Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Development of Real Volumetric Microscopy through Single Objective Light-Sheet Imaging System (SOLIS)

Alternativ tittel: Utvikling av ekte volumetrisk mikroskopi gjennom én-objektivs lys-ark system (SOLIS)

Tildelt: kr 8,0 mill.

I dette prosjektet utvikles en helt ny type optisk mikroskop som kombinerer de beste aspektene ved tradisjonell konfokal mikroskopi med lysarkmikroskopi. Konfokalmikroskopi er en av de mest brukte avbildningsmetodene innen biomedisin og er egnet til å visualisere strukturen til celler og vev i 3D-rom. Imidlertid er oppsamlingshastigheten veldig langsom ettersom i konfokalmikroskopi et enkelt punkt raster-samplet gjennom volumet av interesse. Videre fanges bare en brøkdel av det fluorescerende lyset som genereres inne i prøven opp av mikroskopets fotodetektor, noe som begrenser denne teknikkens anvendelse til levende prøver som bare tåler en begrenset mengde lyseksponering. Lysarkmikroskopi utmerker seg derimot i bildehastighet og lav lysdose, som begge er kritiske for studier av levende prøver. I lysarkmikroskopi belyses et tynt stykke av prøven om gangen, og den produserte fluorescensen avbildes av en andre linse, som er plassert i en rett vinkel på lysarket. Selv om dette arrangementet er svært effektivt når det gjelder å samle lys fra prøven, begrenser kravet om en andre linse tilgangen til bildevolumet og utelukker dermed bruken av standard prøveforberedelsesprotokoller. I dette prosjektet har vi utviklet en ny type mikroskopiteknikk, kalt SOLIS (scanned oblique lightsheet instant sectioning), som kombinerer oppløsningen og brukervennligheten til konfokalmikroskopi med hastigheten til lysarkmikroskopi. SOLIS krever kun en enkelt objektivlinse nær prøven. Takket være sin unike optiske design klarer SOLIS å overgå avbildningshastigheten til klassisk lysarkmikroskopi, ettersom den i hovedsak registrerer fullstendig seksjonerte volumer på et øyeblikk. I en proof of principle demonstrasjon har vi lykkes med å avbilde mitokondrier i konstruert menneskelig hjertevev. Med dette lovende resultatet kan det nye systemet brukes til å utforske reparasjonsmekanismen til hjerteceller. For langsiktig avbildning av disse vevene, må skånsomheten og synsfeltet til mikroskopet forbedres. Derfor utvikles et andre mikroskop for tiden, som vil bruke et skrått deteksjonsplan i tillegg til den skråstilte belysningen. Dette vil gi den samme ytelsen når det gjelder skånsomhet og hastighet som lysarkmikroskopi, men på bekostning av bakgrunnsavvisningsytelsen og umiddelbare volumkapasiteter til SOLIS..

Biology happens in 3D, in living organisms. Fluorescence microscopy of cellular processes should thus be performed in cells residing in their native environment. Yet, many studies rely on 2D imaging or 3D confocal microscopy, which has limited live-cell compatibility due to low imaging speed and high phototoxicity. Light-sheet microscopy (LSM) may be a solution. It uses two objective lenses oriented at right angles to each other, instead of the single objective used in conventional microscopy. The first objective produces a thin sheet of light that only excites fluorophores within the focal plane of the second objective, thus avoiding the generation of out-of-focus light. Scanning the sample through the imaged plane enables optically sectioned volumetric microscopy. Crucially though, the requirement of two objective lenses near the sample has the tremendous drawback of obstructing conventional sample mounting techniques and has hence severely hindered a more widespread use of LSM. SOLIS solves this. In SOLIS, a high-performance objective with large numerical aperture (NA) is used for generation of a scannable light-sheet and, in stark contrast to conventional LSM, this same objective is used for collection of the sample’s fluorescence signal. SOLIS is thus fully compatible with conventional sample mounting. To align the focal plane of the objective with the illumination plane, SOLIS uses a dedicated optical system downstream from the objective, and hidden from the user, to effectively “tilt” the sample volume so it can be recorded by a camera without optical aberrations. As only a single objective is near the sample, the NA of the collection objective in SOLIS can be much larger than in conventional LSM, thus increasing achievable resolution by 15% and photon collection efficiency by over 30%. Furthermore, by using novel multiplane optical elements, SOLIS can record at rates in the kilohertz regime, while still providing optically-sectioned volumetric imaging.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek