Kontaktieren Sie uns
Leica DMi8 ForschungsmikroskopLeica DMi8 Forschungsmikroskop

Faktoren für die Auswahl eines Forschungsmikroskops

Ein optisches Mikroskop gehört oftmals zu den zentralen Geräten in einem Life-Science-Forschungslabor. Es kann für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden, mit denen sich viele wissenschaftliche Fragen klären lassen. Die Konfiguration und die Eigenschaften des Mikroskops sind dabei entscheidend für den jeweiligen Anwendungszweck - von der Hellfeld- über die Fluoreszenzmikroskopie bis hin zum Live-Cell-Imaging. Dieser Artikel bietet einen kurzen Überblick über die relevanten Eigenschaften von Mikroskopen und behandelt die essentiellen Fragen, die bei der Auswahl eines Forschungsmikroskops berücksichtigt werden sollten.

Welche Art von Präparaten verwenden Sie?

Das wichtigste Kriterium bei der Auswahl eines Forschungsmikroskops ist die Art der Präparate, die Sie untersuchen möchten. Für fixierte Proben, die auf einem dünnen Objektträger aufgebracht sind, können Sie ein aufrechtes Mikroskop verwenden. Lebende Zellen erfordern spezielle Eigenschaften eines Mikroskops, da sie in relativ großen Zellkulturschalen aufbewahrt werden, die mit Zellkulturmedien gefüllt sind.

Nur mit einer inversen Konfiguration, bei der sich das Objektiv unter und der Kondensor über dem Präparat befindet, kann der benötigte Platz geschaffen und die erforderliche Nähe vom Objektiv zum Präparat hergestellt werden. Gleichzeitig ermöglicht ein inverses Mikroskop den einfachen Zugang zu den Zellen, um beispielsweise Mikromanipulatoren hinzuzufügen. 

Darüber hinaus benötigen lebende Zellen zum Überleben eine entsprechende Umgebung. Temperatur und CO2-Konzentration müssen auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Für diese Aufgabe wird eine Klimabox mit entsprechenden Controllern benötigt.

Objektträger und Petrischale

Links: Objektträger für die Beobachtung von fixierten Proben, z. B. histologische Schnitte. Rechts: Petrischale für Zellkulturen.

Links: Bei einem aufrechten Mikroskop befinden sich das Objektiv unter und der Kondensor über dem Präparat. Diese Anordnung ist ideal für die Betrachtung von Präparaten auf Objektträgern geeignet. Rechts: Bei einem inversen Mikroskop wird diese Anordnung umgedreht. Das verschafft dem Anwender mehr Platz und gewährleistet die erforderliche Nähe des Objektivs zum Präparat, das in größeren Behältern untergebracht ist, wie z. B. lebende Zellen.

In welchen Dimensionen denken Sie?

Mikroskopische Präparate erstrecken sich über drei Dimensionen: Länge, Breite und Höhe. Während einige Präparate, wie z. B. histologische Schnitte, nur in XY-Richtung abgebildet werden, ist für andere Anwendungen auch eine Bilderfassung in der Z-Dimension erforderlich. Für die Abbildung von 3D-Elementen, z. B. von lebenden Zellen, wird ein motorisierter Objektiv-Revolver empfohlen, der Ihre Probe schrittweise durch den Fokus führen kann.  Die Imaging-Software sollte in der Lage sein, die Einzelbilder für die 3D-Visualisierung zusammenzusetzen.

Für lebende Zellen müssen Sie die Dimension Zeit hinzufügen. In diesem Fall ist beispielsweise die Systemstabilität eine essentielle Eigenschaft. Da Temperaturänderungen während der Bilderfassung Einfluss auf das Imaging-System haben, müssen wirkungsvolle Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Eine automatische Fokuseinstellung, wie z. B. die adaptive Fokussteuerung (AFC), wirkt diesen thermischen Einflüssen entgegen und findet immer den vordefinierten Fokus.

Die adaptive Fokuskontrolle (AFC) stabilisiert auch bei langwierigen Zeitreihenaufnahmen automatisch den Mikroskop-Fokus. Ein Sensor erkennt Bewegungen eines LED-Lichtstrahls (850 nm), die auftreten, wenn der  Präparatträger  seine Position ändert (z. B. aufgrund thermischer Aktivitäten).

Welches Kontrastverfahren eignet sich am besten für Ihre Probe?

Die meisten Zellen – insbesondere Tierzellen – die mit einem Mikroskop untersucht werden, bieten keinen ausreichend hohen intrinsischen Kontrast, um feine Details erkennen zu können. Für die Lösung dieses Problems setzen Wissenschaftler Kontrastverfahren ein. Phasenkontrast (PH) und differenzieller Interferenzkontrast (DIC) beeinflussen das Licht, das das Präparat durchdringt, um den Kontrast zu erhöhen. Sie können das Präparat aber auch mit Fluoreszenzfarbstoffen (Immunfluoreszenz) einfärben bzw. fluoreszierende Proteine verwenden.

In Abhängigkeit vom Kontrastverfahren benötigt das Mikroskop eine spezifische Ausrüstung. Für den Phasenkontrast werden beispielsweise Spezialobjektive benötigt, während der DIC bestimmte Prismen nutzt, die in den Strahlengang gebracht werden müssen. Für die Fluoreszenzmikroskopie benötigen Sie spezielle Filterwürfel, die dafür sorgen, dass Licht mit der korrekten Wellenlänge in das Präparat ein- und aus dem Präparat austritt.

Bildreihe von neuronalen Zellen, die mit verschiedenen Kontrastverfahren aufgenommen wurden. Von links nach rechts: Hellfeld, DIC, Phasenkontrast, Fluoreszenz

Wie verhält es sich mit der Lichtquelle?

Das gewählte Kontrastverfahren bestimmt auch die Lichtquelle. Durchlichtbeleuchtung für die konventionelle Hellfeldmikroskopie, Phasenkontrast und DIC können mit Halogen- oder LED-Beleuchtung ausgeführt werden. Die Fluoreszenzmikroskopie kann entweder mit LED-Beleuchtung oder mit Hilfe von Quecksilber-, Xenon- oder Quecksilber-Metall-Halid-Leuchten durchgeführt werden.

Möchten Sie Ihre Ergebnisse dokumentieren oder veröffentlichen?

Für die Aufnahme eines Bilds Ihres Präparats oder für das Live-Cell-Imaging benötigen Sie eine digitale Mikroskopkamera. Insbesondere für das Fluoreszenz-Live-Cell-Imaging wird eine sensitive Kamera empfohlen, um die Menge des Anregungslichts zu minimieren, das die Zellen schädigen kann. Neben den bewährten CCD- und EMDDC-Kameras sind heute auch sCMOS-Kameras im Einsatz, die sich durch eine hohe Quanteneffizienz und Aufnahmegeschwindigkeit auszeichnen. Weitere Informationen über digitale Mikroskopkameras finden Sie im Artikel "Introduction to Digital Camera Technology".

Ein großes Sichtfeld (FOV) hilft Ihnen, interessante Bereiche schneller zu finden und mehr Zellen gleichzeitig  abzubilden. Moderne Forschungsmikroskope haben ein FOV von 19 mm am Kameraanschluss, was perfekt zu einem sCMOS-Kamerachip mit 19 mm passt.

Oftmals reicht es nicht aus, nur ein Bild Ihres Präparats aufzunehmen. Es muss auch eine Analyse der erfassten Daten durchgeführt werden. Benutzerfreundliche Imaging- und Analysesoftware unterstützt Sie bei der Erfassung von quantitativen Daten und der eingehenden Analyse. 

Möchten Sie Ihre Zellen während des Mikroskopierens manipulieren?

In den letzten Jahren hat die Photomanipulation von Präparaten immer stärkere Verbreitung gefunden. Das heißt, dass Wissenschaftler die lebenden Zellen nicht nur beobachten, sondern sie mit Hilfe von Licht gezielt beeinflussen. Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) ist ein Beispiel für den Versuch, dynamische zelluläre Prozesse zu aufzuklären. Für diese Arten von Manipulationstechniken werden oftmals zusätzliche Lichtquellen benötigt, die in den Strahlengang des Mikroskops integriert werden müssen. Das ist kein einfaches Unterfangen. Der Infinity-Port von Leica ist eine universelle Lösung, mit der zusätzliche Lichtquellen ohne Einbußen bei der Bildqualität in den Strahlengang des Mikroskops eingebunden werden können, zum Beispiel für Techniken wie FRAP, Photoaktivierung, Ablation oder Optogenetik. Mit dem richtigen Adapter können Wissenschaftler sogar ihre eigenkonstruierten Geräte ankoppeln.

Das Leica WF FRAP-Modul (schwarzer Kasten auf der linken Seite) kann über den Infinity Port mit dem inversen Forschungsmikroskop Leica DMi8 verbunden werden

Wie hoch ist Ihr Budget?

Eine wichtige Frage ist, wie viel Geld Sie ausgeben können. Einige Anbieter von Mikroskopen verkaufen vordefinierte Konfigurationen, die an spezielle Anwendungen angepasst sind. Doch was tun, wenn nicht alle vorkonfigurierten Komponenten, die ja bezahlt werden müssen, benötigt werden? In diesem Fall kann eine freie Konfiguration von Komponenten kostengünstiger als der Kauf eines vordefinierten Mikroskopsystems sein.

Hinzu kommt, dass sich die Anforderungen an ein Mikroskop mit der Zeit ändern können. Ein erweiterbares System bietet hier klare Vorteile. Mit einer vordefinierten, starren Konfiguration schränken Sie sich selbst auf einen begrenzten Anwendungsbereich ein. Ein erweiterbares System gibt Ihnen dagegen die Möglichkeit, flexibel auf neue Anforderungen zu reagieren.

Eine modulare Mikroskopieplattform, wie z. B. das Leica DMi8, gibt dem Forscher die Möglichkeit, zunächst ein kostengünstiges Mikroskopsystem zu erwerben, das später erweitert und an neue Anforderungen angepasst werden kann.

Dank seiner Modularität kann das Leica DMi8 entsprechend den Bedürfnissen des Forschers konfiguriert werden. Zudem kann es später flexibel erweitert werden, wenn sich die Anforderungen ändern.

Wer wird das Mikroskop verwenden?

Das Spektrum der Benutzer eines Mikroskops kann sehr breitgefächert sein. Insbesondere an Universitäten können die Benutzer sehr erfahren oder auch absolute Anfänger sein. Ein einfach zu bedienendes Mikroskopsystem mit einer intuitiven Software, wie z. B. die Leica Application Suite X (LAS X), ermöglicht den Benutzern den problemlosen Einstieg und liefert schnell erste Ergebnisse. Ein Workflow-orientiertes Design, hilfreiche Bildanalyse-Assistenten und die nahtlose Integration von Peripheriekomponenten in das System erleichtern Ihre tagtägliche Arbeit.

Neben Weitfeld-Forschungsmikroskopen werden in Life-Science-Forschungslaboren häufig auch Stereomikroskope eingesetzt. Ausführliche Informationen finden Sie im Artikel “Wichtige Faktoren für die Auswahl von Stereomikroskopen”.

Related Images

Leica DMi8 Forschungsmikroskop