stimulation of the fluorescent dye to stimulated emission is used in STED fluorescence microscopy to excite a sample labeled with the fluorescent dye which, due to the Abbe's diffraction limit, excites spontaneous fluorescence with excitation light 5 only within a larger spatial area enclosing a region of interest can be de-energized outside the sub-area with the de-excitation light 7, whereby the spatial resolution during the measurement of the sample can be increased by detecting the fluorescence emitted from the sub-area to significantly exceeding the diffraction limit.
  • a pulse 8 of the excitation light 5 is followed by a pulse 9 of the depletion light 7.
  • the pulse 9 advantageously has a pulse duration of more than 100 ps up to about 300 ps in order to be significantly shorter than the time period over which the fluorescent light 6 is emitted Fluorescent dye is spontaneously emitted, and on the other hand, despite the desired saturation in the stimulated emission, the sample and the fluorescent dye are not burdened with excessive energy densities.
  • the pulse 8 of the excitation light 5 may, as shown here, be shorter than the pulse of the de-excitation light 7.
  • the time interval of the two pulses 8 and 9 is only to be understood as an example here. Thus, a substantial temporal overlap of the pulses 8 and 9 is possible.
  • the temporal relative position of the pulses 8 and 9 is to be optimized in such a way that the signal of the fluorescent light 6 from the region of interest of the sample is particularly clear.
  • a temporal separation of the fluorescent light 6 from the region of interest of the sample is at most possible with extreme effort and has not hitherto been realized.
  • the excitation light 5 and the depletion light 7 are separated from the fluorescent light 6 of interest by a spectral selection.
  • Fig. 3 outlines the wavelengths lambda, which occur in the explained with reference to FIGS. 1 and 2 process. If one disregards negligibly small proportions of the spontaneously emitted fluorescent light 6, the excitation light 5 has the shortest wavelength, ie the highest quantum energy.
  • the fluorescent light 6 also has 5 wavelengths Lambda from a comparatively extended wavelength range 10 of a few nanometers width in the case of spectrally narrow-band excitation light shown here.
  • the wavelength of the depletion light 7 is longer than that of the excitation light 5 and here longer than the most occurring wavelengths of the spontaneously emitted fluorescent light 6.
  • a detection window 1 1 between the wavelengths of the excitation light 5 and the depletion 7, in the spontaneously emitted fluorescent light. 6 can be detected without simultaneously detecting excitation light 5 or depletion light 7 reflected by the respective sample or the stimulated emission having the same wavelength as the depletion light 7 from regions of the sample other than the subregion of interest.
  • the spectral width of the detection window 11 depends strongly on how large the line widths of the excitation light 5 and the depletion light 7 actually are, which are reproduced here in a very narrow band.
  • the line width of the depletion light 7 is of particular importance since its wavelength is generally much lower within the wavelength range 10, while the wavelength of the depletion light 5 is always at the outer edge of the wavelength range 10.
  • the de-excitation light 7 when the wavelength of the depletion light 7 is even lower than shown in Fig. 3 in the wavelength range 10, it may be necessary to achieve a large detection bandwidth to detect also portions of the fluorescent light 6 with a longer wavelength than the wavelength of the depletion 7. For this purpose, the de-excitation light 7 must then be selectively faded out of a detection window 11 which extends further to larger wavelengths. This is only possible with very narrow band filters. As such narrow-band filters concrete acousto-optical elements are known with which light with a line width of about 1 nm can be selectively hidden. However, these spectrally narrow-band filters can only be usefully used if the de-excitation light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by it have a correspondingly narrow linewidth. This is achieved in the fluorescence microscope described below.
  • FIG. 4 gives an overview of the structure of a fluorescence STED microscope 12 as a concrete embodiment of a fluorescence microscope according to the invention.
  • a mode-locked gas laser 13 is provided here both as an excitation light source 14 and as a depletion light source 15.
  • the excitation light 5 and the de-excitation light 7 are emitted from the mode-locked gas laser 13 in simultaneous pulses.
  • a delay generator 16 a delay between the pulses of the de-excitation light 7 is brought about with respect to the pulses of the excitation light 5 (see Fig. 2).
  • a phase control device 17 the spatial distribution of the phases of the depletion light 7 is modulated in such a way that the desired intensity distribution of the depletion light 7 relative to the excitation light 5 results in the spatial area enclosing the region of interest of the sample.
  • a coupling device 18 the excitation light 5 and the Abregungslicht 7 coupled into the beam path of the STED fluorescence microscope 12 between the sample 19 and a photodetector 20. From the coupling device 18, the excitation light 5 and the de-excitation light 7 reaches the sample 19.
  • the fluorescent light 6 of interest also comes from the spontaneous emission from the respective partial region of the sample the stimulated emission of the sample 19 with the same wavelength as the excitation light 7.
  • a separation of the fluorescent light 6 takes place in a filter device 21, which is arranged in front of the photodetector 20.
  • the coupling device 18 may also be involved in the filtering, so that only the fluorescent light 6 of interest reaches the detector 20.
  • Fig. 5 shows a realization of the STED microscope 12 according to the block diagram in Fig. 4.
  • the mode-locked gas laser 13 is an ArKr gas laser 22, in whose laser cavity a mode coupler 23 is provided to the excitation light 5 and the de-excitation light 7 with the gas laser 13 to produce in the form of individual pulses.
  • the laser cavity of the gas laser 13 is folded with a deflection mirror 24 in order to reduce the overall construction length of the gas laser 13.
  • the laser cavity of the gas laser 13 is divided into two different arms for the excitation light 5 and the deenergizing light 7 beyond the mode coupler 13.
  • the dispersive effect of the mode coupler 23 for dividing the animal laser cavity into the different arms for the excitation light 5 and the de-excitation light 7 may be sufficient or supported for example by an additional dispersive effect of the deflection mirror 24.
  • the line specificity of the laser cavity for the excitation light 5 and the de-excitation light 7 is realized in each case by an apertured diaphragm 25 or 26 in front of the resonator mirrors 27 and 28 arranged at different distances from the deflecting mirror 24.
  • the mode-locked gas laser 22 is operated in the transversal TEM00 mode in which it has a high beam quality with a high coherence length.
  • the mode can also be deliberately influenced so that the gas laser 13, z. B. for beam forming, specifically in a higher mode, such as TEM01, TEM10 or TEM11 operated.
  • the delay generator 16 is realized in FIG. 5 by an arrangement with a dichroic mirror 29, two deflection prisms 31 and 32 and a deflection mirror 33.
  • the excitation light 5 passes through a further lens system 39 from at least one lens to an acousto-optic beam splitter 40 and is there in the beam path between the Probe 19 and the photodetector 20 coupled.
  • the de-excitation light 7 passes from the dichroic mirror 37 through a lens system 41 of at least one lens to a so-called Spatial Light Modulator 42 as realization of the phase control device 17. From there the modulated depletion 7 passes through another optical system 43 from at least one lens to one Dichroic mirror 44, which serves here for coupling the Abregungslicht 7 in the beam path between the sample 19 and the photodetector 20.
  • an objective 45 is provided between the dichroic mirror 44 and the sample 19.
  • the fluorescent light 6 passes from the sample 19 together with reflected portions of the excitation light 5 and the depletion light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by the depletion light 7 back to the dichroic mirror 44.
  • the light coming from the sample passes through an optical system 46 of at least one lens to the acousto-optical beam splitter 40, which decouples both light with the wavelength of the excitation light 5 and light with the wavelength of the Abregungslicht 7.
  • a further acousto-optical beam splitter 47 which here serves exclusively for filtering out further portions of light with the wavelengths of the excitation light 5 and the depletion light 7.
  • the fluorescent light 6 passes through an optical system of at least one lens 48 through a confocal to the region of interest of the sample 19 arranged aperture 49 and through a blocking filter 50 to the photodetector 20.
  • the blocking filter 50 supplements the blocking effect of the acousto-optical beam splitter 40th and 47 for the de-excitation light 7 reflected from the sample 19 and the emission of the same wavelength stimulated by the de-excitation light 7 in the sample.
  • the use of the acousto-optic beam splitters 40 and 47 for hiding both the excitation light 5 and the depletion light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by this outside of the relevant portion of the sample is possible in the STED fluorescence microscope 12 because the ArKr Gas laser 22 both the excitation light 5 and the de-excitation light 7, each with a narrow line width of less than 1 nm. With such a narrow linewidth, acousto-optic elements have a good barrier effect for the wavelengths selected by their acoustic drive. Furthermore, the pulses of the mode-locked ArKr gas laser can be used directly in the fluorescence microscope 12 without having to be changed in their length.
  • FIG. 6 shows, as an enlarged detail of FIG. 5, the structure of the acousto-optical beam splitter 40.
  • the acousto-optical beam splitter 40 has two acousto-optical elements 51 and 52.
  • the acousto-optic element 51 is actively driven in order to couple the excitation light 5 via a deflecting mirror 53 into the beam path between the detector 20 and the sample 19 and, in return, both the excitation light 5 reflected by the specimen and the excitation light reflected by the specimen 7 as well as the stimulated by this emission of the same wavelength of the spontaneously emitted fluorescent light 6.
  • the second acousto-optical element 52 essentially serves to compensate for dispersion and birefringence effects, since the acousto-optical element 51 also spectrally splits the fluorescence light 6, which has no fixed wavelength (see FIG. D. h., The second acousto-optical element 52 aligns the individual spectral components of the fluorescent light 6 again parallel to each other. In addition to the input and in particular decoupling or filtering out, further portions of the excitation light 5 and the de-excitation light 7 can be used.
  • the acousto-optic elements 51 and 52 used herein are known as Acousto-Optical Tuneable Filters.
  • acousto-optical elements 51 and 52 it is also possible to use so-called Acousto-Optical Deflectors as the acousto-optical elements 51 and 52. Furthermore, it is also possible to use known acousto-optical elements which comprise a special dispersion-free zeroth-order crystal, so that no dispersion correction is required, but instead a suppression of one or more lines of light from the sample can be operated with each acousto-optic element , The typical extinction of each AOTF realized acousto-optic element is for the selected lines with the line width of about 1 nm at about 95%. When using several active acousto-optic Elements 51 in conjunction with the notch filter 50 shown in FIG. 5, the excitation light 5 and the de-excitation light 7 and the stimulated by this emission of the same wavelength can be very effectively kept away from the photodetector 20.
  • Resonator mirror 37 Dichroic mirror
  • Resonator Mirror 39 Lens System Dichroic Mirror 40 acousto-optic beam splitter
  • Lens system 51 acousto-optic element
  • Spatial Light Modulator 52 acousto-optic element
  • Lens system 53 deflecting mirror dichroic mirror

Abstract

The invention relates to a fluorescence microscope (12) which comprises an excitation light source (14) for excitation light (5) in order to incite a fluorescent dye in a sample (19) during a limited period in a spatial area to spontaneously emit fluorescent light (6) having wavelengths in a wavelength range, and a pulsed de-excitation light source (15) for de-excitation light (7) in order to de-excite the fluorescent dye to a remaining area which is smaller than the spatial area. The light of the sample (19) can be associated with wavelengths other than those of the excitation light (5) and the de-excitation light (7) of the spontaneous emission of fluorescent light (6) from the remaining area of the spatial area. The invention is characterized in that the de-excitation light source (15) is a mode-coupled glass laser (13) having a line width of the de-excitation light (7) of less than 2 nm.

Description

FLUORESZENZMIKROSKOP FLUORESCENCE MICROSCOPE
Die Erfindung betrifft ein Fluoreszenzmikroskop mit einer Anregungslichtquelle für Anregungslicht, um einen Fluoreszenzfarbstoff in einer Probe während eines begrenzten Zeitraums in einem räumlichen Bereich zur spontanen Emission von Fluoreszenzlicht mit Wellenlängen in einem Wellenlängenbereich anzuregen, und mit einer gepulsten Abregungslichtquelle für Abregungslicht, um den Fluoreszenzfarbstoff bis auf einen gegenüber dem räumlichen Bereich verkleinerten Restbereich wieder abzuregen, wobei Licht von der Probe mit anderen Wellenlängen als denjenigen des Anregungslichts und des Abregungslichts der spontanen Emission von Fluoreszenzlicht aus dem Restbereich des räumlichen Bereichs zuordbar ist.The invention relates to a fluorescence microscope having an excitation light source for excitation light to excite a fluorescent dye in a sample for a limited period of time in a spatial region for spontaneously emitting fluorescence light having wavelengths in a wavelength region, and a pulsed depletion light source for deenergizing light to excite the fluorescent dye to de-excite a residual region which has been reduced in size compared with the spatial region, it being possible to assign light from the sample with wavelengths other than those of the excitation light and the depletion light to the spontaneous emission of fluorescent light from the remaining region of the spatial region.
Das Wiederabregen des Fluoreszenzfarbstoffs kann dabei so betrieben werden, dass der Restbereich, d. h. der Teilbereich der Probe, in dem der Fluoreszenzfarbstoff angeregt bleibt und aus dem spontan emittiertes Fluoreszenzlicht von der Probe ausschließlich stammt, kleiner als die Beugungsgrenze wird. D. h., mit einem Fluoreszenzmikroskop der eingangs beschriebenen Art kann die Abbe'sche Beugungsgrenze bei der räumlichen Auflösung unterschritten werden.The Wiederabregen the fluorescent dye can be operated so that the remaining area, d. H. the portion of the sample in which the fluorescent dye remains excited and from which spontaneously emitted fluorescent light exclusively originates from the sample becomes smaller than the diffraction limit. That is, with a fluorescence microscope of the type described above, the Abbe's diffraction limit can be undershot in the spatial resolution.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein solches Fluoreszenzmikroskop, bei dem die Abregungslichtquelle vorgesehen ist, um den Fluoreszenzfarbstoff außerhalb des Restbereichs durch stimulierte Emission mit der Wellenlänge des Abregungslichts wieder abzuregen. Ein derartiges Fluoreszenzmikroskop wird auch als STED-Fluoreszenzmikroskop bezeichnet, wobei die Abkürzung STED für Stimulated Emission Depletion = Entvölkerung (des fluoreszenzfähigen Zustands) durch stimulierte Emission steht. STAND DER TECHNIKIn particular, the invention relates to such a fluorescence microscope in which the de-excitation light source is provided to de-excite the fluorescent dye outside the remainder range by stimulated emission with the wavelength of the depletion light. Such a fluorescence microscope is also referred to as a STED fluorescence microscope, wherein the abbreviation STED stands for Stimulated Emission Depletion = depopulation (of the fluorescence-capable state) by stimulated emission. STATE OF THE ART
Ein STED-Fluoreszenzmikroskop der eingangs beschriebenen Art ist aus der WO 95/21393 bekannt. Zu einem gepulsten Laser, der als Anregungslichtquelle verwendet werden kann, ist hier angegeben, dass er das Anregungslicht vorzugsweise mit einer Pulsbreite von 1 fs bis 1 ns abgibt. Ein als Abregungslichtquelle verwendeter Laser soll das Abregungslicht hingegen mit einer bevorzugten Pulsbreite von 1 ps bis 1ns abgeben. Mit welchen Lasern dies realisiert werden soll, ist in der WO 95/21393 nicht offenbart. Beide angegebenen Pulsbreiten sind deutlich kürzer als die Lebensdauer des fluoreszierenden Zustands eines typischen Fluoreszenzfarbstoffs von einigen wenigen Nanosekunden.An STED fluorescence microscope of the type described above is known from WO 95/21393. A pulsed laser which can be used as the excitation light source is here stated to emit the excitation light preferably with a pulse width of 1 fs to 1 ns. On the other hand, a laser used as a depletion light source is intended to emit the depletion light at a preferred pulse width of 1 ps to 1 ns. With which lasers this is to be realized is not disclosed in WO 95/21393. Both specified pulse widths are significantly shorter than the lifetime of the fluorescent state of a typical fluorescent dye of a few nanoseconds.
In der Praxis der STED-Fluoreszenzmikroskopie hat sich herausgestellt, dass die Pulsbreite des Abregungslichts vorzugsweise länger als etwa 100 ps sein sollte. Längere Pulse führen zu einer Ineffizienz bei der stimulierten Emission, kürzere hingegen bei den für eine vollständige Abregung erforderlichen hohen Energien pro Puls zu die Probe schädigenden Prozessen, vermutlich durch Mehrfotonenabsorption. Als Abregungslichtquellen für die STED-Fluoreszenzmikroskopie werden derzeit verschiedene Dioden- und Festkörperlaser verwendet. Mit Diodenlasern werden die für STED-Fluoreszenzmikroskopie benötigten Energien pro Puls kaum erreicht. Bei Festkörperlasern, z. B. Titan-Saphir Lasern, sind die im gepulsten Betrieb erreichbaren Pulsbreiten deutlich kürzer als 100 ps und müssen durch nachgeschaltete Systeme gestreckt werden, die jedoch die Strahlqualität beeinträchtigen. Zudem ist die Linienbreite von gepulsten Festkörperlasern mit einigen Nanosekunden vergleichsweise breit.In the practice of STED fluorescence microscopy, it has been found that the pulse width of the depletion light should preferably be longer than about 100 ps. Longer pulses lead to inefficiency in the stimulated emission, while shorter ones result in high energies per pulse required for complete de-excitation to sample damaging processes, presumably through multiple photon absorption. As de-excitation light sources for STED fluorescence microscopy various diode and solid state lasers are currently used. With diode lasers, the energies per pulse required for STED fluorescence microscopy are barely reached. For solid state lasers, z. As titanium-sapphire lasers, the pulse widths achievable in pulsed operation are significantly shorter than 100 ps and must be stretched by downstream systems, but affect the beam quality. In addition, the line width of pulsed solid-state lasers with a few nanoseconds is comparatively wide.
Eine weitere Anforderung an die Abregungslichtquelle und auch an die Anregungslichtquelle besteht in der Praxis der STED-Fluoreszenzmikroskopie darin, für die Verwendung verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe Anregungslicht mit unterschiedlichen Wellenlängen und hierauf abgestimmtes Abregungslicht mit entsprechend ebenfalls unterschiedlichen Wellenlängen bereitzustellen. Hierzu sind durchstimmbare Laserlichtquellen bekannt, z. B. Titan-Saphir Laser mit nachgeschaltetem optisch parametrisiertem Oszillator (OPO). Diese durchstimmbaren Laserlichtquellen sind jedoch als solche extrem komplex und weisen zudem die oben zu Festkörperlasern aufgeführten grundsätzlichen Nachteile auf.In the practice of STED fluorescence microscopy, a further requirement for the depletion light source and also for the excitation light source is to provide excitation light with different wavelengths for the use of different fluorescent dyes and corresponding de-excitation light with correspondingly different wavelengths. For this purpose, tunable laser light sources are known, for. B. Titan-sapphire laser with downstream optically parameterized oscillator (OPO). However, these tunable laser light sources are extremely complex as such and also have the fundamental disadvantages listed above for solid state lasers.
Für ein konfokales Fluoreszenzmikroskop, also ein Fluoreszenzmikroskop, bei dem keine Erhöhung der räumlichen Auflösung durch Wiederabregen des Fluoreszenzfarbstoffs in der räumlichen Umgebung eines interessierenden Teilbereichs der Probe erfolgt, ist es aus der WO 99/42884 bekannt, akusto-optische Elemente als spektral selektive Elemente einzusetzen, um das von der Probe kommende Fluoreszenzlicht von dem Anregungslicht zu trennen. Akusto-optische Elemente zeichnen sich durch eine besonders hohe spektrale Selektivität aus. So ist es mit einem akusto-optischen Element möglich, Licht mit einer Linienbreite von 1 nm auszublenden. Derart schmalbandiges Licht wird in aktuellen konfokalen Fluoreszenzmikroskopen von als Anregungslichtquellen verwendeten und als Dauerstrichlaser betriebenen Festkörperlasern bereitgestellt.For a confocal fluorescence microscope, so a fluorescence microscope in which no increase in the spatial resolution by Wiederabregen the fluorescent dye in the It is known from WO 99/42884 to use acousto-optical elements as spectrally selective elements in order to separate the fluorescent light coming from the sample from the excitation light. Acousto-optical elements are characterized by a particularly high spectral selectivity. So it is possible with an acousto-optic element to hide light with a line width of 1 nm. Such narrow band light is provided in current confocal fluorescence microscopes of solid state lasers used as excitation light sources and operated as continuous wave lasers.
Diese Filterbreite von akusto-optischen Elementen kann nicht erhöht werden, um sie an auszublendendes Licht mit größerer Linienbreite anzupassen.This filter width of acousto-optic elements can not be increased in order to adapt to light to be blended with greater line width.
Neben gepulsten Dioden- und Festkörperlasern sind auch gepulste Gaslaser in Form so genannter modengekoppelter Gaslaser bekannt. Diese sind jedoch derzeit nicht kommerziell verfügbar. Kommerziell verfügbar sind derzeit nur als Dauerstrichlaser zu betreibende Gaslaser.In addition to pulsed diode and solid-state lasers, pulsed gas lasers in the form of so-called mode-locked gas lasers are also known. However, these are currently not commercially available. Currently only commercially available as continuous wave laser gas lasers are commercially available.
Ein bekannter Gaslaser ist der ArKr-Laser, der als Dauerstrichlaser z. B. in der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt wird. Ein Vorteil des ArKr-Lasers ist, dass er eine Mehrzahl von Wellenlängen im zur Anregung von Fluoreszenzfarbstoff nutzbaren Spektralbereich aufweist. Es besteht jedoch eine grundsätzliche Tendenz, alle Gaslaser aus Kosten- und Stabilitätsgründen durch Festkörperlaser zu ersetzen. Aus den genannten Kosten- und Stabilitätsgründen ist es häufig sogar sinnvoll, statt eines ArKr-Lasers mehrere Festkörperlaser, möglicherweise kombiniert mit optisch parametrisierten Oszillatoren (OPOs) einzusetzen, um bei einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop Anregungslicht mit unterschiedlicher Wellenlänge bereitzustellen.A well-known gas laser is the ArKr laser, the continuous wave laser z. B. is used in confocal fluorescence microscopy. An advantage of the ArKr laser is that it has a plurality of wavelengths in the spectral range useful to excite fluorescent dye. However, there is a fundamental tendency to replace all gas lasers for cost and stability reasons by solid state lasers. For the reasons of cost and stability mentioned above, it often makes sense to use several solid-state lasers, possibly combined with optically parameterized oscillators (OPOs), instead of an ArKr laser in order to provide excitation light with a different wavelength in a confocal fluorescence microscope.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluoreszenzmikroskop der eingangs beschriebenen Art, insbesondere ein STED-Fluoreszenzmikroskop, aufzuzeigen, bei dem grundsätzlich besonders günstige Voraussetzungen für das Trennen des Fluoreszenzlichts aus einem interessierenden Teilbereich der Probe von anderem Licht von der Probe gegeben sind. LÖSUNGThe invention has for its object to show a fluorescence microscope of the type described above, in particular a STED fluorescence microscope, are given in the principle particularly favorable conditions for separating the fluorescent light from a region of interest of the sample of other light from the sample. SOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Fluoreszenzmikroskop mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Fluoreszenzmikroskops sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 11 beschrieben.The object of the invention is achieved by a fluorescence microscope with the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the novel fluorescence microscope are described in the dependent claims 2 to 11.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Bei dem neuen Fluoreszenzmikroskop ist die Abregungslichtquelle ein modengekoppelter Gaslaser mit einer Linienbreite des Abregungslichts von weniger als 2 nm. Überraschenderweise stellt sich heraus, dass der Aufwand für einen kommerziell nicht verfügbaren modengekoppelten Gaslaser und auch die mit seinem Betrieb verbundenen Stabilitätsprobleme dadurch aufgewogen werden, dass insbesondere das Abregungslicht mit einer Linienbreite von weniger als 2 nm bereitgestellt werden kann. Modengekoppelte Gaslaser sind ohne weiteres in der Lage, gepulstes Abregungslicht mit einer Linienbreite von maximal 1 ,0 nm und auch noch deutlich weniger bereitzustellen. Dies ermöglicht es, Licht von der Probe mit der Wellenlänge des Abregungslichts sehr schmalbandig von dem spontan emittierten Fluoreszenzlicht von der Probe zu trennen. Hierdurch werden Bandbreitenverluste bei der Detektion des aus dem jeweiligen Restbereich der Probe spontan emittierten Fluoreszenzlichts minimiert. Mit einem modengekoppelten Gaslaser als Abregungslichtquelle sind jedoch noch weitere grundsätzliche Vorteile verbunden. Die Kohärenzlänge von modengekoppelten Gaslasern ist vergleichsweise lang, so dass die gezielte Ausbildung von Interferenzmustern mit dem Abregungslicht, wie sie beispielsweise im Rahmen der so genannten 4 Pi-Fluoreszenzmikroskopie zur räumlichen Verteilung des Abregungslichts um einen interessierenden Teilbereich einer Probe eingesetzt wird, ohne kritische Justagen im Strahlengang möglich ist. Modengekoppelte Gaslaser besitzen auch eine ausgezeichnete transversale Mode TEM00 mit sehr guter Strahlqualität. Daneben können modengekoppelte Gaslaser zur gezielten Beeinflussung des abgestrahlten Laserlichts auch selektiv in einer höheren Mode, wie beispielsweise TEM01 , TEM10, TEM11 usw. betrieben werden. Die verfügbaren Pulsenergien sind bei einem Gaslaser ausreichend hoch, und dies bei in aller Regel mehreren für das Abregungslicht verfügbaren Linien, bei denen der Gaslaser selektiv oder auch simultan betrieben werden kann. Die Vorteile eines modengekoppelten Gaslasers als Abregungslichtquelle sind zum Beispiel voll nutzbar, wenn die Abregungslichtquelle vorgesehen ist, um den Fluoreszenzfarbstoff außerhalb des Restbereichs der Probe durch stimulierte Emission wieder abzuregen. Die von dem Abregungslicht stimulierte Emission der Probe weist die Wellenlänge des Abregungslichts auf. Das heißt, wenn die Linienbreite des Abregungslichts, wie bei dem modengekoppelten Gaslaser besonders schmal ist, gilt dies auch für die stimulierte Emission der Probe. Diese kann also mit einem schmalbandigen Filter zusammen mit reflektierten Anteilen des Abregungslichts von dem spontan emittierten Fluoreszenzlicht abgetrennt werden. Selbst wenn die Wellenlänge des Abregungslichts mitten innerhalb des Wellenlängenbereichs liegt, in dem der Fluoreszenzfarbstoff spontan emittiert, bleibt es daher bei nur kleinen Bandbreitenverlusten bei der Detektion des in einem interessierenden Teilbereich der Probe spontan emittierten Fluoreszenzlichts. Da jedoch festzustellen ist, dass der relative Anteil der stimulierten Emission der Probe an dem Licht von der Probe mit der Wellenlänge des Abregungslichts gegenüber den von der Probe reflektierten Anteilen des Abregungslichts in aller Regel vernachlässigbar gering ist, stellen sich wesentlichen Vorteile des neuen Fluoreszenzmiroskops allein dadurch ein, dass das Abregungslicht spektral schmalbandig ist und entsprechend seine von der Probe reflektierten Anteile von dem Fluoreszenzlicht spektral schmalbandig, d.h. mit geringen Detektionsbandbreitenverlusten, von der Probe abtrennbar sind.In the new fluorescence microscope, the depletion light source is a mode-locked gas laser with a line width of the depletion of less than 2 nm. Surprisingly, it turns out that the cost of a commercially unavailable mode-locked gas laser and also the stability problems associated with its operation are outweighed by, in particular the de-excitation light having a line width of less than 2 nm can be provided. Mode-locked gas lasers are readily capable of providing pulsed de-excitation light with a linewidth of at most 1.nm and even significantly less. This makes it possible to separate light from the sample with the wavelength of the depletion light very narrow band from the spontaneously emitted fluorescent light from the sample. As a result, bandwidth losses are minimized in the detection of the spontaneously emitted from the respective residual region of the fluorescent light. However, with a mode-locked gas laser as Abregungslichtquelle further fundamental advantages are connected. The coherence length of mode-locked gas lasers is comparatively long, so that the targeted formation of interference patterns with the de-excitation light, as used for example in the context of so-called 4 Pi fluorescence microscopy for the spatial distribution of the depletion light around a region of interest of a sample, without critical adjustments in Beam path is possible. Mode-locked gas lasers also have an excellent transverse mode TEM00 with very good beam quality. In addition, mode-locked gas lasers for selectively influencing the emitted laser light can also be operated selectively in a higher mode, such as TEM01, TEM10, TEM11, etc. The available pulse energies are sufficiently high in a gas laser, and this usually with a plurality of lines available for the excitation light, in which the gas laser can be operated selectively or simultaneously. For example, the advantages of a mode-locked gas laser as a depletion light source are fully exploitable when the depletion light source is provided to de-excite the fluorescent dye outside the remainder of the sample by stimulated emission. The emission of the sample stimulated by the de-excitation light has the wavelength of the depletion light. That is, if the line width of the depletion light is particularly narrow, as in the mode-locked gas laser, this also applies to the stimulated emission of the sample. This can therefore be separated with a narrow-band filter together with reflected portions of the Abregungslicht from the spontaneously emitted fluorescent light. Therefore, even if the wavelength of the de-excitation light is within the wavelength range in which the fluorescent dye spontaneously emits, it remains at only small bandwidth losses in the detection of the fluorescence spontaneously emitted in a region of interest of the sample. However, since it has been found that the relative proportion of the stimulated emission of the sample to the light from the sample with the wavelength of the excitation light versus the portions of the depletion light reflected from the sample is generally negligible, substantial advantages of the novel fluorescence microscope are thereby obtained in that the de-excitation light is spectrally narrow-band and, accordingly, its portions of the fluorescent light reflected from the sample can be separated from the speculum in a narrow band, ie with low detection bandwidth losses, from the sample.
Ein weiterer wichtiger Vorteil von modengekoppelten Gaslasern ist, dass sie in der Lage sind, Licht mit Pulsbreiten in einem Bereich von 50 bis 1000 ps und dabei insbesondere auch in einem Bereich von 100 bis 500 ps bereitzustellen. Hierdurch wird der für die STED- Fluoreszenzmikroskopie ideale Pulsbreitenbereich des Abregungslichts von mehr als 100 bis etwa 300 ps voll abgedeckt.Another important advantage of mode-locked gas lasers is that they are capable of providing light with pulse widths in a range of 50 to 1000 ps and more particularly in a range of 100 to 500 ps. This fully covers the pulse width range of the depletion light of more than 100 to about 300 ps, which is ideal for STED fluorescence microscopy.
Wenn der modengekoppelte Gaslaser des neuen Fluoreszenzmikroskops ein ArKr-Gaslaser ist, so kann bei dem Abregungslicht auf die Vielzahl der für die Abregung eines Fluoreszenzfarbstoffs brauchbaren Linien eines ArKr-Gaslasers zurückgegriffen werden. Dabei kann auch die Lichtquelle für das Anregungslicht ein ArKr-Gaslaser sein. Es ist sogar möglich, einen einzigen ArKr-Gaslaser sowohl als Anregungslichtquelle als auch als Abregungslichtquelle vorzusehen, wobei er Laserlicht mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen zugleich abgibt. In diesem Fall sind für das Anregungslicht und das Abregungslicht vorzugsweise partiell unterschiedliche Strahlengänge zu der Probe vorzusehen, wobei die Weglänge mindestens eines der beiden Strahlengänge gegenüber derjenigen des anderen Strahlengangs veränderbar ist, um die zeitliche Abfolge des Eintreffens des Anregungslichts und des Abregungslichts in der Probe einzustellen.When the mode-locked gas laser of the new fluorescence microscope is an ArKr gas laser, the de-excitation light can make use of the multitude of lines of excitation of a fluorescent dye of an ArKr gas laser. In this case, the light source for the excitation light can be an ArKr gas laser. It is even possible to provide a single ArKr gas laser both as an excitation light source and as a depletion light source, emitting laser light of at least two different wavelengths at a time. In this case, the excitation light and the excitation light are preferably partially different beam paths to the sample to provide, wherein the path length of at least one of the two beam paths relative to that of the other beam path is variable to adjust the timing of the arrival of the excitation light and the de-excitation light in the sample.
Der modengekoppelte Gaslaser als Abregungslichtquelle des neuen Fluoreszenzmikroskops kann aber auch in an sich bekannter Wiese mit einem weiteren Laser synchronisiert sein, der die Anregungslichtquelle ausbildet. Der weitere Laser kann, wie im Zusammenhang mit demHowever, the mode-locked gas laser as depletion light source of the new fluorescence microscope can also be synchronized in a conventional manner with another laser which forms the excitation light source. The other laser can, as related to the
ArKr-Gaslaser schon angedeutet wurde, ein weiterer modengekoppelter Gaslaser sein. Es kann sich aber beispielsweise auch um einen Dioden- oder Festkörperlaser handeln. EineArKr gas laser has already been suggested to be another mode-locked gas laser. However, it may also be, for example, a diode or solid-state laser. A
Synchronisation des modengekoppelte Gaslaser des neuen Fluoreszenzmikroskops mit einem oder mehreren weiteren Lasern gleicher oder unterschiedlicher Bauart kann auch zumSynchronization of the mode-locked gas laser of the new fluorescence microscope with one or more other lasers of the same or different design can also for
Zweck von Mehrfarbenanwendungen erfolgen.Purpose of multi-color applications.
In besonders bevorzugten konkreten Ausführungsformen des neuen Fluoreszenzmikroskops ist mindestens ein akusto-optisches Element vorgesehen, das Licht mit der Wellenlänge des Abregungslichts von dem Fluoreszenzlicht von der Probe abtrennt. Aufgrund der geringen Linienbreite des Abregungslichts kann bei dem neuen Fluoreszenzmikroskop ein akusto- optisches Element eingesetzt werden, um das von der Probe kommende Licht mit der Wellenlänge des Abregungslichts selektiv auszublenden. Dabei kann das akusto-optische Element ein so genanntes AOD (Acousto-Optical-Deflector) oder ein AOTF (Acousto-Optical- Tuneable-Filter) sein.In particularly preferred specific embodiments of the new fluorescence microscope, at least one acousto-optical element is provided, which separates light with the wavelength of the excitation light from the fluorescent light from the sample. Due to the narrow linewidth of the depletion light, in the new fluorescence microscope an acousto-optic element can be used to selectively mask the light from the sample with the wavelength of the depletion light. The acousto-optic element may be a so-called AOD (Acousto-Optical-Deflector) or an AOTF (Acousto-Optical-Tuneable-Filter).
Jedes akusto-optische Element kann gleichzeitig auch dazu vorgesehen sein, von der Probe reflektiertes Anregungslicht von dem Fluoreszenzlicht von der Probe abzutrennen. Auf diese Weise bleibt nur das spontan emittierte Fluoreszenzlicht aus dem interessierenden Teilbereich der Probe übrig.Each acousto-optical element can also be provided at the same time for separating excitation light reflected from the sample from the fluorescent light from the sample. In this way, only the spontaneously emitted fluorescent light from the interesting portion of the sample remains.
Mindestens eines der akusto-optischen Elemente kann auch zur Ausbildung eines akusto- optischen Strahlteilers verwendet werden, mit dem zugleich das Anregungslicht und/oder das Abregungslicht in den Strahlengang zwischen einem Fotodetektor und der Probe eingekoppelt wird.At least one of the acousto-optic elements can also be used to form an acousto-optic beam splitter with which the excitation light and / or the excitation light is coupled into the beam path between a photodetector and the sample at the same time.
Der Restbereich des räumlichen Bereichs, dessen spontaner Emission von Fluoreszenzlicht das Licht von der Probe mit anderen Wellenlängen als denjenigen des Anregungslichts und des Abregungslichts zuordbar ist, kann aus einem einzelnen punktförmigen oder linienförmiger Teilbereich der Probe oder aus einem Muster aus mehreren punkt- oder linienförmigen Teilbereichen bestehen. D. h., der durch das Abregungslicht gegenüber dem räumlichen Bereich, in dem die Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs mit dem Anregungslicht erfolgte, verkleinerte Restbereich kann sowohl einen als auch mehrere punktförmige Teilbereiche, aber auch einen oder mehrere linienförmige Teilbereiche umfassen, eine Verbesserung der räumlichen Auflösung bis unter die Beugungsgrenze wird bereits dann erreicht, wenn die Abmessungen der jeweiligen Teilbereiche die Beugungsgrenze in einer einzigen Richtung unterschreiten.The residual area of the spatial area, whose spontaneous emission of fluorescent light, the light from the sample with wavelengths other than those of the excitation light and can be assigned to the Abregungslichts can consist of a single punctiform or linear portion of the sample or a pattern of a plurality of point or line-shaped portions. In other words, the reduced residual area due to the de-excitation light in relation to the spatial area in which the excitation of the fluorescent dye with the excitation light occurred can include both one or more punctiform partial areas, but also one or more linear partial areas, an improvement of the spatial resolution to below the diffraction limit is already achieved when the dimensions of the respective sub-regions fall below the diffraction limit in a single direction.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der gesamten Beschreibung. 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 abweichend von den gewählten Rückbeziehungen ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the entire description. Further 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 - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different claims differing from the chosen relationships is also possible and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawing figures or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
Fig. 1 zeigt die Energieniveaus eines Fluoreszenzfarbstoffs, die im Rahmen seinerFig. 1 shows the energy levels of a fluorescent dye, in the context of his
Verwendung bei der STED-Fluoreszenzmikroskopie eine Rolle spielen.Use in STED fluorescence microscopy play a role.
Fig. 2 skizziert den zeitlichen Ablauf der Pulse des Anregungslichts und desFig. 2 outlines the timing of the pulses of the excitation light and the
Abregungslichts bei der STED-Fluoreszenzmikroskopie.Diminishing light in STED fluorescence microscopy.
Fig. 3 skizziert die zu Fig. 1 zugehörigen Wellenlängen und Wellenlängenspektren. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm zu dem neuen Fluoreszenzmikroskop.FIG. 3 outlines the wavelengths and wavelength spectra associated with FIG. Fig. 4 shows a block diagram of the new fluorescence microscope.
Fig. 5 skizziert eine Realisation des Fluoreszenzmikroskops gemäß Fig. 4; undFIG. 5 outlines a realization of the fluorescence microscope according to FIG. 4; FIG. and
Fig. 6 zeigt eine Anordnung von zwei akusto-optischen Elementen im Strahlengang zwischen einer Probe und einem Fotodetektor gemäß Fig. 4 oder 5.FIG. 6 shows an arrangement of two acousto-optical elements in the beam path between a sample and a photodetector according to FIG. 4 or 5.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Fig. 1 zeigt das Energiespektrum eines Fluoreszenzfarbstoffs. Durch Anregungslicht 5 gelangt der Fluoreszenzfarbstoff aus seinem Grundzustand 1 innerhalb seines elektrischen So-Zustands in einen angeregten Zustand 4 innerhalb seines elektrischen SrZustands. Dieser angeregte Zustand 4 zerfällt innerhalb des elektrischen SrZustands in den fluoreszierenden Zustand 3. Aus dem fluoreszierenden Zustand 3 gelangt der Fluoreszenzfarbstoff unter spontaner Emission von Fluoreszenzlicht 6 wieder in einen Zustand innerhalb seines elektrischen S0-Zustands. Der Fluoreszenzfarbstoff kann aber auch durch Abregungslicht 7 zu stimulierter Emission gezwungen werden, insbesondere dann, wenn die Intensität des Abregungslichts 7 über einer Sättigungskonzentration für die Stimulation des Fluoreszenzfarbstoffs zu der stimulierten Emission liegt. Die Stimulation des Fluoreszenzfarbstoffs zu der stimulierten Emission wird bei der STED- Fluoreszenzmikroskopie dazu genutzt, eine mit dem Fluoreszenzfarbstoff markierte Probe, die aufgrund der Abbe'schen Beugungsgrenze nur innerhalb eines einen interessierenden Teilbereich einschließenden und größeren räumlichen Bereichs mit dem Anregungslicht 5 zur spontanen Fluoreszenz angeregt werden kann, außerhalb des Teilbereichs mit dem Abregungslicht 7 wieder abzuregen, wodurch die räumliche Auflösung beim Messen der Probe durch Erfassen des aus dem Teilbereich emittierten Fluoreszenzlichts unter deutlichem Überschreiten der Beugungsgrenze gesteigert werden kann. Aufgrund der Lebensdauer des fluoreszierenden Zustands 3 von typischerweise einigen wenigen Nanosekunden ist es eine technische Herausforderung, das interessierende Fluoreszenzlicht 6 aus dem jeweiligen Teilbereich der Probe sowohl von reflektierten Anteilen des Anregungslichts 5 als auch von reflektierten Anteilen des Abregungslichts 7 zu separieren. Daneben tritt zwar auch noch zusätzliches Licht in Form der mit dem Abregungslicht 7 stimulierten Emission des Fluoreszenzfarbstoffs auf; diese stimulierte Emission weist aber dieselbe Wellenlänge wie das Abregungslicht 7 auf, ist also von diesem nicht zu unterscheiden, und ihre Intensität ist viele Größenordnungen kleiner als diejenige der reflektierten Anteile des Abregungslichts 7. D. h., dieses zusätzliche Licht ist in aller Regel praktisch vernachlässigbar, auch wenn es im Folgenden extra angesprochen wird.Fig. 1 shows the energy spectrum of a fluorescent dye. By excitation light 5, the fluorescent dye passes from its ground state 1 within its electrical So state in an excited state 4 within its electrical Sr state. This excited state 4 decays into the fluorescent state 3 within the electrical state S r . From the fluorescent state 3, the fluorescent dye passes under spontaneous emission of fluorescent light 6 back into a state within its electrical S 0 state. However, the fluorescent dye can also be forced to stimulated emission by de-excitation light 7, in particular when the intensity of the depletion light 7 is above a saturation concentration for the stimulation of the fluorescent dye to the stimulated emission. Stimulation of the fluorescent dye to stimulated emission is used in STED fluorescence microscopy to excite a sample labeled with the fluorescent dye which, due to the Abbe's diffraction limit, excites spontaneous fluorescence with excitation light 5 only within a larger spatial area enclosing a region of interest can be de-energized outside the sub-area with the de-excitation light 7, whereby the spatial resolution during the measurement of the sample can be increased by detecting the fluorescence emitted from the sub-area to significantly exceeding the diffraction limit. Due to the lifetime of the fluorescent state 3 of typically a few nanoseconds, it is a technical challenge to separate the fluorescent light 6 of interest from the respective partial area of the sample both from reflected portions of the excitation light 5 and from reflected portions of the depletion light 7. In addition, although there is also additional light in the form of stimulated with the excitation light 7 emission of the fluorescent dye on; However, this stimulated emission has the same wavelength as the de-excitation light 7, so it is not from this and their intensity is many orders of magnitude smaller than that of the reflected portions of the de-excitation light 7. That is, this additional light is usually practically negligible, although it will be specifically discussed below.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die zeitliche Abfolge der Intensitäten des Anregungslichts 5, des spontan emittierten Fluoreszenzlichts 6 und des Abregungslichts 7 bei der STED- Fluoreszenzmikroskopie. Einem Puls 8 des Anregungslichts 5 folgt ein Puls 9 des Abregungslichts 7. Der Puls 9 weist günstiger Weise eine Pulsdauer von über 100 ps bis zu etwa 300 ps auf, um einerseits deutlich kürzer als der Zeitraum zu sein, über den das Fluoreszenzlicht 6 von dem Fluoreszenzfarbstoff spontan emittiert wird, und um andererseits trotz der gewünschten Sättigung bei der stimulierten Emission die Probe und den Fluoreszenzfarbstoff nicht mit übermäßigen Energiedichten zu belasten. Der Puls 8 des Anregungslichts 5 kann, wie hier dargestellt, kürzer als der Puls des Abregungslichts 7 sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Auch der zeitliche Abstand der beiden Pulse 8 und 9 ist hier nur als Beispiel zu verstehen. So ist auch eine weitgehende zeitliche Überschneidung der Pulse 8 und 9 möglich. Die zeitliche Relativlage der Pulse 8 und 9 ist dahingehend zu optimieren, dass das Signal des Fluoreszenzlichts 6 aus dem interessierenden Teilbereich der Probe besonders deutlich ist. Eine zeitliche Separation des Fluoreszenzlichts 6 aus dem interessierenden Teilbereich der Probe ist aufgrund der dichten Abfolge der Pulse 8 und 9 und des sich daran unmittelbar anschließenden interessierenden Fluoreszenzlichts 6 allerdings allenfalls mit extremem Aufwand möglich und bislang nicht realisiert worden.2 shows an example of the time sequence of the intensities of the excitation light 5, the spontaneously emitted fluorescence light 6 and the depletion light 7 in STED fluorescence microscopy. A pulse 8 of the excitation light 5 is followed by a pulse 9 of the depletion light 7. The pulse 9 advantageously has a pulse duration of more than 100 ps up to about 300 ps in order to be significantly shorter than the time period over which the fluorescent light 6 is emitted Fluorescent dye is spontaneously emitted, and on the other hand, despite the desired saturation in the stimulated emission, the sample and the fluorescent dye are not burdened with excessive energy densities. The pulse 8 of the excitation light 5 may, as shown here, be shorter than the pulse of the de-excitation light 7. However, this is not mandatory. The time interval of the two pulses 8 and 9 is only to be understood as an example here. Thus, a substantial temporal overlap of the pulses 8 and 9 is possible. The temporal relative position of the pulses 8 and 9 is to be optimized in such a way that the signal of the fluorescent light 6 from the region of interest of the sample is particularly clear. However, due to the dense sequence of the pulses 8 and 9 and the fluorescence light 6 immediately adjacent thereto, a temporal separation of the fluorescent light 6 from the region of interest of the sample is at most possible with extreme effort and has not hitherto been realized.
Praktisch erfolgt daher die Abtrennung des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 von dem interessierenden Fluoreszenzlicht 6 durch eine spektrale Selektion. Fig. 3 skizziert die Wellenlängen Lambda, die bei dem anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Vorgang auftreten. Wenn man von vernachlässigbar kleinen Anteilen des spontan emittierten Fluoreszenzlichts 6 absieht, weist das Anregungslicht 5 die kürzeste Wellenlänge, d. h. die höchste Quantenenergie, auf. Das Fluoreszenzlicht 6 weist auch in dem hier dargestellten Fall von spektral schmalbandigem Anregungslicht 5 Wellenlängen Lambda aus einem vergleichsweise ausgedehnten Wellenlängenbereich 10 von einigen Nanometern Breite auf. Die Wellenlänge des Abregungslichts 7 ist länger als diejenige des Anregungslichts 5 und hier auch länger als die meisten auftretenden Wellenlängen des spontan emittierten Fluoreszenzlichts 6. Damit bleibt ein Detektionsfenster 1 1 zwischen den Wellenlängen des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7, in dem spontan emittiertes Fluoreszenzlicht 6 detektiert werden kann, ohne zugleich von der jeweiligen Probe reflektiertes Anregungslicht 5 oder Abregungslicht 7 bzw. die stimulierte Emission mit derselben Wellenlänge wie das Abregungslicht 7 aus anderen Bereichen der Probe als dem interessierenden Teilbereich zu detektieren. Die spektrale Breite des Detektionsfenster 11 hängt stark davon ab, wie groß die Linienbreiten des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 tatsächlich sind, die hier sehr schmalbandig wiedergegeben sind. Insbesondere kommt es dabei auf die Linienbreite des Abregungslichts 7 an, da sich dessen Wellenlänge grundsätzlich viel tiefer innerhalb des Wellenlängenbereichs 10 befindet, während die Wellenlänge des Abregungslichts 5 immer am äußeren Rand des Wellenlängenbereichs 10 liegt. Insbesondere dann, wenn die Wellenlänge des Abregungslichts 7 noch tiefer als in Fig. 3 dargestellt in dem Wellenlängenbereich 10 liegt, kann es zur Erzielung einer großen Detektionsbandbreite nötig werden, auch Anteile des Fluoreszenzlichts 6 mit größerer Wellenlänge als der Wellenlänge des Abregungslichts 7 zu detektieren. Hierzu muss dann aus einem sich weiter zu größeren Wellenlängen hin erstreckenden Detektionsfenster 11 das Abregungslicht 7 selektiv ausgeblendet werden. Dies gelingt nur mit sehr schmalbandigen Filtern. Als solche schmalbandigen Filter sind konkret akusto-optische Elemente bekannt, mit denen Licht mit einer Linienbreite von etwa 1 nm selektiv ausgeblendet werden kann. Diese spektral schmalbandigen Filter können jedoch nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn das Abregungslicht 7 und die von ihm stimulierte Emission gleicher Wellenlänge eine entsprechend schmale Linienbreite aufweisen. Dies wird bei dem im nachfolgend beschriebenen Fluoreszenzmikroskop erreicht.In practice, the excitation light 5 and the depletion light 7 are separated from the fluorescent light 6 of interest by a spectral selection. Fig. 3 outlines the wavelengths lambda, which occur in the explained with reference to FIGS. 1 and 2 process. If one disregards negligibly small proportions of the spontaneously emitted fluorescent light 6, the excitation light 5 has the shortest wavelength, ie the highest quantum energy. The fluorescent light 6 also has 5 wavelengths Lambda from a comparatively extended wavelength range 10 of a few nanometers width in the case of spectrally narrow-band excitation light shown here. The wavelength of the depletion light 7 is longer than that of the excitation light 5 and here longer than the most occurring wavelengths of the spontaneously emitted fluorescent light 6. Thus remains a detection window 1 1 between the wavelengths of the excitation light 5 and the depletion 7, in the spontaneously emitted fluorescent light. 6 can be detected without simultaneously detecting excitation light 5 or depletion light 7 reflected by the respective sample or the stimulated emission having the same wavelength as the depletion light 7 from regions of the sample other than the subregion of interest. The spectral width of the detection window 11 depends strongly on how large the line widths of the excitation light 5 and the depletion light 7 actually are, which are reproduced here in a very narrow band. In particular, the line width of the depletion light 7 is of particular importance since its wavelength is generally much lower within the wavelength range 10, while the wavelength of the depletion light 5 is always at the outer edge of the wavelength range 10. In particular, when the wavelength of the depletion light 7 is even lower than shown in Fig. 3 in the wavelength range 10, it may be necessary to achieve a large detection bandwidth to detect also portions of the fluorescent light 6 with a longer wavelength than the wavelength of the depletion 7. For this purpose, the de-excitation light 7 must then be selectively faded out of a detection window 11 which extends further to larger wavelengths. This is only possible with very narrow band filters. As such narrow-band filters concrete acousto-optical elements are known with which light with a line width of about 1 nm can be selectively hidden. However, these spectrally narrow-band filters can only be usefully used if the de-excitation light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by it have a correspondingly narrow linewidth. This is achieved in the fluorescence microscope described below.
Das Blockdiagramm gemäß Fig. 4 gibt eine Übersicht über den Aufbau eines STED- Fluoreszenzmikroskops 12 als konkrete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluoreszenzmikroskops. Ein modengekoppelter Gaslaser 13 ist hier sowohl als Anregungslichtquelle 14 als auch als Abregungslichtquelle 15 vorgesehen. Das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 werden von den modengekoppelten Gaslaser 13 in gleichzeitigen Pulsen abgegeben. In einem Verzögerungsgenerator 16 wird eine Verzögerung zwischen den Pulsen des Abregungslichts 7 gegenüber den Pulsen des Anregungslichts 5 herbeigeführt (vgl. Fig. 2). In einer Phasenkontrolleinrichtung 17 wird die räumliche Verteilung der Phasen des Abregungslichts 7 in einer solchen Weise moduliert, dass sich in dem den interessierenden Teilbereich der Probe einschließenden räumlichen Bereich die gewünschte Intensitätsverteilung des Abregungslichts 7 relativ zu dem Anregungslicht 5 ergibt. In einer Einkoppeleinrichtung 18 wird das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 in den Strahlengang des STED-Fluoreszenzmikroskops 12 zwischen der Probe 19 und einem Fotodetektor 20 eingekoppelt. Von der Einkoppeleinrichtung 18 gelangt das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 zu der Probe 19. Von der Probe 19 zurück gelangen neben reflektierten Anteilen des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 sowohl das interessierende Fluoreszenzlicht 6 von der spontanen Emission aus dem jeweiligen Teilbereich der Probe als auch die stimulierte Emission der Probe 19 mit derselben Wellenlänge wie das Abregungslicht 7. Eine Separation des Fluoreszenzlichts 6 erfolgt in einer Filtereinrichtung 21 , die vor dem Fotodetektor 20 angeordnet ist. Auch die Einkoppeleinrichtung 18 kann an der Filterung beteiligt sein, damit nur das interessierende Fluoreszenzlicht 6 den Detektor 20 erreicht.The block diagram according to FIG. 4 gives an overview of the structure of a fluorescence STED microscope 12 as a concrete embodiment of a fluorescence microscope according to the invention. A mode-locked gas laser 13 is provided here both as an excitation light source 14 and as a depletion light source 15. The excitation light 5 and the de-excitation light 7 are emitted from the mode-locked gas laser 13 in simultaneous pulses. In a delay generator 16, a delay between the pulses of the de-excitation light 7 is brought about with respect to the pulses of the excitation light 5 (see Fig. 2). In a phase control device 17, the spatial distribution of the phases of the depletion light 7 is modulated in such a way that the desired intensity distribution of the depletion light 7 relative to the excitation light 5 results in the spatial area enclosing the region of interest of the sample. In a coupling device 18, the excitation light 5 and the Abregungslicht 7 coupled into the beam path of the STED fluorescence microscope 12 between the sample 19 and a photodetector 20. From the coupling device 18, the excitation light 5 and the de-excitation light 7 reaches the sample 19. In addition to reflected components of the excitation light 5 and the depletion light 7, the fluorescent light 6 of interest also comes from the spontaneous emission from the respective partial region of the sample the stimulated emission of the sample 19 with the same wavelength as the excitation light 7. A separation of the fluorescent light 6 takes place in a filter device 21, which is arranged in front of the photodetector 20. The coupling device 18 may also be involved in the filtering, so that only the fluorescent light 6 of interest reaches the detector 20.
Fig. 5 zeigt eine Realisation des STED-Mikroskops 12 gemäß dem Blockdiagramm in Fig. 4. Der modengekoppelte Gaslaser 13 ist ein ArKr-Gaslaser 22, in dessen Laserkavität ein Modenkoppler 23 vorgesehen ist, um das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 mit dem Gaslaser 13 in Form von einzelnen Pulsen zu erzeugen. Dabei ist die Laserkavität des Gaslasers 13 mit einem Umlenkspiegel 24 gefaltet, um die Gesamtbaulänge des Gaslasers 13 zu reduzieren. Um bei der Modenkopplung eine Dispersionskompensation zwischen dem Anregungslicht 5 und dem Abregungslicht 7 herbeizuführen, ist die Laserkavität des Gaslasers 13 jenseits des Modenkopplers 13 in zwei unterschiedliche Arme für das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 aufgeteilt. Dabei kann die dispersive Wirkung des Modenkopplers 23 für die Aufteilung tier Laserkavität in die unterschiedlichen Arme für das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 ausreichend sein oder beispielsweise durch eine zusätzliche dispersive Wirkung des Umlenkspiegels 24 unterstützt werden. Die Linienspezifizität der Laserkavität für das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 ist jeweils durch eine Lochblende 25 bzw. 26 vor dem in unterschiedlichem Abstand zu dem Umlenkspiegel 24 angeordneten Resonatorspiegeln 27 und 28 realisiert. Der modengekoppelte Gaslaser 22 wird in der transversalen TEM00-Mode betrieben, in der er eine hohe Strahlqualität mit hoher Kohärenzlänge aufweist. Insbesondere in dem Bereich der Laserkavität des Gaslasers 13 jenseits des Modenkopplers 23 kann aber auf die Mode auch willentlich so Einfluss genommen werden, dass der Gaslaser 13, z. B. zur Strahlformung, gezielt in einer höheren Mode, so wie TEM01 , TEM10 oder TEM11 , betrieben wird. Der Verzögerungsgenerator 16 ist in Fig. 5 durch eine Anordnung mit einem dichroitischen Spiegel 29, zwei Umlenkprismen 31 und 32 und einem Umlenkspiegel 33 realisiert. Durch die Verschiebung eines der Umlenkprismen 31 und 32, was hier bei dem Umlenkprisma 32 durch einen Doppelpfeil 34 angedeutet ist, verändert sich die Weglänge für das Abregungslicht 7 gegenüber dem Anregungslicht 5 und damit die zeitliche Lage des Pulses 9 gemäß Fig. 2 gegenüber dem Puls 8 gemäß Fig. 2. Über weitere Umlenkspiegel 34 und 35 sowie durch ein Linsensystem 36 aus mindestens einer Linse gelangt das Anregungslicht 5 zusammen mit dem Abregungslicht 7 zu einem dichroitischen Spiegel 37. Von dort gelangt das Anregungslicht 5 durch ein weiteres Linsensystem 39 aus mindestens einer Linse zu einem akusto-optischen Strahlteiler 40 und wird dort in dem Strahlengang zwischen der Probe 19 und dem Fotodetektor 20 eingekoppelt. Das Abregungslicht 7 gelangt von dem dichroitischen Spiegel 37 durch ein Linsensystem 41 aus mindestens einer Linse zu einem so genannten Spatial Light Modulator 42 als Realisation der Phasenkontrolleinrichtung 17. Von dort gelangt das modulierte Abregungslicht 7 durch ein weiteres optisches System 43 aus mindestens einer Linse zu einem dichroitischen Spiegel 44, der hier zum Einkoppeln des Abregungslichts 7 in den Strahlengang zwischen der Probe 19 und dem Fotodetektor 20 dient. In diesem Strahlengang ist zwischen dem dichroitischen Spiegel 44 und der Probe 19 ein Objektiv 45 vorgesehen. Durch dieses Objektiv 45 gelangt von der Probe 19 das Fluoreszenzlicht 6 zusammen mit reflektierten Anteilen des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 sowie die von dem Abregungslicht 7 stimulierte Emission gleicher Wellenlänge zurück zu dem dichroitschen Spiegel 44. Von dort gelangt das von der Probe kommende Licht durch ein optisches System 46 aus mindestens einer Linse zu dem akusto- optischen Strahlteiler 40, der sowohl Licht mit der Wellenlänge des Anregungslichts 5 als auch Licht mit der Wellenlänge des Abregungslichts 7 auskoppelt. Dasselbe gilt für einen weiteren akusto-optischen Strahlteiler 47, der hier ausschließlich zum Herausfiltern weiterer Anteile von Licht mit den Wellenlängen des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 dient. Von dort gelangt das Fluoreszenzlicht 6 durch ein optisches System aus mindestens einer Linse 48 durch eine konfokal zu dem interessierenden Teilbereich der Probe 19 angeordnete Lochblende 49 sowie durch ein Sperrfilter 50 zu dem Fotodetektor 20. Das Sperrfilter 50 ergänzt die Sperrwirkung der akusto-optischen Strahlteiler 40 und 47 für das von der Probe 19 reflektierte Abregungslicht 7 und die von dem Abregungslicht 7 in der Probe stimulierte Emission gleicher Wellenlänge. Der Einsatz der akusto-optischen Strahlteiler 40 und 47 zum Ausblenden sowohl des Anregungslichts 5 als auch des Abregungslichts 7 und der von diesem außerhalb des jeweils interessierenden Teilbereichs der Probe stimulierten Emission gleicher Wellenlänge ist bei dem STED- Fluoreszenzmikroskop 12 deshalb möglich, weil der ArKr-Gaslaser 22 sowohl das Anregungslicht 5 als auch das Abregungslicht 7 mit jeweils schmaler Linienbreite von weniger als 1 nm bereitstellt. Bei einer derart schmalen Linienbreite weisen akusto-optische Elemente für die durch Ihre akustische Ansteuerung ausgewählten Wellenlängen eine gute Sperrwirkung auf. Weiterhin können die Pulse des modengekoppelten ArKr-Gaslasers direkt in dem Fluoreszenzmikroskop 12 verwendet werden, ohne dass sie in ihrer Länge verändert werden müssen. Sie weisen die für STED-Fluoreszenzmikroskopie optimale Pulsbreite von wenigen 100 ps auf. Durch Veränderung der Lagen der zur Linienselektion dienenden Lochblenden 25 und 26 ist es unter gleichzeitiger Abstimmung der Dispersionskorrektur mit den Resonatorspiegeln 27 und 28 überdies möglich, aus der Vielzahl der bei einem ArKr- Gaslaser grundsätzlich zur Verfügung stehenden Linien jeweils die beiden auszuwählen, die für die Anregung und Abregung eines bestimmten Fluoreszenzfarbstoffs in der Probe 19 besonders gut geeignet sind.Fig. 5 shows a realization of the STED microscope 12 according to the block diagram in Fig. 4. The mode-locked gas laser 13 is an ArKr gas laser 22, in whose laser cavity a mode coupler 23 is provided to the excitation light 5 and the de-excitation light 7 with the gas laser 13 to produce in the form of individual pulses. The laser cavity of the gas laser 13 is folded with a deflection mirror 24 in order to reduce the overall construction length of the gas laser 13. In order to bring about a dispersion compensation between the excitation light 5 and the depletion light 7 in the mode coupling, the laser cavity of the gas laser 13 is divided into two different arms for the excitation light 5 and the deenergizing light 7 beyond the mode coupler 13. In this case, the dispersive effect of the mode coupler 23 for dividing the animal laser cavity into the different arms for the excitation light 5 and the de-excitation light 7 may be sufficient or supported for example by an additional dispersive effect of the deflection mirror 24. The line specificity of the laser cavity for the excitation light 5 and the de-excitation light 7 is realized in each case by an apertured diaphragm 25 or 26 in front of the resonator mirrors 27 and 28 arranged at different distances from the deflecting mirror 24. The mode-locked gas laser 22 is operated in the transversal TEM00 mode in which it has a high beam quality with a high coherence length. In particular, in the area of the laser cavity of the gas laser 13 beyond the mode coupler 23, however, the mode can also be deliberately influenced so that the gas laser 13, z. B. for beam forming, specifically in a higher mode, such as TEM01, TEM10 or TEM11 operated. The delay generator 16 is realized in FIG. 5 by an arrangement with a dichroic mirror 29, two deflection prisms 31 and 32 and a deflection mirror 33. By the displacement of one of the deflection prisms 31 and 32, which here at the deflection prism 32nd is indicated by a double arrow 34, the path length for the de-excitation light 7 with respect to the excitation light 5 and thus the temporal position of the pulse 9 shown in FIG. 2 with respect to the pulse 8 shown in FIG. 2 changes over other deflection mirrors 34 and 35 and by a lens system From there, the excitation light 5 passes through a further lens system 39 from at least one lens to an acousto-optic beam splitter 40 and is there in the beam path between the Probe 19 and the photodetector 20 coupled. The de-excitation light 7 passes from the dichroic mirror 37 through a lens system 41 of at least one lens to a so-called Spatial Light Modulator 42 as realization of the phase control device 17. From there the modulated depletion 7 passes through another optical system 43 from at least one lens to one Dichroic mirror 44, which serves here for coupling the Abregungslicht 7 in the beam path between the sample 19 and the photodetector 20. In this beam path, an objective 45 is provided between the dichroic mirror 44 and the sample 19. By means of this objective 45, the fluorescent light 6 passes from the sample 19 together with reflected portions of the excitation light 5 and the depletion light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by the depletion light 7 back to the dichroic mirror 44. From there, the light coming from the sample passes through an optical system 46 of at least one lens to the acousto-optical beam splitter 40, which decouples both light with the wavelength of the excitation light 5 and light with the wavelength of the Abregungslicht 7. The same applies to a further acousto-optical beam splitter 47, which here serves exclusively for filtering out further portions of light with the wavelengths of the excitation light 5 and the depletion light 7. From there, the fluorescent light 6 passes through an optical system of at least one lens 48 through a confocal to the region of interest of the sample 19 arranged aperture 49 and through a blocking filter 50 to the photodetector 20. The blocking filter 50 supplements the blocking effect of the acousto-optical beam splitter 40th and 47 for the de-excitation light 7 reflected from the sample 19 and the emission of the same wavelength stimulated by the de-excitation light 7 in the sample. The use of the acousto-optic beam splitters 40 and 47 for hiding both the excitation light 5 and the depletion light 7 and the emission of the same wavelength stimulated by this outside of the relevant portion of the sample is possible in the STED fluorescence microscope 12 because the ArKr Gas laser 22 both the excitation light 5 and the de-excitation light 7, each with a narrow line width of less than 1 nm. With such a narrow linewidth, acousto-optic elements have a good barrier effect for the wavelengths selected by their acoustic drive. Furthermore, the pulses of the mode-locked ArKr gas laser can be used directly in the fluorescence microscope 12 without having to be changed in their length. They have the optimum pulse width of a few 100 ps for STED fluorescence microscopy. By changing the positions of the pinhole apertures 25 and 26 used for the line selection, it is also possible, with simultaneous adjustment of the dispersion correction with the resonator mirrors 27 and 28, to select from the plurality of lines generally available for an ArKr gas laser the two which are suitable for the Excitation and de-excitation of a particular fluorescent dye in the sample 19 are particularly well suited.
Fig. 6 zeigt als vergrößertes Detail von Fig. 5 den Aufbau des akusto-optischen Strahlteilers 40. Der akusto-optische Strahlteiler 40 weist zwei akusto-optische Elemente 51 und 52 auf. Das akusto-optische Element 51 wird aktiv angesteuert, um das Anregungslicht 5 über einen Umlenkspiegel 53 in den Strahlengang zwischen dem Detektor 20 und der Probe 19 einzukoppeln und um im Gegenzug sowohl das von der Probe reflektierte Anregungslicht 5 als auch das von der Probe reflektierte Abregungslicht 7 sowie die von diesem stimulierte Emission gleicher Wellenlänge von dem spontan emittierten Fluoreszenzlicht 6 abzutrennen. Das zweite akusto-optische Element 52 dient hier im Wesentlichen zur Kompensation von Dispersions- und Doppelbrechungseffekten, da das akusto-optische Element 51 auch das Fluoreszenzlicht 6, das keine feste Wellenlänge aufweist (s. Fig. 3) spektral aufspaltet. D. h., das zweite akusto-optische Element 52 richtet die einzelnen spektralen Anteile des Fluoreszenzlichts 6 wieder parallel zueinander aus. Es kann zusätzlich zur Ein- und insbesondere Auskopplung bzw. Ausfilterung weiterer Anteile des Anregungslichts 5 und des Abregungslichts 7 dienen. Die hier verwendeten akusto-optischen Elemente 51 und 52 sind als Acousto-Optical Tuneable Filters bekannt. Es können auch so genannte Acousto-Optical Deflectors als die akusto-optischen Elemente 51 und 52 eingesetzt werden. Weiterhin sind auch bekannte akusto-optische Elemente verwendbar, die einen speziellen Kristall mit dispersionsfreier nullter Ordnung umfassen, so dass keine Dispersionskorrektur benötigt wird, sondern vielmehr mit jedem akusto-optischen Element eine Unterdrückung einer oder mehrerer Linien aus dem Licht von der Probe betrieben werden kann. Die typische Extinktion jedes als AOTF realisierten akusto-optischen Elements liegt für die selektierten Linien mit der Linienbreite von ca. 1 nm bei etwa 95 %. Bei Verwendung mehrerer aktiver akusto-optischer Elemente 51 in Verbindung mit dem Sperrfilter 50 gemäß Fig. 5 können das Anregungslicht 5 und das Abregungslicht 7 sowie die von diesem stimulierte Emission gleicher Wellenlänge sehr effektiv von dem Fotodetektor 20 ferngehalten werden. FIG. 6 shows, as an enlarged detail of FIG. 5, the structure of the acousto-optical beam splitter 40. The acousto-optical beam splitter 40 has two acousto-optical elements 51 and 52. The acousto-optic element 51 is actively driven in order to couple the excitation light 5 via a deflecting mirror 53 into the beam path between the detector 20 and the sample 19 and, in return, both the excitation light 5 reflected by the specimen and the excitation light reflected by the specimen 7 as well as the stimulated by this emission of the same wavelength of the spontaneously emitted fluorescent light 6. Here, the second acousto-optical element 52 essentially serves to compensate for dispersion and birefringence effects, since the acousto-optical element 51 also spectrally splits the fluorescence light 6, which has no fixed wavelength (see FIG. D. h., The second acousto-optical element 52 aligns the individual spectral components of the fluorescent light 6 again parallel to each other. In addition to the input and in particular decoupling or filtering out, further portions of the excitation light 5 and the de-excitation light 7 can be used. The acousto-optic elements 51 and 52 used herein are known as Acousto-Optical Tuneable Filters. It is also possible to use so-called Acousto-Optical Deflectors as the acousto-optical elements 51 and 52. Furthermore, it is also possible to use known acousto-optical elements which comprise a special dispersion-free zeroth-order crystal, so that no dispersion correction is required, but instead a suppression of one or more lines of light from the sample can be operated with each acousto-optic element , The typical extinction of each AOTF realized acousto-optic element is for the selected lines with the line width of about 1 nm at about 95%. When using several active acousto-optic Elements 51 in conjunction with the notch filter 50 shown in FIG. 5, the excitation light 5 and the de-excitation light 7 and the stimulated by this emission of the same wavelength can be very effectively kept away from the photodetector 20.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
Zustand 11 DetektionsfensterCondition 11 detection window
Zustand 12 STED-FluoreszenzmikroskopCondition 12 STED fluorescence microscope
Zustand 13 modengekoppelter GaslaserCondition 13 mode-locked gas laser
Zustand 14 AnregungslichtquelleState 14 excitation light source
Anregungslicht 15 AbregungslichtquelleExcitation light 15 depletion light source
Fluoreszenzlicht 16 VerzögerungsgeneratorFluorescent light 16 delay generator
Abregungslicht 17 PhasenkontrolleinrichtungDisengaging light 17 Phase control device
Puls 18 EinkoppeleinrichtungPulse 18 coupling device
Puls 19 ProbePulse 19 sample
Wellenlängenbereich 20 DetektorWavelength range 20 detector
Filtereinrichtung 31 UmlenkprismaFilter device 31 deflecting prism
ArKr-Gaslaser 32 UmlenkprismaArKr gas laser 32 deflection prism
Modenkoppler 33 UmlenkspiegelMode coupler 33 deflection mirror
Umlenkspiegel 34 UmlenkspiegelDeflection mirror 34 deflection mirror
Lochblende 35 UmlenkspiegelAperture 35 deflection mirror
Lochblende 36 LinsensystemAperture plate 36 lens system
Resonatorspiegel 37 dichroitischer SpiegelResonator mirror 37 Dichroic mirror
Resonatorspiegel 39 Linsenssystem dichroitischer Spiegel 40 akusto-optischer StrahlteilerResonator Mirror 39 Lens System Dichroic Mirror 40 acousto-optic beam splitter
Linsensystem 51 akusto-optisches ElementLens system 51 acousto-optic element
Spatial Light Modulator 52 akusto-optisches ElementSpatial Light Modulator 52 acousto-optic element
Linsensystem 53 Umlenkspiegel dichroitischer SpiegelLens system 53 deflecting mirror dichroic mirror
Objektivlens
Linsensystem akusto-optischer StrahlteilerLens system acousto-optical beam splitter
Linsensystemlens system
Lochblendepinhole
Sperrfilter cut filter

Claims

PATENTANSPRUCHE PATENT CLAIMS
1. Fluoreszenzmikroskop mit einer Anregungslichtquelle für Anregungslicht, um einen Fluoreszenzfarbstoff in einer Probe während eines begrenzten Zeitraums in einem räumlichen Bereich zur spontanen Emission von Fluoreszenzlicht mit Wellenlängen in einem Wellenlängenbereich anzuregen, und mit einer gepulsten Abregungslichtquelle für Abregungslicht, um den Fluoreszenzfarbstoff bis auf einen gegenüber dem räumlichen Bereich verkleinerten Restbereich wieder abzuregen, wobei Licht von der Probe mit anderen Wellenlängen als denjenigen des Anregungslichts und des Abregungslichts der spontanen Emission von Fluoreszenzlicht aus dem Restbereich des räumlichen Bereichs zuordbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abregungslichtquelle (15) ein modengekoppelter Gaslaser (13) mit einer Linienbreite des Abregungslichts (7) von weniger als 2 nm ist.A fluorescence microscope with an excitation light source for excitation light to excite a fluorescent dye in a sample for a limited period of time in a spatial region for spontaneously emitting fluorescent light having wavelengths in a wavelength region, and a pulsed deenergizing light source for deenergizing light to excite the fluorescent dye except one depleted residual region, wherein light from the sample with wavelengths different from those of the excitation light and the Abregungslicht the spontaneous emission of fluorescent light from the remaining region of the spatial area is assignable, characterized in that the de-excitation light source (15) is a mode-locked gas laser ( 13) having a line width of the depletion light (7) of less than 2 nm.
2. Fluoreszenzmikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abregungslichtquelle (15) vorgesehen ist, um den Fluoreszenzfarbstoff außerhalb des Restbereichs durch stimulierte Emission mit der Wellenlänge des Abregungslichts (7) wieder abzuregen.2. Fluorescence microscope according to claim 1, characterized in that the de-excitation light source (15) is provided to de-excite the fluorescent dye outside of the remaining region by stimulated emission with the wavelength of the depletion light (7) again.
3. Fluoreszenzmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsbreite des Anregungslichts (7) 100 bis 500 ps beträgt.3. fluorescence microscope according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse width of the excitation light (7) is 100 to 500 ps.
4. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der modengekoppelte Gaslaser (13) ein ArKr-Gaslaser (22) ist.4. Fluorescence microscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mode-locked gas laser (13) is an ArKr gas laser (22).
5. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der modengekoppelte Gaslaser (13) für einen Laserbetrieb in der transversalen Grundmode oder einer höheren Mode ausgebildet ist.5. Fluorescence microscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mode-locked gas laser (13) is designed for a laser operation in the transverse fundamental mode or a higher mode.
6. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass der modengekoppelte Gaslaser (13) für einen Laserbetrieb bei einer einzelnen, aber aus einer Mehrzahl von möglichen Wellenlängen auswählbaren Wellenlänge ausgebildet ist. 6. Fluorescence microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mode-locked gas laser (13) is designed for a laser operation at a single, but from a plurality of possible wavelengths selectable wavelength.
7. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass der modengekoppelte Gaslaser zugleich als die Anregungslichtquelle (14) vorgesehen ist, wobei er für einen gleichzeitigen Laserbetrieb bei zwei Wellenlängen ausgebildet ist.7. fluorescence microscope according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mode-locked gas laser is also provided as the excitation light source (14), wherein it is designed for simultaneous laser operation at two wavelengths.
8. Fluoreszenzmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Anregungslicht (5) und das Abregungslicht (7) partiell unterschiedliche Strahlengänge zu der Probe (19) vorgesehen sind, wobei die Weglänge mindestens eines der beiden Strahlengänge gegenüber derjenigen des anderen Strahlengangs veränderbar ist, um die zeitliche Abfolge des Eintreffens des Anregungslichts (5) und des Abregungslichts (7) in der Probe (19) einzustellen.8. Fluorescence microscope according to claim 7, characterized in that for the excitation light (5) and the de-excitation light (7) partially different beam paths to the sample (19) are provided, wherein the path length of at least one of the two beam paths relative to that of the other beam path is variable to set the timing of arrival of the excitation light (5) and the depletion light (7) in the sample (19).
9. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens ein akusto-optisches Element (51 ) vorgesehen ist, das Licht mit der Wellenlänge des Abregungslichts (7) von dem Fluoreszenzlicht (6) von der Probe (19) abtrennt.9. fluorescence microscope according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one acousto-optical element (51) is provided, the light with the wavelength of the Abregungslicht (7) of the fluorescent light (6) from the sample (19 ) separates.
10. Fluoreszenzmikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes akusto-optische Element (51 ) auch von der Probe reflektiertes Anregungslicht (5) von dem Fluoreszenzlicht (6) von der Probe (19) abtrennt.10. fluorescence microscope according to claim 9, characterized in that each acousto-optical element (51) also separated from the sample excitation light (5) from the fluorescent light (6) from the sample (19) separates.
11. Fluoreszenzmikroskop Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein akusto-optisches Element (51 , 52) einen akusto-optischen Strahlteiler (40) ausbildet, der zugleich das Anregungslicht (5) und/oder das Abregungslicht (7) in den Strahlengang zwischen einem Fotodetektor (20) und der Probe (19) einkoppelt.11. Fluorescence microscope according to claim 10, characterized in that at least one acousto-optical element (51, 52) forms an acousto-optical beam splitter (40), at the same time the excitation light (5) and / or the de-excitation light (7) in the beam path between a photodetector (20) and the sample (19) couples.
12. Fluoreszenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der Restbereich des räumlichen Bereichs aus einem einzelnen punktförmigen oder linienförmiger Teilbereich der Probe oder aus einem Muster aus mehreren punkt- oder linienförmigen Teilbereichen besteht. 12. A fluorescence microscope according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the remaining region of the spatial region consists of a single point-shaped or line-shaped partial region of the sample or of a pattern of a plurality of dot-like or linear partial regions.
PCT/EP2006/003720 2005-04-27 2006-04-22 Fluorescence microscope WO2006114247A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005020003.6 2005-04-27
DE200510020003 DE102005020003B4 (en) 2005-04-27 2005-04-27 fluorescence microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006114247A1 true WO2006114247A1 (en) 2006-11-02

Family

ID=36648808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/003720 WO2006114247A1 (en) 2005-04-27 2006-04-22 Fluorescence microscope

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102005020003B4 (en)
WO (1) WO2006114247A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7772569B2 (en) 2008-04-01 2010-08-10 The Jackson Laboratory 3D biplane microscopy
DE102009008646A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 Dodt, Hans-Ulrich, Dr. Method for detecting chromophore in two-dimensional sample in field of e.g. ultramicroscopy, involves detecting subset of chromophore from direction that is perpendicular to line and/or to surface in sample
US8039815B2 (en) 2007-10-05 2011-10-18 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Fluorescent light microscope for measuring a sample using red-shifted stokes lines
US8217992B2 (en) 2007-01-11 2012-07-10 The Jackson Laboratory Microscopic imaging techniques
US9759661B2 (en) 2008-02-12 2017-09-12 Hans-Ulrich Dodt Device for the optical imaging of a sample

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007025688A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Wavelength- or polarization-sensitive optical design and its use
DE102010047237B4 (en) 2010-08-13 2021-07-01 Leica Microsystems Cms Gmbh Method for separating detection signals in the beam path of an optical device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814820A (en) * 1996-02-09 1998-09-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy
DE19829944A1 (en) * 1998-07-04 2000-01-05 Zeiss Carl Jena Gmbh Equipment configuration method for confocal microscopes
DE10056384A1 (en) * 2000-11-14 2002-05-29 Leica Microsystems Method and device for measuring the lifespan of an excited state in a sample
DE10063276A1 (en) * 2000-12-19 2002-07-04 Leica Microsystems Scanning microscope, has matched optical properties of components in illumination beam path so optical aberrations are corrected, focus areas remain relatively fixed under scanning motion
US20030107732A1 (en) * 2001-10-03 2003-06-12 Olympus Optical Co., Ltd. Laser scanning microscope
DE10231776A1 (en) * 2002-07-13 2004-01-22 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Methods for scanning microscopy and scanning microscope
US20040186516A1 (en) * 2002-12-26 2004-09-23 Goodwin Paul C. System and method of illuminating living cells for imaging
DE10347712A1 (en) * 2003-10-14 2005-05-12 Leica Microsystems scanning microscope

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE204086T1 (en) * 1994-02-01 2001-08-15 Hell Stefan DEVICE AND METHOD FOR OPTICALLY MEASURING A SAMPLE POINT OF A SAMPLE WITH HIGH SPATIAL RESOLUTION
JP4435977B2 (en) * 1998-02-19 2010-03-24 ライカ ミクロジュステムス ツェーエムエス ゲーエムベーハー OPTICAL DEVICE HAVING SPECTRUM SELECTION ELEMENT
DE10105391B4 (en) * 2001-02-06 2004-11-25 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Scanning microscope and module for a scanning microscope

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814820A (en) * 1996-02-09 1998-09-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy
DE19829944A1 (en) * 1998-07-04 2000-01-05 Zeiss Carl Jena Gmbh Equipment configuration method for confocal microscopes
DE10056384A1 (en) * 2000-11-14 2002-05-29 Leica Microsystems Method and device for measuring the lifespan of an excited state in a sample
DE10063276A1 (en) * 2000-12-19 2002-07-04 Leica Microsystems Scanning microscope, has matched optical properties of components in illumination beam path so optical aberrations are corrected, focus areas remain relatively fixed under scanning motion
US20030107732A1 (en) * 2001-10-03 2003-06-12 Olympus Optical Co., Ltd. Laser scanning microscope
DE10231776A1 (en) * 2002-07-13 2004-01-22 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Methods for scanning microscopy and scanning microscope
US20040186516A1 (en) * 2002-12-26 2004-09-23 Goodwin Paul C. System and method of illuminating living cells for imaging
DE10347712A1 (en) * 2003-10-14 2005-05-12 Leica Microsystems scanning microscope

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8217992B2 (en) 2007-01-11 2012-07-10 The Jackson Laboratory Microscopic imaging techniques
US8039815B2 (en) 2007-10-05 2011-10-18 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Fluorescent light microscope for measuring a sample using red-shifted stokes lines
US9759661B2 (en) 2008-02-12 2017-09-12 Hans-Ulrich Dodt Device for the optical imaging of a sample
US7772569B2 (en) 2008-04-01 2010-08-10 The Jackson Laboratory 3D biplane microscopy
US7880149B2 (en) 2008-04-01 2011-02-01 The Jackson Laboratory 3D biplane microscopy
DE102009008646A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 Dodt, Hans-Ulrich, Dr. Method for detecting chromophore in two-dimensional sample in field of e.g. ultramicroscopy, involves detecting subset of chromophore from direction that is perpendicular to line and/or to surface in sample

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005020003B4 (en) 2007-10-11
DE102005020003A1 (en) 2006-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1055144B1 (en) Optical arrangement with a spectrally selective element
DE102007039111B4 (en) STED fluorescence microscopy with two-photon excitation
DE102007048135B4 (en) Fluorescence light microscopic measurement of a sample with red-shifted Stokes lines
EP1058101B1 (en) Selection of spectral regions with a mirror stop
DE10154699B4 (en) Method and device for stimulating an optical transition in a spatially limited manner
DE102005020003B4 (en) fluorescence microscope
DE19906757B4 (en) microscope
EP1795938A2 (en) Method and device for examining samples
DE102007002583A1 (en) Optical arrangement and method for controlling and influencing a light beam
EP3042169B1 (en) Scanning microscope and acousto-optical beam combiner for scanning microscope
EP3042232B1 (en) Scanning microscope and main beam splitter for scanning microscope
DE10228374A1 (en) Microscopy method and microscope
EP1085362A2 (en) Optical arrangement for laser-scanning microscope
EP2423727A1 (en) Device for temporal displacement of white light laser pulses
DE10339311B4 (en) System and method for setting a fluorescence spectral measurement system for microscopy
DE2831813A1 (en) OPTICAL FILTER
EP2557445B1 (en) Device and method for distributing illumination light and detection light in a microscope
DE2020104B2 (en) Amplifier chain stage for laser light pulses
DE4015861A1 (en) Selective-beam excimer laser - generates parallel beams in discharge chamber using independently-adjustable input reflectors
EP3252523B1 (en) Method for adjusting the intensity of a light beam in an optical arrangement and associated optical arrangement
WO2017207664A1 (en) Optical arrangement for pulsed illumination, method for pulsed illumination and microscope
DE19744302B4 (en) Device for coupling the radiation of short-pulse lasers in a microscopic beam path
DE102008028707A1 (en) Laser scanning microscope with a laser diode
EP3330685A1 (en) Measuring device for absorption spectroscopy
EP1610173A1 (en) Lasersystem with optical parametric amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06753405

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1