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status_changed: 2012-08-15 08:52:09
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Rittweger, Eva
title: Maximizing far-field optical microscopy resolution through selected fluorophore transitions
title_de: Maximierung der Auflösung in der optischen Fernfeld-Mikroskopie durch ausgewählte Übergänge der Fluorophore
ispublished: pub
subjects: ddc-530
divisions: i-130001
adv_faculty: af-13
keywords: Mikroskopie , Beugungslimit , Auflösungsvermögen , STED , GSD , Farbzentrenmicroscopy , diffraction barrier , resolution , STED , GSD , color centers
cterms_swd: Mikroskopie
cterms_swd: Fluoreszenz
cterms_swd: Auflösungsvermögen
cterms_swd: sted
abstract: Stimulated emission depletion (STED) microscopy and related nanoscopy techniques, which utilize a saturable optical transition between a bright and a dark state, overcome the diffraction barrier by confining one of the states to an area smaller than the Airy disk. Scanning this area across the specimen yields subdiffraction images by registering inseparable fluorescent markers sequentially in time. Despite the progress made in nanoscopy so far, maximizing the resolution has been hampered by the efficiency of the utilized optical transition and the photostability of the fluorophores. Here, the optical transition responsible for breaking the barrier was studied in order to maximize its efficiency. For a range of fluorophores (dyes, proteins, quantum dots, color centers) the nature of the responsible process could be clarified. It was also investigated whether heat could serve as an imaging contrast to provide an alternative to fluorescence. This work demonstrates a resolving power of down to 6 nm in unprocessed recordings, corresponding to lambda/135, which is to date the highest obtained in far-field optics. These measurements, which show no sign of photobleaching or blinking, were performed with diamond color centers using STED and ground state depletion (GSD) microscopy.
abstract_translated_text: Die STED- (engl. "stimulated emission depletion") Mikroskopie und verwandte Nanoskopie-Methoden, die einen sättigbaren optischen Übergang zwischen einem hellen und einem dunklen Zustand benutzen, Überwinden die Beugungsgrenze, in dem sie einen dieser Zustände räumlich enger als die Beugungsgrenze einschränken. Überaufgelöste Bilder erhält man, indem man diesen Bereich über die Probe rastert und so benachbarte fluoreszienende Marker zeitlich sequentiell aufnimmt. Trotz vieler Fortschritte in der Nanoskopie war die Auflösung in der Anwendung beschränkt durch die Effizienz des verwendenten optischen Übergangs und die Photostabilität der Fluorophore. In dieser Arbeit wurde der optische Übergang, der die Überwindung der Beugungsgrenze ermöglicht, untersucht, um seine Effizienz zu steigern. Es konnte für eine Reihe von Fluorophoren (Farbstoffe, Proteine, Quanten-Dots, Farbzentren) die Frage des zugrundeliegenden Prozesses geklärt werden. Desweiteren wurde untersucht, ob sich Wärme als alternativer Bildkontrast zu Fluoreszenz eignet. Es wurde ein Auflösungsvermögen von bis zu 6 nm in Rohdaten, entsprechend lambda/135, erreicht, was die zur Zeit höchste Auflösung im Fernfeld darstellt. Diese Messungen, die weder Photobleichen oder Blinken aufweisen, wurden an Diamant-Farbzentren durchgeführt unter Anwendung der STED- und der GSD- (engl. "ground state depletion") Mikroskopie.
abstract_translated_lang: ger
class_scheme: pacs
class_labels: 07.60Pb, 42.55.Ah, 33.50Dq, 61.72.jn
date: 2009
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00010310
ppn_swb: 618979786
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-103106
date_accepted: 2009-12-16
advisor: HASH(0x55e0f7f10940)
language: eng
bibsort: RITTWEGEREMAXIMIZING2009
full_text_status: public
citation:   Rittweger, Eva  (2009) Maximizing far-field optical microscopy resolution through selected fluorophore transitions.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10310/1/Doktorarbeit_Eva_Rittweger.pdf