Method Article

Digital em linha Holographic Microscopy (Dihm) de Assuntos Fracamente de dispersão

DOI:

10.3791/50488

February 8th, 2014

In This Article

Summary

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As localizações tridimensionais dos objectos fracamente espalhamento pode ser identificada exclusivamente com linha digital de microscopia holográfica (Dihm), que envolve uma modificação menor para um microscópio padrão. Nosso software utiliza uma heurística de imagens simples juntamente com Rayleigh-Sommerfeld back-propagação para ceder a posição tridimensional e geometria de um objeto fase microscópica.

Abstract

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Objetos fracamente dispersão, tais como pequenas partículas coloidais ea maioria das células biológicas, são encontrados com freqüência em microscopia. Na verdade, uma série de técnicas têm sido desenvolvidas para melhor visualizar esses objetos de fase; contraste de fase e DIC estão entre os métodos mais populares para melhorar o contraste. No entanto, a posição de gravação e forma na direção out-of-imaging-plano continua sendo um desafio. Este relatório apresenta um método experimental simples para determinar com precisão a localização e geometria dos objetos em três dimensões, utilizando linha digitais microscopia holográfica (Dihm). De um modo geral, o volume da amostra é definido acessíveis por o tamanho do sensor de câmara na direcção lateral, e a coerência de iluminação na direcção axial. Volumes de amostras típicas variam de 200 um x 200 um x 200 fim usando iluminação por LED, para5 mm x 5 mm x 5 mm ou maior usando iluminação por laser. Esta luz de iluminação está configurado de tal modo que as ondas planas são incidente sobre a amostra. Objetos no volume da amostra, em seguida, dispersam a luz, o que interfere com a luz unscattered para formar padrões de interferência perpendicular à direção de iluminação. Esta imagem (holograma) contém a informação de profundidade necessária para a reconstrução tridimensional, e pode ser capturada num dispositivo de imagem padrão tais como CMOS ou CCD. O Rayleigh-Sommerfeld método propagação de volta é empregada para reorientar numericamente imagens de microscópio, e uma heurística de imagens simples, baseada na fase Gouy anomalia é utilizado para identificar espalhando objetos dentro do volume reconstruído. Este método simples, mas robusto resulta em uma medida inequívoca, sem modelo de localização e forma dos objetos em amostras microscópicas.

Introduction

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Linha Digital microscopia holográfica (Dihm) permite rápido imagens tridimensionais de amostras microscópicas, tais como microorganismos natação 1,2 e sistemas de matéria mole 3,4, com modificações mínimas para uma configuração de microscópio padrão. Neste trabalho uma demonstração pedagógica da Dihm é fornecido, centrada em torno de um software desenvolvido em nosso laboratório. Este trabalho inclui uma descrição de como configurar o microscópio, otimizar a aquisição de dados e processar as imagens gravadas para reconstruir dados tridimensionais. O software (baseado em parte no software desenvolvido pela DG Grier e outros 5) e imagen....

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Protocol

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1. Configuração e Aquisição de Dados

  1. Crescer uma cultura de Streptococcus tensão V4051-197 (natação liso) células em meio KTY do estoque congelado 22. Incubar em um agitador rotativo, durante a noite a 35 ° C e 150 rpm, até à saturação.
  2. Inocular 10 ml de meio fresco com KTY 500 ul de cultura saturada. Incubar durante mais 3,5 horas a 35 ° C e 150 rpm até as células atingirem uma densidade óptica de cerca de 1,0 a λ = 600 nm (aproximadamente 5 x 10 8 células / ml).
  3. Dilui-se 1:400 em meio fresco para obter a concentração final de células móveis.
  4. Em uma lâmina de microscópio, fazer um anel de lubrif....

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Results

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Para demonstrar as capacidades do Dihm, os experimentos foram realizados em uma cadeia de bactéria Streptococcus. A cadeia em si medido 10,5 milímetros de comprimento, e era composto por 6-7 células esférico-cilíndrica (duas das células na cadeia estão perto dividindo), com diâmetros na gama de 0,6-1 um. Figuras 1a e 1b mostram a interface principal da reconstrução e software de renderização. Exemplos do procedimento numérico reorientação são vistos na Figura 2,

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Discussion

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O passo mais importante neste protocolo experimental é a captação precisa das imagens de uma instalação experimental estável. Com pobres dados de fundo, alta fidelidade de reconstrução é quase impossível. Também é importante para evitar as lentes objectivas com um elemento interno de contraste de fase (visíveis como um anel escuro quando se olha através da parte de trás do objectivo), como este pode degradar a imagem reconstruída. O objeto de interesse deve ser longe o suficiente do plano focal que alguns pares de franj.......

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Disclosures

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Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Acknowledgements

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Os autores agradecem Linda Turner para obter ajuda com a preparação microbiológica. RZ e LBV foram financiados pelo Instituto Rowland em Harvard e CGB foi financiado como um estudioso da Fundação CAPES, Ciência sem Fronteiras Programa, Brasil (Processo n º 7340-11-7)

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Nikon Eclipse Ti-E microscópio invertidoNikon Corp. 
do LEDThorlabsM660L3λ=660 nm, largura de linha de aproximadamente 20 nm 
Fonte de alimentação LEDThorlabsLEDD1B 
Adaptadorde Rosca ThorlabsSM2T2 
Adaptadorde Rosca ThorlabsSM1A2 
Placa de Frame GrabberEPIXPIXCI E4 
Câmera CMOS de alta velocidadeMikrotronMC-1362 
Comprimento de onda de emissão

References

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  1. Xu, W., Jericho, M. H., Meinertzhagen, I. A., Kreuzer, H. J. Digital in-line holography for biological applications. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (20), 11301-11305 (2001).
  2. Sheng, J., Malkiel, E., Katz, J., Adolf, J., Belas, R., Place, A. R.

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