Ultrakurzpuls-Faserlaser-basierte Weitfeldmikroskopie mit 3-Photonen-Anregung (UTOPI3)

Im Bereich der Biowissenschaften ist eine dreidimensionale Bildgebung von Geweben unabdingbar. Eine deutliche Verbesserung der Bildqualität kann dabei durch die Realisation von Multiphotonenanregung mithilfe von Femtosekundenpulsen erzielt werden. Hierbei wird meist Zwei-Photonen-Anregung im nahinfraroten Spektralbereich genutzt, wodurch größere Eindringtiefen aufgrund geringer endogener Absorption in diesem Bereich möglich sind. Die Zwei-Photonen-Anregung über ein Laser-Scanning-Mikroskop ist jedoch von zwei Effekten eingeschränkt: Zum einen ist die Bildqualität immer noch durch Streueffekte in der Probe limitiert, zum anderen ist die Bildaufnahmefrequenz von typischerweise einigen bis einigen zehn Bildern pro Sekunde Punkt-scannender Verfahren zu gering für eine Beobachtung schnellerer Prozesse. Als Lösungsmöglichkeit bietet sich hierfür eine Etablierung neuer Verfahren zur Dreiphotonenmikroskopie an, wie sie im Verbundprojekt „Ultrakurzpuls-Faserlaser-basierte (Weitfeld-) Mikroskopie mit 3-Photonen-Anregung“ – UTOPI3 durch die Leibniz Universität Hannover (LUH), das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und die Hochschule Emden Leer (HSE) entwickelt werden sollen. Durch die Drei-Photonen (3P)-Anregung wird dabei eine noch stärkere Lokalisation gegenüber der Zwei-Photonen-Mikroskopie ermöglicht, wobei gleichzeitig die auftretende Streuung durch eine größere Anregungswellenlänge minimiert wird.

Die LUH erforscht in ihrem Teilprojekt die Einbindung des vom LZH entwickelten Lasersystems in zwei verschiedene Mikroskope. So wird zunächst ein Laserscanner-basiertes System eingesetzt, um die Vergleichbarkeit zu aktuellen 2P-Mikroskopiesystemen zu gewährleisten und hiermit auch neue Kontrastverfahren zu evaluieren. Das Galvo-Scan-basierte System bietet jedoch einen entscheidenden Nachteil: Bei Bildgebung in tiefen Gewebeschichten könnte es durch „langsames“ Scannen zu einer thermischen Akkumulation und damit Gewebeschädigung kommen. Ein Ansatz ist die Weitfeld-Multiphotonenmikroskopie, die im Projekt im speziellen für die Dreiphotonenanregung durch die LUH etabliert wird.