$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Нелинейные системы микроскопии, благодаря присущей им трехмерных возможностей секционирующих, все чаще срабатывает спрос на фото-стабильным флуорофорами с полос поглощения двух фотонов в ближней инфракрасной. Только в последние пару лет, в дополнение к развитию флуоресценции основе меток (красителей, квантовых точек, до-превращающего наночастицы), другая методология изображений эксплуатирует использование нового семейства по своей сути нелинейных наночастиц в качестве меток, т.е. гармонические наночастицы (HNPs), которые были специально разработаны для многофотонной микроскопии. Эти метки, основанные на неорганических нецентросимметричных кристаллов, оказывать оптический контраст, генерирующий SH частоты возбуждения: например, преобразования долю ближайшем инфракрасном свете импульсного возбуждения (λ = 800 нм) в видимый синий свет (λ / 2 = 400 нм) . Некоторые авторы в недавнем прошлом испытывали различные материалы, в том числе железа иодата Fe (IO 3) 3 1, ниобата калия (KNbO 3) 2, ниобата лития (LiNbO 3) 3, титанат бария (BaTiO 3) 4,5, титанил фосфат калия (KTiOPO4, КТП) 6-8, и оксид цинка (ZnO ) 5,9,10. По сравнению с флуоресцентных зондов, HNPs обладают рядом привлекательных свойств, таких как полное отсутствие обесцвечивания и мигает, узких полос излучения, возбуждения длин волн управляемость (от ультрафиолетового до инфракрасного), возможностью поиска ориентация, и когерентного оптического отклика. Эти уникальные свойства были недавно объяснил в двух общеобразовательных обзорных статьях 11,12. Возможность работы в инфракрасной области спектра, что увеличивает глубину обработки изображений, минимизируя рассеяния и поглощения, также резко ограничивает образец деградации просмотром 13,14. Кроме того, бесконечно фото-стабильный сигнал гарантируется HNPs делает их идеальными зонды для отслеживания долгосрочных клеток, которые яы особенно привлекательным для регенеративной медицины приложений 15.
В этом визуализируется эксперимента, подробно протокола предназначены для маркировки в пробирке человеческих эмбриональных стволовых клеток (чЭСК) с нефункционализованного HNPs. Синтез и подготовка коллоидных суспензий, подробно изложены в предыдущей публикации и в ссылках в нем 16 и выходит за рамки данной работы. Методологии чЭСК расследования многофотонной микроскопии и их дифференциации в сердечных кластеров (поддерживается как долгосрочных воздух-жидкость культур) представлены. Человеком ESC можно позволить дифференцировать в пределах так называемых эмбриональных телец (EBS) двумя различными способами либо путем формирования EB колониеобразующих фрагментов в суспензии или, альтернативно, вынужденных агрегацию отдельных клеток в ЭТ с помощью Aggrewell пластины, как показано на фиг.1А . Культивирование избиении кластеры клеток сердца политетрафторэтилена (ПТФЭ) пористые фильтры факторilitates их долгосрочной эксплуатации для дальнейших исследований (например электрофизиологические измерения потенциалов действия).
Источником возбуждения сканирующего микроскопа должны быть способны доставить ультракоротких импульсов (с длительностью импульса, меньшей 300 фс на образце), чтобы достичь пиковую мощность, необходимую для выполнения второй гармоники визуализации HNPs. Например, наиболее распространенным фс-источник используется для работы с изображениями можно настраивать Ti: Sapphire лазеры. С другой стороны, другие сверхбыстрые лазеры могут быть использованы, например иона эрбия 17, хром форстеритом 18 или титан-сапфирового закачивается инфракрасных оптических параметрических генераторов. Микроскоп может быть оснащен объективом с предпочтительно достаточно высокой числовой апертурой. Очень важно, до измерений, и каждый раз цель заменяется, он является обязательным, чтобы минимизировать дисперсии, присутствующий в настройки (линзы) за счет оптимизации настроек лазерного импульса предварительной компрессора на работыдлина волны выбора. Эта процедура, подробно описаны в протоколе, гарантирует, что лазерный импульс является как можно ближе к преобразованию ограниченный срок (то есть самый короткий, насколько это возможно) в фокальной плоскости и максимизирует образец нелинейный отклик.
Цель анализа изображения, описанного в конце протокола является для выявления и отслеживания в движениях 3D HNPs связанных с ритмическими сокращениями избиении сердечные кластеров. Отслеживание наночастицы в плоскости изображения просто реализуется путем выявления их позиции в последовательных кадров фильма. Чтобы извлечь информацию о осевого перемещения, до калибровка ответ нелинейной интенсивности в зависимости от осевого смещения является обязательным. Заметим, что для долгосрочных измерений, для активного интерферометрического контроля образца осевом положении обязан поддерживать справедливость калибровочной кривой в присутствии тепловых и / или механических заносов.
В HNPs используемые здесь, чтобы ПРОФэ избиение клетки внутри агрегатов на основе оксида ниобата калия (KNbO 3), но и другие доступные нелинейные наноматериалы подробно рассмотрены в работе Staedler др. 16.
Нелинейные оптические эффективность большинства из наноматериалов исследованных до сих пор очень сопоставимы. Выбор для KNbO 3 по существу мотивировано хорошей стабильности коллоидного раствора и хорошей биосовместимости, протестированных на нескольких клеточных линий человека даже при довольно высокой концентрации и длительным временем экспозиции 16.
Учитывая новизну наноматериала, применяемого для этой работы, основные характеристики HNPs по сравнению с люминесцентными / люминесцентных биомаркеров показаны на короткий оригинальной компьютерной анимации видео реализованного авторами.