首页 > 姐姐干 >镜像:研究人员创建更高质量的生物样本图片
2018
04-16

镜像:研究人员创建更高质量的生物样本图片


来自美国国家卫生研究院和芝加哥大学的研究人员通过从传统的玻璃盖玻片切换到反射,镜像的盖玻片和应用新的计算机算法来处理结果数据,提高了光学显微镜的速度,分辨率和光效率。

美国国家生物医学成像和生物工程研究所高分辨率光学成像(HROI)实验室主任Hari Shroff博士和他的团队花费了近几年的时间开发光学显微镜,能够在非常高的分辨率高速。在他的实验室开发这些新的显微镜后,他们免费发布计划和软件,所以任何研究人员都可以复制NIH所取得的进展。

通过超分辨率显微镜采集的斑马鱼眼的图像,也使用自适应光学来提高功效。 Robert Fisher,NHLBI

由超分辨率显微镜采集的斑马鱼眼的图像,也使用自适应光学来提高功效。图片来源:罗伯特费舍尔,NHLBI。

这个最新的显微镜建立在Shroff的实验室用选择性平面照明显微镜(SPIM)做出的先前改进之上。这些进展在2017年11月13日发表在Nature Communications的在线版上发表。 SPIM系统不同于传统的显微镜,因为它们使用光片来激发样品,只将成像的样品平面曝光。因为只有正在成像的样品部分(而不是整个样品)曝光,样品的整体损伤较小。因此,SPIM系统比传统显微镜更温和​​。

2013年,Shroff和他在HROI实验室的同事吴义聪开发了diSPIM - 一种配备两个镜头的SPIM系统,从而获得样品的两个视图,而不是一个视图。就像使用两只眼睛提供比仅使用一只眼睛更好的深度和三维感知一样,双视图显微镜使得三维成像具有比传统单视图成像更高的清晰度和分辨率。在2016年,他们增加了第三个镜头,显示这个额外的视角可以进一步提高光照效率和三维成像的分辨率。 “

”一旦我们加入了三个镜头,我们发现增加更多的变得越来越困难,“Shroff说。 “不是因为我们达到了我们计算能力的极限,而是因为我们耗尽了物理空间。”

用于成像样品的镜头体积庞大,需要靠近样品才能清晰地显示细节内的亚细胞结构单细胞或蠕虫胚胎内的神经元发育。样品周围的空间越来越受到每个附加镜头的限制。

Wu和Shroff的解决方案概念简单,成本相对较低。他们没有试图寻找更多的镜头,而是使用镜面盖玻片。

Shroff解释说:“这就像看镜子一样。 “如果你看着镜子中的一个场景,你可以查看隐藏的视角。我们在显微镜中使用了相同的原理。我们可以常规地使用镜头本身启用的常见视图来看样本,同时记录由镜子提供的样本的反射图像。“

一个复杂因素是传统视图和反射视图都包含不需要的背景由光源产生。为了解决这个问题,Wu和Shroff与芝加哥大学的Patrick La Riviere小组密切合作。 La Riviere是计算成像方面的专家,帮助团队创建了计算机处理软件,可以识别和删除不需要的背景,并澄清图像。

结合计算机软件使用镜像盖玻片,与传统的diSPIM系统相比,该团队能够提高两倍的分辨率,几乎是分辨率的两倍,而无需更改显微镜的硬件。该技术的另外一个好处是,利用镜面盖玻片,显微镜能够从样品中收集更多的光,而不增加样品的整体光照。因此,与diSPIM相比,效率提高了两到三倍。 研究人员希望将来这种技术可以适用于其他形式的显微镜。

来源:美国国立卫生研究院