Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

높은 경사 구축 가이드 확장 된 시야의 단일 분자 이미징 타일 현미경을 휩 쓸

Published: April 8, 2019 doi: 10.3791/59360

Summary

상세한 지시는 타일 (HIST) 현미경 및 단일 분자 이미징에 대 한 용법을 휩 쓸 높은 경사를 구축 하는 방법에 설명 되어 있습니다.

Abstract

단일 분자 이미징 크게 생물 학적 연구에 분자 메커니즘에 대 한 우리의 이해를 전진 했다. 그러나, 그것은 두꺼운 세포와 조직에 큰 보기의 필드, 높은 콘트라스트 이미지를 얻기 위해 도전 하고있다. 이 문제를 극복 하는 매우 경사 스윕된 타일 (HIST) 현미경 검사 법을 소개 합니다. 한 쌍의 원통형 렌즈 빠른 galvo 거울을 통해 큰 이미징 영역 검색 길쭉한 여기 빔을 생성 하기 구현 되었습니다. 4f 구성 광학 부품 위치 사용 되었다. 과학적인 보완 금속-산화물 반도체 카메라 형광 신호를 감지 하 고 동적 confocal 슬릿 빔 연소와 함께 동기화와 함께 밖으로의 초점 배경 차단. 우리는 모든 기본 구성 요소와 HIST 현미경 건물에 단계별로 지침 제시.

Introduction

단일 분자 형광 이미징 ultrastructures, 역학 및 생체1,2,3의 수량을 공개 하는 많은 생물학 연구에서 중요 한 역할을 한다. 그러나, 그것은 세포 또는 조직 내 단일 분자를 공부 하 도전 하고있다. Confocal 현미경 검사 법에는 높은 단면 기능4제공 한다, 때문에 높은 자극 강도 또는 이미징 저속에 의해 심각한 photobleaching 단일-분자 이미징 적당 하다. Widefield 현미경 약한 조명 사용 하지만 배경 비율 (SBR)5가난한 신호에서 겪고 있다. 좋은 단면화 및 낮은 photobleaching6; 빛 시트 현미경 검사 법, 다른 한편으로, 보여줄 수 있는 그러나, 사용할 수 있는 수 가늠 구멍 (NA) 기가 배치 목표7의 요구에 의해 크게 제한 됩니다. 또는, 특별 한 조명 기 및 샘플 챔버8,9필요합니다.

이러한 이유로, 매우 경사 하 고 적 층 광학 시트 (힐로) 현미경은 3D 단일 분자 이미징10널리 사용 되었습니다. 경사 빔 (유리 및 예 물) 두 미디어의 인터페이스를 발견 하면 빔 Snell의 법률에 따라 굴절 이다. 중요 한 것은, 굴절된 빔 얇은, 도착 하 고 두께 dz로 설명 = R/tan(θ) R은 경사 빔 직경 및 θ 전송된 광선의 굴절 각도입니다. 이 간단한 구현 좋은 단면 기능에서 결과. 그럼에도 불구 하 고,이 관계는 얇은 조명 (즉, 높은 단면 기능) 필요한 작은 R 또는 큰 θ 나타냅니다. 예를 들어, R = 20 µ m와 θ = 72도, 하나 dz를 얻을 수 있습니다 6.5 µ m =. 깊은 셀 안에 이미지 하 고 총 내부 반사를 피하기 위해 굴절 각도 증가 하는 실제적인 제한 때문에, 조명 직경 및 빔 두께의 강한 커플링이 있다. 이러한 이유로 힐로 이미징은 상대적으로 작은-의-시야 (FOV) 크게 다세포 이미징에서 응용 프로그램을 제한 하는 표시 됩니다.

최근에, 우리는 FOV는 매우 간단한 방법11빔 두께에서 분리는 매우 경사 스윕된 타일 (HIST) 현미경으로이 문제를 극복 했다. 첫째, 한 방향으로 길쭉한 빔 원통형 렌즈의 쌍을 통해 생성 됩니다. 타일로 불리는이 빔 생성 dz와 얇은 조명 ~ 4 µ m의 FOV는 130 x 12 µ m2. 다음, 타일은 회전 galvo 거울을 사용 하 여 샘플 전역 휩 쓸. 한편, 형광 이미지 롤링 셔터 모드 가변 confocal 슬릿 탐지 역할에서 작동 하 여 효율적으로 밖으로의 초점 배경 필터 과학적 상보성 금속 산화물 반도체 (sCMOS) 카메라에 기록 됩니다. 이 방법에서는, HIST 현미경 단일 분자 이미징을 큰 필드의 보기 (~ 130 x 130 µ m2)와 힐로 영상 보다 얇은 조명 수 있습니다. 우리는이 새로운 이미징 유전자 발현을 연구 하 고 질병에 대 한 상당한 잠재력을가지고 있는 셀에 단일 프로브 또는 마우스 뇌 조직에 몇 가지 프로브 RNA 사본을 감지 기술 적용. 다른 접근 달리 HIST 추가 조명 없이 단일 높은 수 가늠 구멍 목표 또는 원격 탐지 목표를 사용 하 여 그리고 거꾸로 현미경와 완벽 하 게 호환 됩니다. 이러한 장점은 큰 FOV와 고대비 HIST를 만들 것 이다 현미경 검사 법 생물학과 약에서 눈에 띄는 도구. 선물이 HIST 현미경 및 테스트 하 고 아래에로 그 성능을 교정 방법의 계측에 관한 자세한 내용은.

Protocol

1. 현미경, 레이저 및 정렬 도구 설정

  1. 구축 하기 전에 현미경, 광학, 전자 재료의 테이블에에서 나열 된, optomechanics 등 모든 필요한 구성 요소를 준비 합니다.
  2. 두 부분 주로 구성 된 현미경 몸 준비: RMS 스레드 포트와 피 단 객관적인 홀더 알루미늄 블록 (그림 1A)에 장착.
    참고: 맞춤 현미경 몸 편의 계측12의 유연성을 위해 사용 됩니다. 어떤 상용 현미경 몸 HIST 현미경 검사 법에 대 한 사용할 수 있습니다.
  3. 여러 레이저 라인을 결합 하 고 단일 모드 섬유에 결합
    1. 설치 405, 561, 638 nm 레이저 광에 표 및 그림 1B와 같이 편광 빔 스플리터와 긴 패스 dichroic 거울을 통해 광선을 결합. 모든 레이저 빔 정렬 도구에 핀 홀을 통과 것 다는 것을 확인 하십시오. 전원 조정 위한 반 파 격판덮개를 삽입 합니다.
      참고: 눈 보호를 위한 안전 고글을 착용 하 고 빔-블록을 사용 하 여 원치 않는 레이저 광선 흡수.
    2. 섬유 커플링 렌즈 설치 (f = 4.5 m m)를 광섬유 어댑터 z 축 번역기에서 케이지 시스템.
    3. (MMF, Ø 62.5 μ m) 다중 모드 광섬유 광섬유 어댑터에 연결 합니다. 각 레이저의 커플링 효율은 95% 보다 높은 때까지 스티어링 거울과 z-번역기의 각 쌍을 조정. 출력 빔 얼룩 패턴 근처 가우스 모양 프로필이 있다.
    4. 다중 모드 광섬유 려 고 단일 모드 광섬유 (SMF)를 연결 합니다. MMF, 유사한 세밀 하 고 3 개의 레이저의 커플링 효율을 극대화.
  4. 조립 조명을된 광원 구동 및 검출 경로에서 빔 정렬에 사용 됩니다. 이 장치는 일시적으로 일관 된 광원의 구성 (561 nm) SMF, 광섬유 어댑터, achromatic 렌즈에 연결 (f = 60 m m), 아이리스와 Ø1 "케이지 시스템 (그림 1C)에서 스페이서 튜브. 광섬유 어댑터 사용 하 여 전단 간섭계는 준 렌즈 사이의 거리를 조정 합니다.
  5. 빔 정렬 도구 (그림 1D)를 준비 합니다. 이것은 알루미늄 게시물 pinholes 2 "는 신속 하 고 정확한 빔 정렬 광학 테이블의 표면에서 높이에 한 쌍 이다.
  6. 2 Ø1의 구성 된 더블 핀 홀 시스템 조립 "각 끝에 지상 유리 맞춤 디스크 및 2 개의 Ø1" 그림 1E(하단 하나 이룰) 튜브 렌즈.

2. 검색 경로 설정

  1. 목표를 꺼내와 조명을된 광원을 설치. 현미경에서 출력 빔 이며 대략 높이 광학 테이블에 평행 하 게 정렬 테이블에 뚫린된 구멍으로 되도록 객관적인 홀더 아래 거울 (M1)의 손잡이 조정 합니다. 각 광 부품의 상세한 위치 그림 2 를 참조 하십시오.
  2. 멀티 밴드 dichroic 거울 (DM)을 삽입 하 고 90도 광선을 반영. 조리개의 최대 크기를 사용 하 고 빔 클리핑 없이 dichroic 거울의 센터를 통과 다는 것을 확인 한다.
  3. 새 빔 dichroic 거울 통과 사용 하 여 검색 경로 맞춤 안내. 광속으로 sCMOS 카메라를 놓고 빔을 2 개의 거울 (m 2와 M3)를 사용 하 여 카메라 칩의 센터 조회 수 있는지 확인 합니다.
  4. 삽입 튜브 렌즈 (TL; f = 300 m m) 카메라에서 약 300 m m.
  5. 조명을된 광원을 제거 하 고 천장에 패턴은 명확 하 게 카메라에 의해 해결 될 때까지 튜브 렌즈와 카메라 사이의 상대 거리를 조정 합니다.
  6. 다 색 형광 이미징 튜브 렌즈 앞 멀티 밴드 패스 필터 (BF)를 삽입 합니다.

3. 여기 경로 설정

  1. 객관적인 홀더에 조명을된 광원을 다시 설치 합니다. 90도 현미경에서 배 거울 (M4) 빔 출력을 놓습니다. Dichroic 거울과 배-거울의 손잡이 빔 빔 정렬 도구에 핀 홀을 통해 전달 될 때까지 반복적으로 조정 합니다.
  2. 조명을된 광원을 분리 하 고 있는 빔 현미경 몸으로 점 테이블에 그것을 설치. 빔 빔 정렬 도구와 더블 핀 홀 시스템을 사용 하 여 맞춥니다.
  3. 삽입 한 렌즈 L4 (f = 400 m m; Ø = 2") 객관적인 홀더에서 약 400 m m 광학 경로를. 대물 렌즈를 설치 하 고 완벽 한 통풍 디스크 패턴은 천장에 형성 될 때까지 광학 축 따라 L4의 위치를 조정 합니다.
    참고: 렌즈를 삽입할 때 렌즈를 통과 하는 광속 위치 유지 되어야 한다 변경 되지 않은. 렌즈 L4 SM2 스레드를 쉽게 연결/60 m m SM2 스레드 케이지 접시에서에서 분리 될 수 있다.
  4. 목적은 나사 고 오픈 창포와 조명을된 광원을 설치 하십시오. 비즈니스 카드와 함께 현미경에서 광선 출력 아래로 추적. 광속의 크기는 작은 장소에서 활용된 이미지 평면 (cIP)은 L4 거리 약 400 m m M5 거울을 탑재 합니다.
  5. M6 거울을 설치 하 고 90도 광선을 반영. 빔 정렬 도구와 M5와 M6 반복적으로 조정 합니다.
  6. L3 렌즈 삽입 (f = 150mm) M5에서 약 150 m m. 깎는 간섭계를 사용 하 여 출력 광속의 준을 보장 하기 위해.
  7. 일시적으로 빼앗 L4와 L3의 초점 위치를 찾을 수 빔 아래로 추적. 이 시점에서 단일 축 galvo 거울을 넣어, 활용된 다시 초점 비행기 (cBFP)입니다. Galvo 거울에 0 볼트를 공급 하 고 90도 광속 반영 galvo 거울의 회전.
  8. 장소 배 거울 M7입니다. 제대로 L2 장소 (f = 100 m m) 단계 3.6으로 같은 방식으로.
  9. 개체 소유자에서 조명을된 광원을 제거 합니다. 준 렌즈 L1 설치 (f = 100 m m), 어댑터와 아이리스. 단일 모드 광섬유 어댑터에 연결 하 고 이미징 시스템을 통해 광속을 보낼.
  10. L4 다시 삽입 하 고 완벽 한 통풍 디스크 패턴 천장에 나타날 때까지 시스템을 미세 조정.

4. 원통형 렌즈를 설정

  1. 원통형 렌즈 삽입 (CL1, f = 400 m m) L1 후 원통형 렌즈 x 축 따라 빔을 초점을 맞추고 있는지 확인 하십시오.
  2. 또 다른 원통 모양 렌즈를 삽입 (CL2, f = 50mm) 빔 경로에. 깎는 간섭계를 사용 하 여 출력 빔 조명을 위해.
    참고: 두 개의 원통형 렌즈 사이의 거리는 450 m m. 출력 빔 8의 압축률 있으며 천장에는 길쭉한 타원형 모양의 공기 디스크 패턴 형성 된다.

5. 타일 이미지 테스트

  1. 3D 하이드로 겔 샘플을 준비 합니다. 혼합 20 nm 크림슨 12 %acrylamide:bisacrylamide (29: 1), 0.2% (v/v) TEMED 및 0.75 x TAE 버퍼에 0.2% (w/v) 암모늄 persulfate 이루어져 히드로 솔루션 비즈. 11설명 되어 있는 대로 흐름 챔버로 혼합된 솔루션의 50 µ L를 주사. 10 분 후 3D 하이드로 겔 샘플 영상에 대 한 준비가 되어 있습니다.
  2. 샘플 홀더에 샘플을 넣어. 638 nm 레이저를 켜고 전원을 조정 < 1 샘플 여기 mW.
  3. 카메라 제어 소프트웨어를 실행 합니다. 카메라 수집 설정 패널에 트리거 모드에서 내부 를 선택 하 고 비디오 무료 모드 실행을 클릭 합니다.
  4. 이미지는 카메라의 중심에 0 볼트 galvo 거울에 적용 되 면 되도록 카메라의 위치를 약간 조정 합니다.
  5. M5 달성 높은 경사 조명 거울의 수평 손잡이 회전 합니다.
    참고: 조명 각도의 증가, 히드로 이미지 피 이미지 보다 명확 하 게 빔을 얇은 되 면 된다. 그러나, 이미지는 거의 동일한 위치를 유지합니다.
  6. 타일 이미지를 기록 합니다. 효과적인 조명 폭11계산 합니다. 예를 들어 그림 3 12 µ m의 효과적인 조명 폭을 보여준다.

6. HIST 이미징

  1. 터미널 블록에 연결 된 데이터 수집 보드를 준비 합니다. 전기 와이어를 통해 P0.0와 사용자 1 BNC 커넥터를 연결 합니다. SCMOS 카메라의 외부 트리거링을 위한 사용자 1 디지털 출력으로 사용 합니다. 아날로그 연결 galvo 미러 드라이버를 AO0를 출력.
  2. 맞춤 프로그램(그림 4)를사용 하 여 P0.0에서 TTL 펄스 트레인을 생성 하 고 설정 기간 시간 400 ms 및 t_ON = 2 = 양 디지털 오실로스코프에 의해 사용자 1 BNC 터미널에서 생성 된 펄스를 확인 하 고 카메라에 BNC 케이블 연결 외부 트리거 포트입니다.
    참고:이 문서에 사용 된 제어 소프트웨어는 요청 시 이용 가능. 다른 카메라 프레임 속도로 이미징, 기간에 따라 조정 한다.
  3. 맞춤 프로그램을 통해 galvo 거울을 청소를 시작 합니다. V -500 mV 및 V최대 500 조정 전체 FOV 이미징에 대 한 mV. Note는이 작업에서 3D 하이드로 겔 샘플 여전히 보여 높은 배경 Epi 조명 비슷합니다.
  4. 카메라 수집 설정을 변경합니다.
    1. 외부 트리거 모드에서 (순차) 아래 에서 선택 LightScan 플러스 드롭-다운 메뉴 그림 4B와 같이 합니다.
      참고:이 설정에서 카메라 받지 않는다 이미지 트리거 신호 설정 하지 않는 한.
    2. 창 높이 선 노출 시간 제어를 위한 스캔 속도 제어 를 클릭 하 고 설정 값을 180 행28 ms, 각각.
      참고: 때 타일 너비 (Weff) 180 행 (12 µ m) 이며 줄 (intT) 통합 시간 28 ms, 줄 (TD) 사이의 지연 시간으로 결정 됩니다 TD Tint/Weff = = 2, 048 x 이미징을 위한 0.156 양 2, 048 픽셀, 총 수집 시간은 TD + Tint x 2048 = 346 ms, ~2.9 fps에 해당.
  5. 약간 V최대 및 V 명확 하 게 이미지를 조정 합니다.
  6. 3D 스택에 전환 하 고 스택 및 스텝 크기의 수를 지정 하 여 주문 품 프로그램을 사용 하 여 3D 스택 이미지를 얻을.

Representative Results

예를 들어, 단일 가닥 DNA Atto647N으로 표시 했다 638의 여기 파장 몇 군데 3D 히드로에 nm. DNA는 젤 합 동안 acrydite moiety 통해 히드로 네트워크에 정박 했다. 이미지 에서처럼 그림 5표면 위의 5 µ m에서 찍은 사진. HIST 이미지에서 신호 대 배경 비는 계산 단일 분자 관광 명소의 대부분 HIST 이미지 1.9 ± 0.7 겨우 피에 의해 검출 될 수 피 이미지에 비해 훨씬 적은 배경으로 나타났다.

단일 분자 RNA 형광 제자리 교 잡 (smFISH) 4 수행한 물고기 프로브. 그림 5 이미지 버퍼에 A549 세포에 AlexaFluor 647 표시 EEF2 (진 핵 번역 신장 요인 2)의 smFISH 이미지를 표시 하는 b (샘플 준비11에 대 한 우리의 이전 작업 참조). 최대 강도 프로젝션 20 z-스택 해당 5 µ m 두께 하에서 수행 되었다. HIST 이미지 많이 개선된 SBR 뿐만 아니라 또한 더 획 일 한 조명 피 이미지에 비해 했다. 피 이미징에 대 한 노출 시간 동안 HIST 통합 이미징에 대 한 줄 시간 둘 다 했다 7.5의 동일한 조명 전원 32 ms 400 ms을 했다 mW 목표 전에 측정. 피와 HIST 이미징 속도 2.5 프레임 했다.

Figure 1
그림 1 . 현미경 몸, 레이저 및 정렬 도구. (A) 목표 및 샘플 홀더. 레이저 시스템의 (B) 사진. LP, 긴 패스 dichroic 거울; Λ/2, 하프-파 판; PBS, 편광 beamsplitter (C) Collimated 광원. (D)와 2 개의 플러그 pinholes 빔 정렬 도구. (E) 더블 홀 시스템입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 . 높은 경사 스윕된 타일 (HIST) 현미경 검사 법에 대 한 자세한 설정. 사진 (A) 그리고 HIST 현미경 시스템의 개략도 (B). BF, 멀티 밴드 패스 필터; CL1-2, 원통형 렌즈; DM, dichroic 거울; GM, galvo 거울; BF, 대역 통과 필터; M1-7, 거울; L1-4, 렌즈; SMF, 단일 모드 섬유; TL, 튜브 렌즈; cIP, 활용된 이미지 평면; cBFP, 다시 초점 평면 활용. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 . 8의 압축 비율 조명 타일. (A) 3 차원 하이드로 겔에 20 nm 구슬의 형광 이미지. 스케일 바, 20 µ m. (B) 표준 편차 프로젝션 A, 부드럽게 10 데이터 포인트의 y 방향 따라. 빨간색 화살표 표시는 효과적인 조명 폭 12 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4 . 제어 및 이미징 소프트웨어 전면 패널. (A) A 맞춤 LabView 프로그램 동기적 galvo 거울, sCMOS 카메라의 시작 수집 및 압 전 무대의 움직임의 스캔 제어. (B) 카메라 수집 설정 제어판. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5. (A) 피와 HIST 조명 3D 하이드로 겔에서 DNA를 이미지의 Atto647N 표시 된. (B) smFISH 이미지 EEF2 4를 사용 하 여 물고기 피와 HIST 현미경 검사 법에 의해 A549 세포에 프로브 합니다. DAPI 얼룩은 파란색으로 표시 됩니다. 스케일 바, 20 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

이 프로토콜에서 두 가지 중요 한 단계가 있습니다. 첫 번째 단계 3.3, 입사 빔 렌즈의 센터를 통해 전달 하 고 완벽 한 통풍 디스크 패턴은 천장에 형성에서 L4의 적절 한 배치 이다. L4의 위치 모든에서 다른 광학 부품, M5, L3, GM과 2를 포함 하 여 배치를 결정 합니다. 두 번째 중요 한 단계는 동기화 프로세스. 거부 하려면 초점 배경 밖으로, 액티브 픽셀의 효과적인 탐지 폭 타일 너비는 빔 연소와 동기화 해야 합니다. 따라서, 그것은 타일 빔 (5.6 단계)의 효과적인 조명 폭을 측정 하는 데 필요한 하 고 설정된 카메라 매개 변수 따라 단계에서 6.4.

매우 큰 FOV와 이미징, 제시 방법 증가 배경 다른 쪽에 비해 한 쪽에 표시 됩니다. 이것은 조명의 다른 영상 위치에서 약간 변경된 각도에 기인 합니다. 같이 하기 전에 스캔 각도11와 동기적으로 조정 하 여이 문제를 완화 한다 M5 대신 두 번째 galvo 미러를 구현. 상용 무색 남자 대신 트릭 스캔 렌즈도 도움이 될. 그러나, 이미징의 영역에 대 한 < 8,080 µ m2, 단일 galvo 거울 청소 충분 했다. 그러나 HIST 현미경 이미징 깊이의 한계는,, 그것은 12 µ m 타일 빔과 없음 1.45 기름 침수 렌즈11~ 15 µ m 이미징 때 좋은 SBR를 얻을 수 있습니다.

이 프로토콜에서 우리 사용 8의 빔 압축 비율 타일 빔. 얇은 조명 HIST 현미경에 단일 분자 조직11이미징에 대 한 강력한 될 수 있는 높은 SBR을 달성 하기 위해 사용할 수 있습니다. 그러나,이 경우에, photobleaching 효과 고려 되어야 한다 증가 자극 강도 의해 현재 빔 압축 비율에 피11에 비해 3D 이미징에서 감소 photobleaching 보였다 동안. 2 기가 배치 목표 빛 시트 현미경에 비해, HIST 현미경 검사 법은 간단 구현 하 고 기존의 샘플 준비와 호환. 향상 된 SBR 및 큰 FOV HIST 현미경 검사 법의 상호 작용의 여러 셀에 단일 생체 역학 공부에 적합 및 더 사용할 수 있습니다 슈퍼 해상도 이미징 및 단일 분자 추적.

Disclosures

센트럴 플로리다 대학이이 문서에 설명 된 작업을 다루는 특허 출원을 제기 했다.

Acknowledgments

이 작품은 방위 고 등 연구 프로젝트 기구 (DARPA) (HR00111720066) 및 국립 과학 재단 (NSF) (1805200)에 의해 지원 되었다. 우리 감사 마이클 방탄복 Andor 기술에 아낌없이 sCMOS 카메라를 임대.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1" Achromatic doublet Thorlabs AC254-060-A-ML Collimator 
1" Achromatic doublet Thorlabs AC254-100-A-ML L1,L2
1" Achromatic doublet Thorlabs AC254-300-A-ML TL
1" Broadband Dielectric Mirrors Thorlabs BB1-E02-10 M1~M7
1" Cylindrical Lenses Thorlabs LJ1363RM-A CL1
1" Cylindrical Lenses Thorlabs LJ1695RM-A CL2
1" square kinematic mount Edmund Optics 58-857 For dichroic mirror mounting
1" Threaded Cage Plate Thorlabs CP02 For holding other lenses
2" Achromatic doublet Thorlabs AC508-150-A-ML L3
2" Achromatic doublet Thorlabs AC508-400-A-ML L4
2" Threaded Cage Plate Thorlabs LCP01 For holding L4
2" Threaded Cage Plate Thorlabs LCP01T For holding L3
2% Bis Solution Bio Rad 64085292 hydrogel component
20 nm fluorescent beads Thermo Fisher F8782 For testing imaging
30 mm Cage Right-Angle Kinematic Mirror Mount Thorlabs KCB1 For objective & camera mounting
30mm Cage System Iris Thorlabs CP20S
3-Axis NanoMax Stage Thorlabs MAX311D
40% Acrylamide Solution Bio Rad 64148001 hydrogel component
405 nm laser Cobolt Cobolt 06-MLD
50x TAE buffer Bio-Rad 161-0743 hydrogel component
561 nm laser Cobolt Cobolt 06-DPL
638 nm laser Cobolt Cobolt 06-MLD
Ammonium persulfate Sigma A3678-25G hydrogel component
Beam alignment tool custom made
BNC terminal blocks Natural Instruments BNC-2110
Cage plate with M9 x 0.5 internal threads Thorlabs CP1TM09 For holding aspheric lens
Cage System Rods Thorlabs SR series
Cell culture & smFISH See a reference [11]
Double side tape  Scotch 515182 Flow chamber
Epoxy  Devcon 14250 Flow chamber
Galvo mirror Thorlabs GVS211 GM
Galvo System Linear Power Supply Thorlabs GPS011
Half wave plate Thorlabs WPH10M-405/561/633 Power adjustment
long-pass dichroic mirror Chroma T550lpxr For combining lasers
Microscope slides Fisherbrand 12549-3 Flow chamber
Mikroskopische Deckglaser Hecht Assistent 990/5024 Flow chamber
Mounted Frosted Glass Alignment Disk Thorlabs DG10-1500-H1-MD For double pinhole system
Mounted rochester aspheric lens Thorlabs A230TM-A
Multi-band dichroic mirror Semrock Di03-R405/488/561/635-t3 DM; 3 mm thickness
Multi-band filter Semrock FF01-446/523/600/677-25 BF
Multimode fiber Thorlabs M31L02 MMF
N,N,N',N'-tetramethyl ethylenediamine Sigma T7024-25ML hydrogel component
NI-DAQ board Natural Instruments PCI-6733
Ø1" Kinematic Mirror Mount Thorlabs KM100 For holding mirrors
Objective lens Olympus PLANAPO N 60X 60X 1.45NA oil
Pedestal Base Clamping Forks Newport 9916
Pedestal Pillar Posts Thorlabs RS1P8E
Piezo controller Thorlabs BPC303
Polarized beam splitter Thorlabs PBS251 For combining lasers
RMS-SM1 adapter Thorlabs SM1A3TS For objective lens
Rod holder custom made
Rotation cage mount  Thorlabs RSP1/CRM1/CRM1P For HWP & cylindrical lens mounting
sCMOS camera Andor Zyla-4.2P-CL10
Shearing interferometer Thorlabs SI100 Beam collimation test
Single mode fiber Thorlabs P5-405BPM-FC-2 SMF
SM1 Lens Tubes Thorlabs SM1S25 For double pinhole system
SM1 Slotted Lens Tube Thorlabs SM1L30C For double pinhole system
Stage mount custom made
threaded fiber adapter Thorlabs SM1FC
Z-Axis Translation Mount Thorlabs SM1Z Fiber coupling

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sigal, Y. M., Zhou, R., Zhuang, X. Visualizing and discovering cellular structures with super-resolution microscopy. Science. 361, 880-887 (2018).
  2. Lerner, E., et al. Toward dynamic structural biology: Two decades of single-molecule Forster resonance energy transfer. Science. 359, (2018).
  3. Raj, A., van Oudenaarden, A. Single-Molecule Approaches to Stochastic Gene Expression. Annual Review of Biophysics. 38, 255-270 (2009).
  4. Wilson, T. Resolution and optical sectioning in the confocal microscope. Journal of microscopy. 244, 113-121 (2011).
  5. Sase, I., Miyata, H., Corrie, J. E., Craik, J. S., Kinosita, K. Real time imaging of single fluorophores on moving actin with an epifluorescence microscope. Biophysical Journal. 69, 323-328 (1995).
  6. Huisken, J., Swoger, J., Del Bene, F., Wittbrodt, J., Stelzer, E. H. K. Optical Sectioning Deep Inside Live Embryos by Selective Plane Illumination Microscopy. Science. 305, 1007-1009 (2004).
  7. Cella Zanacchi, F., et al. Live-cell 3D super-resolution imaging in thick biological samples. Nature Methods. 8, 1047 (2011).
  8. Galland, R., et al. 3D high- and super-resolution imaging using single-objective SPIM. Nature Methods. 12, 641 (2015).
  9. Gustavsson, A. K., Petrov, P. N., Lee, M. Y., Shechtman, Y., Moerner, W. E. 3D single-molecule super-resolution microscopy with a tilted light sheet. Nature Communications. 9, 123 (2018).
  10. Tokunaga, M., Imamoto, N., Sakata-Sogawa, K. Highly inclined thin illumination enables clear single-molecule imaging in cells. Nature Methods. 5, 159-161 (2008).
  11. Tang, J., Han, K. Y. Extended field-of-view single-molecule imaging by highly inclined swept illumination. Optica. 5, 1063-1069 (2018).
  12. Han, K. Y., Kim, S. K., Eggeling, C., Hell, S. W. Metastable Dark States Enable Ground State Depletion Microscopy of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond with Diffraction-Unlimited Resolution. Nano Letters. 10, 3199-3203 (2010).
  13. Sinkó, J., Szabó, G., Erdélyi, M. Ray tracing analysis of inclined illumination techniques. Optics Express. 22, 18940-18948 (2014).

Tags

공학 문제 146 광학 현미경 형광 단일 분자 영상 3 차원 현미경 검사 법 조명 의료 및 생물 학적 영상
높은 경사 구축 가이드 확장 된 시야의 단일 분자 이미징 타일 현미경을 휩 쓸
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tang, J., Weng, C. H., Oleske, J.More

Tang, J., Weng, C. H., Oleske, J. B., Han, K. Y. A Guide to Build a Highly Inclined Swept Tile Microscope for Extended Field-of-view Single-molecule Imaging. J. Vis. Exp. (146), e59360, doi:10.3791/59360 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter