Name: Bezsoczewkowa mikroskopia fluorescencyjna na chipie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-08-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 23 s
Description: Poznaj bezsoczewkową mikroskopię fluorescencyjną na chipie wykorzystującą algorytmy cyfrowe do dekodowania obrazów. Technika umożliwia obrazowanie z rozdzielczością poniżej 4 μm na polu widzenia przekraczającym 8 cm².

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

A. Ozcan z wdzięcznością potwierdza wsparcie w ramach NSF CAREER Award, ONR Young Investigator Award 2009 oraz NIH Director’s New Innovator Award DP2OD006427 z Biura Dyrektora NIH. Autorzy dziękują również za wsparcie fundacji Bill &amp; Melinda Gates Foundation, Vodafone Americas Foundation oraz programu NSF BISH (w ramach grantów nr 0754880 i 0930501).

<ol><li>Coskun, A. F., Su, T., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide+field-of-view+lens-free+fluorescent+imaging+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Wide field-of-view lens-free fluorescent imaging on a chip.</a> Lab Chip. 10, 824-824 (2010).</li>
<li>Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lensless+wide-field+fluorescent+imaging+on+a+chip+using+compressive+decoding+of+sparse+objects%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Lensless wide-field fluorescent imaging on a chip using compressive decoding of sparse objects.</a> Opt. Express. 18, 10510-10523 (2010).</li>
<li>Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lensfree+Fluorescent+On-Chip+Imaging+of+Transgenic+Caenorhabditis+elegans+Over+an+Ultra-Wide+Field-of-View%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Lensfree Fluorescent On-Chip Imaging of Transgenic Caenorhabditis elegans Over an Ultra-Wide Field-of-View.</a> PLoS ONE. 6, e15955-e15955 (2011).</li>
<li>Coskun, A. F., Sencan, I., Su, T., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide-field+lensless+fluorescent+microscopy+using+a+tapered+fiber-optic+faceplate+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Wide-field lensless fluorescent microscopy using a tapered fiber-optic faceplate on a chip.</a> Analyst. , (2011).</li>
<li>Seo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Throughput+Lens-Free+Blood+Analysis+on+a+Chip%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">High-Throughput Lens-Free Blood Analysis on a Chip.</a> Analytical Chemistry. 82, 4621-4627 (2010).</li>
<li>Mudanyali, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compact%2C+light-weight+and+cost-effective+microscope+based+on+lensless+incoherent+holography+for+telemedicine+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Compact, light-weight and cost-effective microscope based on lensless incoherent holography for telemedicine applications.</a> Lab Chip. 10, 1417-1417 (2010).</li>
<li>Tseng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lensfree+microscopy+on+a+cellphone%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Lensfree microscopy on a cellphone.</a> Lab Chip. 10, 1787-1787 (2010).</li>
<li>Lucy, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+iterative+technique+for+the+rectification+of+observed+distributions%5BTitle%5D)+AND+%22The+Astronomical+Journal%22%5BJournal%5D)">An iterative technique for the rectification of observed distributions.</a> The Astronomical Journal. 79, 745-745 (1974).</li>
<li>Richardson, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bayesian-Based+Iterative+Method+of+Image+Restoration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Bayesian-Based Iterative Method of Image Restoration.</a> J. Opt. Soc. Am. 62, 55-59 (1972).</li>
<li>Biggs, D. S. C., Andrews, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acceleration+of+iterative+image+restoration+algorithms%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Acceleration of iterative image restoration algorithms.</a> Appl. Opt. 36, 1766-1775 (1997).</li>
<li>Candes, E., Wakin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Introduction+To+Compressive+Sampling%5BTitle%5D)+AND+%22Signal+Processing+Magazine%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">An Introduction To Compressive Sampling.</a> Signal Processing Magazine, IEEE. 25, 21-30 (2008).</li>
<li>Kim, S., Koh, K., Lustig, M., Boyd, S., Gorinevsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Interior-Point+Method+for+Large-Scale+L1-Regularized+Least+Squares%5BTitle%5D)+AND+%22Selected+Topics+in+Signal+Processing%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">An Interior-Point Method for Large-Scale L1-Regularized Least Squares.</a> Selected Topics in Signal Processing, IEEE. 1, 606-617 (2007).</li>
<li>Candes, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+restricted+isometry+property+and+its+implications+for+compressed+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Comptes+Rendus+Mathematique%22%5BJournal%5D)">The restricted isometry property and its implications for compressed sensing.</a> Comptes Rendus Mathematique. 346, 589-592 (2008).</li>
<li>Baraniuk, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compressive+Sensing+%5BLecture+Notes%5D%5BTitle%5D)+AND+%22Signal+Processing+Magazine%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">Compressive Sensing [Lecture Notes].</a> Signal Processing Magazine, IEEE. 24, 118-121 (2007).</li>
<li>Romberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+via+Compressive+Sampling%5BTitle%5D)+AND+%22Signal+Processing+Magazine%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">Imaging via Compressive Sampling.</a> Signal Processing Magazine, IEEE. 25, 14-20 (2008).</li>
</ol>

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Zaprezentowaliśmy zintegrowaną platformę mikroskopii fluorescencyjnej, która pozwala na uzyskanie np. rozdzielczości przestrzennej &lt;4μm w polu widzenia o powierzchni np. &gt;0,6-8 cm2 bez użycia soczewek, skanowania mechanicznego czy cienkowarstwowych filtrów interferencyjnych. W tej technice, przy użyciu światłowodowej płytki czołowej lub stożka, emisja fluorescencyjna z obiektów jest zbierana przez dwuwymiarową macierz kabli światłowodowych, a następnie przekazywana do optoelektronicznej macierzy sensorów...

<table><tbody><tr><td>Urządzenie ładunkowe (CCD) </td><td>KODAK</td><td>KAF-8300</td><td></td></tr><tr><td>Urządzenie ładunkowe (CCD)</td><td>KODAK</td><td>KAF-11002</td><td></td></tr><tr><td>Urządzenie ładunkowe (CCD)</td><td>KODAK</td><td>KAF-39000</td><td></td></tr><tr><td>Krzemowy układ CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)</td><td>Micron</td><td>MT9T031C12STCD</td><td></td></tr><tr><td>Wysokiej mocy źródło światła LED</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>M455L2-C2</td><td></td></tr><tr><td>Sterownik wysokiej mocy LED</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LEDD1B</td><td></td></tr><tr><td>Źródło światła LED sprzężone światłowodowo</td><td>Mightex</td><td>FCS-0625-000</td><td></td></tr><tr><td>Przenośnik próżniowy</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT57-636</td><td></td></tr><tr><td>Fluosfery 2, 4, 10 &amp;mu;m</td><td>Invitrogen</td><td>F-8826, F-8859, F-8836</td><td></td></tr><tr><td>Bufor do lizy RBS 1X </td><td>eBioscience</td><td>00-4333</td><td></td></tr><tr><td>Odczynnik znakujący SYTO 16</td><td>Invitrogen</td><td>S7578</td><td></td></tr><tr><td>Światłowodowa płyta czołowa</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT55-142</td><td></td></tr><tr><td>Światłowodowy stożek</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT55-134</td><td></td></tr><tr><td>Pryzmaty</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT47-626, NT45-403</td><td></td></tr><tr><td>Filtry</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT39-417</td><td></td></tr><tr><td>Elastomery PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>Slygard 184</td><td></td></tr></tbody></table>

bezosobnikowa mikroskopia fluorescencyjna na chipie

Lensless Fluorescent Microscopy on a Chip

Obrazowanie bezsoczewkowe na chipie ma w ogólnym założeniu na celu zastąpienie dużych mikroskopów optycznych opartych na soczewkach prostszymi i bardziej kompaktowymi konstrukcjami, szczególnie w zastosowaniach do wysokoprzepustowych przesiewów. Ta rozwijająca się platforma technologiczna ma potencjał do wyeliminowania potrzeby stosowania dużych i/lub kosztownych komponentów optycznych dzięki nowym teoriom i algorytmom rekonstrukcji cyfrowej. W związku z tym prezentujemy tutaj metodę on-chip fluorescencyjnej mikroskopii, która może osiągnąć np. &lt;4μm rozdzielczości przestrzennej przy ultraszerokim polu widzenia (FOV) o powierzchni &gt;0,6-8 cm2, bez użycia jakichkolwiek soczewek, skanowania mechanicznego czy interferencyjnych filtrów cienkowarstwowych. W tej technice wzbudzenie fluorescencyjne odbywa się poprzez pryzmat lub hemisferyczny interfejs szklany oświetlony niespójnym źródłem. Po oddziaływaniu z całą objętością obiektu, światło wzbudzające jest odrzucane przez proces całkownego wewnętrznego odbicia (TIR), który zachodzi na spodzie mikrofluidycznego chipa z próbką. Emisja fluorescencyjna z wzbudzonych obiektów jest następnie zbierana przez światłowodową płytkę czołową lub taper i dostarczana do optoelektronicznej matrycy czujników, takiej jak urządzenie ładunkowo-sprzężone (CCD). Dzięki zastosowaniu algorytmu dekodowania opartego na próbkowaniu kompresyjnym, pozyskane surowe obrazy fluorescencyjne próbki wykonane bez soczewek mogą być szybko przetwarzane w celu uzyskania np. rozdzielczości &lt;4μm przy FOV o powierzchni &gt;0,6-8 cm2. Ponadto, pionowo ułożone mikrokanały oddzielone od siebie np. o 50-100 μm mogą być również skutecznie obrazowane przy użyciu tej samej bezsoczewkowej platformy mikroskopii on-chip, co dodatkowo zwiększa całkowitą przepustowość tej metody. Ta kompaktowa platforma do obrazowania fluorescencyjnego on-chip, wsparta szybkim dekoderem kompresyjnym, może być bardzo wartościowa w wysokoprzepustowej cytometrii, badaniach rzadkich komórek oraz analizach mikroarray.

Zaprezentowano bezsoczewkową platformę do fluorescencyjnej mikroskopii na chipie, która umożliwia obrazowanie obiektów fluorescencyjnych w bardzo szerokim polu widzenia, np. &#62;0,6-8 cm2, z rozdzielczością &#60;4μm, przy użyciu algorytmu dekodującego opartego na próbkowaniu kompresyjnym. Taka kompaktowa modalność obrazowania fluorescencyjnego na chipie z szerokim polem widzenia może być cenna w cytometrii wysokoprzepustowej, badaniach rzadkich komórek oraz analizach mikromacierzy.

Bezosobnikowa mikroskopia fluorescencyjna na chipie

Obrazowanie bezsoczewkowe na chipie w ogólnym ujęciu ma na celu zastąpienie rozbudowanych mikroskopów optycznych z soczewkami prostszymi i bardziej kompaktowymi konstrukcjami, zwłaszcza w przypadku...

Ogólnym celem tej procedury jest zaprezentowanie bezsoczewkowej platformy do mikroskopii fluorescencyjnej na chipie, służącej do obrazowania obiektów fluorescencyjnych w bardzo szerokim polu widzenia. Aby to osiągnąć, cienki filtr absorpcyjny oraz światłowodową płytkę czołową umieszcza się delikatnie na macierzy czujników optoelektrycznych (CCDC CMOS), a następnie na płytce czołowej pozycjonuje się chip mikrofluidyczny. Następnie, za pomocą oleju dopasowującego współczynnik załamania światła, montuje się pryzmat z mikrochipem.Wzbudzenie fluorescencyjne odbywa się poprzez boczną ściankę pryzmatu rombowego, natomiast oświetlenie holograficzne realizowane jest przez górną ściankę tego samego pryzmatu. Ostatecznie, z pozyskanych obrazów fluorescencyjnych można uzyskać mikroskopowe obrazy o wysokiej rozdzielczości poprzez dekodowanie surowych danych za pomocą algorytmów cyfrowych. W razie potrzeby, zdekodowane obiekty fluorescencyjne mogą być automatycznie liczone przy użyciu specjalnie opracowanego interfejsu.Soczewka na chipie. Obrazowanie w ogólnym ujęciu ma na celu zastąpienie obszernych mikroskopów optycznych opartych na soczewkach prostszymi i bardziej kompaktowymi konstrukcjami.

lensless-fluorescent-microscopy-on-a-chip

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Mikroskopia fluorescencyjna bez obiektywu na chipie

Przedstawiono bezsoczewkową obrazowanie i charakterystykę komórek na chipie. To podejście do obrazowania komórek na chipie zapewnia kompaktowe i kosztowo efektywne narzędzie do diagnostyki medycznej oraz wysokoprzepustowych zastosowań w biologii komórki, co czyni je szczególnie odpowiednim dla obszarów o ograniczonych zasobach.

Obrazowanie komórek na chipie bez użycia soczewek stanowi nowe narzędzie dla wysokoprzepustowej biologii komórki i diagnostyki medycznej

Mikrofluidyczne platformy kropelkowe są obiecującymi narzędziami do eksperymentów wysokoprzepustowych, ponieważ umożliwiają one niskokosztowe generowanie piko-litrowych, samoczynnie odseparowanych komór z częstotliwością rzędu kHz. Dzięki integracji z szybkimi, czułymi i wysokorozdzielczymi metodami spektroskopii fluorescencyjnej, duże ilości informacji generowanych w tych systemach mogą być efektywnie wydobywane, przetwarzane i wykorzystywane.

Metody detekcji fluorescencyjnej dla mikroprzepływowych platform kroplkowych

Bezsoczewkowa tomografia optyczna to trójwymiarowa technika mikroskopowa oferująca rozdzielczość przestrzenną &lt;1 μm × &lt;1 μm × &lt;3 μm odpowiednio w wymiarach x, y i z, przy dużej objętości obrazowania wynoszącej 15-100 mm3, co może być szczególnie użyteczne w integracji z platformami typu lab-on-a-chip.

Bezosobnikowa tomograficzna mikroskopia na chipie z wykorzystaniem wielokątnego oświetlenia i superrozdzielczości pikselowej

Ten film demonstruje barwienie immunofluorescencyjne neuronów hipokampa szczura hodowanych w mikroprzepływowym chipie do analizy dojrzewania neuronów i połączeń.

Barwienie immunologiczne fluorescencji neuronów hipokampa szczura w chipie mikroprzepływowym

Przeglądamy nasze ostatnie wyniki dotyczące integracji mikroskopii fluorescencyjnej i narzędzi do obrazowania cytometrii przepływowej w telefonie komórkowym przy użyciu kompaktowych i opłacalnych przystawek opto-fluidycznych. Te urządzenia do mikroanalizy oparte na telefonach komórkowych mogą być przydatne do analizy cytometrycznej, takiej jak wykonywanie różnych zadań związanych z liczeniem komórek, a także do wysokoprzepustowych badań przesiewowych, np. próbek wody w warunkach ograniczonych...

Szerokokątna mikroskopia fluorescencyjna i obrazowanie fluorescencyjne Cytometria przepływowa w telefonie komórkowym

Komunikacja międzykomórkowa jest kluczowa dla kontrolowania różnych czynności fizjologicznych wewnątrz i na zewnątrz komórki. W artykule opisano protokół pomiaru czasoprzestrzennego charakteru wydzielin pojedynczych komórek. Aby to osiągnąć, zastosowano podejście multidyscyplinarne, które integruje bezznacznikowe wykrywanie nanoplazmoniczne z obrazowaniem żywych komórek.

Bezznacznikowa technika obrazowania czasoprzestrzennego wydzielin pojedynczych komórek

Przygotowanie funkcjonalizowanych białkiem płaskich dwuwarstw lipidowych na podłożu szklanym, określenie ruchliwości białek w ich obrębie i pomiar gęstości białek jest pokazane tutaj. Nakreślono mapę drogową budowy mikroskopu całkowitego wewnętrznego odbicia z redukcją szumów, który umożliwia wizualizację pojedynczych dwuwarstwowych fluorochromów o wysokiej rozdzielczości czasoprzestrzennej.

Mikroskopia fluorescencyjna pojedynczych cząsteczek na dwuwarstwach podpartych planarnie

Wielokolorowa detekcja fluorescencji w mikrofluidyce kropelkowej zazwyczaj obejmuje nieporęczne i złożone systemy detekcji oparte na mikroskopie epifluorescencyjnym. Tutaj opisujemy kompaktowy i modułowy schemat detekcji wielokolorowej, który wykorzystuje szereg światłowodów do czasowego kodowania wielokolorowych danych zebranych przez pojedynczy fotodetektor.

Wielokolorowa detekcja fluorescencji dla mikrofluidyki kropelkowej z wykorzystaniem światłowodów

Mikroskopia wideo bez soczewek umożliwia nam monitorowanie kultur komórkowych bezpośrednio w inkubatorze. Tutaj opisujemy pełny protokół używany do pozyskiwania i analizowania trwającego 2,7 dnia pozyskiwania hodowanych komórek HeLa, co prowadzi do zestawu danych 2,2 x 106 pomiarów morfologii poszczególnych komórek i 10584 ścieżek cyklu komórkowego.

Bezsoczewkowa mikroskopia wideo do dynamicznej i ilościowej analizy przylegających kultur komórkowych

Obrazowanie spektralne stało się niezawodnym rozwiązaniem do identyfikacji i separacji wielu sygnałów fluorescencyjnych w jednej próbce i może łatwo odróżnić interesujące sygnały od tła lub autofluorescencji. Obrazowanie hiperspektralne ze skanowaniem wzbudzenia ulepsza tę technikę, skracając niezbędny czas akwizycji obrazu przy jednoczesnym zwiększeniu stosunku sygnału do szumu.

Mikroskopia obrazowania hiperspektralnego ze skanowaniem wzbudzenia w celu skutecznego rozróżniania sygnałów fluorescencyjnych

Mikroskopia optyczna oparta na chipach jest nowatorskim podejściem do mikroskopii fluorescencyjnej i oferuje korzyści w zakresie efektywności kosztowej i przepustowości. W tym miejscu przedstawiono protokoły przygotowania i obrazowania chipów dla mikroskopii TIRF i mikroskopii superrozdzielczej opartej na lokalizacji.

Wysokoprzepustowa mikroskopia fluorescencji całkowitego wewnętrznego odbicia i bezpośredniej stochastycznej rekonstrukcji optycznej z wykorzystaniem chipa fotonicznego

Poznaj bezsoczewkową mikroskopię fluorescencyjną na chipie wykorzystującą algorytmy cyfrowe do dekodowania obrazów. Technika umożliwia obrazowanie z rozdzielczością poniżej 4 μm na polu widzenia przekraczającym 8 cm².

Bezosobnikowa mikroskopia fluorescencyjna na chipie

Przeglądaj więcej filmów