Wie funktioniert eine Fluoreszenzmikroskopie?

Überblick über die Fluoreszenzmikroskopie

Die Fluoreszenzmikroskopie ist eine leistungsstarke Technik zur Visualisierung von Proben, die bei Beleuchtung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge Licht abgeben (fluoreszieren). Diese Art der Mikroskopie wird in den Biowissenschaften häufig verwendet, um verschiedene Strukturen in Zellen und Geweben zu beobachten und zu untersuchen.

Schlüsselkomponenten eines Fluoreszenzmikroskops

1. Lichtquelle :

   • Oft handelt es sich dabei um eine hochintensive Lichtquelle, beispielsweise eine Quecksilber- oder Xenonlampe oder LEDs, die das Anregungslicht bestimmter Wellenlängen liefert.

2. Anregungsfilter :

   • Dieser Filter wählt die spezifische Wellenlänge des Lichts aus, die die fluoreszierenden Moleküle in der Probe anregt.

3. Dichroitischer Spiegel :

   • Ein spezieller Spiegel, der Licht der Anregungswellenlänge in Richtung Probe reflektiert, das emittierte Fluoreszenzlicht (längere Wellenlänge) jedoch durchlässt.

4. Objektivlinse :

   • Sammelt Licht von der Probe und ist so konzipiert, dass sowohl das Anregungslicht als auch das emittierte Licht präzise fokussiert werden.

5. Emissionsfilter :

   • Dieser Filter blockiert das Anregungslicht und lässt nur das emittierte Fluoreszenzlicht zum Detektor oder zum Okular gelangen.

6. Detektor oder Kamera :

   • Erfasst das von der Probe emittierte Fluoreszenzlicht. Dies kann ein Okular zur direkten Betrachtung oder eine Kamera zur Bildaufnahme sein.

Arbeitsprinzip

1. Anregung :

   • Die Lichtquelle sendet Licht aus, das durch den Anregungsfilter gelangt, der die geeignete Wellenlänge zur Anregung des fluoreszierenden Farbstoffs oder Proteins in der Probe auswählt.

2. Fluoreszenz :

   • Das Anregungslicht trifft auf die Probe, und die fluoreszierenden Moleküle absorbieren dieses Licht und emittieren dann Licht mit einer längeren Wellenlänge (geringerer Energie).

3. Erkennung :

   • Das emittierte Licht passiert den dichroitischen Spiegel und den Emissionsfilter. Dadurch wird sichergestellt, dass nur das Fluoreszenzlicht erkannt wird und jegliches gestreute Anregungslicht entfernt wird.

4. Bildentstehung :

   • Die Objektivlinse sammelt das emittierte Licht, das dann vom Detektor oder der Kamera erfasst wird und ein Bild der fluoreszierenden Strukturen innerhalb der Probe erzeugt.

Anwendungen

• Zellbiologie : Beobachtung der Lokalisierung und Bewegung von Proteinen, Nukleinsäuren und anderen Molekülen innerhalb von Zellen.
• Medizinische Diagnostik : Identifizierung und Untersuchung von Krankheitserregern, Krebszellen und anderen Krankheitsmarkern.
• Neurowissenschaften : Kartierung neuronaler Schaltkreise und Untersuchung der Gehirnfunktion.
• Materialwissenschaft : Untersuchung der Eigenschaften verschiedener Materialien und Nanostrukturen.

Arten der Fluoreszenzmikroskopie

• Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie : Traditionelle Methode, bei der die gesamte Probe beleuchtet wird.
• Konfokale Mikroskopie : Verwendet Punktbeleuchtung und eine Lochblende, um unscharfes Licht zu eliminieren und so klarere Bilder zu liefern.
• Zwei-Photonen-Mikroskopie : Verwendet Nahinfrarotlicht zur Anregung von Fluorophoren, was eine tiefere Gewebedurchdringung und eine geringere Phototoxizität ermöglicht.
• Superauflösungsmikroskopie : Techniken wie STED, PALM und STORM, die die Beugungsgrenze des Lichts überschreiten und Bilder mit extrem hoher Auflösung liefern.