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Lichtquellen und Filter in der Fluoreszenz-Mikroskopie

 

Fluoreszenz-Lichtquellen


Von besonderer Wichtigkeit für die Fluoreszenz-Mikroskopie ist eine leistungsstarke Lichtquelle. Herkömmliche Halogenleuchten bieten insbesondere im Bereich der kürzeren Wellenlängen (z.B. nahes UV) eine zu geringe Lichtausbeute. Deshalb verwendet man in der Regel Quecksilberhöchstdrucklampen (HBO) in der Fluoreszenz-Mikroskopie.

Diese Beleuchtungen gibt es mit 50, 100, und 200 Watt. Für den Bereich der Routine-Mikroskopie hat sich besonders die HBO 50 bewährt. Diese Lampe ist relativ leicht zu handhaben und erlaubt die Konstruktion einer vergleichsweise günstigen Beleuchtung für die Fluoreszenz-Mikroskopie.

Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung einer HBO besteht aus einem Grundkontinuum, welches sich über den gesamten relevanten Wellenlängenbereich erstreckt und den besonders intensiven Hg-Linien. Für die Anregung der Fluoreszenz sind aufgrund der hohen Strahlungsintensität besonders die Bereiche der Hg-Linien interessant. Aber auch das Kontinuum liefert noch genügend intensive Strahlung für die Anregung einer gut sichtbaren Fluoreszenz (z.B. FITC-Fluoreszenzen).

 

Linienspektrum einer Quecksilberhöchstdruck-Lampe
(vereinfachte Darstellung - Hg-Linien mit Wellenlängeangaben)

   
Emissionsspektrum einer HBO-Lampe

 

Die Quecksilberhöchstdrucklampe ist in einem eigenen Lampengehäuse auf der Rückseite des Mikroskops untergebracht. Zusätzlich wird für den Betrieb der HBO-Lampe noch ein spezielles Vorschaltgerät benötigt. 

 

Die wichtigsten Sicherheitsregeln beim Umgang mit einer Quecksilberhöchstdrucklampe
   
HBO-Lampe
  • Lampe nur im Gehäuse betreiben.
  • Nie in das intensive Licht blicken.
  • Nicht die Haut direkt bestrahlen: Die intensive Strahlung kann zu Verbrennungen führen und langfristig Hautkrebs hervorrufen.
  • Nur kalte Lampen wechseln, da bei noch warmen Lampen durch den hohen Innendruck Explosionsgefahr besteht.

 

Die Fluoreszenz-Filter

Im herkömmlichen Mikroskop werden Fluoreszenz-Erscheinungen überstrahlt und sind deshalb nicht erkennbar. Deshalb muss man durch eine geschickte Auswahl von Filtern dafür sorgen, dass möglichst nur das Fluoreszenz-Licht an der Bildentstehung teilnimmt. Die nachfolgend beschriebenen Elemente dienen somit der optimalen Sortierung und Führung des Lichts im Fluoreszenz-Mikroskop.

  • Anregungsfilter haben eine möglichst hohe Transmission für die Wellenlängen, welche die Fluoreszenz anregen - insbesondere längerwellige Strahlung wird von diesen Filtern zurückgehalten und gelangt deshalb nicht zum Präparat. Das Anregungsfilter befindet sich im beleuchtenden Strahlengang vor dem Präparat.
     
  • Sperrfilter haben eine hohe Transmission für die energieärmeren (längeren) Wellenlängen des Fluoreszenzlichts - das energiereiche Anregungslicht wird möglichst vollständig eliminiert. Das Sperrfilter befindet sich im abbildenden Strahlengang - also optisch nach dem Präparat.

 

Einteilung von Filtern nach deren spektralen Eigenschaften
   

 

Moderne Fluoreszenzfilter - bis auf einige klassische Langpaßfilter - sind meist Kombinationen von Farbgläsern (Absorptionsfiltern) und Interferenzfiltern. Letztere können gezielt für bestimmte Lichtwellenlängen optimiert werden. Hierdurch lassen sich Filter herstellen, die genau zu den spektralen Eigenschaften eines Fluoreszenzfarbstoffes passen.

 

Der Strahlteiler

Bei der Fluoreszenz im Auflicht sorgt ein Stahlteiler für die optimale Lichtführung. Kurzwellige Strahlung wird reflektiert - langwellige Strahlung kann dieses Bauelement dagegen nahezu ungehindert passieren. Hierdurch wird einerseits das Anregungslicht zum Präparat hin "umgelenkt", andererseits wirkt der Strahlteiler auch als zusätzliche Sperre für kurzwelliges, bei der Bildentstehung störendes Licht in Richtung mikroskopisches Endbild.

 

Funktion des Strahlteilers bei Fluoreszenz im Auflicht
   
Funktion des Strahlteilers bei der Auflicht-Fluoreszenz

Der Strahlteiler reflektiert das von der Lichtquelle kommende  Anregungslicht in Richtung des Präparates. Das langwellige Fluoreszenzlicht kann den Strahlteiler dagegen weitgehend  ungehindert in Richtung des Okulars passieren.


 

 

Optische Charakteristik eines Strahlteilers
   
Optische Eigenschaften eines Strahlteilers

 

Anregungsfilter, Sperrfilter und Strahlteiler bilden eine funktionelle Einheit und werden deshalb auch mechanisch in einem einzigen Element, dem Filterblock integriert.

Fluoreszenzen und deren Anregung treten im Bereich unterschiedlicher Wellenlängen des Lichts auf. Deshalb existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Filterkombinationen, welche jeweils an eine oder mehrere Fluoreszenzen speziell angepasst sind. 

Wenn Sie sich über die Vielfalt und Flexibilität von Fluoreszenz-Filtersätzen einen Überblick verschaffen wollen, so findet sich auf der Web-Site von Carl Zeiss eine schöne Übersicht gebräuchlicher Filtersätze.

Meist wird im Routinebetrieb immer nur eine einzige Fluoreszenz untersucht. In diesem Fall kommt man mit einem, auf diese Fluoreszenz, abgestimmten Filterblock aus. Manchmal wird es jedoch notwendig, zwei verschiedene Fluoreszenzen mit abweichender spektraler Charakteristik zu untersuchen. In diesem Fall werden dann auch zwei Filterblöcke benötigt. Deshalb ist beispielsweise das Zeiss-Axiolab auch mit einem Reflektorschieber versehen, die den schnellen Wechsel zwischen bis zu drei Filterblöcken ermöglicht. 

 

 



© 2002 Christian Linkenheld