RAPID3D

Entwicklung eines Systems zur schnellen, dreidimensionalen Bildgebung großer biologischer Proben

Dreidimensionale Bildgebung zur Untersuchung von Hirnarealen und Organen

Das bedeutendste Werkzeug in der experimentellen Neurowissenschaft ist das optische Mikroskop. In den vergangenen Jahren haben sich verschiedene optische Verfahren der Bildgebung in diesen Mikroskopen etabliert. Ein Standardverfahren ist die sogenannte Zwei-Photonen Laserscanning-Mikroskopie (2P-Mikroskopie). Bei diesem Verfahren rastert ein Laser in x- und y-Richtung über die Probe und erzeugt dabei Pixel für Pixel das Bild. Neben dieser zweidimensionalen Bilderzeugung lassen sich durch Refokussieren des Objektivs auch in der Tiefe (z-Richtung) Bilder aufnehmen. Zusammengesetzt erhält man dann das ebenenweise abgerasterte Bild der Probe. Moderne 2P-Mikroskope erreichen bei dieser dreidimensionalen Bildgebung nur eine geringe dreidimensionale Bildwiederholrate von unter einem Bild pro Sekunde. Die maximale dreidimensionale Bildgröße bei solchen Systemen beträgt einige wenige 100μm in x- und y-Richtung und ca. 100μm in z-Richtung. Um die Funktion ganzer Hirnareale oder sogar vollständiger Organe in hoher Ortsauflösung zu studieren, ist sowohl das abbildbare Volumen als auch die erreichbare dreidimensionale Bildwiederholrate zu gering. In diesem Projekt soll eine Erweiterung für modernen 2P-Mikroskope entwickelt werden, die sowohl das abbildbare Volumen der Probe, als auch die erreichbare dreidimensionale Bildwiederholrate signifikant erhöht.

Deutliche Performance-Verbesserungen bei Zwei-Photonen Mikroskopen

Das Ziel des RAPID3D-Projektes ist, durch neu entwickelte optische und elektronische Systeme das abbildbare Volumen und die dreidimensionale Bildwiederholrate an Zwei-Photonen Mikroskopen zu erhöhen. Um das abbildbare Volumen zu erhöhen, müssen die Optiken im Mikroskop angepasst werden. Insbesondere sind Optiken mit einem deutlich vergrößerten Durchmesser notwendig. Weiterhin muss die Abbildungsqualität des angepassten optischen Systems des Mikroskops ein ähnliches Niveau erreichen wie das ursprüngliche System. Durch ein adaptives optisches System werden Abweichungen der Abbildungsqualität korrigiert. Um die dreidimensionale Bildwiederholrate wird zudem eine hochempfindliche, rauscharme und schnelle Elektronik entwickelt, die die Signale der verwendeten Photovervielfältiger verarbeitet. Das Prozessieren der Daten erfolgt dann an einem Hochleistungscomputersystem.
Im Rahmen des RAPID3D-Projektes arbeitet die Rapp OptoElectronic GmbH aus Wedel mit dem MPI für Neurobiologie in Martinsried, dem MPI für Hirnforschung in Frankfurt a.M. und dem Zentrum für Molekulare Neurobiologie der Universität Hamburg (ZMNH) zusammen. Diese wissenschaftlichen Institute sind jeweils führend in ihrem neurowissenschaftlichen Arbeitsfeld. Sie werden eng an der Entwicklung des Systems mitarbeiten und das System in verschiedenen neurowissenschaftlichen Experimenten verwenden.

Projektdetails

Koordinator

Dr. rer. nat.Sven Wildfang
Rapp OptoElectronic GmbH
Kronskamp 110, 22880Wedel
+49 4103 70189-28

Projektvolumen

1.886.012 EUR (60,0% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.09.2017 - 31.08.2020

Projektpartner

Rapp OptoElectronic GmbHWedel