Vertico prostorno modulirano osvjetljenje
Vertico prostorno modulirano osvjetljenje (Vertico-SMI) je najbrži svjetlosni mikroskop za 3D analizu kompletnih ćelija u nanometarskom opsegu. Zasnovan je na dvije tehnologije razvijene 1996. godine, SMI (prostorno modulirano osvjetljenje) i SPDM (spektralno precizna daljinska mikroskopija). Efektivna optička rezolucija ovog optičkog nanoskopa dostigla je blizinu od 5 nm u 2D i 40 nm u 3D, uveliko premašujući granicu rezolucije λ/2 (oko 200 nm za plavo svjetlo) koja se primjenjuje na standardnu mikroskopiju, koristeći transmisiju ili refleksiju prirodnog svjetla (za razliku od strukturiranog osvjetljenja ili fluorescencije) prema Abbeovoj granici rezolucije[1] Tu granicu (također poznatu kao Rayleighov limit) odredio je Ernst Abbe 1873. godine i regulira dostižnu granicu rezolucije mikroskopa koji koriste konvencijske tehnike.
Vertico-SMI mikroskop razvio je tim predvođen Christophom Cremerom, emeritusom[2] na Heidelberg University, a zasniva se na kombinaciji svjetlosnih optičkih tehnika lokalizacijske mikroskopije (SPDM, spektarski precizna daljinska mikroskopija) i strukturiranog osvjetljenja (SMI, prostorno modulirano osvjetljenje).
Od marta 2008. mnoge standardne fluorescentne boje kao što su GFP i Alexa fluorfluorescentne boje mogu se koristiti sa ovom takozvanom SPDMfimod (fizički modifikujući fluorofori) lokalizacijskom mikroskopijom, za koju je samo jedna talasna dužina lasera odgovarajućeg intenziteta dovoljan je za nanosnimanje.
Konfiguracija
urediSMI je skraćenica za poseban tip laserskog optičkog osvjetljenja (prostorno modulirano osvjetljenje), a Vertico odražava vertikalni raspored ose mikroskopa koji omogućava analizu fiksnih ćelija, ali i živih ćelije sa optičkom rezolucijom ispod 10 nanometara (1 nanometar = 1 nm = 1 × 10−9 m).
Posebnost ove tehnologije u poređenju sa tehnikama fokusiranja kao što je 4Pi mikroskopija ekspozicija širokog polja koja omogućava da se čitave ćelije prikažu na nanoskali. Takva 3D ekspozicija cijele ćelije s tipskom veličinom objekta od 20 µm × 20 µm zahtijeva samo 2 minute. Ekspozicije širokog polja znače da je cijeli objekt osvijetljen i otkriven istovremeno.
Prostorno modulirano osvjetljenje
uredi
SMI mikroskopija je svjetlosni optički proces takozvanog funkcija širenja tačaka-inženjerstva. To su procesi koji modificiraju funkciju širenja tačke (PSF) mikroskopa na prikladan način, kako bi se povećala optička rezolucija, kako bi se maksimizirala preciznost udaljenostii mjerenja fluorescentnih objekata koji su mali u odnosu na talasnu dužinu osvjetljavajućeg izvora, ili za izdvajanje drugih strukturnih parametara u nanometarskom rasponu.
SMI mikroskop koji se razvija na Institutu za fiziku Kirchhoff na Univerzitetu u Heidelbergu postiže to na sljedeći način. Intenzitet osvjetljenja unutar raspona objekata nije ujednačen, za razliku od konvencijskih širokopojasnih fluorescentnih mikroskopa, ali je prostorno moduliran na precizan način, upotrebom dva suprotna interferirajuća laserska zraka duž ose. Princip prostorno moduliranog talasnog polja razvili su 1993. godine Bailey et al. Pristup SMI mikroskopije koji se koristi u Heidelberškoj aplikaciji pomiče objekt u koracima visoke preciznosti kroz talasno polje, ili se samo talasno polje pomjera u odnosu na objekt faznim pomakom. Ovo rezultira poboljšanom aksijalnom veličinom i rezolucijom udaljenosti.[3][4]
SMI se može kombinovati sa drugim tehnologijama superrezolucije, naprimjer sa 3D LIMON ili LSI-TIRF kao totalna unutrašnja refleksija interferometara sa bočno strukturiranim osvetljenjem. Ova SMI tehnika je omogućila dobijanje svjetlosno-optičkih slika distribucije autofluorofora u dijelovima tkiva ljudskog oka sa prethodno neusporedivom optičkom rezolucijom. Upotreba tri različite talasne dužine pobude (488, 568 i 647 nm), omogućava prikupljanje spektarskih informacija o signalu autofluorescencije. Ovo je korišteno za ljudsko očno tkivo zahvaćeno makulskom degeneracijom AMD-om.[5]
Reference
uredi- ^ Reymann, J; Baddeley, D; Gunkel, M; Lemmer, P; Stadter, W; Jegou, T; Rippe, K; Cremer, C; Birk, U (2008). "High-precision structural analysis of subnuclear complexes in fixed and live cells via spatially modulated illumination (SMI) microscopy". Chromosome Research. 16 (3): 367–82. doi:10.1007/s10577-008-1238-2. PMID 18461478.
- ^ "Fakultät für Physik und Astronomie".
- ^ Heintzmann R., Cremer C. (1999). "Lateral modulated excitation microscopy: Improvement of resolution by using a diffraction grating". Proc. SPIE. 3568: 185–196. Bibcode:1999SPIE.3568..185H. doi:10.1117/12.336833. S2CID 128763403.
- ^ US patent 7,342,717: Christoph Cremer, Michael Hausmann, Joachim Bradl, Bernhard Schneider Wave field microscope with detection point spread function, priority date 10 July 1997
- ^ Best G, Amberger R, Baddeley D, Ach T, Dithmar S, Heintzmann R, Cremer C (2011). "Structured illumination microscopy of autofluorescent aggregations in human tissue". Micron. 42 (4): 330–335. doi:10.1016/j.micron.2010.06.016. PMID 20926302.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
Vanjski linkovi
uredi- GFP Superresolution Arhivirano 20. 9. 2009. na Wayback Machine
- Publication list optical nanoscopy Arhivirano 14. 2. 2012. na Wayback Machine
- press release of the University of Heidelberg