Multimodal nonlinear microscopy combining two photon excited fluorescence (TPEF), second harmonic generation (SHG) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) represents a promising and powerful tool for biomedical diagnostics. The method enables label-free visualization of morphology and chemical composition of complex tissues as well as disease related changes and is as such as detailed as staining histologic methods. In this work a compact microscope utilizing novel fiber laser sources and a new approach for data analysis based on colocalization have been developed and tested for detecting various disease patterns, e.g., atherosclerosis and brain tumors.
Mit Hilfe der nichtlinearen Multikontrast-Mikroskopie basierend auf den Prozessen Zweiphotonenfluoreszenz (TPEF), Frequenzverdopplung (SHG) und kohärente anti-Stokes Raman-Streuung (CARS), können Morphologie, chemische Zusammensetzung sowie krankheitsbedingte Veränderungen komplexer Gewebe label-frei analog zu histologischen Färbungen dargestellt werden. Potentiell eignet sich die Methode daher für die in vivo Bildgebung und könnte die medizinische Diagnostik entscheidend verbessern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein kompaktes TPEF/SHG/CARS-Forschungsmikroskop unter Verwendung neuer Faserlaserquellen speziell für die Verwendung in der Klinik entwickelt. Dabei wurde erforscht, wie sich der Bildkontrast durch nahinfrarote Laser sowie eine hohe spektrale Auflösung verbessern lässt. Zusätzlich wurde an Methoden der Datenanalyse multispektraler CARS-Daten gearbeitet, um mittels der Kolokalisationsanalyse die Verteilung verschiedener molekularer Marker in komplexen Geweben zu visualisieren. Das Potential für klinische Anwendungen wurde an verschiedenen Krankheitsbildern wie Arteriosklerose und Tumoren des Hirns demonstriert.