Erzeugung von sub-100nm Strukturen mittels
optischer Lithographie sowie der nichtlinearen Abregung von Molekülen durch stimulierte Emission
Thomas A. Klar
bis 31. 8. 2010: Institut für Physik und
Institut für Mikro- und Nanotechnologien TU Ilmenau
seit 1. 9. 2010: Institut für Angewandte Physik
Johannes Kepler Universität Linz
Z
X
αααα
Airy-Diskaxial
>
> >
> 200 nm
>
>
>
> 500 nm
lateral
Sub-Abbe
Fluoreszenzmikroskopie
200nm
Hell & Wichmann, Opt. Lett. 19, 11 (1994)
STED-Mikroskopie: Nichtlineare Unterdrückung der Fluoreszenz
Alternativen:
S0
S1
Absorption Stimulierte Emission
1 2 3 4
Fluores- zenz
1. Reversibles Ausschalten des fluoreszierenden Zustandes
2. Reversibles Einschalten eines Quenchers in der Umgebung
1 2 3 4
1 2 3
hν 4
kT
S. W. Hell, Science 316, 1153 (2007) und PRL 98, 218103 (2007)
Bossi, Hell, et al New J. Phys. 8, 275 (2006) und Angew. Chem Int. Ed. 45, 7462 (2006)
Two Photon Microscopy Denk, Strickler, Webb
Science 1990
Two Photon Lithography Maruo, Nakamura, Kawata
Opt. Lett. 1997
STED-Nanoscopy Klar, Hell
Optics Letters 1999
STED-Lithography DFG SPP grant
Antragstellung Jan / 2008 Genehmigung 2008 / 2009
S0 S1
Absorption
STED,
photo-switchable Absorber photo-switchable Fluorophor etc.
1 2 3 4
Fluores- cece
S0 S1
1 2 3 4
Photochemistry, Photopolymerisation
Reversibles Abstellen der Absorption
S. W. Hell, Science 316, 1153 (2007) und PRL 98, 218103 (2007)
1 2 3 4
1 2 3
hν 4
kT
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3
hν 4
hν kT kT
Li, Fourkas et al.,
Science 324, 910 (2009)
Lokales Abstellen der Polymerisation
STED-Lithography DFG SPP grant
Antragstellung Jan / 2008 Genehmigung 2008 / 2009
Publikationen 2009:
Temporäres Einschalten eines Quenchers in der Umgebung
Bossi, Hell, et al New J. Phys. 8, 275 (2006)
und Angew. Chem Int. Ed. 45, 7462 (2006) Scott, Mc Leod et al., Science 324, 913 (2009)
Lokales Einschalten eines Polymerisationshemmers
Fischer, von Freymann, Wegener Adv. Mat. 22, 3578 (2010)
Neuer STED - Aufbau mit Toptica - Faserlaser
Julia Katzmann
Rene Müller
Fluoreszenzunterdrückung bei
konfokalen Foki (Anregung und STED)
1-2 mW 500 fs 490 - 700 nm 1-2 mW
500 fs
490 - 700 nm 120 mW
110 fs 780 nm
Sub-100 nm PSF (lateral) , obwohl ein 10 X schwächeres Lasersystem verwendet worden ist als im ursprünglichen STED - Aufbau
(Klar et al, PNAS 2000)
(Stickstoff-
Farbzentrum in Diamant)
RPC Photonics, Rochester
(Pyridin 2 Nanokristall) Phasenplatten von Dr. Ihlemann, Laser-Laboratorium Göttingen, Kooperation während des Antragskolloquiums vereinbart.
Ausführung: Martin Jahn, Bachelorarbeit
S0 S1
Absorption Stimulierte Emission
1 2 3 4
Fluores- zenz
Opti Grate
J. Katzman Masterarbeit
To - Do - List
Aufbau realisieren, zeigen, dass STED mit Faserlaser funktioniert
Task
Zeitrahmen / Gewicht
beantragt geändert Status
erledigt
Erste Anwendungen
Materialsysteme finden, mit denen STED Lithographie möglich ist, Grenzen ausloten
Prinzipieller Nachweis der STED Lithographie
erübrigt durch Arbeiten von
McLeod, Fourkas, v. Freymann
• Materialsysteme: ORMOCERE, Kooperation mit Fraunhofer ISC Würzburg
Abs. Spektrum Irgacure 369 Dr. Ruth Houberts
Sönke Steenhusen
• Materialsysteme: Kollagen
(Dr. Michael Gebinoga, TU Ilmenau)
Rattenschwanzkollagen, Dreiphotonenanregung
Fibroblasten an Kollagestrukturen
M. Gebinoga
Team / Egebnisse:
Dr. Rene Müller, Post Doc, jetzt bei Siemens, Rudolstadt
Julia Katzmann, Masterarbeit: “Aufbau und Charakterisierung eines STED- Mikroskopes“, 2010; derzeit Doktorarbeit in Dresden, Co-Betreuung L. Eng.
Martin Jahn: Bachelorarbeit: „Untersuchung der Laserablation dünner Metall- und Oxidschichten in unterschiedlichen Umgebungsmedien“ (Kooperation mit Dr. Ihlemann, LL Göttingnen)
Dr. Michael Gebinoga, Prof. Andreas Schober: Zweiphotonenstrukturierung von Kollagen, Patentanemldung eingereicht.
Dr. Ruth Houberts, Sönke Steenhusen, Kollaboration Fraunhofer ISC Würzburg, STED Lithographie mit Ormoceren, bisher leider nicht erfolgreich Institut f. Angewandte Physik, Johannes-Kepler-Universität Linz:
Post Doc: Jaroslaw Jacak (vom Perutz Labor, Med. Uni Wien), RNA Microchips und Proteinchips auf SU 8 Basis
Richard Wollhofen, Diplomand N.N. (DoktorandIn)
Enge Verzahnung mit a.Prof. Johannes Heitz, Bettina Reisinger:
Imprinted hologram : polyester, myoblasts (rat)
Λ ~ 700 nm h ~ 100 nm
5 µm
Ref. T. Peterbauer, S. Yakunin, J. Heitz et al.
J. Nanomat. 2011, 413079
Cell membranes colorized (PKH26) Formation of filopodia / lamellipodia Cell orientation
10 µm
Ref. T. Peterbauer, S. Yakunin, J. Heitz et al.
J. Nanomat. 2011, 413079
