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与时俱进的高分辨率多波长天博综合体育中国官方网站

采用激光荧光技术的创新型扫描共聚焦平面激发(天博综合体育中国官方网站ape)显微镜
克服早期方法的局限性并提供广泛的生命科学用途。

综述

生命科学不同领域的研究人员对天博综合体育中国官方网站有着共同的需求

扫描共聚焦平面激发(scape)显微镜

图1:在天博综合体育中国官方网站ape中

进步与权衡

例如,,共聚焦显微分析无法在变频重复频率下以高分辨率对大xyz体积进行成像。此外

虽然双光子显微成像可显着减轻光损伤,但这种单点方法面临着同样的问题,即速度/分辨率/体积的权衡。最近开发的快速声光调制器(AOM)可以更快地扫描预先选择的小体积,但这种方法对于大体积或移动的生物体的用途有限。

传统光片照明显微镜可以同时对整个xy平面进行采样,但它需要横向取样(因此需要特殊准备)

哥伦比亚大学祖克曼大脑行为研究所(Zuckerman Mind Brain行为研究所)(纽约州纽约市)12019年报告了更新版本天博综合体育中国官方网站APE2.0,2,Leica Microsystems认识到其广泛的生命科学功用,现已获得该显微镜的天博综合体育中国官方网站许可。

天博综合体育中国官方网站ape的工作原理

hillman解释说:“我们推断,单点甚至多点扫描可能永远也无法实现真正天博综合体育中国官方网站速成像。即使我们可以获得所需的扫描速度

团队意识到,xy平面成平面成平面成45°的角度形成激发光片(见图1)。为了对来自这个倾斜平面的荧光进行成像

Scape 2.0(2)(2)有必要进行说明。通过中继捕获的荧光以天博综合体育中国官方网站第二个物镜在一个中间点形成实际倾斜图像,解决了倾斜平面成像(即光片与查看轴之间成一定角度)问题。然后通过第二个物镜捕获此图像,127°)布置,以将光片平面水平聚焦到相机上。

Spape 2.0的活动式校准镜

图2:活动式校准镜是天博综合体育中国官方网站APE2.0

相机上的最终图像是样品内的倾斜Y-Z平面,通常是矩形;由于光线对大多数组织的穿透力有限

通过天博综合体育中国官方网站多面镜来扫描光片

除了振镜外没有其他移动部件,因此,spape的整体速度仅受相机帧速率和信噪比(snr)的限制。根据具体实验,以10到100hz的频率扫描振镜,相当于前所未有的10-100体积/秒/秒(vps)。天博综合体育中国官方网站ape。

由于扫描的光片与图像查看轴Z由于扫描的光片与图像查看轴

数字激光调制

同时监测多个荧光团(包括功能指标和荧光蛋白)()可以将动力学行为(例如肌肉动作)coherent obis光泵浦半导体激光器(OPSL)提供多波长激发,轻松支持此类应用

Hillman指出,Opsl技术在这项工作中的几个创新优势。她注意到了各种可用波长和功率级。,几年前说,迄今为止

数字成像是OPSL激光器的另一个重要功能。由于opsl激光器能以高达25 kHz的速度打开和关闭,因此,激发波长可以在精确定时的连续帧上交替。通过天博综合体育中国官方网站实验室构建的图像分割器(由二向色滤光片和滤光镜组成)进行多波长检测

展示能力和范围

最近的两项合作研究说明了天博综合体育中国官方网站ape的能力和范围。

小生物体成像(包括整个身体、大脑和神经系统)是神经科学的一个趋势。 -hillman及其同事最近发表了一项研究,描述了他们对活果蝇幼虫中基因编码和钙敏感荧光蛋白的高速天博综合体育中国官方网站成像(见图3)。除了捕获幼虫在蠕动爬行过程中身体和神经系统的复杂动力学特征外,团队还跟踪了沿体壁分布的神经元在变形时的放电方式。

团队还天博综合体育中国官方网站型spape研究了活体啮齿动物脑皮层中神经元树突5和小鼠鼻内嗅感觉神经元6的动态放电过程,并对自由移动的整个秀丽隐杆线虫蠕虫进行了成像。此外,他们还制作了斑马鱼胚胎心脏跳动的戏剧性视频。2

通过研究斑马鱼胚胎心脏,可以深入了解脊椎动物的心脏发育,包括遗传和环境因素对结构和功能的影响。传统显微分析需要时间选通,在自然心率为2至4Hz的情况下,这不可避免地会遗漏诸如不规则心律失常等细节

由SCAPE2.0以10VPS的速率捕获的移动果蝇幼虫图像

图3:在由SCAPE2.0以10 VPS的速率捕获的这三幅移动果蝇幼虫图像中[3],用gfp标记了腹侧本体感受神经元,并天博综合体育中国官方网站488nm 激发进行了成像。颜色(从黄色到蓝色)表示从不同深度进入样品的信号。有关详细信息),请参见

以100VPS

图4:此三联图像取自以100vps Z的速率捕获的斑马鱼实时心跳视频。顶部面板显示Z投影,x x的速率捕获的斑马鱼实时心跳视频。顶部面板显示,心室开始被压缩,流出瓣打开,流出瓣打开,然后由心房充满。心脏壁的内皮细胞用egfp (绿色),(而红细胞用)标记,而红细胞用dsred (红色)标记。两个荧光团均用488nm 激光激发(在样品上的功率为0.6 mw 0.6 mw)(0.6 mw)((

总结

在整个生命科学领域,研究人员可以通过荧光显微分析手段在分子、细胞、器官和生物体水平将事件联系在一起。与时俱进地记录高分辨率多色(天博综合体育中国官方网站)图像的能力(4d显微分析

参考文献

参考文献

1。 M. B. Bouchard等人,NAT。光子学,9,2,113–119(2015)。

2。 V. Voleti等人,NAT。方法,16,10,1054–1062(2019)。

3。 C. Dunsby,选择。表达,16,25,20306–20316(2008)。

4。 R. Vaadia等人,Biorxiv,467274(2018)。

5。 E. M. Hillman等人,Curr。意见。 Neurobiol。,50,190–200(2018)。

6。 L. Xu等,天博综合体育中国官方网站ience,368,6487,eaaz5390(2020)。

 

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