設為首頁 | 添加收藏 |sitemap |百度地圖 |
貨真價實 坦誠無欺
新聞資訊

徠卡顯微鏡,超高分辨率顯微鏡和三維測量

2013-11-22  發布者:admin 

 光學成像裝置有一個有限的深度字段和衍射限製的分辨率。 首先處理場問題的深度與激光共聚焦顯微鏡衍射無限的分辨率已經可用了幾年,現在用超分辨率顯微鏡。 現已超分辨率顯微鏡領域的問題與解決深度。本地化超分辨率使用散光基Z-編碼。 STED超分辨率采用了一種混合相位掩模在橫向和軸向尺寸可調的超分辨率的概念

 

光學切片

經常被視為我 ​​們的感官中最令人印象深刻的視覺感知。 已作出了許多嚐試,保留光學印象-或提高他們增加樂趣。 光學成像器件有一個惱人的缺點,雖然成像銳利的範圍是有限的。 這種有限的範圍被稱為“景深”。 盡管AG亚游集团的眼睛具有相同的限製,AG亚游集团的大腦意味著巧妙地過濾尖銳部分的整體形象進入AG亚游集团的意識。 AG亚游集团認識到,最新的欺詐,如果AG亚游集团看一張照片和納悶為什麽有銳化地區。

在光學顯微鏡的景深相對比較淺,尤其是如果AG亚游集团的物鏡是記錄高分辨率圖像。還有一直嚐試增加的景深-擺脫鈍化貢獻。

解決了這個問題,在過去通過切片成相當薄的切片樣品-厚度小於景深。 這些樣品沒有表現出任何的重點貢獻。 但他們也沒有一個人試圖了解的對象的結構完整性。 重建一個三維視圖的對象,例如一個單元格或一個小的有機體,一個有切一個大係列的超薄切片,然後組合所記錄的圖像。 這個過程顯然是相當繁瑣,且切割往往會導致嚴重變形,阻礙正確的重建。

一個更好的方法就是所謂的“共聚焦顯微鏡”。 共聚焦顯微鏡刪除不屬於任何貢獻,景深的光學裝置,其最突出的部分是“針孔檢測”。 為了生成一個三維的重建,這是足以遞增的聚焦位置的焦點深度的一半左右,並通過適當的軟件,所記錄的圖像合並。 在過去的20年中,這種方法已經成為一個標準的程序在生物成像

第二種方法有異曲同工之妙的是多光子顯微鏡,在這裏,光學切片發生由非線性效應激發的熒光分子,隻有一薄層。

一個真正的共聚焦掃描顯微鏡(TCS)的光束路徑上。檢測針孔充當空間濾波器,隻允許光通過的焦平麵。例如實現在徠卡TCS SP8係統。
 1:共焦掃描顯微鏡的光路。 雖然光輻射從z方向中的所有層中,隻有一個單一的焦平麵轉移到檢測器。 從上麵和從下麵的焦平麵上的光有效地除去由針孔,作為空間濾波器。 OL,物鏡的鏡頭:BS,分束器,PH值,針孔。
 

更好的Z-分辨率:4PI

天然的限製,常規的顯微鏡是收集來自樣本的光的事實,隻從一側。 從一個單點,隻有一個半球體圖像重建做出貢獻。 此半球對應到2P的立體角。 如果有可能,操作上在試樣的兩側的兩個相對的透鏡,理論上的可覆蓋的立體角應便士,因此4PI顯微鏡。在實踐中,最大的一個可以覆蓋單個透鏡是約 1.3 p和4PI顯微鏡實際上是在2.5 p顯微鏡。 在4PI顯微鏡,樣品被夾在兩個蓋玻片之間,並且它必須是足夠薄以留出空間,用於聚焦。 因此,厚度超過50微米的樣品通常是不適合4PI顯微鏡。 從兩側的相幹照明創建一個密閉的強度,可以允許在軸向方向上的分辨率大約為100nm的層。 這是5-10倍,更好的比較在一個經典的共聚焦顯微鏡的軸向分辨率。 雖然的長期4PI顯微鏡建議增加了一倍的分辨率,橫向的表現並不顯著優於共聚焦顯微鏡。 這種儀器是第一款商用顯微鏡聚焦的光,提高成像

無限分辨率:STED

僅靠光學方法顯然並沒有導致顯著改善分辨率。 有標誌“表示,不隻是提高百分之幾的東西,但至少雙重的或更好的一個因素。斯特凡地獄的第一個概念被提出,1994年, 這個概念包括非光學物理現象,這是關鍵的區別較早期的嚐試。 在這裏,所采用的現象是“受激發射”,第一理論上所描述愛因斯坦,實際應用中的激光光源。 STED的概念,利用受激發射部分耗盡激發熒光發射前發生。 這對應於開關激發態的激發點擴散函數的區域中。 如果耗盡,可以隻發生在受衍射限製的激發點的邊界時,剩餘的發光麵積小,因此提高分辨率。 幸運的是,有一個簡單的方式照亮同等的邊界一個現貨衍射圖案:一個環形的重點。 這種集中產生到的照射光束的路徑中插入一個適當的相位板。 照明,然後通過適當的熒光激發波長為兩個方麵:第一,與普通的圓形“艾裏焦點”,然後,在適當波長光由一個環形的“枯竭焦點”。 排放,​​然後收集在任何其他的掃描光學顯微鏡像。 STED顯微鏡,因此“輕鬆”來自激光掃描共聚焦顯微鏡。 第一市售係統指定的分辨率下降到2007年的80納米。

另一種方法:GSD

一旦STED超分辨率已經證明了它的能力允許,具有更好的分辨率比純光電(衍射極限)成像,咒語被打破,它是安全的討論超越衍射極限分辨率的圖像。 第二個突出的方法是隨機情形性質。 的熒光發電機充分稀釋,以確保觀察點起源隻能從單個發射器的約束條件下,可以假設該點代表的點擴展函數。 然後,它是一個簡單的任務,找到該點擴散函數,它允許以非常高的精度進行本地化的發射極的中心。 為了重建一個完整的圖像,這是需要記錄的圖像,每個隻包含幾個分離的發射器 - 通往下一個連貫的圖像結構研究的一個大序列。 在這裏,一個開關,需要每幅圖像,以確保足夠稀疏的發射和沉默的發射器也恢複為後續的圖像是必要的,覆蓋整個結構。 早期建議使用切換熒光蛋白做任務。 然而,幾乎所有的熒光染料也產生開關行為暗狀態和背部的興奮狀態。 最有名的暗態三重態,這是由熒光隨機假設。 適當的強度照射時,大部分的熒光分子可以保持在一個黑暗的狀態,隻是偶爾的分子處於激發狀態駐留很短的一段。 在這段時間內,每平方尺被記錄下來,並準備隨後的超級解決本地化。 這種方法被稱為基態耗盡顯微鏡。基於這樣的理念,在2011年推出商業係統, 徠卡SR GSD

本地化的第三維

本地化顯微鏡提供了改進的橫向分辨率。 理論上,也可以本地化的所有點沿z軸的強度最大,但是,這將需要一個驚人的長采集時間。 此外,定位顯微鏡通常是基於TIRF技術,這是不聚焦到樣品上。 盡管如此,由TIRF範圍是一些為300nm,這將是感興趣的,可以在此範圍內的位置進行測量的發射極。 為了完成這個任務,被轉向的優勢:散光的光學像差。 透鏡往往會產生一個點源在沒有獲得焦點的棒狀結構。 即使當場在焦平麵上正確地重構,人們可以檢測焦平麵上方和下方的筆形的結構。 有趣的是,這些鉛筆與z軸旋轉。 在z解決的定位顯微鏡,散光引入故意由圓柱形透鏡插入。 的旋轉角度,然後測量每個本地化點,最後給出了精確度為約50 nm的z軸。 此方法適用於任何類型的定位,因此也與上述的接地狀態耗盡技術相結合。 這樣的文書近期推出商業版本

無限的分辨率在所有尺寸:STED 3D

最終物鏡是無限的分辨率,橫向和軸向場大小和工作距離沒有限製。 STED方法提供免費聚焦到樣品 - 至少在理論上。 有限的軸向分辨率的障礙是可以克服的消耗勵磁上麵的前部和後部的端部的點擴展函數的特殊相位掩模。 不幸的是,這樣的相位掩模的設計,並沒有允許在橫向方向上的零,同時進行。 ,以計算側向和軸向的同構的點擴展函數(這在本質上是球體),受激發射損耗的技術結合4PI技術。雖然這種方法效果很好,繁瑣4PI的隻是一個不平凡的技術結合顯微鏡是沒有準備好,以作為在生物醫學實驗室的日常工具。 即使是受過良好教育的設施和訓練有素的成像會質疑這樣的設備的最終利益。 一個更簡單的解決方案是結合橫向和軸向STED顯微鏡在3D模式。 在這裏,耗盡光束首先被由一個可調諧分束裝置。 一條腿配有一個旋渦的相位掩模(這是最好的設計提高橫向分辨率)。 改善軸向分辨率,被稱為“z軸環形”,是理想的相位掩模配備另一條腿。 重組創建的兩腳的點擴散函數,它的形狀是一個中空的球體(想象的果凍甜甜圈)。 這個空心球體除去激發態的激發點擴散函數在所有方向上的中心周圍。 由於側向和軸向耗盡的比例是可調的,設置可以進行優化,以實現無論是同構的分辨率,最小的檢測量,或最大橫向與軸向分辨率。 該技術是現在市售(徠卡TCS SP8 STED 3X )的標題畫麵(左)和共聚焦顯微鏡三維受激發射損耗(右)示出了比較。 組蛋白在HeLa細胞的細胞核染色。 水平部(上半部分)中的虛線表示的位置的輪廓部分中,這是在將顯示在下部。 注意三維STED在側向和軸向兩個方向上的分辨率的顯著改善。

光束路徑的Leica TCS SP8的STED 3X照明模塊。耗盡激光能量被分成兩個級分中,其比例是可以調整由一個可調諧分束器。由此產生的枯竭束在橫向和軸向方向可調分辨率的改善。
 2:STED 3X照明模塊的光路。 耗盡激光能量被分成兩個級分中,其比例是可以調整由一個可調諧的分離器(VS)。 一隻胳膊包含相位掩模(φxy),是專為衍射無限的橫向分辨率。 時,另一臂配用不同的相位掩模(φZ),允許在軸向方向上的超分辨率。 這兩種照明模式相結合,在合並(M)。 由此產生的枯竭束在橫向和軸向方向可調分辨率的改善。


滬公網安備 31011202003519號