Hallo
Ein interessanter "Planet Wissen" - Beitrag beschäftigt sich mit dem STED-Mikroskop und zeigt einen sehr sympatischen Nobelpreisträger.
Timo Mappes kommt in diesem Film auch vor, der ja auch hier im Forum mitwirkt.
https://youtu.be/uMoV1vv9kJA
Für die Mikroskop-Sammler, die noch nicht alles haben (zumindest kein STED) wird im Film auch ein Preis genannt.
Die Firma Leica dürfte es auch schon produzieren - siehe http://www.physik.uni-kl.de/uploads/media/Weitere_optische_Mikroskopie-Verfahren.pdf, Seite 44
Wo bleibt da Zeiss?
Hier im Forum wurde schon mal was zu STED gepostet: http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=11490.0
mit herzlichen Mikrogrüßen
Leo
Hallo.
Was mich ein wenig enttäuscht beim ersten Beitrag über Mikroskopie ist, daß fast nur Elektronenmikroskop-Bilder und Auflicht-Aufnahmen gezeigt werden, die wenig mit Lichtmikroskopen oder STED-Mikroskopen zu tun haben. Natürlich eine tolle Leistung.
Beste Grüße Jorrit.
Hallo zusammen,
ein paar ältere Links aus dem Forum dazu:
Abbe ausgetricktst - Spiegel-Artikel zum Leica STED-Mikroskop von Hell
http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=4666.5
"STED Mikroskop" von Prof. Hell
http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=11490.0
Einfache Methode zur Fluoreszenzmikroskopie mit 3x verbesserter Auflösung
(nicht ganz zum Thema STED)
http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=7955.5
Schöne Grüße vom Linksammler
Sebastian
Danke für den Link, Leo!
Ich habe den Beitrag sehr genossen; auch und gerade die Abschnitte zum Sinn von Grundlagenforschung. Stellte man die Frage nach dem Nutzen zu früh, würde es derartige Erkenntnisse und Anwendungen nicht (oder nur per Zufall) geben. Es macht mich optimistisch, zu sehen, dass "wir" uns solchen "Luxus" leisten können.
Viele Grüße
Thomas
Zitat von: Muschelbluemchen in September 06, 2015, 16:38:21 NACHMITTAGS
Die Firma Leica dürfte es auch schon produzieren ...
Wo bleibt da Zeiss?
STED Mikroskope werden seit einigen Jahren von Leica und seit Mai auch von Abberior Instruments angeboten, eine Göttinger Firma die Stefan Hell mitbegründet hat. Im Mai war das ursprüngliche Patent, das Herr Hell exklusiv an Leica lizenziert hatte, ausgelaufen.
Zeiss hat sich, vermutlich auch auf Grund der Patentlage, schon seit einigen Jahren auf andere superresolution Techniken konzentriert: Das Elyra PS kann sowohl strukturierte Beleuchtung (ca Verdopplung der Auflösung) als auch 'PALM', eine von den Lokalisierungstechniken. Nikon bietet übrigens auch eine strukturierte Beleuchtung an, N-SIM, auch General Electric hat (seid der Übernahme von Applied Precision) mit dem OMX ein 3D-SIM Gerät am Start während Olympus bisher keine Superresolution-Techik anbietet.
Gruß
Steffen
Hallo,
worüber ich immer noch grüble, ist, ob man wirklich sagen kann, dass damit die "Abbe-Grenze" überwunden sei oder gar das Abbesche Gesetz nicht mehr gelte. Es ist ja doch ein trickreiches Verfahren und eigentlich keine klassische "Lichtmikroskopie" mehr. Oder sehe ich das so falsch?
Herzliche Grüße
Peter
Hallo Peter,
beim Grübeln bist Du nicht allein. Die Diskussion ging viel darum, ob das Abbe-Limit "gebrochen" oder 'nur' "umgangen" wurde. Stefan Hell ist in seinen Vorträgen sehr dezidiert der Meinung, das die Grenze gebrochen wurde.
Die Konfusion kommt vielleicht einerseits davon, dass die Super-Auflösungen, egal mit welchem Ansatz, halt nur unter recht speziellen Bedingungen erzielt werden können, aber natürlich nicht mit einem "normalen" Mikroskop. Wenn man das Abbe-Limit simplifiziert interpretieren würde als "ein Lichtmikroskop kann keine Strukturen kleiner als 140 nm auflösen" dann ist es klar gebrochen, durch STED, 3D-SIM, Lokalisationsmikroksopie, aber eigentlich auch schon durch konfokale Mikroskopie, die theoretisch einen Faktor 1.4 besser ist als normale Mikroskopie (praktisch aber nur, wenn man das Pinhole ganz zuziehen kann). Ein Phänomen, das Zeiss bei seinem Airy-Scan-Ansatz ausnutzt.
Übrigens hat sich Abbe in seiner Originalarbeit sehr wissenschaftlich korrekt und nachgerade Hell-seherisch ausgedrückt (entschuldigt das Wortspiel): Aus dem Gedächtnis zitiert schrieb er ungefähr: "Dies gilt zumindest solange keine gänzlich anderen Faktoren zur Geltung gebracht werden".
Gruß
Steffen
Zitat von: Safari in September 13, 2015, 23:35:18 NACHMITTAGS
Vermutlich gibt es viele wissenschaftliche Erkenntnisse, die einer näheren Betrachtung nicht standhalten würden. Die Erde soll ja auch keine Scheibe sein.
Hallo Safari. Dazu benötigt man auch eine weite Betrachtung aus dem All. :)
Da die STED Mikroskopie doch sehr speziell ist, gibt es auch nur spezielle Anwendungsbeispiele. Es ist auch die Frage, ob die Ergebnisse nicht z.B. durch den Einsatz von Marker-Molekülen beeinflußt werden?
Beste Grüße Jorrit.
Guten Morgen zusammen,
soweit ich es verstanden habe, folgt die Abbesche Abbildungstheorie unmittelbar aus der Fourieranalyse ausgedehnter Objektstrukturen, so dass immer die Abbildung zweidimensionaler Strukturen vorausgesetzt wird.
Eine ganze Reihe von Höchstauflösungsverfahren, beginnend mit der Konfokalmikroskopie, manipuliert die Punktbildverwaschungsfunktion (point spread function, PSF), damit die entstehenden Airy-Scheibchen kleiner werden. STED macht das bekannterweise in einem fluoreszenzmikroskopischen Aufbau, indem mit einem zweiten Laser die Fluoreszenz in einer ringförmige Zone um den ersten Anregungslaser herum wieder gelöscht wird. Der Preis, der dafür zu zahlen ist, ist die Notwendigkeit des Abscannens des Präparates. Dieser Fall wird von der Abbeschen Theorie meines Wissens überhaupt nicht behandelt, so dass ich eher von einem "Umgehen" sprechen würde.
Viele Grüße
Jörg
Zitat von: the_playstation in September 13, 2015, 23:44:31 NACHMITTAGS
Es ist auch die Frage, ob die Ergebnisse nicht z.B. durch den Einsatz von Marker-Molekülen beeinflußt werden?
Das ist eine sehr wichtige Frage, die viel (aber IMHO immer noch zu wenig) diskutiert wird. Es ist aber kein spezielles Problem von STED, sondern generell von Fluoreszenzmikroskopie und damit ein Problem von geschätzten weit über 90% der Mikroskopie in der biomedizinischen Forschung. Auch sollte man nicht aus dem Auge verlieren, dass STED wohl meistens doch mit fixierten Präparaten verwendet wird, zum Beispiel mit einer Antikörper-Färbung. Die paar Beispiele an lebenden Strukturen sehen eben besonders beeindruckend aus, weswegen sie wohl häufiger zu sehen sind. Weil aber Mikroskopie in der Forschung heute hauptsächlich Fluoreszenzmikroskopie ist, sind die potentiellen Anwendungsfelder von STED und den anderen beiden Prinzipien dann doch wieder ziemlich groß.
Die Hauptprobleme von STED in der praktischen Anwendung sind andere: Für den Abregungslaser werden sehr hohe Energien gebraucht. Je nachdem mit welcher Wellenlänge da abgeregt wird wird dieses Licht natürlich auch von verschiedenen Strukturen absorbiert. Das mögen lebende Zellen dann vielleicht nicht so... Außerdem ist die Photochemie eine andere: ein künstlich abgeregtes Fluorochrom kann auch schneller wieder angeregt werden, d.h. die Fluorochrome zyklieren viel schneller zwischen an- und abgeregtem Zustand als bei 'normaler' Laserscanningmikroskopie. Vermutlich ist es das, was dazu führt, dass die meisten Farbstoffe sehr viel schneller ausbleichen als sonst.
Noch ein Wort zur Umgehung/zum Brechen des Abbe-Limits: man sollte im Kopf behalten, dass das ein zwar womöglich intellektuell anregender, aber letztlich doch ziemlich akademischer Streit ist: Entscheidend ist ja letztlich, was mit der neuen Technik gemacht werden kann. und das ist eine ganze Menge.
Gruß
Steffen
Zitat von: Safari in September 13, 2015, 23:35:18 NACHMITTAGS
Ich habe den Film auch mit sehr großem Interesse gesehen. Für mich wurde das Abbe-Limit eindeutig gebrochen. Nicht umsonst gab es für diese Arbeit den Nobelpreis. Vermutlich gibt es viele wissenschaftliche Erkenntnisse, die einer näheren Betrachtung nicht standhalten würden. Die Erde soll ja auch keine Scheibe sein.
Hallo Wolfgang,
das Abbesche Gesetz ist eine grundlegende Erkenntnis der Physik für die natürlich auch nobelpreiswürdig gewesen wäre, wenn es diesen Preis damals schon gegeben hätte. Es ist natürlich nach wie vor gültig und wird nur im Falle der Fluoreszenzmikroskopie durch eine schlaue Ingenieurleistung mit den beiden jetzt mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Verfahren STED und PALM umgangen.
Das Ganze in die Nähe der übeholten Erkenntnis "die Erde ist eine Scheibe" zu rücken ist also schlichtweg Quatsch.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo,
der Vergleich mit der Annahme, die Erde sei eine Scheibe ist natürlich in vielerlei Hinsicht wenig erhellend. Erstens handelte es sich bei genannter These zu keinem Zeitpunkt um ein Naturgesetz und zweitens wurde diese These nie gebrochen oder umgangen, sondern schlicht als falsch entlarvt, falsifiziert, falls man so möchte.
Das Abbe-Limit könnte man als Naturgesetz oder naturgesetzlichen Zusammenhang bezeichnen, ich persönlich würde es allerdings als Corollar viel grundlegenderer Naturgesetze einstufen, ohne ihm damit irgendwie am Wert flicken zu wollen.
Wie auch immer: Naturgesetze kann man weder brechen noch umgehen. Solche Formulierungen sind meiner Bescheidenen Meinung nach unsemantische (d.h. semantisch unsinnige) Übergriffe der Alltagssprache auf die Fachsprache. Gesetze kann man brechen, denn sie regeln ein Sollen und ein Nichtsollen. Kategorien, die Naturgesetzen völlig wesensfremd sind. Gesetze kann man umgehen. Unter Umgehung versteht man eine Tat, die zwar rein formal ein Gesetz nicht bricht, aber erkennbar gegen den gegebenen Sinn eines Gesetzes verstößt. Einen ,,Sinn" in diesem Sinne, ein ethisches Handlungsziel, ist Naturgesetzen natürlich ebenso völlig wesensfremd.
Man kann Naturgesetze falsifizieren und verifizierend, vielleicht auch ignorieren, jedenfalls weder brechen noch umgehen.
Die Bedingungen unter denen das Abbe-Limit gilt, sind bei den Superresolution-Techniken schlicht nicht gegeben, fertig. Sie brechen, umgehen oder falsifizieren das Abbe-Limit nicht und tun auch nicht das Gegenteil, es ist schlicht nicht einschlägig.
Vlg
Timm
Hallo Timm.
Naturgesetze kann man schon umgangssprachlich umgehen oder brechen. Die Quantenmechanik tut dieses regelmässig bei der Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie tut dieses regelmässig bei der klassischen Mechanik. Eigentlich müßte man daher viele Naturgesetze / Formeln modifizieren und anpassen.
Selbst Photonen und Atome "ignorieren" manchmal die Naturgesetze. Ich bin ein großer Verfechter der Naturgesetze und Sie sind ein kleiner Fels in der sich stetig wandelnden Brandung. Aber auch Naturgesetze basieren nur auf unserem momentanen Wissensstand und unserem Verständins der Natur.
Beste Grüße Jorrit.
Zitat von: treinisch in September 14, 2015, 14:10:38 NACHMITTAGS
...
Die Bedingungen unter denen das Abbe-Limit gilt, sind bei den Superresolution-Techniken schlicht nicht gegeben, fertig. Sie brechen, umgehen oder falsifizieren das Abbe-Limit nicht und tun auch nicht das Gegenteil, es ist schlicht nicht einschlägig.
Vlg
Timm
Hallo Timm,
das ist sicher richtig zumal es sich bei den fluoreszenmikroskopischen Methoden um die Abbildung von Selbstleuchtern handeln und hierfür eigentlich die Theorie nach Helmholtz (Stichwort Airy Scheibchen) zuständig ist. Abbe gilt ja streng genommen nur für Durchlichtmikroskopie also Nichtselbstleuchter, auch wenn die beiden von Abbe und Helmholtz abgeleiteten Formeln zu den gleichen Ergebnissen führen.
viele Grüsse
Wilfried
nach
Hallo,
und dazu muss man noch bedenken, dass das, was man schließlich auf dem Bildschirm sieht, das Ergebnis einer hoch komplexen mathematischen Berechnung ist, also eigentlich keine wirkliche Abbildung.
Herzliche Grüße
Detlef
Lieber Detlef,
Zitat von: Detlef Kramer in September 14, 2015, 15:11:55 NACHMITTAGS
Hallo,
und dazu muss man noch bedenken, dass das, was man schließlich auf dem Bildschirm sieht, das Ergebnis einer hoch komplexen mathematischen Berechnung ist, also eigentlich keine wirkliche Abbildung.
Herzliche Grüße
Detlef
genau DAS sind ja die Dinge, die mich daran zweifeln lassen, ob es richtig ist, zu behaupten, die Abbe-Grenze sei damit gesprengt oder das Abbe-Gesetz ungültig (oder wie auch immer man da formulieren soll). Eben, weil es ja keine direkte Abbildung ist und nur auf eine Solche dürfte sich für mein Empfinden eine derartige Aussage beziehen. Nun maße ich mir wahrlich nicht, mit meinen bescheidenen Schulphysik-Kenntnisse die Worte eines Chemie-Nobelpreisträgers in Zweifel zu ziehen, aber es erstaunt mich schon, dass Hell selbst es in dem Interview zumindest sinngemäß so formuliert.
Herzliche Grüße
Peter
Hallo,
Zitat von: the_playstation in September 14, 2015, 14:47:21 NACHMITTAGS
Naturgesetze kann man schon umgangssprachlich umgehen oder brechen.
Klar. Umgangssprachlich kann man auch Energie erzeugen und auf Wunder warten. Umgangssprachliches ,,brechen" von Naturgesetzen geht o.b.d.A. zwingend einher mit einem umgangssprachlichen Verständnis von Naturgesetzen. Außerhalb von Prosa, Poesie und anekdotischer Überlieferung komplett irrelevant. Die Frage ob STED ein Naturgesetz bricht oder nicht ist keine umgangssprachliche sondern eine wissenschaftliche Fragestellung.
Zitat von: the_playstation in September 14, 2015, 14:47:21 NACHMITTAGS
Selbst Photonen und Atome "ignorieren" manchmal die Naturgesetze.
Natürlich nicht. Nenne bitte einen Fall in dem ein Atom oder ein Photon ein einschlägiges, d.h. voraussetzungsgemäß anwendbares Naturgesetz verletzt.
Das erinnert mich an die ebenso lustige wie absurde, oder deswegen eben gerade überhaupt nicht lustige, Behauptung wissenschaftlich gesehen könnten Hummeln nicht fliegen. Wenn sie wissenschaftlich gesehen nicht fliegen könnten, dann würden sie auch nicht fliegen. Alles andere ist romantisches Gefasel.
Selbstverständlich verhalten sich Photonen und Atome durchaus so, dass man dieses Verhalten mit Naturgesetzen, die unter anderen Umständen anwendbar sind, nicht beschreiben kann. Dem wohnt allerdings überhaupt kein Zauber inne. Der Erkenntnisgewinn bewegt sich auf dem Niveau der Erkenntnis, dass sich Nägel manchmal nicht mit einer Wasserwaage einschlagen lassen. Dadurch ist allerdings weder Nagel noch Wasserwaage gebrochen oder umgangen. Naja, gebrochen vielleicht schon, aber dann in einem anderen Sinne.
Zitat von: the_playstation in September 14, 2015, 14:47:21 NACHMITTAGS
Aber auch Naturgesetze basieren nur auf unserem momentanen Wissensstand und unserem Verständins der Natur.
Mehr als alle anderen Arten von Gesetzen. Allerdings ist das in diesem Fall nicht einschlägig. Nicht auch nur der allerkleinste corollare Lemma-Furz in den Überlegungen zum Abbe-Limit ist durch die Superresolution Techniken veraltet, falsifiziert oder sonstwie aus dem momentanen Wissensstand und unserem Verständnis der Natur geschoben. Das ist ja gerade der Punkt.
Natürlich gibt es Bereiche der Physik, in denen noch fleißig spekuliert werden darf, dass hat aber mit der vorliegenden Sache nichts zu tun.
vlg
Timm
P.S. Abgesehen davon: Ist euch aufgefallen, dass das Brechen des Abbe-Limits ein wirklich köstlicher Nerd-Witz ist. Beugen wäre noch schöner :-)
Zitat von: Detlef Kramer in September 14, 2015, 15:11:55 NACHMITTAGS
und dazu muss man noch bedenken, dass das, was man schließlich auf dem Bildschirm sieht, das Ergebnis einer hoch komplexen mathematischen Berechnung ist, also eigentlich keine wirkliche Abbildung.
Bei STED ist das nicht so. Das Präparat wird abgerastert und fertig. Ähnlich wie bei anderen Laser-Raster-Techniken wie Konfokalmikroskopie. Sicher kann man die Daten hinterher noch einer Dekonvolution unterziehen, wie bei anderen Methoden auch, muss man aber nicht.
Das ist m.E. ein Hauptvorteil von STED gegenüber den anderen beiden Super-Resolution-Ansätzen (3D-structured illumination also 3D-SIM und Lokalisationsmikroskopie), dass STED auf einem optischen Verfahren beruht und keine anschließenden Berechnungen erforderlich sind.
Steffen
Liebe STED-Fans,
ein bescheidener Vorschlag zur Wortwahl: Am treffendsten fände ich, wenn man formulierte: Hell hat die Abbesche Formel für den Sonderfall der STED-Mikroskopie erweitert bzw.ergänzt. Ähnliches gilt ja auch für Einsteins Relativitätstheorie: Das Newtonsche Gebäude blieb ja unversehrt, musste aber für den Fall für Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit in ihrem Gültigkeitsbereich erweitert werden.
Grüße vom Physiklaien
Heinrich
Hallo,
Zitat von: Safari in September 14, 2015, 17:19:34 NACHMITTAGS
Es tut mir leid, dass manche den Vergleich mit der Erde als Scheibe nicht verstanden haben. aber auch dieses Naturgesetz wurde durch neue Erkenntnisse über den Haufen geworden.
ja eben! Im vorliegenden Fall wurde aber nichts über den Haufen geworfen. Die gesamte Herleitung / Ableitung / Konstruktion des Abbe-Limits bleibt ohne jede Einschränkung absolut gültig, ebenso wie das Abbe-Limit selbst. Deswegen sind die beiden Fälle, selbst wenn man davon ausgehen würde, dass es sich bei der historischen ,,Welt"-Anschauung um ein Naturgesetz im modernen Sinne gehandelt hat, komplett unterschiedlich.
vlg
Timm
Hallo Wolfgang,
Naturgesetze gelten unabhängig von der menschlichen Erkenntnis. Ob richtige oder falsche Kausalzusammenhänge formuliert werden, das ist Menschenwerk.
Im übrigen haben auch die Menschen des Mittelalters gewusst, das die Erde keine Scheibe ist. Augenfälligstes Beispiel dafür ist der Reichsapfel, der die Herrschaft Christi über die Welt symbolisiert. Siehe auch:http://turba-delirantium.skyrocket.de/wissenschaft/kugelgestalt_der_erde.htm . Newton soll einmal gesagt haben, dass wir alle auf den Schultern von Riesen stünden. Bedenkt man unter welch widrigen Umständen vor allem nach der Völkerwanderung große Pionierarbeit auch auf technischem Gebiet geleistet wurde, wird sich dem Pauschalurteil vom finsteren Mittelalter nicht anschließen können. Die Hexenverbrennungen großen Stils fanden in der Neuzeit statt. Grund dafür war die sogenannte "Kleine Eiszeit",die für die Leute eine Katastrophe war, deren Ursache sie nicht erkennen konnten. Interessierte Kreise machten dann die "Hexerei" als Sündenbock aus. Das Grundprinzip ist bis heute geblieben.
Heinrich
Hallo,
das sog. "Abbe-Limit" als Auflösungsgrenze ist kein Naturgesetz, man könnte es als empirische Formel bezeichnen. Die physikalische Grundlage ist bekanntlich die Wellennatur des Lichtes - die Interferenzerscheinungen wie z.B. das Airy-Scheibchen, die zur Begrenzung der Auflösung führen, sind nur eine einfache mathematische Beschreibung dieses Phänomens. Man darf diese beugungsbedingte Auflösungsgrenze nicht mit wirklichen physikalischen Grenzen wie z.B. die Heisenbergsche Unschärferelation verwechseln. Schließlich ist das Abbe-Limit keine wirkliche Auflösungsgrenze, sondern durch ein Kontrastverhältnis definiert und durch weitere mathematische Operationen (Dekonvolution) zumindest theoretisch leicht zu umgehen. Wie Timm richtig sagt hat die STED-Mikroskopie wenig mit den Voraussetzungen zur Anwendung des Abbe-Limits zu tun, daher ist es lediglich eine umgangssprachliche Beschreibung, dass man dadurch das Abbe-Limit "gebrochen" hat.
Hubert
Hallo Timm.
Nun ja. Eigentlich ist fast jede Formel in der Mechanik falsch. ;D Es werden Faktoren vernachlässigt. Man betrachtet die Physik meißt unter Erdbedingungen. Selbst Wissenschaftler ignorieren sehr oft Naturgesetze. Z.B. wird nahezu immer vernachlässigt, daß die Erde auch auf den Apfel fällt. ;D
Beste Grüße Jorrit.
Liebe Nano-Ultra-Auflöser,
es ist schön zu lesen welche Methoden und Verfahren es gibt die doch dem Hobbymikroskopiker verschlossen bleiben. Da bleibe ich doch gerne bei meiner Methode und kann live ohne Abbe-Limit zu brechen am Bildschirm diese Auflösung erreichen. Und Alles noch bezahlbar ! Auflösung theoretisch < 150nm , praktisch < 200nm. Es lebe die UV-Mikroskopie :D
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures004/178205_14185124.jpg)
Viele Grüße aus der UV-Nanowelt
Peter
Hallo Peter,
Zitat von: peter-h in September 14, 2015, 23:15:35 NACHMITTAGS
es ist schön zu lesen welche Methoden und Verfahren es gibt die doch dem Hobbymikroskopiker verschlossen bleiben. Da bleibe ich doch gerne bei meiner Methode und kann live ohne Abbe-Limit zu brechen am Bildschirm diese Auflösung erreichen. Und Alles noch bezahlbar ! Auflösung theoretisch < 150nm , praktisch < 200nm. Es lebe die UV-Mikroskopie :D
ja, tolle Wurst! Damit hast Du jetzt definitiv fast alle Naturgesetze gebeugt und gebrochen!
Unilamellare
Vesikel dürften gar nicht durch die Linsen gehen! Geschweige denn eine Reaktion im Fotoapparat hervorrufen!
Hochauflösende Grüße
Timm
Hallo Peter.
Genau. ICs werden mittlerweile mit unter 10nm Strukturen erzeugt. D.h. ist bei UV Licht noch lange nicht die Fahnenstange erreicht. Mit dem Licht und den Linsen aud der IC Herstellung müßte man mind. 10nm auflösen können.
Beste Grüße Jorrit.