大視場(chǎng)超分辨率高速成像的優(yōu)勢(shì)分析

研究人員開發(fā)了一種熒光顯微鏡，它使用結(jié)構(gòu)光照明，可以在大視場(chǎng)范圍內(nèi)快速超分辨率成像。這種新的顯微鏡被設(shè)計(jì)成同時(shí)以非常高分辨率成像多個(gè)活細(xì)胞，以研究各種藥物和藥物混合物對(duì)人體的影響。 ? 德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)的亨寧·奧特克拉斯說：“復(fù)方合劑通常是開給慢性病患者或老年人的多種藥物組合，這可能因相互作用導(dǎo)致危險(xiǎn)，并正在成為一個(gè)主要問題。我們開發(fā)了這種顯微鏡，作為EIC Pathfinder OpenProject DeLIVERy的一部分，該項(xiàng)目旨在開發(fā)一個(gè)平臺(tái)，可以調(diào)查單個(gè)患者的多重用藥情況?！?/p>

在《光學(xué)快報(bào)》雜志上，研究人員描述了他們的新型顯微鏡，該顯微鏡使用光纖傳輸激發(fā)光，以實(shí)現(xiàn)在非常大的視野范圍內(nèi)具有多色和高速能力的非常高的圖像質(zhì)量。他們表明，該儀器可用于肝細(xì)胞成像，視野可達(dá)150x 150μm2，成像速率可達(dá)44Hz，同時(shí)保持小于100nm的時(shí)空分辨率。

Ortkrass說：“有了這種新的顯微鏡，單個(gè)藥物組合可以在分離的細(xì)胞上進(jìn)行測(cè)試，然后用超分辨率成像來觀察細(xì)胞膜特征或細(xì)胞器的動(dòng)態(tài)。大視場(chǎng)可以提供有關(guān)細(xì)胞反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)信息，這可以用于改善個(gè)性化醫(yī)療保健。由于該系統(tǒng)的潛在小尺寸，它可能也適用于高分辨率很重要的臨床應(yīng)用。”

高分辨率、大視場(chǎng)

新的顯微鏡基于超分辨結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡(SR-SIM)，它使用結(jié)構(gòu)光模式來激發(fā)樣品中的熒光，并實(shí)現(xiàn)超越光衍射極限的空間分辨率。SR-SIM特別適用于活細(xì)胞成像，因?yàn)樗褂玫凸β始ぐl(fā)，不會(huì)傷害樣品，同時(shí)產(chǎn)生高度詳細(xì)的圖像。

為了實(shí)現(xiàn)寬視野下的高分辨率，新的顯微鏡從一組原始圖像中重建超分辨率圖像。這些原始圖像是通過使用一組六根光纖來獲得的，這些光纖以正弦條紋模式照射樣品，通過移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來獲得額外的信息。這創(chuàng)造了兩倍的分辨率改進(jìn)，同時(shí)仍然實(shí)現(xiàn)了快速成像，并與活細(xì)胞成像兼容。

Ortkrass說：“光纖選擇和相移是使用基于電流計(jì)鏡和MEMS鏡的新設(shè)計(jì)的光纖開關(guān)進(jìn)行的。我們還定制了一個(gè)六邊形支架，將六根光纖的光束對(duì)準(zhǔn)并重新聚焦到顯微鏡中，以照亮一個(gè)大的視場(chǎng)范圍，并允許對(duì)所有光束進(jìn)行精確調(diào)整。這使得該設(shè)置可以用于全內(nèi)部反射熒光激發(fā)(TIRF)-SIM，用于將熒光激發(fā)和檢測(cè)限制到樣品的薄區(qū)域。” ? ?

肝細(xì)胞成像

由于肝臟是參與藥物代謝的主要器官，研究人員使用固定的多色染色的老鼠肝細(xì)胞樣本測(cè)試了這一裝置。用新的顯微鏡產(chǎn)生的重建圖像允許可視化小于光的衍射極限的微小膜結(jié)構(gòu)。

研究人員使用新的顯微鏡設(shè)備對(duì)固定的染色肝細(xì)胞進(jìn)行成像，圖像顯示了細(xì)胞微小的膜結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)小于光的衍射極限。 Ortkrass說：“這個(gè)緊湊的系統(tǒng)獨(dú)特的結(jié)合了大視場(chǎng)和快速模式切換速度與多色、高效的激發(fā)。此外，該設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)非常高的圖像質(zhì)量，并可以調(diào)整以執(zhí)行2D-SIM或TIRF-SIM?！?下一步，研究人員計(jì)劃將該顯微鏡裝置應(yīng)用于肝細(xì)胞的活細(xì)胞研究，以觀察幾種藥物處理細(xì)胞的動(dòng)態(tài)。他們還計(jì)劃改進(jìn)圖像重建過程，以完成對(duì)獲取的原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)重建。

編輯：黃飛