Un des aspects plus cruciaux pour obtenir des données iSCAT utile est la possibilité de trouver la bonne position focale à la surface de la lamelle couvre-objet et, en outre, à occuper ce poste pendant de longues périodes de temps. Faute de quoi se traduira par PSF élargie, signaux faibles iSCAT et artefacts associés à la dérive dans les analyses de la dynamique. Il s’avère que trouver le plan focal sur un lamelle couvre-objet propre et surface n’est pas une tâche facile comme caractéristiques de la surface ne sont pas visibles sur l’arrière-plan de faisceau de référence importante (voir Figure 4 d).
Images RAW iSCAT sont souvent masqués par des signaux de fond qui découlent de front d’onde impuretés dans la source d’excitation et peuvent nuire à sa capacité à trouver le bon plan d’imagerie. Soustraction de front d’onde active est un moyen utile pour contourner ce problème et par la suite surveiller l’accent iSCAT pendant une mesure16. Une façon d’y parvenir est par le biais de modulation spatiale échantillon. En bref, un générateur de fonctions s’applique une onde carrée de 50 Hz pour le port de contrôle externe de la scène de piezo, résultant en une modulation de l’échantillonnage spatial à la fréquence appliquée (amplitude de 290 nm). Acquisitions de caméra synchrone découlent de la même source et, lorsqu’il est combiné par le biais de lock-in principes, aboutir à une compensation de wavefront image14,16. L’image résultante indique généralement la rugosité de la lamelle (Figure 4e). Petits éléments restant sur le verre après que nettoyage peuvent être utilisés pour donner le focus au microscope. Paramètres utilisés pour cette étape de soustraction de fond peuvent être changés selon la cadence, durée d’exposition ou matériels.
Comme mentionné ci-dessus, l’utilisation d’un séparateur de faisceau de haute qualité dans les paramètres iSCAT (étape 1.2.1.) est recommandée, comme l’imagerie d’objets comme les images fantômes ou interférence résultant de séparateurs de faisceau planaire mince influencera l’image et perturber la mesure. La figure 7 montre une comparaison entre un séparateur de faisceau de faible qualité et de haute qualité. Les deux images raw iSCAT montrent la même zone sur la lamelle couvre-objet contenant des particules résiduelles. La même configuration iSCAT a été utilisée pour capturer les deux images, le séparateur de faisceau seulement ont été échangé. Figure 7 a montre l’image formée sur la caméra par l’utilisation d’une plus épaisse (5 mm), séparateur de faisceau revêtement antireflet et coincé. Grâce à la conception coincée, le faisceau réfléchi de la surface arrière de la séparateur de faisceau est antiparallèle à la réflexion résultant de la surface frontale et ne pénètre pas dans l’objectif. Sans artefacts interférences se produisent. Figure 7 b montre le même champ de vision sur l’échantillon, mais cette fois un séparateur de faisceau planaire (1 mm) plus mince a été utilisé. Les deux réflexions des surfaces avant et arrière entre le séparateur de faisceau sont parallèles et se propagent à la caméra. Objets d’interférence sont clairement visibles.

Figure 7 : comparaison d’images iSCAT produites avec séparateurs de faisceau haute et basse-qualité. (a) résultant iSCAT raw image par l’utilisation d’un séparateur de faisceau épais revêtement antireflet et coincé de 5 mm. (b) résultant iSCAT raw image de la même région par l’utilisation d’un séparateur de faisceau planaire épaisse de 1 mm. Les deux séparateurs de faisceau ont le même rapport de fractionnement (réflexion de 50 %, 50 % de transmission). Objets d’interférence dus aux réflexions de Fresnel sont clairement observés dans l’image produite avec le séparateur de faisceau planaire épaisse de 1 mm. Barreaux de l’échelle : 2 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Dans ce protocole, nous décrivons un schéma d’éclairage grand-angulaire pour iSCAT car il est rapide, facile à réaliser et permet de détection parallèles sur une vaste zone14. Une autre approche courante consiste à utiliser des déflecteurs acousto-optique (ces OD) et balayez un faisceau confocal sur l’échantillon12,17. Cette approche évite la nécessité d’une réentrée de haute qualité, mais est plus expérimentalement complexe que l’imagerie grand champ conventionnel. En outre, la vitesse d’éclairement confocal est limitée par celle de ces OD. Selon les paramètres expérimentaux souhaités, soit régimes d’éclairement confocale ou grand champ peuvent, en principe, être utilisés pour détecter les protéines simples sécrétées par les cellules vivantes.
Tel que discuté dans tout le protocole, il est impératif de réduire au minimum les fluctuations mécaniques latérales dans le stade de l’échantillon du microscope. Même nanomètre déviations dans la position de l’échantillon peuvent conduisent à des variations dans les trames consécutives caméra et provoquer des bruits significatifs dans l’image différentielle. Il est donc recommandé d’utiliser une platine du microscope mécaniquement stable et une amorti table optique (étape 1.1.1.) et pour couvrir l’installation avec des panneaux ou rideaux optique pendant une expérience (étape 3.5.).
Un régime de stabilisation du foyer actif sont également envisageables pour les mesures à long terme. Dans cette approche, un deuxième laser est incorporé dans le microscope dans un arrangement de réflexion totale interne (TIR) et ensuite projeté sur une photodiode quadrant. Changements dans focus du système se traduisent les déplacements latéraux du laser TIR spot sur la diode de quadrant, qui peut ensuite servir dans une boucle de rétroaction active pour contrôler l’axe z du piezo étape26. Les effets de la dérive verticale à long terme sont ainsi éliminées.
Plusieurs modifications et extensions peuvent être appliquées à la technique présentée pour répondre aux besoins spécifiques expérimentales. Par exemple, les incubateurs de stade commercial microscope sont disponibles qui pourraient facilement être incorporées dans le microscope iSCAT pour l’imagerie à long terme des cellules. Autres techniques peuvent également être implémentées pour compléter iSCAT d’imagerie, telles que confocale ou TIR fluorescence microscopies17. Pour adapter le système à l’étude, la sécrétion iSCAT mesures peuvent être effectuées sur d’autres supports de cellules comme DMEM ou SPD, toutefois, le rouge de phénol indicateur pH il faut éviter car elle peut perturber l’expérience due à l’absorption de la lumière laser. En outre, suppléments comme sérum de veau foetal (FCS) ou humain lysat de plaquettes (hPL) contiennent des protéines qui peuvent interférer avec la détection iSCAT. Fonction de la sensibilité désirée de l’expérience, ces suppléments devraient être exclues de la moyen de la microscopie.
iSCAT s’appuie sur la capacité de l’analyte à la lumière de nuages de points XY — une propriété qui fait partie intégrante de toutes les protéines — et n’est donc par nature non spécifique. Néanmoins, une certaine spécificité est possible comme échelle de signaux iSCAT linéairement avec la protéine masse14,27,28. Cela permet l’étalonnage d’un système d’iSCAT en utilisant des échantillons de protéine standard, tels que l’albumine sérique bovine (BSA) et fibrinogène14,27,28. En effet, très récemment, Young et al. 28 ont étendu sur les travaux de Piliarik & Sandoghdar14 et ont montré qu’iSCAT peut être utilisé pour déterminer le poids moléculaire des protéines aussi petits que streptavidine (53 kDa) avec une résolution massive de 19 kDa et une précision d’environ 5 kDa. Plusieurs approches conventionnelles peuvent compléter encore iSCAT en fournissant un niveau supplémentaire de spécificité. Comme un exemple, dosages immuno-enzymatiques (ELISA), et/ou autres modifications de surface, restreignent protéine liant les événements afin que seule la protéine-cible est détecté16.
Dans ce protocole, nous décrit comment les iSCAT microscopie peut être utilisée pour étudier des sécrétions cellulaires au niveau de la seule protéine avec résolution temporelle de subsecond16. La technique est générale et peut être exécutée sur n’importe quel microscope commercial ou maison construite. Contrairement aux approches de la fluorescence des molécules simples, la méthode ne souffre pas de photoblanchiment ou clignotement des effets, mais il atteint sensibilité unique-protéine. Ces caractéristiques font d’iSCAT un outil puissant dans le domaine des biocapteurs et microscopie. Les applications futures porteront sur élucider les interactions cellulaires complexes tels que la réponse immunologique à un stimulus ou de la communication cellulaire.