Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben een nieuwe fluorescentiemicroscopiemethode ontwikkeld:STEDD (Stimulation Emission Double Depletion) nanoscopie produceert beelden met de hoogste resolutie met onderdrukte achtergrond. De nieuwe methode levert een verbeterde beeldkwaliteit op, wat voordelig is bij het analyseren van driedimensionale, dicht op elkaar staande subcellulaire structuren. STEDD, een verdere ontwikkeling van de STED-methode, wordt nu gepresenteerd in Natuurfotonica .

Optische microscopie wordt veel toegepast in de life sciences sector. Onder andere, het wordt gebruikt om levende cellen minimaal invasief te onderzoeken. Resolutie van conventionele lichtmicroscopie, echter, is beperkt tot de helft van de golflengte van het licht, d.w.z. ongeveer 200 nm, zodat de fijnste celstructuren in het beeld wazig zijn. In de afgelopen jaren, verschillende nanoscopiemethoden werden ontwikkeld die de diffractielimiet overwinnen en beelden met de hoogste resolutie produceren. Stefan W. Hell, Eric Betzig, en William Moerner kregen in 2014 de Nobelprijs voor Scheikunde voor hun nanoscopiemethoden. onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben de door Hell ontwikkelde STED (Simulated Emission Depletion)-nanoscopische methode verfijnd door de beeldacquisitie zodanig te wijzigen dat de achtergrond efficiënt wordt onderdrukt. De resulterende verbeterde beeldkwaliteit is vooral voordelig voor kwantitatieve data-analyse van driedimensionale, dicht op elkaar staande moleculen en celstructuren. De nieuwe nanoscopiemethode genaamd STEDD (Stimulated Emission Double Depletion), ontwikkeld door het team van professor Gerd Ulrich Nienhaus van KIT's Institute of Applied Physics (APH) en Institute of Nanotechnology (INT), wordt gepresenteerd in Natuurfotonica .

Bij fluorescentiemicroscopie, het te onderzoeken monster wordt gescand met een sterk gefocusseerde lichtstraal om kleurstofmoleculen fluorescentielicht te laten uitzenden. De lichtquanta worden pixel voor pixel geregistreerd om het beeld op te bouwen. Bij STED-nanoscopie, de excitatiestraal die wordt gebruikt voor het scannen wordt overlapt door een andere straal, de zogenaamde STED-straal. De lichtintensiteit bevindt zich rond de excitatiestraal. In het midden, het is nul. Bovendien, de STED-straal wordt verschoven naar hogere golflengten. De STED-straal maakt gebruik van het fysieke effect dat 100 jaar geleden voor het eerst werd beschreven door Albert Einstein, namelijk, gestimuleerde emissie, om fluorescerende excitatie overal uit te schakelen, behalve in het midden waar de STED-straal geen intensiteit heeft. Op deze manier, excitatie is beperkt en er ontstaat een scherpere lichtvlek voor het scannen. Het sterk opgeloste STED-beeld, echter, heeft altijd een achtergrond met een lage resolutie, wat te wijten is aan onvolledige gestimuleerde uitputting en fluorescentie-excitatie door de STED-straal zelf.

Het team van Gerd Ulrich Nienhaus heeft deze STED-methode nu uitgebreid met een andere STED-balk. De STED2-straal volgt de STED-straal met een bepaalde tijdvertraging en elimineert het nuttige signaal in het midden, zodat alleen achtergrondexcitatie overblijft. "De STED-methode is gebaseerd op het opnemen van twee beelden, Professor Nienhaus legt uit. "Fotonen die zijn geregistreerd voor en na de komst van de STED2-straal dragen bij aan het eerste en tweede beeld, respectievelijk." De tweede afbeelding die alleen de achtergrond bevat, wordt pixel voor pixel afgetrokken, met een specifieke gewichtsfactor, van de eerste afbeelding die het nuttige signaal plus achtergrond bevat. Het resultaat is een afbeelding zonder achtergrond met de hoogste resolutie.