Konfokalmikroskop

Ein Konfokalmikroskop ist eine Variante des Lichtmikroskopes, das optische Schnitte mit mikroskopischer Auflösung in räumlich ausgedehnten Objekten erzeugen kann. Mit einem Computer können diese Schnittbilder schichtweise zu einer räumlichen Darstellung zusammengesetzt werden.

Prinzip

Prinzip konfokalmikroskop.png In einem normalen Lichtmikroskop ist das Bild eine Überlagerung aus einer scharfen Abbildung der Punkte in der Fokalebene und einer unscharfen Abbildung der Punkte außerhalb dieser. In einem Konfokalmikroskop wird das Anregungslicht in die Probe hineinfokussiert. Licht aus diesem Fokus wird nun in der Regel durch das gleiche Objektiv auf eine Lochblende abgebildet und gelangt von dort auf einen Detektor (meist ein Photomultiplier oder eine APD). Anregungs- und Detektionsfokus liegen konfokal, also übereinander. Optische Information, die nicht aus der Fokalebene kommt, wird somit zweifach unterdrückt: Erstens wird sie nicht "abgefragt" , da die Beleuchtungsintensität außerhalb des Fokus schwach ist, und zweitens wird Licht von außerhalb der Fokalebene nicht auf die Lochblende fokussiert sondern erscheint dort als Scheibchen, so dass es fast komplett geblockt wird. Dies ist in der Abbildung für einen Punkt hinter der Fokalebene dargestellt (gestrichelte Linie).

Da man lediglich Licht aus einem Punkt der Probe erhält, ist es notwendig die Probe abzurastern und das Bild am Computer zusammenzusetzen.

Technische Ausführung

Es gibt drei Grundtypen von konfokalen Mikroskopen. Die konfokalen Laser-Rastermikroskope, die konfokalen Weißlichtmikroskope und die Nipkow-disk-Mikroskope.

Konfokales Laser-Rastermikroskop

Die meisten - aber keinesfalls alle - Konfokalmikroskope sind Laser-Rastermikroskope (oder CLSM für confocal laser scanning microscope), deren Prinzip 1955 von Marvin Minsky erfunden wurde. Bei diesen wird ein Laserstrahl sehr schnell zeilenweise in einer Objektebene gerastert (engl. scan). Das Licht aus dem Laserfokus wird auf eine kleine Lochblende (engl. pinhole) abgebildet, hinter der sich ein lichtempfindlicher Empfänger befindet. Aus dem Empfängersignal wird dann zeilenweise im Computer ein (Schnitt-)Bild zusammengesetzt.

Typische Laser-Scanning-Mikroskope sind komplexe Systeme, die aus folgenden Komponenten bestehen:

einem klassischen Mikroskopstativ
einem sogenannten Scankopf
Ansteuerelektronik und -optik für diesen Scankopf
Computer zur Steuerung der Hardware, Signalerfassung, -auswertung, -darstellung und -archivierung

Konfokales Weißlichtmikroskop

Verwendet man weißes Licht anstelle eines Lasers, so werden auch Farbabbildungen mit einem konfokalen Mikroskop möglich. Allerdings lässt sich weißes Licht nicht mit so hohen Intensitäten auf das Objekt fokussieren, wodurch sich die Beobachtungszeiten verlängern. Darum verfügen konfokale Weißlichtmikroskope meist über mehrere parallele Strahlengänge, die eine gleichzeitige Beobachtung mehrerer Stellen auf dem Objekt ermöglichen. Mit geschickten Anordnungen wie einer Nipkow-Scheibe zur Strahlführung ist so eine Abbildung in Echtzeit möglich.

Natürlich kann man weißes Licht auch mit einem Laser erzeugen, es ist aber etwas teuer: Selbstphasenmodulation

Siehe auch

Rastersondenmikroskopie
Abtastende Optische Kohärenztomografie

Weblinks

Optical Microscopy Primer (englisch) Umfangreiche Linksammlung zu detaillierten Beschreibungen der Mikroskopie, u.a. auch virtuelle Konfokalmikroskope