Leben.

Alexander Puschkin wurde am 26. Mai 1799 in Moskau geboren. Er war das zweite von fünf Kindern des vormaligen Gardeoffiziers Sergei Lwowitsch Puschkin und dessen Ehefrau Nadeschda Ossipowna, geborene Hannibal. Väterlicherseits stammte er aus einem alten Adelsgeschlecht. Mütterlicherseits war sein Urgroßvater Abraham Petrowitsch Hannibal, ursprünglich ein afrikanischer Sklave, der dem Zaren Peter dem Großen geschenkt, dessen Patenkind wurde und später bis zum Generalmajor und Gouverneur von Estland aufstieg. Puschkin verbrachte die Sommer von 1805 bis 1810 üblicherweise bei seiner Großmutter, Maria Alexejewna Hannibal, im Dorf Sacharow bei Swenigorod nahe Moskau.  Diese frühen Kindheitseindrücke spiegelten sich in seinen ersten Versuchen als Dichter wider, z. B. in den bald darauf entstandenen Gedichten "Mönch" ("Монах", 1813), "Bowa" ("Бова", 1814), sowie in seinen im Lyzeum entstandenen "Botschaft an Judin" ("Послание к Юдину", 1815) und "Traum" ("Сон", 1816).  Sechs Jahre verbrachte Puschkin im Lyzeum Zarskoje Selo (das heute seinen Namen trägt), einer Elite-Lehranstalt, die am 19. Oktober 1811 eröffnet worden war. Von dort aus erlebte der Junge auch die Ereignisse des Vaterländischen Krieges gegen Napoleon (1812). Puschkin war in der Rangfolge der besten Internatsschüler der 27. von 30, die vom Kultusminister ausgewählt worden waren. Im Alter von 17 Jahren verließ er das Internat.  Anfang 1815 las Puschkin im Beisein G. R. Derschawins sein patriotisches Gedicht "Erinnerungen an Zarskoje Selo" (Воспоминание о Царском Селе), das in der Zeitschrift Russisches Museum (Русский Музей) gedruckt wurde.  Noch als Schüler wurde Puschkin in Abwesenheit in die Petersburger literarische Gesellschaft Arsamas des W. A. Schukowski aufgenommen, die sich gegen tradierte, verkrustete Sprachvorstellungen der etablierten Literatur wandte und sich für eine Weiterentwicklung der russischen Hoch-/Schriftsprache einsetzte. Die frühe Poesie des Dichters strahlt seine unstillbare Lebenslust aus.  1816 erfuhr Puschkins Lyrik eine entscheidende Wendung, als die Elegie zu seiner Haupt-Dichtform wurde.  Als Puschkin 1817 das Lyzeum abschloss, nahm er mit dem Titel eines "Kollegiensekretärs" eine Stellung im Petersburger "Kollegium für Auswärtige Angelegenheiten" an. Er wurde zum ständigen Theaterbesucher, nahm an den Sitzungen der Arsamas-Gesellschaft teil und wurde Mitglied der Literatur- und Theatergemeinschaft Grüne Lampe (Зелёная лампа), die von den Anfängen der Dekabristenbewegung beeinflusst war. Obwohl Puschkin am frühen, geheimen Wirken der Dekabristen nicht teilnahm, war er doch mit vielen der aktiven Mitglieder in Freundschaft verbunden und schrieb politische Epigramme und Gedichte wie "К Чаадаеву" ("Liebe, Hoffnung, stiller Ruhm..."), "Вольность", "Н. Я. Плюсковой" (alle 1818), "Деревня" (1819). In diesen Jahren war er beschäftigt mit der Abfassung des märchenhaften Versepos "Ruslan und Ljudmila" ("Руслан и Людмила"), das er schon im Lyzeum begonnen hatte und mit dem er ganz auf der Linie von Arsamas bezüglich der Notwendigkeit der Schaffung nationaler Heldenepen lag. Das Gedicht wurde im Mai 1820 abgeschlossen und rief ein starkes und zwiespältiges Echo in der Kritik hervor. Schukowski schickte Puschkin eine Widmung: „Dem siegreichen Schüler vom besiegten Lehrer“. Kritiker empörten sich über den Niedergang des "Hohen Kanons". Die parodistische Vereinigung des Sagenhaften und des Historischen, des Komischen und des Heroischen überwanden die Form des klassizistischen Epos.  Im Frühjahr 1820 musste Puschkin sich für einige Spottgedichte verantworten, in denen er Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens wie den Kriegsminister und den Bildungsminister lächerlich gemacht hatte. Einer Verbannung nach Sibirien entging er durch die Protektion einflussreicher Freunde. Petersburg musste er jedoch im Zusammenhang mit einer Versetzung zu General Insow nach Jekaterinoslaw im Frühsommer verlassen. Er erkrankte an seiner neuen Dienststelle und schloss sich seinem Petersburger Freund, dem General Rajewski, an, der auf dem Weg zu den kaukasischen Bädern war und ihn im Fieber vorfand. Puschkin reiste von August bis September über die Krim nach Odessa. Er lebte einige Zeit bei Rajewski und lernte dessen Tochter Maria kennen. Das romantische Gedicht "Der Brunnen von Bachtschissaraj" entstand. 1820 wurde Puschkin auch Mitglied der Filiki Eteria. Bis 1824 lebte er an verschiedenen Orten im Süden Russlands, u. a. in Odessa, Kischinjow und Kamjanka. 1823 begann er sein bedeutendstes Werk, das Versepos Eugen Onegin, das er erst 1830 abschloss.  1824 wurde Puschkin aus dem Staatsdienst entlassen, nachdem er sich in einem Brief wohlwollend über den Atheismus geäußert hatte. Er wurde auf das elterliche Gut Michailowskoje verbannt, wo er während der nächsten Jahre unter ständiger Aufsicht der Behörden lebte. Puschkin unterhielt einen intensiven literarischen Briefwechsel mit seinen Freunden, er arbeitete an einem Gedichtband, der Ende des Jahres erschien, und beendete die Tragödie Boris Godunow, mit der er die eingefahrenen Wege der russischen Dichtung weit verließ.  Nach einer Audienz bei Zar Nikolaus I. durfte Puschkin von 1826 bis 1831 zwar wieder in Moskau und Petersburg leben, seine Werke wurden aber vom Zaren persönlich zensiert und sein Werk und sein Lebenswandel stark kontrolliert (auch aufgrund seiner Verbindungen zu den Aktivisten des Dekabristenaufstands). Dies prägte auch die Weiterarbeit an "Eugen Onegin". Puschkin war unzufrieden, da er weder seine dichterischen noch seine privaten Vorstellungen verwirklichen konnte.  Einen Wechsel in Puschkins Lebensumständen bewirkte seine Heirat mit Natalja Gontscharowa 1831. Sie hatten sich 1830 kennengelernt. Mit Blick auf die Hochzeit erhielt Puschkin von seinem Vater das Dorf Boldino, 250 km von Nischni Nowgorod entfernt. Puschkin wollte es nur kurz besuchen, doch verhinderte eine Choleraepidemie die Rückkehr nach Moskau. Puschkin war gezwungen, in der Provinz zu bleiben, und es wurde seine größte Schaffensperiode. Das Ehepaar bekam insgesamt vier Kinder, 1832 kam Tochter Maria (1832–1919) zur Welt, im Folgejahr der Sohn Alexander (1833–1914), zwei Jahre später der zweite Sohn Grigori (1835–1905) und als letztes Kind die Tochter Natalja (1836–1913). Letztere heiratete den russischen General Michail Leontiewitsch von Dubelt (1822–1900) und nach der Scheidung von Dubelt in zweiter Ehe 1868 Prinz Nikolaus Wilhelm zu Nassau.  Das Paar zog 1831 nach Petersburg, wo es mit Unterstützung von Gontscharowas wohlhabender Verwandtschaft am mondänen Leben des Zarenhofes teilnehmen konnte – was Puschkin, der sich nach Unabhängigkeit sehnte, frustrierte. Er stritt sich häufig und oft aus trivialen Gründen; seine Werke in dieser Zeit entstanden unter großem psychischen Druck. Er verkehrte in Sankt Petersburg im Café S. Wolf und T. Beranger.  Erst 1836 durfte er die Literaturzeitschrift Sowremennik "(Der Zeitgenosse)" herausgeben, ein Fortschritt in seiner stark von der Zensur beeinträchtigten Tätigkeit.

Duell und Tod.

Puschkin und seine Frau Natalja machten in Sankt Petersburg die Bekanntschaft mit Georges-Charles de Heeckeren d’Anthès. Dieser heiratete Nataljas Schwester Katharina Gontscharowa, machte aber dennoch Natalja Puschkina in auffallender und provozierender Weise den Hof. Durch seine aufdringlich zur Schau gestellte Verehrung für Puschkins Frau entstanden Gerüchte, die deren eheliche Treue in Zweifel zogen. Puschkin schrieb einen beleidigenden Brief an den Adoptivvater Heeckeren, woraufhin d’Anthès seinen Schwippschwager Puschkin zum Duell forderte, das am ausgetragen wurde. Puschkin wurde durch einen Bauchschuss schwer verletzt und erlag zwei Tage später seiner Schussverletzung. D’Anthès wurde nur leicht an Arm und Brust verletzt. Aus Angst vor Beileidskundgebungen überführte man Puschkin in das Swjatogorski-Kloster im heutigen Puschkinskije Gory bei Pskow und beerdigte ihn dort.

Bedeutung.

Puschkin gilt für die meisten seiner Landsleute als "der" russische Nationaldichter – mit weitem Abstand vor im Ausland wohl bekannteren Schriftstellern wie Tolstoi, Dostojewski, Gogol oder Pasternak.  Bis zum Einmarsch Napoleons in Moskau 1812 sprach die russische Oberschicht Französisch. Nach dem darauf folgenden Brand Moskaus fragte man sich, warum man eigentlich die Sprache des Feindes spreche. Puschkin bereitete in seinen Gedichten, Dramen und Erzählungen der Verwendung der Umgangssprache den Weg; er schuf einen erzählerischen Stil, der Drama, Romantik und Satire mischte – ein Stil, der seitdem untrennbar mit der russischen Literatur verbunden ist und zahlreiche russische Dichter massiv beeinflusste. Seine romantischen Zeitgenossen waren Byron und Goethe; er wurde beeinflusst von Voltaire und den Shakespeareschen Tragödien.  Der Alexander-Sergejewitsch-Puschkin-Preis und die Puschkin-Medaille wurden ihm zu Ehren benannt. In Russland gibt es zahlreiche Benennungen nach Puschkin, unter anderem das ehemalige Zarskoje Selo (seit 1918 Puschkin) und das Puschkin-Museum.

Literatur.

Biografien  Sammelbände  Einzeldarstellungen

Alexander Sergejewitsch Puschkin (, wiss. Transliteration ""; * in Moskau; † in Sankt Petersburg) gilt als russischer Nationaldichter und Begründer der modernen russischen Literatur.

Alexandre Sergueïevitch Pouchkine (en, ) est un poète, dramaturge et romancier russe né à Moscou le et mort à Saint-Pétersbourg le.


Das konfokale Prinzip.

In einem Konfokalmikroskop wird eine punktförmige Lichtquelle in das Präparat abgebildet. Von der so beleuchteten Stelle wird Licht durch das Objektiv auf eine Lochblende fokussiert, bevor es den Detektor erreicht. Der Punkt in der Mitte der Lochblende und der Beleuchtungspunkt im Präparat sind dabei "konfokal" zueinander, das heißt, sie sind gleichzeitig im Fokus.  Konfokale Mikroskopie kann prinzipiell mit Durchlicht oder mit Auflicht realisiert werden. Heutige Konfokalmikroskope sind aber generell Auflichtmikroskope, sie benutzen das Objektiv für Beleuchtung und Detektion. Bei manchen Bautypen gibt es nicht nur einen, sondern mehrere Beleuchtungspunkte, die gleichzeitig an verschiedene Stellen des Präparats projiziert werden. Der Einfachheit halber wird das Prinzip hier am Beispiel eines einzigen Beleuchtungspunktes erläutert, der durch Auflicht erzeugt wird.

Strahlengang von der Lichtquelle zum Präparat.

Das von der Lichtquelle kommende Licht (in der Schemazeichnung grün) wird zunächst in die Anregungslochblende fokussiert, um eine punktförmige Lichtquelle zu erzeugen. Auch im deutschen Sprachgebrauch werden diese und die zweite Lochblende häufig mit dem englischen Ausdruck Pinhole (wörtlich: Nadelloch) bezeichnet. In neueren konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopen werden die Beleuchtungslaser mit Glasfasern eingekoppelt, und die Anregungslochblende kann dann

Strahlengang vom Präparat zur Detektionslochblende.

Vom beleuchteten Punkt im Präparat geht das nachzuweisende Licht aus (rot in der Schemazeichnung). Dabei kann es sich um reflektiertes Licht oder um Fluoreszenz handeln. Der vom Objektiv aufgenommene Anteil durchtritt den Strahlteiler und wird in der Zwischenbildebene wieder in einem Punkt (einem Beugungsscheibchen) vereint. Bei modernen Objektiven mit unendlicher Tubuslänge ist hierfür noch eine Tubuslinse erforderlich. In der Zwischenbildebene ist die Detektions-Lochblende um diesen Punkt herum zentriert. Sie ist typischerweise gerade so groß, dass ihr Rand im ersten Minimum des Beugungsscheibchens verläuft. Der tatsächliche Durchmesser hängt also von der numerischen Apertur und der Vergrößerung des verwendeten Objektivs ab. Es kann auch noch eine weitere Vergrößerung bis zur Lochblendenebene vorgenommen werden, um den Durchmesser des Beugungsscheibchens und damit den Durchmesser der Lochblende zu vergrößern. Größere Blenden lassen sich einfacher fertigen.  In den meisten Präparaten wird Licht nicht nur vom tatsächlich beleuchteten Punkt im Präparat ausgesandt, sondern auch von Stellen darüber oder darunter (in der Schemazeichnung pink). Beispielsweise werden Fluoreszenzfarbstoffe auch in

Das konfokale Laser-Scanning-Mikroskop – Abrastern mit einem fokussierten Laserstrahl.

In der biomedizinischen Forschung sind konfokale Laser-Scanning-Mikroskope (Abk. CLSM, nach englisch: "confocal laser scanning microscope", seltener LSCM, deutsch auch: Laserrastermikroskop) weit verbreitet, bei denen ein vom Objektiv fokussierter Laserstrahl ein Objekt punktweise abrastert. Meistens wird dabei Fluoreszenz von speziellen Markern nachgewiesen, es handelt sich dann um eine Form der Auflicht-Fluoreszenzmikroskopie. Laser werden eingesetzt, da von anderen Lichtquellen nicht genügend Licht für eine intensive Fluoreszenzanregung auf einen Punkt konzentriert werden kann. Mit derartigen Geräten kann auch konfokale Reflexionsmikroskopie betrieben werden.  Die für die konfokale Mikroskopie zusätzlich erforderlichen optischen Elemente werden bei kommerziellen Geräten in einer Box untergebracht, die an ein qualitativ hochwertiges Mikroskop angeflanscht wird. Das Laserlicht wird in diese Scannerbox geleitet und von dort in das Mikroskop gespiegelt, um durch das Objektiv ins Präparat zu gelangen. Das im Präparat erzeugte Signal geht den umgekehrten Weg zurück zur Box, wo hinter der Lochblende die Signalintensität gemessen wird. Der Aufnahmevorgang wird von einem Computer gesteuert und die Bilder werden am Computermonitor angezeigt.

Vom Laser zum Präparat.

Typischerweise haben diese Geräte mehrere Anregungslaser, zum Beispiel einen Argonlaser, der mehrere Wellenlängen emittiert (458, 488, 514 nm und andere), und Helium-Neon-Laser, die Licht mit 543 oder 633 nm aussenden. Das Licht verschiedenfarbiger Laser kann mit dichroitischen Strahlteilern übereinandergelegt werden. In vielen aktuellen Geräten wird die Intensität der jeweiligen Wellenlängen über einen akusto-optischen Modulator (auch: Acousto-Optical Tunable Filter, AOTF) moduliert.  Bei neueren Geräten wird das Laserlicht häufig über Glasfasern zur Scannerbox geleitet. Da der kleine lichtführende Kern einer Glasfaser optisch ähnlich wirkt wie eine Lochblende kann die Anregungslochblende entfallen. Das Licht fällt nun auf den dichroitischen Strahlteiler, der es zum ersten Scanspiegel lenkt. Bei der Verwendung von mehreren Anregungswellenlängen können Doppel- oder Tripel-Strahlteiler eingesetzt werden, die zwei oder drei Wellenlängen zum Präparat hin spiegeln, das

Vom Präparat zum Detektor.

Das Fluoreszenzlicht nimmt den gleichen Weg zurück über die Scanspiegel, passiert den dichroitischen Strahlteiler und gelangt gemäß dem oben beschriebenen konfokalen Prinzip zur Lochblende in einer Zwischenbildebene und schließlich zu den Detektoren. Alternativ oder zusätzlich kann auch reflektiertes Licht über diesen Strahlengang aufgefangen werden. Neben dem Auflösungsvermögen des verwendeten Objektivs (genauer: seiner numerischen Apertur) und der Wellenlänge des jeweiligen Lichts bestimmt der Durchmesser der Lochblende die Tiefenschärfe und damit die „Dicke“ des optischen Schnittes. Liegt der Durchmesser der Lochblende im ersten Minimum des Beugungsscheibchens (1 Airy unit), so wird das meiste Licht aus anderen Ebenen blockiert und der größte Teil des eigentlichen Signals tritt durch. Wird die Blende stärker geöffnet, so tritt mehr Licht aus höher und tiefer gelegenen Präparateebenen durch, so dass mehr unscharfe Anteile zum Bild beitragen (siehe Abbildungen). Wird die Blende stärker geschlossen als eine Airy unit, so tritt

Besonderheiten der Aufnahme.

Um das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Bildqualität zu erhöhen, erlaubt es die Steuersoftware, ein Bild mehrmals aufzunehmen und den Mittelwert zu bilden. Besonders bei schwach fluoreszenten Präparaten hilft dies, den Einfluss des Poisson-Rauschens der aufgefangenen Photonen und des statistischen Rauschen

Punktscanning-Verfahren ohne Scanspiegel.

Frühe konfokale Mikroskope hatten einen unbeweglichen Strahlengang, stattdessen wurde das Präparat bewegt, da dies technisch einfacher zu realisieren war (siehe unten, Geschichte). Zwar ist dieser „Stage-Scanning“-Ansatz (von engl. stage für Objekttisch) auf Grund der zu bewegenden Masse deutlich langsamer, er hat jedoch den Vorteil, dass die Beleuchtungsintensität für jede Stelle des Präparats exakt gleich ist. Bei „Beam-Scanning“, also der oben dargestellten Bewegung des Laserstrahls über das nicht bewegte Präparat, ist dagegen

Kommerzielle Geräte.

Konfokale Laser-Scanning-Mikroskope mit Beam-Scanning für die Lebenswissenschaften werden von allen vier großen Mikroskopherstellern angeboten (Carl Zeiss, Leica Microsystems, Nikon und Olympus). Manche dieser Geräte verbinden konfokale Mikroskopie mit anderen Laser-Scanning-Mikroskopischen Anwendungen wie

Spezielle Anwendungen mit konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopen.

Die besonderen Eigenschaften des konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops erlauben neben der Herstellung von optischen Schnitten auch weitere Anwendungen.

Linienscanner.

Punktscanner sind relativ langsam, da jeder Punkt im Präparat einzeln abgerastert werden muss. Dies ist nicht nur ein technisches Problem der erreichbaren maximalen Geschwindigkeit: Bei einem zu schnellen Scanvorgang der einzelnen Bildpunkte wird auch nicht genügend Fluoreszenzlicht aufgefangen, um ein Bild mit ausreichendem Kontrast zu erstellen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, ist, das Präparat mit einer Linie (statt mit einem Punkt) zu beleuchten und das Fluoreszenzlicht statt durch eine Lochblende durch eine entsprechende Schlitzblende zu führen. Daraus ergibt sich eine unterschiedliche (anisotrope) Auflösung in x- und y-Richtung. In Richtung der Scanlinie und der Schlitzblende (x) entspricht die Auflösung einem konventionellen Mikroskop, die Vorteile des Konfokalmikroskops kommen nur noch senkrecht dazu (y-Richtung) zum Tragen. Vor der Entwicklung von Spinning-Disk-Mikroskopen, die für die Fluoreszenzmikroskopie geeignet sind, waren Linienscanner die mit Abstand schnellste Möglichkeit, konfokale Bilder von schwach fluoreszierenden Präparaten zu erstellen.  Die technische Hauptschwierigkeit beim Bau und Betrieb von Linienscannern ist die Realisierung einer beugungsbegrenzten schmalen Anregungslinie mit gleichmäßiger Helligkeit

Konfokale Mikroskope mit Nipkow-Scheibe – Abrastern mit vielen fokussierten Lichtstrahlen.

Eine weitere Möglichkeit zur schnellen konfokalen Aufnahme ist die Verwendung von vielen, parallel genutzten Lochblenden auf einer Nipkow-Scheibe. Der Name ist etwas irreführend: Die Scheibe, die Paul Nipkow im 19. Jahrhundert zur Übertragung von Fernsehbildern entwickelte, enthielt eine Spirale mit Löchern. Zur konfokalen Mikroskopie verwendete Nipkow-Scheiben enthalten dagegen viele, dicht nebeneinander liegende Spiralarme. Die Beleuchtung trifft auf die Scheibe und tritt teilweise durch die Lochblenden hindurch. Diese werden in das Präparat verkleinert, um viele Fokuspunkte zu erzeugen.  Durch Drehung der Scheibe rastern die Fokuspunkte in Kreisbögen sehr schnell über das Präparat, so dass im Bruchteil einer Sekunde ein vollständiges Bild entsteht. Dadurch kann das Bild auch mit dem Auge erkannt werden. Als Detektor wird eine Kamera eingesetzt, in der minimalen Belichtungszeit wird der untersuchte Präparateausschnitt einmal abgerastert.  Für Fluoreszenzmikroskopie waren Mikroskope mit Nipkow-Scheiben zunächst wenig geeignet, da die Löcher der Nipkow-Scheibe weniger als ein Prozent der Beleuchtung durchlassen. Dadurch ist die Anregung für die allermeisten fluoreszenzmarkierten Präparate zu schwach. Zwar gibt es entsprechende Geräte, die für den Bereich der Lebenswissenschaften angeboten werden, sie sind jedoch wenig verbreitet. Erst etwa ab der Jahrtausendwende wurde die Anregungsstärke durch neue technische Ansätze verbessert.

Tandem-Scanner für die Weißlichtreflexionsmikroskopie.

In den 1960er Jahren entwickelte der Tschechoslowake Mojmír Petráň das „Tandem-Scanning-Mikroskop“ (TSM), das konfokale Reflexionsmikroskopie ermöglichte. Es heißt so, weil der Beleuchtungsstrahlengang durch eine Seite der Nipkow-Scheibe geht und der bildgebende Strahlengang durch die gegenüberliegende Seite. Die Lochblenden auf beiden Seiten rastern also bei der Drehung der Scheibe im Tandem. Jeder Beleuchtungslochblende entspricht eine Detektionslochblende auf der genau gegenüberliegenden Position.  Für die ursprüngliche Version des Mikroskops wurde die Nipkow-Scheibe von 8,5 cm Durchmesser aus 20 Mikrometer dünner Kupferfolie hergestellt, in die 26.400 Löcher von etwa 90 Mikrometer Durchmesser und durchschnittlich 280 μm Abstand von Lochmitte zu Lochmitte geätzt wurden. Die Löcher waren in 80 archimedischen Spiralen angeordnet. Die Scheibe rotierte dreimal pro Sekunde, das Beobachtungsfeld wurde 120-mal pro Sekunde abgerastert. Beleuchtungsquelle war eine Wolframlampe oder, zur

Einseitige Nipkow-Scheiben-Mikroskope für Weißlichtreflexionsmikroskopie.

Im Gegensatz zum Tandemscanner wird die Nipkow-Scheibe hier nur auf einer Seite durchstrahlt: Dieselben Lochblenden kommen erst bei der Beleuchtung und dann bei der Detektion zum Einsatz.  Von oben kommend trifft die Beleuchtung zunächst auf einen Strahlteiler, der einen Teil des Lichts zur Nipkow-Scheibe leitet. Der hier durchtretende Anteil gelangt durch das Objektiv zum Präparat, wo korrespondierend zu jeder Lochblende je ein Fokuspunkt entsteht. Reflektiertes Licht fällt zurück ins Objektiv und gelangt durch dieselbe Lochblende weiter Richtung Strahlteiler.

Lichtstarke Spinning-Disk-Mikroskope für fluoreszente Präparate.

Eine zweite Scheibe mit Mikrolinsen.

Die japanische Firma Yokogawa entwickelte als erste ein konfokales Nipkow-Scheiben-System, das für Fluoreszenzanregung geeignet ist, die Yokogawa-Spinning-Disk. Über der Nipkow-Scheibe befindet sich eine zweite Scheibe, die synchron mitdreht und auf der Mikrolinsen aufgebracht sind. Jeder Lochblende ist dadurch eine Mikrolinse vorgeschaltet, die das Licht auf die Öffnung fokussiert. So wird über 60 % zum Präparat durchgelassen. Der für die Fluoreszenzmikroskopie erforderliche dichroitische Strahlteiler befindet sich zwischen den beiden Scheiben und koppelt die Fluoreszenz, die vom Präparat zurückkommt, seitlich aus, Richtung Kamera. Dadurch geht das Fluoreszenzlicht zwar durch die Lochblenden, aber nicht durch die Mikrolinsenscheibe, so dass Lichtverluste hier vermieden werden. Außerdem kann Streulicht, das im Anregungsstrahlengang beim Auftreffen auf die Mikrolinsenscheibe entsteht, nicht zur Kamera gelangen.  Die gute Lichtausbeute des

Eine Scheibe mit Hohlspiegeln.

Einen alternativen Ansatz für eine gute Lichtausbeute zur Fluoreszenzanregung mit Nipkow-Scheiben entwickelte Till Photonics in Gräfelfing. Bei diesem „Andromeda“-System wird Laserlicht über einen sogenannten Corner Cube eingespeist. Durch diesen geht das Licht zunächst gerade durch, wird vom dichroitischen Strahlteiler gespiegelt und geht weiter durch eine Linse zur Nipkow-Scheibe. Auf der Scheibe ist jede der vielen Lochblenden von einem sechseckigen konkaven Spiegel umgeben. Nur wenig Licht tritt sofort durch die Lochblenden durch. Der Rest wird zurückgespiegelt und trifft nach dem dichroitischen Strahlteiler wieder auf den Corner Cube. Von dieser Seite wirkt der Corner Cube wie ein flacher Spiegel, so dass das Licht wieder zurück zur Nipkow-Scheibe geleitet wird. Bei diesem zweiten Durchlauf tritt nun auf Grund der Wirkung der konkaven Spiegel der Großteil des Lichtes durch die Lochblenden durch und trifft auf das Präparat. Das vom Präparat zurückkommende Fluoreszenzlicht tritt dem konfokalen Prinzip entsprechend durch die Nipkow-Scheibe hindurch weiter zum dichroitischen Strahlteiler und durch diesen schließlich zur Kamera. Ein Vorteil dieses Systems ist, dass die dichroitischen Strahlteiler in einem Unendlich-Bereich des Strahlengangs liegen. Dadurch sind deren Charakteristika weniger kritisch für die Bildqualität.

Vor- und Nachteile von konfokalen Nipkow-Scheiben-Systemen im Vergleich zu Punktscannern.

Durch die gleichzeitige Verwendung von vielen Lochblenden und damit vielen Beleuchtungspunkten können auf Nipkow-Scheiben basierende Systeme ein Präparat schneller abrastern als ein Punktscanner. Allerdings geht in einem konventionellen Nipkow-Scheiben-System der Großteil der Beleuchtung an der Scheibe verloren. Während die durchtretende Lichtmenge bei konfokalen Weißlichtmikroskopen trotzdem ausreicht, sind für die Fluoreszenzmikroskopie lichterhaltende Vorrichtungen erforderlich. Dann aber erlauben derartige Systeme ein schonenderes Aufnehmen von lebenden fluoreszenten Zellen, da die maximale Lichtbelastung jedes Punktes niedriger ist (siehe oben).  Durch die Verwendung mehrerer nebeneinander liegender Lochblenden in der Nipkow-Scheibe ist es möglich, dass Licht von einem Punkt im Präparat durch die falsche Lochblende zur Kamera gelangt und so die Konfokalität des Bildes einschränkt. Bei Materialuntersuchungen von Oberflächen tritt dieser Effekt kaum auf. Bei dickeren biologischen Präparaten, in denen es zu Streuung kommt, kann dies jedoch zum Problem werden. Der konfokale Effekt wird dann mit zunehmender Tiefe der Schärfeebene abgeschwächt.  Ferner ist bei Nipkow-Scheiben-Systemen die beobachtbare

Auflösungsvermögen, optische Schnitte und Positionierungsgenauigkeit.

Auflösung.

Wie generell bei Lichtmikroskopen ist die Auflösung auch bei konfokalen Mikroskopen durch Beugung begrenzt. Eine punktförmige Lichtquelle wird auf Grund der Beugung als dreidimensionale Punktspreizfunktion (engl., PSF) abgebildet. Der Schnitt durch die mittlere Ebene der PSF wird als Beugungsscheibchen bezeichnet (siehe Abbildung). Aus praktischen Gründen wird in der Konfokalmikroskopie statt der Auflösung (Rayleigh-Kriterium) häufig die Halbwertsbreite (engl.:, FWHM) der PSF angegeben, also die Breite, bei der noch 50 Prozent der maximalen Helligkeit vorhanden sind. Diese Werte sind grundsätzlich etwas niedriger als die eigentliche Auflösung.  Durch die Lochblenden im Beleuchtungs- und im Detektionsstrahlengang kann die konfokale Auflösung etwas besser sein als in konventionellen Mikroskopen. Die größtmögliche theoretische Auflösungsverbesserung um den Faktor formula_1 wird aber nur erreicht, wenn die Detektionslochblende nahezu völlig geschlossen ist, so dass dann kein Licht mehr aufgefangen und daher kein Bild entstehen würde.  Die tatsächlich erzielbare Auflösung ist daher nur wenig besser als in konventionellen Mikroskopen. Liegt der Lochblendendurchmesser im ersten Minimum des Beugungsscheibchens (also im ersten schwarzen Ring), so ist die

Axiale Begrenzung des Signals und Positionierungsgenauigkeit.

Die geringe Verbesserung der Auflösung rechtfertigt kaum den erhöhten Aufwand und die damit verbundenen Kosten. Der entscheidende Vorteil von Konfokalmikroskopen ist vielmehr die Möglichkeit, optische Schnitte aufzunehmen, denn bedingt durch die Lochblenden fällt die Intensität des Signals in etwa mit der vierten Potenz des Abstands zur Fokusebene ab (1/Abstand). Der Effekt lässt sich am Beispiel einer spiegelnden Oberfläche bei Reflexion erklären. In konventionellen Auflichtmikroskopen lässt sich die genaue Position der Oberfläche nicht feststellen, da die reflektierte Lichtmenge in den darüber und darunter liegenden Ebenen die gleiche ist. Im konfokalen Mikroskop wird jedoch nur Licht detektiert, wenn die spiegelnde Oberfläche im Bereich

Verwandte Verfahren.

Nicht-mikroskopische konfokale Techniken.

Konfokale Techniken werden auch außerhalb der Mikroskopie eingesetzt, beispielsweise für Chromatisch-konfokale Abstandsmessungen.

Andere Laser-Scanning-Mikroskope.

In gewisser Weise Vorläufer der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskope sind Flying-Spot-Mikroskope. Bei Ihnen wird wie bei den konfokalen Punktscannern ein Beleuchtungspunkt über das Präparat geführt. Dieser ist aber nicht notwendigerweise beugungsbegrenzt. Auch fehlt eine Detektionslochblende. Der Beleuchtungspunkt wurde in frühen Geräten häufig durch eine Braun'sche Röhre erzeugt, nach der Entwicklung des Lasers auch durch

Geschichte.

1940: ein Spaltlampensystem zur Dokumentation von Augenuntersuchungen.

Der Augenarzt Hans Goldmann, Direktor der Universitäts-Augenklinik im schweizerischen Bern, kämpfte mit dem Problem, dass Spaltlampen immer nur einen eng begrenzten Teil des Auges scharf abbildeten (Hornhaut oder Teil der Linse). Zwar konnte ein Beobachter ein durchgehendes Bild im Geist zusammensetzen, eine fotografische Darstellung beschränkte sich jedoch immer auf einen schmalen Bereich. Goldmann entwickelte ein Gerät zur „Spaltlampenphotographie und -photometrie“, das von der ortsansässigen Firma Haag-Streit hergestellt wurde.  Der scharfe Anteil des Bildes wurde durch ein Objektiv auf einen Film projiziert. Durch eine spaltförmige Blende vor dem Film wurde verhindert, dass unscharfe Bildanteile abgelichtet wurden. Der Mechanismus

1943, 1951: konfokale Mikroskope für die Spektrophotometrie.

1943 veröffentlichte Zyun Koana eine Arbeit über ein konfokales Mikro-Photometrie-System. Eine Abbildung zeigt das Schema eines konfokalen Transmissionsstrahlengangs: Die Beleuchtung gelangt durch zwei Linsen und die Anregungslochblende auf eine weitere Linse (entsprechend dem Kondensor in normalen Lichtmikroskopen), von der sie in das Präparat fokussiert wird. Das Licht durchtritt das Präparat und wird von einer weiteren Linse (entsprechend dem Objektiv) auf eine Detektionslochblende fokussiert. Von dieser japanischen Arbeit liegt keine Übersetzung oder Zusammenfassung in einer westlichen Sprachen vor. Koana (1907–1985) wurde später

1955, 1957: der erste Punktscanner.

Das erste punkt-rasternde Konfokalmikroskop wurde von Marvin Minsky 1955 entwickelt und 1957 zum Patent angemeldet. Er wollte Gehirnschnitte untersuchen und kämpfte mit starker Streuung in diesem dichten Gewebe. Da das helle Streulicht das Erkennen der eigentlichen Strukturen verhinderte, suchte er nach einer Möglichkeit dieses zu reduzieren und fand sie im konfokalen Prinzip.  Das Mikroskop hatte einen waagrechten, unbeweglichen Strahlengang (siehe Schemazeichnung) und eine Zirconium-Bogenlampe als Lichtquelle. Die Öffnung der ersten Lochblende wurde durch ein 45x-Trockenobjektiv ins Präparat fokussiert. Das Präparat wurde zwischen zwei Deckgläser platziert und in eine bewegliche Vorrichtung eingespannt, die zum Rastern in x- und y-Richtung bewegt wurde („stage scanning“). Das zweite, gleichartige Objektiv nahm das durchgetretene Licht auf und leitete es durch die zweite Lochblende zum Detektor. Minsky setzte nie

1966: „Vorrichtung zur optischen Abtastung mikroskopischer Objekte“.

Weniger bekannt ist die Entwicklung mehrerer Ansätze für konfokale Rastermikroskope durch Klaus Weber, Mitarbeiter der Ernst Leitz GmbH in Wetzlar. Wie bei Koana und Naora war das Ziel nicht die Erstellung eines Bildes, sondern das Messen der Signalintensität in kleinen Ausschnitten des Präparats.  Für das Abrastern sah Weber drei alternative Möglichkeiten „zur synchronen Abtastung auf der Beleuchtungs- und der Beobachtungsseite“ vor:  Von der Kippspiegelvariante schlug Walter wiederum mehrere Ausführungen vor. Dabei sollte entweder Beleuchtungs- und Beobachtungslicht über die gleiche Seite des Spiegels laufen, oder, „besonders zweckmäßig“, der Beobachtungsstrahlengang lief über die ebenfalls verspiegelte Rückseite, so dass Beleuchtungs-

1967: das erste bildgebende konfokale Mikroskop mit Nipkow-Scheibe.

In den 1960er Jahren entwickelte der Tschechoslowake Mojmír Petráň von der Medizinischen Fakultät der Karls-Universität in Pilsen, das oben beschriebene Tandem-Scanning-Mikroskop. Es war das erste konfokale Mikroskop, das zum Verkauf angeboten wurde: zum einen von einer kleinen Firma in der Tschechoslowakei und zum anderen in den USA von Tracor-Northern (später Noran).  Der ausgebildete Arzt Petráň besuchte 1964 die Arbeitsgruppe von Robert Galambos an der Yale University in New Haven (Connecticut, USA). Sie überlegten, wie unfixierte, ungefärbte Nervenzellen im Gehirn beobachtet werden könnten und entwickelten während dieses Aufenthaltes das Konzept. Im folgenden Jahr bauten Petráň und Milan Hadravský in Pilsen den ersten Prototyp.  Das tschechoslowakische Patent wurde 1966 von Petráň und Hadravský eingereicht. 1967 erschien eine erste wissenschaftliche Veröffentlichung in der Zeitschrift Science, welche mit dem Mikroskop gewonnene Daten und Abbildungen enthielt. Autoren waren M. David Egger

1969: das erste konfokale Laser-Scanning-Mikroskop.

Egger war an einer weiteren Entwicklung beteiligt. Zusammen mit Paul Davidovits, ebenfalls Yale University, veröffentlichte er 1969 und 1971 zwei Arbeiten über das erste konfokale Mikroskop, das mit Laserlicht arbeitete, einen Punktscanner. Auch dieses Gerät war für Auflicht-Reflexionsmikroskopie vorgesehen, im Besonderen für die Beobachtung von Nervengewebe. Bereits 1969 spekulierten die Autoren über einen Einsatz von Fluoreszenzfarbstoffen für "in vivo"-Untersuchungen. Sie zitierten das Patent von Minsky und bedankten sich bei Steve Baer für den Vorschlag, einen Laser mit ‚Minskys Mikroskop‘ zu verwenden, sowie bei Galambos, Hadravsky und Petráň für Diskussionen, die zur Entwicklung des Mikroskops führten. Baer war Doktorand an der Albert Einstein School of Medicine in New York City, wo er ein konfokales Line-Scanning-Mikroskop entwickelte. Als Motivation für die Neuentwicklung gaben Egger und Davidovits in der zweiten Arbeit an, dass im Tandem-Scanning-Mikroskop nur ein Anteil von 10 der Beleuchtung im Okular zur Bildentstehung beitrage und die Bildqualität daher für die

1977–1985: Punktscanner mit Laser und Rasterung durch Präparatbewegung (stage scanning).

Colin J. R. Sheppard und A. Choudhury in Oxford veröffentlichten 1977 eine theoretische Analyse von Konfokalmikroskopie und Laser-Scanning-Mikroskopie. Diese Arbeit<ref name="DOI10.1080/713819421">C.J.R. Sheppard, A. Choudhury: "Image Formation in the Scanning Microscope." In: "Optica Acta: International Journal of Optics." 24, 1977, S. 1051–1073,.</ref> ist vermutlich die erste Veröffentlichung, die den Ausdruck „confocal microscope“ enthält.  Die Brüder Christoph Cremer und Thomas Cremer in Heidelberg entwarfen 1978 ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop für die Fluoreszenzanregung mit elektronischem Autofokus. Sie schrieben: „Aufgrund seiner besonderen Darstellungsmöglichkeiten könnte das Laser-Scanning-Mikroskop-Verfahren eine wertvolle Ergänzung herkömmlicher lichtmikroskopischer sowie rasterelektronenmikroskopischer Verfahren werden.“ Sie schlugen auch ein Laser-Punkt-Beleuchtung mit Hilfe eines „4π-Punkt-Hologramms“ vor.  Die Oxford-Gruppe um Sheppard und Tony Wilson beschrieb 1978 und 1980 ein Auflicht-Konfokal-Mikroskop

Ab 1985: Laser-Punktscanner mit Beam-Scanning.

Die meisten bisher entwickelten konfokalen Laser-Scanning-Mikroskope gehörten zum Stage-Scanning-Typ: Der Beleuchtungspunkt war unbeweglich und der Objekttisch (englisch "stage") mit dem Präparat wurde in x- und y-Richtung bewegt, um die Objekte in der Fokusebene abzurastern. Dieses Verfahren war langsam und empfindlich bezüglich Erschütterungen. Bereits Minsky hatte die Möglichkeit erwähnt, stattdessen einen rasternden Lichtstrahl über das unbewegliche Präparat zu schwenken, dies jedoch wegen technischen Schwierigkeiten verworfen.  Mitte der 1980er Jahre entwickelten W. B. Amos, J. G. White und Mitarbeiter in Cambridge das erste konfokale Beam-Scanning Mikroskop ("beam", engl. für Strahl, Lichtstrahl), bei dem das Präparat still stand und stattdessen der Beleuchtungspunkt bewegt wurde. Dadurch konnten vier Bilder pro Sekunde mit jeweils 512 Zeilen aufgenommen werden. Die Idee des Beam-Scannings wurde aus Flying-Spot-Mikroskopen übernommen. Eine zweite wichtige Neuentwicklung war eine stark vergrößerte Zwischenbildebene durch einen um ein bis zwei Meter verlängerten Strahlengang. Das erzeugte Zwischenbild war dadurch 80-mal größer als durch die Objektivvergrößerung, mit der Folge, dass für die Lochblende eine gewöhnliche Irisblende mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter eingesetzt werden konnte, im Gegensatz

Neuentwicklungen mit Nipkow-Scheibe.

Die vielen Spiegel und Prismen des Tandem-Scanners, die Anregungslochblenden und Detektionslochblenden im Strahlengang genau aufeinander abstimmen und zu justieren, ist schwierig; auch das Flattern der dünnen Nipkow-Scheibe führt zu Justierschwierigkeiten. Schon Egger und Petráň schlugen daher vor, Anregungs- und Detektionsstrahlengang durch dieselben Lochblenden zu führen („einseitige Nipkow-Scheibe“). Sie verwarfen diesen Ansatz jedoch, da die Reflexion des Anregungslichts an der Oberfläche der Scheibe nicht vom Detektionsstrahlengang zu trennen war. Albert Frosch und Hans Erdmann Korth bekamen 1975 ein US-Patent für IBM zugesprochen, in dem dieses Problem durch Schrägstellen der Nipkow-Scheibe angegangen wurde.  Diese Idee wurde mit weiteren Verbesserungen die Grundlage für ein 1988 von Gordon S. Kino und Guoqing

Ein Konfokalmikroskop (von "konfokal" oder "confocal", den gleichen Fokus habend) ist ein spezielles Lichtmikroskop. Im Gegensatz zur konventionellen Lichtmikroskopie wird nicht das gesamte Präparat beleuchtet, sondern zu jedem Zeitpunkt nur ein Bruchteil davon, in vielen Fällen nur ein kleiner Lichtfleck. Diese Beleuchtung wird Stück für Stück über das Präparat gerastert. Im Mikroskop entsteht also zu keinem Zeitpunkt ein vollständiges Bild. Die Lichtintensitäten des reflektierten oder durch Fluoreszenz abgegebenen Lichtes werden folglich "nacheinander" an allen Orten des abzubildenden Bereiches gemessen, so dass eine anschließende Konstruktion des Bildes möglich ist. Im Strahlengang des detektierten Lichts ist eine Lochblende angebracht, die Licht aus dem scharf abgebildeten Bereich durchlässt und Licht aus anderen Ebenen blockiert. Dadurch gelangt nur Licht aus einem kleinen Volumen um den Fokuspunkt zum Detektor, so dass optische Schnittbilder mit hohem Kontrast erzeugt werden, die fast nur Licht aus einer schmalen Schicht um die jeweilige Fokusebene enthalten.

Un microscope confocal, appelé plus rarement microscope monofocal, est un microscope optique qui a la propriété de réaliser des images de très faible profondeur de champ (environ ) appelées « sections optiques ». En positionnant le plan focal de l’objectif à différents niveaux de profondeur dans l’échantillon, il est possible de réaliser des séries d’images à partir desquelles on peut obtenir une représentation tridimensionnelle de l’objet. L'objet n'est donc pas directement observé par l'utilisateur ; celui-ci voit une image recomposée par ordinateur.


Symptome und Beschwerden.

Das Ausmaß der allergischen Reaktion kann interindividuell stark variieren. Nahrungsmittelallergien äußern sich in Reaktionen der Schleimhaut, zum Beispiel in Form von Schleimhautschwellungen im gesamten Mund-, Nasen- (allergische Rhinitis) und Rachenraum und Anschwellen der Zunge. Symptome im Magen-Darm-Bereich sind z. B. Übelkeit, Erbrechen, Blähungen und Durchfall. Nahrungsmittelallergien können aber auch zu Reaktionen der Atemwege mit Verengung der Bronchien (allergisches Asthma) und der Haut (atopisches Ekzem, Juckreiz und Nesselsucht) führen. Im Extremfall kann es zu einem lebensbedrohlichen anaphylaktischen Schock kommen.

Nahrungsmittelallergien im Säuglings- und Kleinkindalter.

Besonders Säuglinge und Kleinkinder mit Nahrungsmittelallergien können unter heftigem Erbrechen und Durchfällen leiden, was in weiterer Folge auch die normale Entwicklung (Größenwachstum, Gewichtszunahme) beeinträchtigen kann. Typische Nahrungsmittelallergien im Säuglings- und Kleinkindalter sind Allergien gegen Milch, Eier, Fleisch, Fisch, Nüsse und in zunehmendem Ausmaß Soja. Bei starken Sensibilisierungen kommt es auch zu allergischen Reaktionen auf die Muttermilch, die alle Allergene derjenigen Nahrungsmittel enthalten kann, welche die Mutter zu sich nimmt.  Laut einer Studie werden Nahrungsmittelallergene wie beispielsweise Milchbestandteile, Haselnüsse, Meeresfrüchte, Ovalbumin oder Fischallergene in vitro durch Simulierung der sauren Magenverdauung mit Pepsin innerhalb von wenigen Minuten komplett verdaut, bei pH-Wert-Anhebung allerdings nicht. Daraus folgerten die Forscherinnen, dass Nahrungsmittelallergieprobleme mit einem erhöhten pH-Milieu des Magens in Zusammenhang stehen könnten. Säuglinge hätten erst am Ende des zweiten Lebensjahres Magensäurewerte wie Erwachsene. Auch Personen mit verminderter Magensäuresekretion oder nach Einnahme von Antazida, Sucralfat, H-Rezeptor-Blockern oder Protonenpumpeninhibitoren haben erhöhte pH-Werte im Magen.  Die optimale Ernährung für Neugeborene ist das ausschließliche Stillen während mindestens der ersten vier Lebensmonate, wobei zu beachten ist, dass Kuhmilch-Allergene und Ei-Allergene [und andere?] über die Muttermilch übertragen werden und die stillende Mutter dann auch diese Risiko-Nahrungsmittel vermeiden sollte. Spätestens ab dem sechsten Lebensmonat sollte mit der Zufütterung begonnen werden. Für die Ernährung von Säuglingen und Kleinkindern, die entweder nicht gestillt werden können und ein erhöhtes Allergie-Risiko haben oder die unter Nahrungsmittelallergien leiden, gibt es eine Reihe von Spezialprodukten. Hypoallergene Formula Nahrung (oder HA-Nahrung) besteht aus stark hydrolysierten Molken- oder Vollmilchproteinen. Hier liegen sämtliche Proteine nur noch in sehr kleinen Bruchstücken vor, die von IgE-Antikörpern nicht mehr erkannt werden können und somit auch keine allergischen Reaktionen mehr auslösen können. Ein Nachteil von hydrolysierten Babynahrungen ist ihr sehr bitterer Geschmack. Die Möglichkeit, Kuhmilch zu vermeiden, bietet Babynahrung auf Basis von Soja-Proteinen oder auf Basis von Reis-Proteinen. Nahrungen auf Soja-Basis sind jedoch ebenfalls sehr allergisierend und enthalten zusätzlich Phytosterole, die andere unerwünschte Wirkungen haben können. Nahrungen auf Soja-Basis sind deshalb für Säuglinge, insbesondere bei erhöhtem Allergie-Risiko, nicht empfehlenswert, 20–30 % der Säuglinge, die eine Kuhmilchallergie haben, haben gleichzeitig eine Sojamilchunverträglichkeit.  Die meisten Kinder „wachsen“ aus der Nahrungsmittelallergie bis zu ihrem 5. Lebensjahr heraus. Da diese Kinder aber offensichtlich eine Prädisposition für allergische Erkrankungen haben, kann es dann oft zu neuen Sensibilisierungen kommen, zum Beispiel gegen Pollenallergene, die sich dann auch in anderen Krankheitsformen (Asthma bronchiale, allergische Rhinitis) äußern können. Dieses Phänomen wird auch mit "allergic march" bezeichnet.

Nahrungsmittelallergien im Jugend- und Erwachsenenalter.

Nahrungsmittelallergien im Jugend- und Erwachsenenalter sind häufig keine genuinen Allergien im Sinne einer ursprünglichen Sensibilisierung gegen bestimmte Nahrungsmittel. Vielmehr handelt es sich um sekundäre Nahrungsmittelallergien infolge von Kreuzallergien, bei denen die ursprüngliche Sensibilisierung gegen zum Beispiel ein Inhalationsallergen gerichtet ist. Meist sind es hier das "oral allergy syndrome" (OAS) bei Birkenallergikern, bei denen eine Sensibilisierung gegen das Hauptallergen im Birkenpollen vorliegt. Aufgrund der Kreuzreaktivität der Antikörper mit einem ähnlichen Protein im Apfel, können bei Birkenpollenallergikern beim Verzehr von Äpfeln allergische Symptome – typischerweise an der Mundschleimhaut – auftreten. Als im Verhältnis zu anderen Sorten besonders häufig unverträglich sind die Sorten Braeburn, Gala, Golden Delicious, Granny Smith und Jonagold zu nennen.  Dennoch gibt es auch im Jugend- und Erwachsenenalter „echte“ Sensibilisierungen gegen Nahrungsmittel.  Besonders schwerwiegend ist die Erdnussallergie (lat. ""). Hier kann es besonders häufig durch Erdnussallergene zu heftigen allergischen Reaktionen und zum anaphylaktischen Schock kommen. Deshalb muss auf Lebensmitteln deklariert werden, wenn Erdnüsse enthalten sind. Es ist oft nicht auf den ersten Blick ersichtlich, ob ein Lebensmittel Erdnüsse bzw. Erdnussbutter enthält (Eiscremes, Dessertcremes, Müsli-Mischungen, Schoko-Riegel etc.).

Ursachen.

Zu unterscheiden ist die Lebensmittelallergie von Intoxikation und abnormen Reaktionen, die nicht immunologischer Natur sind, sogenannte Intoleranzreaktionen wie Pseudoallergien oder Enzymopathien. Die echte Lebensmittelallerigie (auch Lebensmittelhypersensitivität) beruht auf einer Antigen-Antikörper-Reaktion. Sie ist eine Überreaktion des Immunsystems gegen natürliche und harmlose Lebensmittelbestandteile. Auslöser sind Proteine oder Glykoproteine mit einem Molekulargewicht von 19 bis 90 kDa. Bei der Typ I Reaktion (auch Soforttyp-Reaktion) treten IgE auf. Es handelt sich um die "echte" Lebensmittelallergie. Antikörperabhängige zytotoxische Überempfindlichkeit sind allerge Reaktionen des Typ II. Bei Typ III (auch Immunkomplexreaktion) sind die Immunglobulinklasse G und M involviert. Mit dem Reaktionstyp IV wird die Kontaktallergie beschrieben, die auf der Ausbildung immunreaktiver Lymphozyten basiert.

Kreuzreaktionen.

Die Haselnussallergie tritt häufig in Kombination mit einer Allergie gegen Baumpollen (Heuschnupfen) auf. Grund hierfür kann das pflanzliche Panallergen Profilin sein, das sowohl in Haselpollen als auch Haselnussextrakten gefunden werden kann.

Verbreitung.

Bei Erwachsenen treten Nahrungsmittel-Allergien in etwa 1 bis 5 % der Fälle auf, bei Kindern etwas öfter mit etwa 5 bis 10 %. Nahrungsmittelintoleranzen kommen mit durchschnittlich etwa 30 % hingegen deutlich öfter vor. Allergien gegen Nüsse sind dabei sehr häufig. Dies hängt mit der Resistenz gegenüber der menschlichen Verdauung und der Thermostabilität einiger Speicherproteine zusammen.

Auslöser.

Grundsätzlich kann jedes Lebensmittel – bzw. dessen Inhaltsstoffe – allergen wirken, jedoch sind die allergischen Potenziale unterschiedlich.  Die EU-Richtlinie 2007/68/EG vom 27. November 2007 schreibt vor, dass folgende 14 Zutaten (und daraus gewonnene Erzeugnisse) als mögliche Auslöser von Lebensmittelallergien und -unverträglichkeiten auf verpackten Lebensmitteln angegeben werden müssen, da sie am häufigsten zu Reaktionen vom so genannten Soforttyp führen:

Kennzeichnung.

Seit dem Inkrafttreten der Lebensmittelinformationsverordnung müssen die oben aufgeführten allergenen Lebensmittel zwingend im Zutatenverzeichnis genannt werden, sobald sie als Zutat enthalten sind. Die kennzeichnungspflichtigen allergenen Zutaten müssen bei Ware in Fertigpackung im Zutatenverzeichnis durch einen Schriftsatz hervorgehoben werden, etwa durch die Schriftart, den Schriftstil oder die Hintergrundfarbe. Ist kein Zutatenverzeichnis vorgesehen, so muss die Angabe mit dem Wort „Enthält“ gemacht werden. Für ungewollte Kreuzkontamination existiert keine Regelung. Die Spurenkennzeichnung erfolgt im Sinne der Produkthaftung freiwillig durch den Lebensmittelunternehmer.  In der Gastronomie muss die Informationen über die allergenen Stoffe auf einer schriftlichen Dokumentation beruhen. Zudem muss stets ein geschulter Mitarbeiter mündliche Auskunft geben können. Des Weiteren können die Allergene auf der Speisekarte mittels Codes, Farben oder Piktogrammen gekennzeichnet werden.

Lebensmittelüberwachung.

Die behördliche Lebensmittelüberwachung kontrolliert die Kennzeichnung auf den Etiketten und führt bei begründetem Verdacht auch Laboranalysen durch. Mittels ELISA lassen sich allergene Proteine direkt nachweisen. Alternativ kann durch die PCR ein indirekter Nachweis der DNA erfolgen, aus der Proteine synthetisiert werden (Zentrales Dogma der Molekularbiologie). Die Interpretation der Ergebnisse durch Sachverständige ist erschwert, da verbindliche Schwellenwerte fehlen.

Chylomikronen als Antigen-Vehikel.

In einer Studie an Mäusen konnte erstmals gezeigt werden, dass die Resorption der unverdauten Nahrungsproteine hauptsächlich über den Chylomikronen-Transport geschieht, insbesondere wenn die Nahrung viel Triglyzeride enthält, wie z. B. bei Erdnüssen, Eiern und Milch. Zusätzlich besitzen Protein-Antigene entsprechende Emulgator-Eigenschaften, wodurch sie eine hohe Affinität zu Chylomikronen haben.

Diagnose.

Die einfachste und effektivste Methode ist das Führen eines Ernährungs- und Beschwerdentagebuches, mit dessen Hilfe der zeitliche Zusammenhang zwischen Aufnahme der potenziell unverträglichen Nahrungsmittels und den Symptomen aufgedeckt werden kann. Am besten geht man von einer Basisdiät mit einigen – vermutlich verträglichen – Lebensmitteln aus und erweitert die Ernährung alle paar Tage um ein weiteres Lebensmittel. Mit dieser Methode können andere, nicht-immunologische Nahrungsmittelreaktionen (z. B. Nahrungsmittel-Intoleranzen) zwar nicht abgegrenzt, aber doch erfasst werden.  Wird ein bestimmtes Lebensmittel als unverträglich bzw. allergen verdächtigt, sollte eine mehrwöchige "Ausschlussdiät" mit Nahrungsmittelkarenz sowie einer anschließenden "Provokationsdiät" erfolgen. Ausschlussdiät und Provokationsdiät werden für die einzelnen Lebensmittel jeweils nacheinander durchgeführt, z. B. Milch, Schalentiere etc. Eine andere empfohlene Methode ist eine Rotationsdiät, bei der potenziell allergieauslösende Lebensmittel in einem bestimmten Turnus gegessen werden.  Weitere ärztliche Diagnoseverfahren:  Es gibt Anbieter von nicht geeigneten Testverfahren zum Nachweis von angenommenen Nahrungsmittelallergien. Beispielsweise ist ein IgG-Test nicht generell zur Diagnose einer Nahrungsmittelallergie geeignet. Der IGeL-Monitor des MDS (Medizinischer Dienst des Spitzenverbandes Bund der Krankenkassen) bewertet die Immunglobulin G-Bestimmung zur Diagnose einer Nahrungsmittelallergie als „negativ“. Nach der Auswertung der wissenschaftlichen Literatur zeigten sich keine Hinweise auf einen Nutzen, da eine hohe Konzentration an IgG nicht mit Allergie-Symptomen einhergehe. Zudem sei für Allergien ein anderer Typ von Immunglobulinen verantwortlich. Gleichzeitig gebe es Hinweise auf erhebliche Schäden, falls der Test zu einer unnötigen Einschränkung der Ernährung oder im Extremfall sogar zu einer Mangelernährung führe. Allergologenverbände sowie das Deutsche Ärzteblatt sind diesbezüglich ebenfalls kritisch (siehe auch ALCAT-Test).

Vorbeugung.

Zur Vorbeugung von Lebensmittelallergien ist es sinnvoll, nicht zu oft und vor allem nicht täglich die gleichen Lebensmittel zu essen. Grundsätzlich ist bei Allergien der häufige Kontakt ein weitverbreiteter Auslöser. Zum Beispiel sollte nicht jeden Tag die gleiche Gemüsemischung in Salaten gegessen werden, weil hier viele potenziell allergieauslösende Stoffe zusammen aufgenommen werden.  Stillen ist eine gute vorbeugende Maßnahme. Kinder, die ausschließlich gestillt werden, leiden deutlich seltener an Nahrungsmittelallergien als Kinder, die nicht gestillt wurden.

Die Nahrungsmittelallergie oder Lebensmittelallergie ist eine besondere Form der Nahrungsmittelunverträglichkeit. Sie ist gekennzeichnet durch eine spezifische Überempfindlichkeit (Allergie) gegen bestimmte Stoffe, die in der Nahrung enthalten sind und mit ihr aufgenommen werden.

L'allergie alimentaire est une allergie consécutive à l'ingestion de molécules alimentaires habituellement inoffensives. Les manifestations allergiques sont : Les manifestations allergiques sont :


Etymologie.

Das Wort "Halo" stammt ursprünglich vom griechischen () "halos", das einen Lichtring um Sonne oder Mond oder auch die Sonnen- oder Mondscheibe selbst bezeichnete; weitere Bedeutungen des Wortes waren „Tenne“ bzw. „Dreschboden“ und „Scheibe“.  Das griechische Wort wurde als "halos" ins Lateinische übernommen, und dessen Akkusativ "halo" gelangte ins Deutsche und weitere Sprachen wie das Englische.

Äußere Voraussetzungen.

Damit Halos entstehen können, müssen die Eiskristalle möglichst regelmäßig gewachsen und durchsichtig klar sein. Meist bilden sie sich in großer Höhe von 8 bis 10 km und ihr Vorhandensein wird durch Cirruswolken angezeigt. Sie können sich aber im Winter auch in Polarschnee ("diamond dust"), Eisnebel oder in der Nähe von Schneekanonen bilden. Die Regelmäßigkeit der Eiskristalle wird durch möglichst langsames Wachstum der Kristalle verursacht, das eine möglichst langsame Sättigung der Luft mit Wasserdampf voraussetzt.  Wasser kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem. Dünne sechseckige Plättchen und kleine sechseckige Säulen sind die Eiskristallformen, die dabei am häufigsten vorkommen und hauptsächlich für die Bildung von Halos verantwortlich sind. Kleine Eiskristalle von wenigen Zehntel Millimeter können lange in der Luft schweben und nehmen dabei keine bevorzugte Orientierung in der Luft ein. Werden die Kristalle jedoch langsam größer, weisen sie eine entsprechend größere Sinkgeschwindigkeit auf und nehmen eine stabile Lage ein, verursacht durch symmetrische Wirbel an der der Fallrichtung abgewandten Seite. Dies ist in der Regel nur bei vertikaler Symmetrieachse möglich, weshalb die Kristalle durch ihre Form beim Fallen einen maximalen Luftwiderstand besitzen. Bei ruhiger Luft liegen somit die sechseckigen Plättchen dabei horizontal, ebenso wie die Längsachse der Säulen.  Das Sonnenlicht wird beim Eindringen in solche Eiskristalle gebrochen und tritt in Abhängigkeit von der Orientierung der Kristalle und dem Einfallswinkel des Lichts nach (mehrfacher) Reflexion im Inneren der Kristalle wieder aus. Beim Austritt wird es ein weiteres Mal gebrochen. Die Lichtbrechung ist dabei für die sichtbare Aufspaltung der Farben des Lichts verantwortlich. Die direkte Spiegelung des Lichts an den äußeren Kristallflächen spielt bei Haloerscheinungen eine untergeordnete Rolle.  Auch um den Mond lassen sich Haloeffekte beobachten. Allerdings ist das menschliche Auge bei geringer Lichtintensität kaum in der Lage, Farben wahrzunehmen, weshalb die schwächeren Mond-Halos weiß erscheinen. Halos lassen sich unter obigen Bedingungen um nahezu jede stärkere Lichtquelle beobachten.  Darüber hinaus können sich auch auf schneebedeckten Flächen Eiskristalle bilden, die bestimmte Arten von Halos hervorrufen.

Arten von Halos.

Die Grafik oben zeigt die Lage von Haloerscheinungen am Himmel bei einem Sonnenstand von 25° Höhe. Die Darstellung ist nicht vollständig.  Sind gleichzeitig verschiedene Formen von Eiskristallen vorhanden, so können auch unterschiedliche Haloeffekte zusammen auftreten. Halos sind auch in Mitteleuropa recht häufig zu sehen, sogar häufiger als Regenbögen. Leider sind sie nicht so farbenprächtig wie diese, und die meisten stehen in Richtung zur Sonne, wodurch sie weniger auffällig sind und leicht durch das Sonnenlicht überstrahlt werden.  Neben den oben genannten Arten gibt es noch einige seltener auftretende Haloarten, unter anderem die Trickers Gegensonnenbogen, den 9°-Ring, den Moilanenbogen und die Gegensonne.

Klassifizierung des Arbeitskreises Meteore e. V..

Der Arbeitskreis Meteore e. V. hat eine Klassifizierung zur Bestimmung der einzelnen Haloarten entwickelt, den sog. Haloschlüssel. Im Haloschlüssel werden alle bekannten Haloarten, aber auch nicht geklärte Erscheinungen, erfasst.

Physikalische Grundlagen des 22°-Rings.

Eiskristalle kristallisieren im hexagonalen Kristallsystem. Licht, das diese Kristalle durchläuft, wird dementsprechend so gebrochen, als durchliefe es ein hexagonales Prisma. Lichtstrahlen, die zwei Oberflächen dieser Eiskristalle passieren, die um 60° zueinander gekippt sind, werden im Winkel von etwa 22° bis 46° gebrochen. In genau diesem Winkel zwischen dem primären Leuchtobjekt und Betrachter wird der Halo wahrnehmbar. Er ist, wie auch der Regenbogen und andere Brechungseffekte, sowohl von der Position des Leuchtobjekts als auch der des Betrachters abhängig.  Sichtbares Licht hat am hexagonalen Prisma ein Minimum der Ablenkung zwischen 21,7° (rot, 656 nm) und 22,5° (violett, 400 nm). Kein sichtbares Licht wird in kleineren Winkeln gebrochen, so dass der Eindruck eines leeren Raums zwischen Leuchtobjekt und Halo entsteht. Die meisten Lichtstrahlen, die zum Betrachter gelangen, werden in Winkeln nahe beim Minimum der Ablenkung gebrochen, wodurch die Wahrnehmung eines hellen inneren Rands entsteht. Ein- und Austrittswinkel sind nicht linear miteinander verknüpft. Mit jedem Grad, den der Eintrittswinkel vom Optimum entfernt ist, wird das Licht stärker gebrochen. Deswegen verblasst der Halo nach außen.  Aufgrund der unterschiedlichen Brechung der Spektralfarben schimmert der Innenrand eines 22°-Ringes häufig rötlich. Nebensonnen entstehen auf die gleiche Weise.

Physikalische Grundlagen des 46°-Rings.

Diese Art Halo entsteht, wenn die Lichtstrahlen entlang zweier Oberflächen des hexagonalen Prismas gebrochen werden, die rechtwinklig zueinander stehen. Dies ist der Fall, wenn ein Lichtstrahl eine Seitenfläche und die Ober- oder Unterseite des Kristalls durchläuft. Das Minimum der Ablenkung in diesem Strahlengang ist 46°, weshalb der Ring genau hier am hellsten ist.  Die Lichtstrahlen müssen in einem engen Winkel auf die Kristalle treffen, damit sie entsprechend gebrochen werden, ansonsten werden sie in Richtungen weg vom Beobachter reflektiert. Aus diesem Grunde erscheinen sie schwächer. Außerdem wird das Licht stärker dispergiert, so dass die Halos bunter sind.  Zirkumzenitalbögen entstehen auf die gleiche Weise.

Künstliche Halos.

Die natürlichen atmosphärischen Lichterscheinungen können auch auf künstliche Weise erzeugt bzw. experimentell demonstriert werden. Zum einen können Computer-Experimente, also Simulationen von Halos durch Raytracing erstellt werden. Andererseits können auch chemische Reaktionen und mechanische Ansätze verfolgt werden. In letzterem Falle rotiert man dafür einen einzelnen Kristall (typischerweise aus Acrylglas, Glas oder Eis) um die entsprechende(n) Achse(n). Eine weitere Variante besteht in der Betrachtung äquivalenter Brechungsgeometrien.

Ansatz 1: Analoge Brechungen.

Dieser Ansatz eignet sich lediglich zur experimentellen Demonstration einiger weniger Halo-Arten. Darunter fallen jedoch die auf andere Art nur schwer realisierbaren Zirkumzenitalbögen und Zirkumhorizontalbögen, sowie Parrybögen. Die Idee hierfür beruht auf der Tatsache, dass die relevante Brechung durch ein hexagonales Prisma im Mittel (über alle Orientierungen bezüglich der senkrechten Achse) derjenigen entspricht, welche paralleles Licht beim Einfall auf einen Zylinder aus Wasser erfährt. Dabei ist der Brechungsindex von Wasser sehr nahe demjenigen von Eis. Ein Parrybogen lässt sich durch Lichtbrechung durch ein Cocktail-Glas (in Gestalt eines Martini-Glases) realisieren. Das Wasserglas-Experiment ist seit wenigstens 1920 bekannt, wird jedoch vielfach fälschlicherweise mit dem Regenbogen in Verbindung gebracht.

Ansatz 2: Chemische Reaktionen.

Die ersten künstlichen Halos wurden entsprechend einem Vorschlag von Brewster um das Jahre 1889 von A. Cornu studiert. Die Idee hierbei ist die Erzeugung regulärer Kristallpopulationen durch das Ausfällen von Salzen aus einer Lösung. Die unzähligen Kristalle in der Lösung erzeugen dann unter dem Einfall von parallelem Licht entsprechende Halos. Die genaue Erscheinung hängt dabei von der Geometrie der erzeugten Kristalle ab und ist häufig in Lösung ringförmig. Auf Youtube sind einige Videos hierzu zu finden. Aber auch Parrybögen wurden auf diese Art schon im Labor erzeugt.

Ansatz 3: Mechanische Orientierungsrealisationen.

Eine Achse.

Die ersten Experimente durch Rotation eines einzigen Kristalls werden Auguste Bravais um das Jahr 1847 zugeschrieben. Bravais benutzte dabei ein gleichseitiges Dreiecksprisma aus Glas welches er um die vertikale Achse drehte. Unter Beleuchtung erzeugte dies den wohl ersten künstlich erzeugten Horizontalbogen mit vielen seiner eingebetteten Nebensonnen. Ähnlich benutzte A. Wegener rotierende hexagonale Kristalle um die unteren Nebensonnen zu erzeugen. Die Benutzung von hexagonalen Kristallen erlaubt dabei die Untersuchung von einer Vielzahl von Nebensonnen (120°, 22°, 90°, 90° (2ter Ordnung), eine Serie von scharfen Maxima, cyan blaue Flecken). Kommerziell erhältliche Lichtleiterstäbe mit hexagonalem Querschnitt können für solche Experimente genutzt werden. Einfache Experimente mit rotierenden Prismen können als Demonstrationsexperimente im Unterricht dienen und klassische Experimente zum Regenbogen ergänzen / ersetzen. Auch Parrybögen können auf diese Art erzeugt werden.  Schon vor A. Bravais hat der italienische Wissenschaftler F. Venturi mit wassergefüllten zugespitzten Prismen experimentiert, im Besonderen um den Zirkumzenitalbogen zu erklären. Seine Erklärung stellte sich später jedoch als falsch heraus und wurde durch Bravais' Erklärung ersetzt.  Künstliche Eis-Kristalle können ebenfalls benutzt werden um Halos zu erzeugen die mit Glas-Kristallen nicht realisierbar sind. So wurde beispielsweise der Zirkumzenitalbogen mit einem künstlich hergestellten makroskopischen Eiskristall erzeugt. Einige wenige andere Materialien haben ebenfalls einen Brechungsindex nahe demjenigen von Eis, zum Beispiel Natriumfluorid.

Zwei Achsen.

Um künstliche Tangential-Halos oder Lowitz Halos zu erzeugen muss man einen Kristall um zwei Achsen gleichzeitig drehen. Der mechanische Aufwand für derartige Experimente ist damit etwas größer. Die erste solche Halo-Maschine wurde 2003 gebaut, und einige weitere folgten. Setzt man eine solche Halomaschine in einen Kugelprojektionsschirm, so entsteht nach dem Prinzip der "sky transform" eine verzerrungsfreie nahezu perfekte Analogie zum natürlichen Phänomen am Himmel. Überlagert man viele solcher Halo-Projektionen, so kann man komplexe Halo Erscheinungen künstlich erzeugen.

Drei Achsen.

Die Realisation von mechanisch erzeugten kreisrunden (Ring-)Halos erfordert besondere Tricks, da hier eine simultane Rotation eines Kristalls um drei Raumachsen nötig ist ohne dabei den Strahlengang zu blockieren. Im Ansatz über chemische Reaktionen hingegen sind die runden Halos die einfachsten. Die mechanische 3D-Reorientierung zur Erzeugung künstlicher Ring-Halos wurde auf zwei Arten bewerkstelligt: Zum einen durch ein ausgefeiltes und kompliziertes mechanisches Gerüst, und zum anderen mithilfe einer auf Arduino-Technologie basierenden Random walk Maschine welche einen in eine dünnwandige Hohlkugel eingebetteten Kristall dreht.

Veränderliche Halos.

Gelegentlich werden sich schnell verändernde Halos in der Nähe von Gewitterwolken, meist direkt im Eisschirm von Cumulonimbuswolken beobachtet. Diese Eiswolken entstehen durch den raschen Aufstieg warmer feuchter Luft bis an die Tropopause. Kurz davor kühlt die Luft unter den Gefrierpunkt ab und bildet den klassischen Eisschirm der Wolke. Die dabei entstehenden Eispartikel können durch das starke elektromagnetische Feld der Gewitterwolke ebenfalls regelmäßig angeordnet werden und Halo-Effekte durch das einfallende Sonnenlicht erzeugen. Wechselt das elektromagnetische Feld der Wolke durch einen Blitz, orientieren sich die Partikel spontan um, was zu schnellen und teils spektakulären Bewegungsmustern der Halo-Erscheinungen führt.  Die Lichterscheinungen werden aufgrund ihres Entstehungsortes am oberen Rand der Gewitterwolken auch "Crown Flashes" („Kronenblitze“) oder "Jumping Sundogs" genannt.

Halo (Singular "der Halo"; Plural "Halos" oder "Halonen") ist ein Sammelbegriff für Lichteffekte der atmosphärischen Optik, die durch Reflexion und Brechung von Licht an Eiskristallen entstehen.

Un halo est un groupe de photométéores apparaissant, à certaines conditions, dans le ciel autour du Soleil ou de la Lune et parfois autour de sources de lumière suffisamment puissantes comme certains lampadaires. Ils ont la forme d'anneaux, d'arcs, de colonnes ou de foyers lumineux et sont engendrés par la réfraction ou la réflexion de la lumière par des cristaux de glace en suspension dans l'atmosphère (nuages cirriformes, poudrin de glace, etc.).


Vor- und Nachteile.

Ein Vorteil gegenüber dem ebenfalls häufig eingesetzten CO-Laser besteht darin, dass sich der Laserstrahl aufgrund seiner geringeren Wellenlänge durch ein Glasfaserkabel leiten lässt.  Die Strahlung dieser Laser oder deren Streustrahlung ist bei Leistungen ab Laserklasse 3R gefährlich für das Auge und die Haut. Im Auge schädigt sie weniger die Linse, sondern mehr die Netzhaut. Die Schädigung wird vom Geschädigten nicht oder erst später (Haut) bemerkt, da die Strahlung weit in menschliches Gewebe eindringt und keine thermischen oder optischen Reizreaktionen hervorruft.  Es ist mit diesem Laser möglich, hohe Leistungen (bis zu 10 kW in Serienlasern) zu erreichen. Es ist sowohl kontinuierlicher (CW, für engl. "continuous wave"), als auch ein gepulster Betrieb möglich. Pulsbetrieb wird entweder durch gepulstes Pumpen (Blitzlampen), Güteschaltung oder Modenkopplung erzielt. Mit Güteschaltung werden Spitzenleistungen von einigen hundert Megawatt erreicht. Die Anregung der Neodym-Ionen erfolgt entweder mit Gasentladungslampen (Blitz- bzw. Bogenlampen mit Xenon- oder Krypton-Füllung) oder mit Laserdioden bei einer Wellenlänge von 808 nm. Die mittlere Lebensdauer der angeregten Elektronen der Neodym-Ionen beträgt um 230 μs. Aufgrund dieser relativ langen Zeit ist es möglich, Energie im Kristall zu speichern, die dann in einem kurzen Puls (10 bis 100 ns) abgerufen werden kann (Güteschaltung).  Bei lampengepumpten Systemen liegt der Wirkungsgrad bei ca. 3 bis 5 Prozent, da nur ein kleiner Teil des Strahlungsspektrums innerhalb der Pumpniveaus liegt. Beispielsweise erfordert ein Laser mit 3 kW optischer Leistung ca. 60 kW Eingangsleistung, davon müssen 57 kW als Wärme abgeführt werden. Durch Anregung mit Diodenlasern (Wellenlänge 808 nm) lassen sich Pumpeffizienz und Strahlqualität wesentlich steigern und die Gesamteffizienz steigt auf ca. 25 bis 50 %, wobei in diesem Fall die physikalisch mögliche optische Effizienz bei maximal 76 % liegt. Damit liegt die maximal mögliche Effizienz z. B. unter der von n mit einer Maximaleffizienz von etwa 89 %.

Anwendungen.

Bohren, schweißen, schneiden.

Ursprünglich waren Nd:YAG-Laser nur für Mikrobohrungen, zum Präzisionsschneiden dünner Bleche und zum Schweißen einzelner Punktverbindungen im Einsatz. Inzwischen hat sich aufgrund der gestiegenen Effizienz und Strahlqualität bei hohen Leistungen auch das Schneiden dickerer Bleche sowie das Schweißen als Konkurrenz zum weiterhin häufig eingesetzten Kohlendioxid-Laser durchgesetzt. Hier kommt zum Tragen, dass der Strahl in eine Glasfaser eingekoppelt werden kann und so auch einfach Schweißroboter ausgestattet werden können. Diese tragen dann eine 1D-, 2D- oder 3D-Optik.

Werkstoffprüfung.

Eine weitere Anwendung der Nd:YAG-Laser ist die zerstörungsfreie akustische Werkstoffprüfung mit Ultraschall an heißen oder bewegten Teilen. Hier wird mit Hilfe des photoakustischen Effekts Ultraschall erzeugt. Die schockartige Erwärmung durch einen Laserlichtimpuls führt zu thermoelastischen Effekten, die ein breites Spektrum von Ultraschallwellen anregen.  Zunehmende Bedeutung gewinnt der Nd:YAG Laser in der Raman-Spektroskopie.

Markieren/Kennzeichnen.

Im gütegeschalteten Betrieb eignet sich der Nd:YAG-Laser aufgrund seiner hohen Spitzenleistung zum Kennzeichnen sehr vieler Materialien. Oft wird er hierzu mit einem Spiegelscanner geführt. Die dauerhafte Lasergravur von Werkzeugen, Bauteilen und Geräten hat im Zuge der Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit der Erzeugnisse an Bedeutung gewonnen. Kunststoffe können spezielle Pigmente enthalten, die beim Lasermarkieren einen gut sichtbaren Farbumschlag bewirken (z. B. Computertastaturen).  Eine spezielle Markieranwendung ist die Glasinnengravur. Mit einem diodengepumpten Nd:YAG-Laser, sowohl in den Wellenlängen 1064 nm als auch – durch Frequenzverdopplung – 532 nm, lassen sich im gepulsten Betrieb bei einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von ca. 1...2 Watt zweidimensionale wie auch dreidimensionale Strukturen im Inneren von transparenten Materialien (z. B. Glas) erzeugen. Da Glas für die Laserwellenlänge transparent ist, kann ausschließlich mit gütegeschalteten Lasern gearbeitet werden – die Impulsleistung wird dadurch derart hoch, dass die Zerstörschwelle des Glases im Fokuspunkt überschritten werden kann.  Daneben gewinnt der Nd:YAG-Laser zunehmend auch in der Elektrotechnik an Bedeutung. Bei dem noch relativ jungen MID-Verfahren, bei dem ein spritzgegossenes, dreidimensionales Kunststoffteil gleichzeitig auch elektronischer Schaltungsträger ist – Leiterplatten werden bei dieser Technologie überflüssig –, wird der Laser zur Leiterbahnaktivierung sowie auch bei der ablativen Kupferstrukturierung eingesetzt.

Medizin.

Auch in der Medizin werden Nd:YAG-Laser bei der Behandlung von Hämangiomen (Blutschwämme) eingesetzt, da ihre Wellenlänge vom roten Hämangiomgewebe gut absorbiert wird und nur schlecht vom Wasser, das ein wesentlicher Bestandteil der umliegenden Gewebe ist.  In der Augenheilkunde findet er Anwendung, um die Regenbogenhaut zu perforieren (Iridotomie) im Rahmen einer Glaukomerkrankung oder zur Entfernung eines Nachstars (YAG-Laser-Kapsulotomie). Mittels Frequenzverdopplung kann er einen Argonlaser ersetzen und zur Therapie von Netzhauterkrankungen oder zur Verbesserung des Wasserabflusses beim Glaukom (Lasertrabekuloplastik) eingesetzt werden.  Der Nd:YAG-Laser wird in der Metastasenchirurgie, z. B. bei der Resektion von Lungenmetastasen, verwendet. Weiter verbreitet in der Medizin und Zahnheilkunde sind jedoch – diese arbeiten bei der durch wasserhaltiges Gewebe stark absorbierten Wellenlänge von 2,8 μm und können im gütegeschalteten Betrieb zum Gewebeabtrag verwendet werden, ohne dass benachbartes Gewebe thermisch geschädigt wird.  Des Weiteren wird der Nd:YAG Laser für die Zertrümmerung von Nierensteinen verwendet. Für diese medizinische Laseranwendung hat sich seit Mitte der 1990er Jahre auch der Holmium-Laser (siehe unten) etabliert.

Weitere Anwendungen.

Auch in der Forschung wird der Nd:YAG-Laser häufig eingesetzt. Er kann gut frequenzverdoppelt werden (es entsteht die gut sichtbare Wellenlänge 532 nm) und kann bei Laserprojektoren und zu Show-Zwecken teilweise als Ersatz für den Argon-Ionen-Laser dienen. Auch grüne Laserpointer sind häufig frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser. Die Frequenzverdoppelung (532 nm) oder -verdreifachung (355 nm) durch nichtlineare Kristalle im Anschluss an den Laserresonator ist eine effiziente Methode, Laserstrahlung kürzerer Wellenlängen zu erzeugen, wodurch sich vielfältige Anwendungen ergeben, bei denen die Absorption der ursprünglichen Wellenlänge von 1064 nm nicht gegeben ist.  In der optischen Strömungsmesstechnik haben sich aufgrund ihrer hohen Leistungsausbeute und der sehr guten Strahlqualität blitzlampen- oder diodengepumpte, gepulste, frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser bei der sogenannten Particle Image Velocimetry durchgesetzt.  Darüber hinaus kommen Nd:YAG-Laser bei der Entfernung von Tätowierungen zum Einsatz.  Militärisch werden u. a. Nd:YAG-Laser – sogenannte „Dazzler“ – als Blendwaffe eingesetzt. Der Leopard 2-Kampfpanzer und der Flugabwehrkanonenpanzer Gepard verwendet den Nd:YAG für elektrooptische Entfernungsmessung.

Funktionsweise.

Durch das Zuführen von Energie/Licht werden die Elektronen innerhalb eines Atoms auf verschiedene Energieniveaus angeregt. Der Übergang auf ein niedrigeres Energieniveau wird durch das Aussenden von Licht charakterisiert (Bsp.: Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1064 nm). Wird Licht auf den Nd:YAG-Kristall gesendet, spricht man vom Pumpen. Dabei werden die Neodym-Atome angeregt. Das verwendete Licht stammt aus einer Gasentladungsröhre oder einem Diodenlaser.

Andere Dotanden.

Yttrium-Aluminium-Granat kann für Laserzwecke auch mit zahlreichen anderen Ionen dotiert werden, z. B. findet Ytterbium im Yb:YAG-Laser Verwendung, wobei der Vorteil die höhere maximale Dotierung ist und damit eine höhere Energiedichte und kleinere Scheibendicke. Die Wellenlänge, mit der Yb:YAG-Laser emittieren, beträgt 1030 nm.  Weit verbreitet ist auch der Holmium-Laser, der vollständig als Chrom-Thulium-Holmium-YAG-Laser bezeichnet werden muss. Das Laser-Ion ist das dreiwertige Holmium-Ion, während Chrom und Thulium der Absorption und des Transfers der Blitzlampenanregung zu den Holmium-Ionen dienen. Die Emissionswellenlänge des Holmium-Lasers beträgt 2123 nm.  Der Nd:Cr:YAG-Laser oder Nd/Cr:YAG-Laser ist zusätzlich mit Chrom dotiert, um die Strahlung für seine Anregung in einem breiteren Wellenlängenbereich absorbieren zu können. Dadurch ist er gut für solargepumpte Laser geeignet. Dabei werden nur optische Konzentratoren (z. B. Hohlspiegel) verwendet, und man kann ganz auf den Umweg über die Photovoltaik verzichten.

Ein Nd:YAG-Laser (kurz für Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser; sprich: Neodym-YAG-Laser) ist ein Festkörperlaser, der als aktives Medium einen Neodym-dotierten YAG-Kristall verwendet und meist infrarote Strahlung mit der Wellenlänge 1064 nm emittiert. Weitere Übergänge existieren bei 946 nm, 1320 nm und 1444 nm.

Le laser Nd-YAG (acronyme du nom anglais : "neodymium-doped yttrium aluminium garnet") ou grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd:YAlO) est un cristal utilisé comme milieu amplificateur pour les lasers utilisant des milieux solides. Le dopant, du néodyme triplement ionisé, remplace de manière typique l'yttrium dans la matrice cristalline, les deux éléments ayant une taille similaire. Généralement, le cristal hôte est dopé avec environ 1 % en masse de néodyme.


Geschichte.

„Union“ bedeutet ursprünglich die Wiederherstellung der kirchlichen Einheit nach einer Kirchenspaltung, und zwar entweder als "Gesamtunion", das heißt unter voller Beseitigung der Trennung, oder als "Teilunion", somit allein mit einer einigungswilligen Partei.  Teils handelt es sich um urchristliche Gemeinschaften der ersten Stunde, teils um Diasporakirchen innerhalb dieser Kontinente, bis hin zu erst im 20. Jahrhundert entstandene Gemeinschaften. Die katholischen Ostkirchen, also romunierten Zweige entstanden zu einem kleinen Teil während der Kreuzzüge (ab dem 11. Jh.), zum anderen im Gefolge der katholischen Gegenreformation nach dem Konzil von Trient 1545–1563: Auf das Große Ost-West-Schisma (1054) folgten verschiedene Bemühungen, den Bruch zwischen der westlichen (römisch-katholischen) und der östlichen (griechisch-orthodoxen) Kirche im Rahmen einer Gesamtunion zu heilen, die jedoch sämtlich, zuletzt im Konzil von Florenz (Unionskonzil 1431–1445), ohne dauerhaften Erfolg blieben. Während der Zeit der Kreuzzüge kam es zu Gesamtunionen dauerhaft mit den Maroniten und zeitweise mit den Armeniern in Kilikien (Königreich Kleinarmenien). In der Folgezeit bemühte sich Rom weiterhin um Gesamtunionen, etwa durch Gewinnung des jeweiligen Kirchenoberhaupts, zum Beispiel eines Patriarchen, oder der Mehrheit des Episkopats einer Regionalkirche für den Katholizismus. Allerdings nahm sie nunmehr auch Teilunionen in Kauf oder führte solche gezielt herbei, jeweils um den Preis einer Spaltung der Mutterkirche. Dieses Verfahren wurde bis in das 20. Jahrhundert hinein angewandt. Erst nach dem Zweiten Vatikanum verzichtete der Vatikan offiziell auf den sogenannten Uniatismus gegenüber den Ostkirchen, insbesondere mit der Deklaration von Balamand.

Kennzeichen.

Von den meisten östlichen Kirchen haben sich so im Lauf der Jahrhunderte Teilkirchen abgespalten und mit Rom verbunden, unter Beibehaltung ihrer eigenen Liturgie und unter Anerkennung des päpstlichen Primats. Sie haben die volle Glaubens- und Sakramentengemeinschaft mit der römisch-katholischen Kirche aufgenommen, zugleich oder später jedoch die sakramentale Gemeinschaft mit ihrer vormaligen Kirche abgebrochen.  Die Zölibatsverpflichtung gilt (mit wenigen Ausnahmen) in diesen Kirchen – wie in den anderen Ostkirchen – nur für Bischöfe, Mönche und für bei der Diakonenweihe noch ledige Priesteramtsanwärter. Eine Heirat nach der Weihe ist ausgeschlossen, weil das „unauslöschliche Merkmal“ des sakramentalen Priestertums eine Eheschließung verhindert. Seit jeher können in den Ostgebieten bereits verheiratete Priesteramtsanwärter nach altem Recht die Weihe erhalten. Im Juni 2014 hat Papst Franziskus dieses Recht unierter ostkirchlicher Bischöfe zur Priesterweihe verheirateter Männer auf westliche Gebiete erweitert, soweit dort eine eigene ostkirchliche Hierarchie besteht. Dort wo es in Westgebieten ostkirchliche Ordinariate, aber keine zuständigen ostkirchlichen Bischöfe gibt, liegt nunmehr und erstmals die Vollmacht zur Weihe verheirateter Priesteramtskandidaten beim zuständigen römisch-katholischen Bischof.  Der Namensbestandteil "katholisch" deutet bei den meisten der im Folgenden aufgeführten Kirchen auf eine solche Union hin und grenzt im Gebiet der Ostkirchen die dortigen katholischen Kirchen von den meist wesentlich mitgliederstärkeren orthodoxen Kirchen ab, die parallel bestehen. Von diesen werden sie als ein Haupthindernis für die Ökumene angesehen (siehe Uniatismus). Der manchmal vorkommende Namensbestandteil "griechisch" weist in Abgrenzung zu "römisch(-katholisch)" auf die Ritusfamilie hin, der die betreffende Kirche angehört.  Einen Sonderfall bildet die maronitische Kirche, die seit 1182 zur Gänze mit Rom uniert ist, also kein orthodoxes oder altkatholisches Pendant hat. Die chaldäisch-katholische Kirche zählt inzwischen deutlich mehr Mitglieder als ihr autokephales (eigenständiges) Gegenüber, die Assyrische Kirche des Ostens. Unter den Thomaschristen steht der katholischen syro-malabarischen Kirche nur eine kleine Gruppe von Nichtkatholiken gleicher ostsyrischer Tradition gegenüber. Die italo-albanische Kirche ging nicht aus einer formellen Union hervor, sondern war seit ihrem Bestehen durchgängig mit Rom verbunden.

Asien und Afrika.

Die unierten Kirchen und Gemeinschaften im Orient, analog auch auf dem Balkan, und anderswo gingen aus anderen Unionsbewegungen hervor, die jeweils eigene historische Hintergründe haben (Türkengefahr, theologische oder kirchenpolitische Differenzen innerhalb der betroffenen Ostkirchen, europäischer Kolonialismus u. a.). In den meisten Fällen mit Ausnahme der Maroniten schloss sich nur eine Minderheit der orthodoxen Christen der Union an.

Östliches Europa.

Die größte heute bestehende mit Rom unierte Kirche ist die ukrainische griechisch-katholische Kirche in der Ukraine. Sie ging wie die unierten Gemeinschaften in Russland und Weißrussland aus der Kirchenunion von Brest im Jahr 1596 hervor. Zu dieser Union kam es, als weite Gebiete der genannten Staaten politisch zum katholischen Polen-Litauen gehörten.  Ihre Blütezeit hatte diese unierte Kirche auf dem Territorium des Russischen Reiches bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts. Seit 1839 wurden die in der Ukraine und der Belarus weit verbreiteten Unierten zum größten Teil mit der russisch-orthodoxen Kirche zwangsvereinigt.  In Polen, Weißrussland und der Ukraine werden dem Ritus entsprechend Kirchengebäude unierter Kirchen ebenso wie solche der autokephalen orthodoxen Kirchen "Cerkiew" genannt (; ), im Gegensatz zu "Kościół" (weißrussisch ; ukrainisch ), der Bezeichnung für Kirchengebäude des lateinischen Ritus.  Auf dem Gebiet des damaligen Österreich-Ungarn, vor allem in Galizien, in der Bukowina und Siebenbürgen, sowie in Teilen Oberungarns (Karpatenukraine) konnten sich die unierten Kirchen frei entfalten und haben zahlreiche Mitglieder und ein reiches kirchliches Leben gehabt. Dieser Zustand blieb in der Zwischenkriegszeit (1918–1939) erhalten, als Galizien zu Polen und die Karpato-Ukraine zur Tschechoslowakei gehörte. Die größte unierte Kirche dieses Raumes hatten die Ruthenen, wie die Ukrainer in der Habsburgermonarchie genannt wurden.  Als die vornehmlich ukrainisch besiedelten Gebiete im Karpatenbogen 1944/45 an die Sowjetunion fielen, setzte sofort eine scharfe Unterdrückung der unierten Katholiken ein. Ihre Bischöfe und Priester wurden verhaftet und das Kirchengut beschlagnahmt. Anschließend wurden die Unierten zwangsweise der russisch-orthodoxen Kirche unterstellt. Seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion ist die Ukrainische griechisch-katholische Kirche wieder unabhängig. Heute zählt diese unierte Kirche immer noch rund 5,2 Millionen Mitglieder in der Ukraine und in der weltweiten Diaspora. Ihr Oberhaupt ist der griechisch-katholische Großerzbischof von Kiew.  Die nach der Abtrennung Galiziens 1945 in den heutigen Grenzen Polens lebenden unierten Katholiken, die häufig aus ruthenischen oder ukrainischen Familien stammen, haben ihre eigenen griechisch-katholischen Bistümer.  Einer anderen Union, der von Uschhorod 1646, entstammt die Ruthenische griechisch-katholische Kirche in Transkarpatien (Eparchie Mukatschewe, südwestliche Ukraine), der Slowakei (Eparchie Prešov/Eperies und Exarchat Košice/Kaschau), Ungarns (Exarchat Miskolc) und in den USA (Byzantine Catholic Metropolia of Pittsburgh).  Die rumänisch-orthodoxe Kirche aus Siebenbürgen vereinte sich durch den Beschluss des Metropoliten Atanasie Anghel und der Provinzialsynode von 1698 mit Rom. Neben dem Bistum Alba Iulia-Făgăraş wurde 1777 ein neues uniertes Bistum in Oradea gegründet. Im Jahr 1853 wurden zwei weitere rumänisch-unierte Bistümer errichtet, das Bistum Gherla (das heutige Bistum Cluj-Gherla) und das Bistum Lugoj. Hinzu kam im 20. Jahrhundert das Bistum Maramureș, das 1930 mit dem Sitz in Baia Mare gegründet wurde. Die Rumänische griechisch-katholische Kirche wird seit 2005 durch einen Großerzbischof geleitet.

Diaspora.

Bei manchen der heute bestehenden mit Rom unierten Gemeinschaften verlagerte sich der Schwerpunkt in die Neue Welt. So hatte zum Beispiel die Ruthenische Kirche zwischenzeitlich nur noch in Amerika Bistümer. Von ihren Schwesterkirchen im ursprünglichen Siedlungsgebiet der Ruthenen war sie organisatorisch vollständig selbständig.

Teilkirchen.

Nach dem Annuario Pontificio gibt es 23 katholische Ostkirchen: Zudem gibt es die Ordinariate für die Gläubigen des östlichen Ritus, die jedoch zu keiner ostkirchlichen Hierarchie gehören, sondern direkt dem Heiligen Stuhl unterstehen.

Zur Frage der Lateinischen Kirche.

Zum Ostkirchentum rechnet man auch eine "lateinische Kirche", nämlich die Christen der römisch-katholischen Kirche in der arabischen Welt. Diese ist formal keine Ostkirche in dem Sinne, dass sie dem Ostkirchenrecht (CCEO) unterliegt, wird aber aus zwei Gründen dem Ostkirchentum zugeordnet: Historisch handelt es sich im Wesentlichen um die römischen Katholiken im ehemaligen Osmanischen Reich, die mit der formalen Wiedererrichtung des "Lateinischen Patriarchats an der Erzdiözese von Jerusalem" 1847 ein Zentrum bekamen. Zur lateinischen Kirche im Orient zählt man die Diözesen, die in der "Lateinischen Bischofskonferenz der arabischen Region" (CELRA) versammelt sind. Der Lateinische Patriarch in Jerusalem ist auch im "Rat der katholischen Patriarchen des Orients" (CPCO, gegründet 1990) vertreten.

Als katholische Ostkirchen (auch unierte Kirchen beziehungsweise mit Rom unierte Kirchen) werden die 23 Teilkirchen eigenen Rechts der römisch-katholischen Kirche bezeichnet, die in ostkirchlicher Tradition stehen. Durch ihre östlichen "(orientalischen)" Riten stehen sie in ihrer Tradition und hierarchischen Verfasstheit den orthodoxen und altorientalischen Ostkirchen nahe, erkennen aber den Jurisdiktionsprimat des Papstes als Bischof von Rom an und stehen untereinander sowie mit der lateinischen Kirche in Glaubens-, Gebets- und Sakramentengemeinschaft.

Les Églises catholiques orientales (ou parfois Églises uniates) sont la composante de rite oriental de l'Église catholique. Elles se caractérisent par le fait d'être en communion avec l'évêque de Rome (le pape), dont elles reconnaissent la primauté, et d'utiliser les rites liturgiques orientaux (copte, syriaque occidental, maronite, syriaque oriental, byzantin, arménien, guèze). Elles sont définies dans la terminologie catholique comme étant des Églises autonomes ou « Églises de droit propre », au sens juridique "sui iuris", et sont considérées comme étant pleinement l'Église catholique, au même titre que l'Église latine de rite latin.