In dieser Masterarbeit wird ein Mikroskopsystem für die Analyse von Doppellipidschichten auf Substraten (supported lipid bilayers, SLBs) präsentiert. Das System dient als Referenz für eine neue Mikroskopiemethode namens optische Nahfeldelektronenmikroskopie (ONEM). ONEM ist eine nichtinvasive Technik für die Bildgebung an Grenzflächen. Es sind keine Molekülmarkierungen notwendig. SLBs sind biologisch als Membranmodelle relevant und eignen sich aufgrund ihrer zweidimensionalen Struktur besonders als Untersuchungsprobe für ONEM. Das von uns konstruierte Mikroskopsystem kombiniert zwei Bildgebungstechniken, die sich gegenseitig ergänzen und mit zukünftigen Messungen in ONEM verglichen werden können. Die erste Methode - iScat-Mikroskopie (interferometric scattering) - beruht auf der Interferenz zwischen einem gestreuten Feld und einem Referenzfeld. iScat lässt sich gut mit ONEM vergleichen, da der Kontrast einer Probe bei beiden Methoden auf die gleiche Weise zustande kommt. iScat ist sehr sensitiv auf Kontraständerungen und benötigt keine Molekülmarker. Die zweite Methode ist die Fluoreszenzmikroskopie, insbesondere fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). Durch die Rückgewinnung des Fluoreszenzsignals nach der Photobleichung einer Probe können quantitative Rückschlüsse auf deren Diffusionseigenschaften gezogen werden. Durch die Kombination von FRAP mit iScat entsteht ein vielseitiges Instrument für die Analyse von dynamischen Vorgängen in Lipidmembranen. Diese Arbeit beschreibt das Design und die Konstruktion dieses Mikroskopsystems und seine Steuerungssoftware. Die Eigenschaften des Instruments werden klassifiziert und analysiert, die Algorithmen für die Datenanalyse werden vorgestellt. Ferner präsentieren wir die ersten Messergebnisse von SLBs, die mit diesem System aufgenommen wurden: Für iScat wurde eine relative Sensitivitätsgrenze von 3e-4 erreicht. Die Bildung von Lipidschichten wurde gleichzeitig mit iScat und mit Fluoreszenzmikroskopie in Echtzeit aufgenommen. Die Analyse von FRAP-Messungen resultierte in realistischen Werten für die Diffusionskoeffizienten der verwendeten Lipidmischungen.

This thesis presents a microscope system for the analysis of supported lipid bilayers (SLBs). The setup acts as a benchmarking scheme for the novel technique of optical near-field electron microscopy (ONEM). ONEM is a label free, non-invasive method for imaging processes at interfaces. SLBs are suited as exploratory samples for ONEM because of their two-dimensional structure and their biological relevance as model membranes. We designed and assembled a setup combining two complementary microscopy techniques, for comparison with future ONEM measurements of SLBs. The first of these techniques is interferometric scattering (iScat) microscopy. It is based on the interference of the electromagnetic field scattered by a nanoscopic sample with a plane reference field. iScat is a label-free approach and highly sensitive to small contrast changes. Therefore, it is ideally suited as a reference for ONEM, as the illumination light interacts with the sample in the same way. The second technique is fluorescence microscopy, specifically fluorescence recovery after photobleaching (FRAP). FRAP is a quantitative tool for the analysis of diffusion behaviour in liquids. Together with iScat, this creates a versatile setup for the analysis of SLB dynamics. This thesis describes the design and construction process of the optical setup and its control software. The microscope’s characteristics are classified and analysed, and algorithms for data analysis are introduced. Finally, initial results for lipid bilayer measurements with the presented setup are reported: For iScat imaging, a sensitivity noise floor of 3e-4 was achieved. Real-time SLB formation was imaged simultaneously in the iScat and fluorescence channel. FRAP analysis yielded realistic diffusion coefficients for the investigated lipid mixtures.