產品應用 | 結構光照明顯微成像

SIM 的原理

結構光照明顯微成像（Structure Illumination Microscopy, SIM）最早是在2005年由 Mats Gustafsson 開發(fā)并提出的，其基本原理是基于摩爾紋（Moire pattern）——一種常用于產生光學錯覺的效應。

摩爾紋：由兩個空間頻率相近的周期性光柵圖形疊加而形成的光學條紋。當兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉，而人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋。

當兩個小尺寸（高頻）網(wǎng)格疊加覆蓋在最右邊的圖像中時，它們之間發(fā)生干涉后就會顯示一個較大尺寸（低頻）的網(wǎng)格，這個網(wǎng)格會包含兩個較小網(wǎng)格的信息。

▲ 兩個相互成一定角度重疊的細網(wǎng)格相互干涉形成的摩爾紋

在實際使用時，通過在照明光路中插入一個結構光的發(fā)生裝置（如光柵，空間光調制器，或者數(shù)字微鏡陣列DMD等），照明光受到調制后，形成亮度規(guī)律性變化的圖案，然后經(jīng)物鏡投影在樣品上，調制光所產生的熒光信號再被相機接收。

通過移動和旋轉照明圖案使其覆蓋樣本的各個區(qū)域，并將拍攝的多幅圖像用軟件進行組合和重建，就可以得到該樣品圖像了。

SIM 的應用

結構光光切顯微鏡是一種先進的光學成像技術，通過使用特殊的光學照明系統(tǒng)，實現(xiàn)去除焦平面以外雜散信號的目的，從而實現(xiàn)對樣品的光學層切掃描，進而實現(xiàn)三維重構。其應用領域廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

1.       定量、定性、定時、定位測定：可對細胞形狀、周長、面積、平均熒光強度及細胞內顆粒數(shù)等參數(shù)進行自動測定。能對細胞的溶酶體、線粒體、內質網(wǎng)、細胞骨架、結構性蛋白質,DNA,RNA,酶和受體分子等細胞內特異結構的含量、組分及分布進行定量、定性、定時及定位測定。

2.       三維重構：對活細胞行無損傷的“光學切片"這種功能也被形象的稱為“顯微 CT"，可獲得標本真正意義上的三維數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機圖像處理及三維重建，可產生生動逼真的三維效果，從而能靈活、直觀地進行形態(tài)學觀察，并揭示亞細胞結構的空間關系。

3.       生物樣品增殖、凋亡：用于數(shù)小時的長時程定時掃描,記錄細胞遷移和生長等細胞生物學現(xiàn)象。胚胎學和發(fā)育生物學：線蟲、果蠅和斑馬魚的發(fā)育和信號機制。細胞生物學和植物生物學：細胞凋亡，細胞自噬，細胞周期，細胞代謝，細胞跟蹤和追蹤，細胞毒性，氧化應激檢測，吞噬作用，內吞作用，受體的內化，細胞信號傳導及通信，細胞運動，細胞內區(qū)隔化，蛋白質合成與降解，細胞和生物物理調控。酵母和細菌研究。干細胞研究和3D培養(yǎng)。可對細胞增殖、凋亡過程進行圖像采集，可結合熒光漂白恢復技術(FRAP) ，漂白過程中的熒光丟失 (FLIP)技術，對細胞隨時間的增減變化進行圖像采集，數(shù)據(jù)分析。

4.       細胞內外部通訊：可以通過熒光標記不同標記物，對離子、蛋白質等物質的轉運，作用機制進行追蹤，分析。可結合熒光共振能量傳遞技術 (FRET) ，分析分子間的互相作用。該技術可以用于研究胚胎發(fā)生、生殖發(fā)育、神經(jīng)生物學、腫瘤發(fā)生等過程中縫隙連接通訊的基本機制和作用，也可用于鑒別對縫隙連接作用有潛在毒性的化學物質。

5. 熒光探針的研究：開發(fā)試驗新型的熒光探針，利用生化材料合成新型的熒光探針。研究現(xiàn)有探針更多的應用，研究現(xiàn)有探針可攜帶更多的標記物。

SOPTOP M-SIM6000結構光光切顯微系統(tǒng)，采用最新的結構光照明技術，尤其針對厚樣品的高速、高質量三維成像而設計，集觀察、分析于一身，可實現(xiàn)XY方向240nm，Z方向600nm光學分辨率，有效去除焦平面以外的雜散光，實現(xiàn)高清晰度的3D圖像構建。