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status_changed: 2012-08-14 15:29:28
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Schmidt, Roman
title: 3D fluorescence microscopy with isotropic resolution on the nanoscale
title_de: 3D Fluoreszenzmikroskopie mit isotroper Auflösung im Nanometerbereich
ispublished: pub
subjects: 530
divisions: 130001
adv_faculty: af-13
keywords: isoSTED, 4Pi, STED, Nanoskopie, MikroskopieisoSTED, 4Pi, sub-diffraction, nanoscopy, microscopy
cterms_swd: sted
cterms_swd: Vier-Pi-Mikroskopie
cterms_swd: Fluoreszenz
cterms_swd: Mikroskopie
cterms_swd: Fernfeld
abstract: The resolution of any linear imaging system is given by its point-spread-function (PSF) quantifying the blur of an object point in the image. The sharper the PSF, the better is the resolution. In standard fluorescence microscopy, however, diffraction dictates a PSF with a cigar-shaped main maximum, called the focal spot which extends over at least half the wavelength of light (L = 400-800 nm) in the focal plane and > L along the optic axis (z). While concepts have evolved to sharpen the focal spot both laterally and axially, none of them has reached their ultimate goal: a spherical spot that can be arbitrarily downscaled in size. Herein, I introduce such a fluorescence microscope and demonstrate the creation of spherical focal spots of 40-45 nm (~ L/16) diameter that is pushed down to 21-30 nm (~ L/30) under suitable conditions. Fully relying on focused light, this lens-based fluorescence nanoscope unravels the interior of cells noninvasively, uniquely dissecting their sub-L sized organelles. Further fields of application open up, such as the characterization of novel nanomaterials. 
abstract_translated_text: Die Auflösung eines jeden linearen Abbildungverfahrens ist durch seine Punktbildfunktion (engl. point-spread-function, PSF) gegeben, die das Verwaschen eines Punktes des Urbilds quantifiziert. Je schärfer die PSF, desto besser die Auflösung. In der herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie weist die PSF beugungsbedingt ein zigarrenförmiges Hauptmaximum auf, welches auch fokaler Fleck genannt wird. Seine Ausdehnung beträgt mindestens die Hälfte der Lichtwellenlänge (L = 400-800 nm) in der Fokalebene und > L entlang der optischen Achse (z). Obwohl Konzepte entwickelt wurden, die den fokalen Fleck sowohl lateral als auch axial schärfen, ist es bisher keinem von ihnen gelungen, das ultimatives Ziel zu erreichen: Die isotrope Abbildung mittels eines kugelförmigen fokalen Flecks, der beliebig verkleinert werden kann. Hier stelle ich solch ein Fluoreszenzmikroskop vor und demonstriere die Erzeugung eines kugelförmigen fokalen Flecks mit einem Durchmesser von 40-45 nm (~ L/16), der unter geeigneten Bedingungen auf 21-30 nm (~ L/30) verkleinert wird. Rein auf fokussiertem Licht basierend, blickt dieses linsenbasierte Fluoreszenznanoskop in das Innere von Zellen und analysiert nicht-invasiv die Struktur ihrer sub-L messenden Organellen. Weitere Anwendungen, wie zum Beispiel die Charakterisierung neuartiger Nanomaterialien, eröffnen neue Einsatzgebiete. 
abstract_translated_lang: ger
class_scheme: pacs
class_labels: 81.05.Lg, 61.05.-a, 42.15.Eq, 07.60.-j, 87.64.M-
date: 2008
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00009396
ppn_swb: 603738281
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-93966
date_accepted: 2008-11-05
advisor: HASH(0x556120a8b010)
language: eng
bibsort: SCHMIDTROM3DFLUORESC2008
full_text_status: public
citation:   Schmidt, Roman  (2008) 3D fluorescence microscopy with isotropic resolution on the nanoscale.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/9396/1/Thesis_Roman_Schmidt.pdf