Three-dimensional (3D) multicolor super-resolution imaging in the 50-100 nm range in fixed and living cells remains challenging. We extend the resolution of structured illumination microscopy (SIM) by an improved nonlinear iterative reconstruction algorithm that enables 3D multicolor imaging with improved spatiotemporal resolution at low illumination intensities. We demonstrate the performance of dual iterative SIM (diSIM) imaging cellular structures in fixed cells including synaptonemal complexes, clathrin coated pits and the actin cytoskeleton with lateral resolutions of 60-100 nm with standard fluorophores. Furthermore, we visualize dendritic spines in 70 micrometer thick brain slices with an axial resolution < 200 nm. Finally, we image dynamics of the endoplasmatic reticulum and microtubules in living cells with up to 255 frames/s.

Wer als Zellbiologe hätte sich nicht schon immer gewünscht, mit seinem Lichtmikroskop feinste Details in der Zelle aufzulösen? Denn die Struktur einer biologischen Einheit sagt viel über ihre Funktionsweise und Dynamik aus. Den Strich durch die Rechnung macht nicht die biologische Probe selbst, sondern ein physikalisches Gesetz, welches Ernst Abbe bereits 1873 formulierte [1]. Es besagt, dass die Auflösung eines Weitfeld Lichtmikroskops durch die Beugung fundamental begrenzt ist. Es gibt aber mittlerweile erfolgreiche Ansätze, das Mikroskop und die mikroskopische Abbildung so zu modifizieren, dass eine Auflösung jenseits des Abbeschen Gesetzes möglich wird. Eines dieser Verfahren ist die strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM; engl. „Structured Illumination Microscopy”︁).

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