2-Photonentechnik

Die Wechselwirkung von Photonen mit Materie kann vielfältig genutzt werden. Die bekannteste Anwendung stellt die Fluoreszenzmikroskopie dar. Weitere Beispiele sind die Triggerung chemischer Prozesse durch Licht, die Ablation von Material und das Schneiden mit Laserstrahlen (Photodisruption).
Die eingestrahlten Photonen treffen auf die anzuregende Materie und übertragen ihre Energie auf diese Moleküle. Die Energie der Photonen bestimmt dabei, ob eine notwendige Energiedifferenz zwischen Grund- und angeregtem Zustand aufgebracht werden kann. Bei Bestrahlung mit Licht im kurzwelligen Spektralbereich kann diese notwendige Energiedifferenz durch Wechselwirkung eines Photons mit einem Molekül erreicht werden (Ein-Photonen-Anregung). Prinzipiell ist es jedoch möglich, den gleichen Energiedifferenzbetrag durch Wechselwirkung mit zwei Photonen der doppelten Wellenlänge (=halbe Energie) zu erzielen (2-Photonen-Effekt, Maria Göppert-Mayer, 1930). Die Voraussetzung dafür ist eine nahezu zeitgleiche Wechselwirkung beider Photonen mit dem anzuregenden Molekül. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist äußerst gering, kann jedoch durch sehr hohe Photonendichten deutlich erhöht werden. Technisch werden die benötigten hohen Photonendichten durch den Einsatz von Femtosekundenlasern (z.B. Titan:Sapphire-Laser) und der Fokussierung durch Objektive erreicht. Ausserhalb des Fokus nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Zwei-Photonenanregung sehr schnell ab. Die Zwei-Photonenanregung ist somit auf das Fokusvolumen im Femtolitermaßstab beschränkt, was für eine ganze Reihe von Anwendungen interessante Vorteile bietet:

Fluoreszenzanregung (2-Photonen-Mikroskopie)
Triggerung photochemischer Prozesse (2P-Polymerisation)
Photoinduziertes Schneiden in Zellen (2P-Manipulation)

Im iba Heiligenstadt sind alle drei genannten 2P-Techniken für chemisch-biologische Anwendungen etabliert.

Detailliertere Informationen zur Anwendung dieser 2P-Techniken finden Sie auf den entsprechenden Seiten.

2P-Techniken im iba Heiligenstadt