Label-free high resolution 3D microscopy using opposed-view dark-field digital holography

• Applicant: Professor Dr. Wolfgang Osten
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2011 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 197047634

Das Ziel des Projekts liegt in der Entwicklung eines label-freien 3D mikroskopischen Systems mit verbesserter räumlicher und zeitlicher Auflösung in der Abbildung komplexer biologischer Objekte und dynamischer biologischer Prozesse. Zu diesem Zweck implementieren wir ein neuartiges Schema für digitale holographische Mikroskopie (DHM), das Abbildung aus gegenüberliegenden Blickwinkeln (opposed view) mit einem Dunkelfeld-Ansatz verbindet, um eine deutliche Erhöhung des Kontrasts bei durchsichtigen Spezimen zu erreichen. DHM bietet die Möglichkeit, die 3D Information der Phasen- und Intensitätsverteilung des optischen Wellenfeldes innerhalb des Objektes digital zu speichern. Numerische Verfahren erlauben die volumetrische Rekonstruktion des Wellenfeldes in sub-mikron Auflösung. Die zusätzliche Phaseninformation ermöglicht sowohl die numerische Korrektur der optischen Aberrationen des bildgebenden Systems als auch die Analyse der räumlichen Verteilung des Brechungsindexes innerhalb der Probe. Diese Methode ist komplett non-invasiv, das Objekt muss weder angefärbt noch auf einem Substrat fixiert werden. Der Ansatz mit axial entgegengesetzter Beobachtung erfasst auch Phasen- und Intensitätsinformationen in tiefer gelegenen Schichten des Objekts und ermöglicht damit eine erhöhte Auflösung der 3D Abbildung. Im Rahmen dieses Projekts werden sowohl der experimentelle Aufbau als auch die notwendigen numerischen Algorithmen für die Rekonstruktion des Wellenfeldes durch Kombination der gegenüberliegenden Blickwinkel untersucht und implementiert. Zur Evaluation der Verbesserung der Auflösung werden wir quasi-statische und dynamische biologische Prozesse untersuchen.

• DFG Programme: Research Grants