Nanoscopie beschrijft het vermogen om verder te kijken dan de algemeen aanvaarde optische limiet van 200-300 nm. Gestimuleerde emissiedepletie (STED) microscopie, ontwikkeld door Stefan W. Hell en Jan Wichmann in 1994, en experimenteel gedemonstreerd door Hell en Thomas Klar in 1999, is een superresolutietechniek voor nanoscopie. STED-microscopie heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt en wordt veel gebruikt in praktijkonderzoek. Maar het praktische gebruik ervan brengt wat ongewenste achtergrondruis met zich mee, die de ruimtelijke resolutie en beeldkwaliteit negatief beïnvloedt. In het algemeen is deze ruis afkomstig van twee signaalbronnen:(i) fluorescentie gegenereerd door re-excitatie veroorzaakt door ultrahoge lichtdoses van de uitputtingsstraal; en (ii) resterende fluorescentie als gevolg van onvoldoende uitputting van de remmingsbundel.

In de afgelopen decennia zijn er significante benaderingen voor het verwijderen van achtergronden ontwikkeld. Deze kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën:tijddomein, ruimtedomein en phasordomein. Sommige van deze methoden zijn al lang bestaand en sommige zijn recenter ontwikkeld. Hoewel krachtige manieren om ongewenste ruis uit STED-microscopiebeelden te verwijderen, brengen ze allemaal nadelen met zich mee, waaronder beeldvervorming, langere acquisitietijden of de introductie van opnameruis. STED-microscopie moet zijn volledige potentieel nog bereiken.

Zoals gemeld in Geavanceerde fotonica , ontwikkelden onderzoekers van de Zhejiang University onlangs een nieuwe methode genaamd "dual-modulation difference" STED (dmdSTED) om achtergronden selectief en effectief te onderdrukken. De methode werkt door ruimtedomeinsignalen in het frequentiedomein te sorteren, zodat de niet-uitgeputte fluorescentie en STED-geïnduceerde achtergrond gemakkelijk worden gescheiden van de gewenste fluorescerende signalen. De excitatie- en de uitputtingsbundels worden respectievelijk geladen met verschillende tijdsdomeinmodulaties. Omdat het de heropwekking veroorzaakt door de uitputtingsstraal vermijdt, kan een uitputtingslaser worden geselecteerd met een golflengte die dichter bij de piek van het fluorescentie-emissiespectrum van het monster ligt, waardoor de vereiste uitputtingsintensiteit wordt verminderd.

De huidige versie van dmdSTED presteert met een ruimtelijke resolutie van λ/8, een hogere resolutie dan die van de phasordomein-methoden (bijv. SPLIT, λ/5) die gevoelig zijn voor schotruis. Theoretisch kan potentieel signaalverlies door tijddomeinbenaderingen (zoals time-gating) door deze benadering worden vermeden. Bovendien is dmdSTED compatibel met scenario's met gepulseerde of continue golven en is hardware voor tijdgecorreleerde single-photon counting (TCSPC) niet vereist. In vergelijking met ruimtedomeinmethoden is de tijdresolutie van dmdSTED niet beperkt. dmdSTED is dus voordelig bij het verwerven van volledig fijne microscopiebeelden, in ruimtelijke resolutie, SNR en tijdresolutie.

Volgens senior auteur Xu Liu, directeur van het State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, "heeft deze frequentiedomeinmethode een groot potentieel om te integreren in andere dual-beam puntscantechnieken, zoals aangeslagen toestandssaturatiemicroscopie (ESSat), laadtoestand uitputtingsmicroscopie (CSD), grondtoestandsdepletiemicroscopie (GSD) enz. Bovendien kan het meer soorten monsters accepteren met spectrale kenmerken die verschillen van de veelgebruikte fluorescerende kleurstoffen in STED, zoals sommige kwantumdots met een breder excitatiespectrum. " + Verder verkennen

Achtergrondonderdrukking voor lichtmicroscopie met superresolutie