Nov. 2024 – Nov. 2025

Masterarbeit

zum Thema:

“Implementierung der Frequenzbereich-Fluoreszenzlebensdauer-Bildgebungsmikroskopie“

Çiğdem Okçu

Die Frequenzbereich-Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (FD-FLIM) ist eine fortschrittliche optische Technik zur quantitativen Messung der Fluoreszenzlebensdauer mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Da die Fluoreszenzlebensdauer sehr empfindlich auf die biochemische und biophysikalische Umgebung von Fluorophoren reagiert, liefert FD-FLIM detaillierte Einblicke in molekulare Wechselwirkungen und lokale Gewebezustände.

Bei FD-FLIM wird das Anregungslicht mit hohen Radiofrequenzen moduliert, und die emittierte Fluoreszenz wird durch Auswertung der Phasenverschiebungen und Modulationstiefen relativ zum Anregungssignal analysiert. Aus diesen Parametern lässt sich die Fluoreszenzlebensdauer mit hoher Präzision ableiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Zeitbereichstechniken bieten Frequenzbereichsmessungen eine schnellere Bildaufnahme, eine geringere Phototoxizität und eine verbesserte zeitliche Stabilität, wodurch sich FD-FLIM besonders gut für biologische und klinische Anwendungen eignet.

Das in diesem Projekt entwickelte System wurde ursprünglich entwickelt, um infektionsbezogene biochemische Prozesse durch Abbildung der Fluoreszenzlebensdauer von Protoporphyrin IX (PpIX), einem natürlichen Vorläufer von Häm, zu untersuchen. Da viele bakterielle Krankheitserreger zur Auslösung einer Infektion auf den Hämstoffwechsel angewiesen sind, liefert die Fluoreszenzlebensdauer von PpIX einen wertvollen Indikator für die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Erreger sowie für die Stoffwechselaktivität auf molekularer Ebene.

Für die Systemvalidierung und Kalibrierung wird Cumarin, ein Fluorophor mit einem gut charakterisierten exponentiellen Zerfall, als Referenz verwendet. Obwohl Cumarin selbst nicht biologischen Ursprungs ist, dient es als idealer Testfarbstoff zur Bewertung der Genauigkeit, Linearität und Reproduzierbarkeit der Lebensdauermessungen.

Die aktuelle Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung eines FD-FLIM-Aufbaus, der auf zuverlässige und hochdurchsatzfähige Lebensdauerbildgebung zugeschnitten ist. Die Systemarchitektur ist für die Integration in verschiedene Mikroskopieplattformen ausgelegt und ermöglicht so die zukünftige Anpassung an biomedizinische Anwendungen wie Infektionsüberwachung, metabolische Bildgebung und funktionelle Gewebediagnostik.

Letztendlich trägt diese Forschung dazu bei, die Fluoreszenzlebensdauer-Bildgebung als leistungsstarkes, nicht-invasives Werkzeug zur Untersuchung molekularer Mechanismen in der Infektionsbiologie und zur Erforschung potenzieller Anwendungen in der Echtzeit-Klinikdiagnostik voranzubringen.