Bei der Betrachtung biologischer Proben mit einem Mikroskop wird der Lichtstrahl gestört, wenn sich die Linse des Objektivs in einem anderen Medium befindet als die Probe. Betrachtet man beispielsweise eine wässrige Probe mit einer von Luft umgebenen Linse, werden die Lichtstrahlen in der Luft um die Linse stärker gebogen als im Wasser.
Diese Störung führt dazu, dass die gemessene Tiefe in der Probe kleiner ist als die tatsächliche Tiefe. Dadurch erscheint die Probe abgeflacht.
„Dieses Problem ist seit langem bekannt und seit den 80er Jahren wurden Theorien entwickelt, um einen Korrekturfaktor zur Bestimmung der Tiefe zu ermitteln. Alle diese Theorien gingen jedoch davon aus, dass dieser Faktor unabhängig von der Tiefe der Probe konstant sei. Dies geschah, obwohl der spätere Nobelpreisträger Stefan Hell in den 90er Jahren darauf hinwies, dass diese Skalierung tiefenabhängig sein könnte“, erklärt außerordentlicher Professor Jacob Hoogenboom von der Universität Delft Technologie.
Berechnungen, Experimente und Webtool
Sergey Loginov, ein ehemaliger Postdoktorand an der Technischen Universität Delft, hat nun mit Berechnungen und einem mathematischen Modell gezeigt, dass die Probe näher an der Linse tatsächlich stärker abgeflacht erscheint als weiter entfernt. Ph.D. Kandidat Daan Boltje und Postdoc Ernest van der Wee bestätigten anschließend im Labor, dass der Korrekturfaktor tiefenabhängig ist.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Optica.
Der letzte Autor Ernest Van der Wee sagt: „Wir haben unsere Ergebnisse in einem Web-Tool und einer Software zusammengestellt, die dem Artikel beiliegt. Mit diesen Werkzeugen kann jeder den genauen Korrekturfaktor für sein Experiment bestimmen.“
Auffälligkeiten und Krankheiten verstehen
„Unter anderem dank unseres Berechnungstools können wir nun ein Protein und seine Umgebung sehr präzise aus einem biologischen System herausschneiden, um die Struktur mit Elektronenmikroskopie zu bestimmen. Diese Art der Mikroskopie ist sehr komplex, zeitaufwändig und unglaublich teuer. Daher ist es sehr wichtig, sicherzustellen, dass man die richtige Struktur betrachtet“, sagt Forscher Daan Boltje.
„Dank unserer präziseren Tiefenbestimmung müssen wir viel weniger Zeit und Geld für Proben aufwenden, die das biologische Ziel verfehlt haben. Letztendlich können wir relevantere Proteine und biologische Strukturen untersuchen. Und die genaue Bestimmung der Struktur eines Proteins in einem biologischen System ist entscheidend für das Verständnis und letztendlich die Bekämpfung von Anomalien und Krankheiten.“
Im bereitgestellten Webtool können Sie die relevanten Details Ihres Experiments eingeben, beispielsweise die Brechungsindizes, den Öffnungswinkel des Objektivs und die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Das Tool zeigt dann die Kurve für den tiefenabhängigen Skalierungsfaktor an. Sie können diese Daten auch für Ihren eigenen Gebrauch exportieren. Darüber hinaus können Sie das Ergebnis in Kombination mit dem Ergebnis jeder der vorhandenen Theorien grafisch darstellen.